浅谈地球同步卫星的几个问题，本文主要内容关键词为：同步卫星论文,浅谈论文,几个问题论文,地球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
人造地球卫星是现代航天技术的结晶，它被广泛应用于科研、军事、工农业生产，也影响着人类社会的生活，其中用来通信的地球卫星，它相当于太空中的微波中继站，通过它可以转发或发射电磁波信号。目前通信卫星的轨道一般都采用地球静止轨道，即卫星运转的周期与地球自转周期相同，相对于地球静止不动。现行教材中有关同步卫星知识的介绍涉及不多，学生对它的认识较为模糊，甚至错误，教学中有必要向学生澄清以下几个问题：
1.为什么同步卫星只能定点在赤道上空？
如图1所示，如果卫星发射在北京上空的B点，则该卫星必须跟地球一起自转，也就是卫星也要绕地轴做圆周运动。根据圆周运动的知识，它所需的向心力只能由万有引力F的一个分力F[，1]提供，而万有引力的另一个分力F[，2]就会使该卫星离开B点向赤道运动，除非另有一个力F′恰好与F[，2]平衡，但这个力F′是不存在的。所以，卫星若发射在赤道平面的上方（或下方）某处，则卫星在绕地轴做圆周运动的同时，也向赤道平面运动，从而使卫星不能与地球同步，这种卫星就不是地球同步卫星。所以必须要求卫星的轨道与地球赤道共面。
如果将卫星发射到赤道上空的A点，则地球对它的万有引力F全部用来提供卫星绕地轴做圆周运动的向心力，此时若能保证卫星的一定轨道半径，则卫星就能够以与地球相同的角速度ω绕地轴旋转，此时该卫星才能够“停留”在赤道上空的某点，实现与地球自转同步，卫星就处于一个动态平衡状态。
2.同步卫星为什么不能采用椭圆轨道？
地球同步卫星的特点是它绕地轴运转的角速度与地球自转的角速度相同，是“静止”在赤道上空某处相对于地球不动的卫星，这一特点决定了它的轨道只能是圆。因为如果它的轨道是椭圆，则地球应处于椭圆的一个焦点上，卫星在绕地球运转的过程中就必然会出现近地点和远地点，当卫星向近地点运转时，卫星的轨道半径将减小，地球对它的万有引力就变大，卫星的角速度变大；反之，当卫星向远地点运转时，轨道半径将变大，地球对它的万有引力将变小，卫星的角速度变小，这将与同步卫星的角速度恒定不变相矛盾，所以同步卫星不能采用椭圆轨道，而只能采用圆轨道。
3.为什么同步卫星的高度值是唯一的？
如上所述，发射在赤道上空的同步卫星，它受的唯一的一个力——万有引力，提供卫星绕地轴运转所需的向心力，根据圆周运动规律，当卫星的轨道半径r（或离地高度h）取某一定值时，卫星绕地轴运转就可以与地球自转同步，两者的周期均为T=24h。令地球质量为M，地球半径为R[，0]，卫星质量为m，离地高度为h，则有
被科学家们喻为“黄金圈”，是各国在太空主要争夺的领域之一。
4.为什么至少发射3颗地球同步卫星且对称分布在同一轨道上，才实现全球通信？
由上所述，地球同步卫星与地球的自转周期相同，其数值均为T=24h，为此必须保证同步卫星的轨道半径r（或离地高度h）一定，即h=3.6×10[4]km，如图2所示，地球同步卫星发射的电磁波，沿直线传播，所以一颗地球同步卫星所发出的电磁波能覆盖赤道上下方的范围是DE。由图可知
2.2，因此，要实现全球通信，至少要发射3颗对称分布在同一轨道上的同步卫星（如图3）。
