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同步軌道

鎖定
同步軌道,是指在軌道上運行的物體(通常指衞星)於被環繞物體(通常是行星)有同樣的平均環繞週期,並且方向一致。呈環形且處在赤道位置的同步軌道稱為地球靜止軌道
中文名
同步軌道
外文名
synchronous orbit
定    義
和地球自轉週期相同的特殊軌道
高    度
35900 公里

同步軌道介紹

在赤道上空,同步軌道的高度為 35900 公里。
衞星軌道理論中的一個概念。即一種接近於和地球自轉同步運動的衞星軌道,或者説衞星繞地球一週的軌道週期和地球自轉週期相同的衞星軌道。這種衞星的軌道近於圓,半徑約36000km。衞星繞地球作軌道運動時,相對於地面幾乎沒有相對運動,好像是靜止地懸於空中,故稱對地靜止衞星.洲際通信衞星、氣象衞星以及21世紀計劃發射的太陽能發電站等飛行體都是利用這種軌道特性。 [1] 

同步軌道應用歷史

第一個提出把地球同步衞星用於通信的人是赫爾曼·波託西尼克,他於1928年提出了這個設想(但並沒有廣為人知)。George O. Smith在系列科幻小説Venus Equilateral的第一個故事中提到了地球靜止軌道,這是靜止軌道第一次出現在大眾文學作品中,但Smith並沒有進行深入的探討。 [2]  1945年,英國著名科幻作家亞瑟·C·克拉克在無線世界發表了一篇題為“Extra-Terrestrial Relays – Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?”的文章,對地球靜止軌道的原理進行了詳細解釋,這也使得地球靜止軌道這個概念廣泛傳播。克拉克承認,他引入的地球靜止軌道概念和Smith的The Complete Venus Equilateral有聯繫 。克拉克第一個闡明瞭靜止軌道對於廣播和中繼通訊衞星的作用。所以,有時候地球靜止軌道也被稱為克拉克軌道 [3]  。相應的,海平面以上大35,786km的地方有一片區域被稱為克拉克帶,它位於赤道平面內,可作為類靜止軌道來使用。另外,克拉克軌道的周長大約是265,000km。

同步軌道高度計算

在圓形軌道,向心力由萬有引力提供。
  • ω是角速度,一天是23小時56分4秒,一圈是2π
  • M是地球質量5.9736×1024 kg
  • G是萬有引力常數6.67428 ± 0.00067 × 10-11 m3kg-1s-2
  • 代入以上數字,得出地球靜止軌道的半徑是42,164公里。考慮地球半徑6,378公里,高度是35,786公里。
  • 線速度則是:

同步軌道比較

地球靜止軌道伽利略定位系統、全球定位系統(GPS)、格洛納斯系統、北斗衞星導航系統、國際太空站及哈勃望遠鏡的半徑比較圖。另外,月球軌道半徑(385,000公里)是地球靜止軌道的大約9倍。
靜止軌道衞星都必須分佈在赤道上空的同一個圓環上。在運行過程中,為了避免衞星受到不良的頻率干擾,需要把靜止軌道衞星分開來放置,這就意味着軌道位置是有限的,因此,靜止軌道上運行的衞星數量也是一定的。不同國家為爭得同一靜止軌道位置(如經度相同而緯度不同的國家)和頻率資源會發生矛盾,這樣的矛盾可以通過國際電信聯盟的軌道分配機制來協調解決。1976年,8個赤道國家通過了波哥大宣言,宣稱這些國家擁有其領土上空靜止軌道的主權,但這個宣言從未被國際社會承認 [2] 
當它的燃料耗盡時,將不可能保持在之前的軌道位置,衞星的服務壽命就結束了。一般來説,衞星的推進劑耗盡時,其轉發器以及星上其他系統還能正常工作。如果停止進行南北位置保持控制,一些衞星可以繼續在傾斜軌道上運行(其星下點以赤道為中心畫“8”字圖案)。或者,可以把衞星軌道提升到“墳墓”軌道處理掉。

同步軌道關係

地球靜止軌道是地球同步軌道的一個特例。二者的區別有三: [4] 
1.軌道傾角有區別,地球同步軌道不一定在赤道面上方。
2.觀察者看到的現象不同,地球同步軌道上的衞星每天以相同的時間通過地球上的同一個點,地面觀察者看到衞星是移動的;而地球靜止軌道上的衞星一直固定在其定點位置不動。
3.星下點軌跡不同,地球同步衞星的星下點軌跡是一條8字形的封閉曲線。 [5] 
參考資料