【人造卫星与相关地理知识解析】 新疆相关地理知识
时间：2018-12-29 03:36:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
地球对周围物体有引力作用，当物体被抛出后它会落回地面，当物体获得足够的速度时，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运行的人造卫星。人造卫星主要有侦查卫星、科学研究卫星、通信卫星、导航卫星、地球资源勘探卫星、科学研究卫星、预警卫星和测地卫星等。
卫星的线速度和角速度随高度增大而减小，周期随高度增大而增大。在周期、角速度、线速度和轨道半径四个物理量中，当一个量发生变化时，另外三个量一定同时变化。卫星的轨道定轨后，其线速度、角速度、周期也一定确定。
一、人造地球卫星的轨道
1.“赤道轨道”。轨道在赤道平面内，与赤道平行。
2.“极地轨道”。轨道平面与赤道平面垂直，通过地球两极上空。
3.其他轨道。轨道既不在赤道平面内，又不与赤道平面垂直。
二、发射卫星的宇宙速度
1.第一宇宙速度（环绕速度）。指人造卫星近地环绕速度，是人造卫星在地面附近环绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，是人造卫星的最小发射速度，ν=7.9km/s。
2.第二宇宙速度（脱离速度）。在地面上（r=R）发射物体使之能脱离地球的引力作用，成为绕太阳运行的人造卫星所必须具备的最小速度，ν=11.2km/s。
3.第三宇宙速度（逃逸速度）。在地面上发射物体，使之能最后脱离太阳的引力范围，飞到太阳系以外的宇宙空间所必须的最小速度，ν=16.7km/s。
当卫星的运行速度为7.9km/s＜ν＜11.2km/s时，卫星的轨道是椭圆形的，地球在椭圆的一个焦点上；当16.7km/s>ν≥11.2km/s时，卫星脱离地球束缚，成为太阳系的一颗“小行星”。人造卫星发射速度与环绕速度是两个不同的概念，所谓发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的初速度，并且一旦发射后就再无能量补充，被发射物仅靠自己的初动能克服地球引力上升至一定的高度，进入运动轨道。要发射一颗人造地球卫星，发射速度就不能小于第一宇宙速度。若发射速度等于第一宇宙速度，卫星只能“贴着”地面近地运行，如果要使人造卫星在距地面较高的轨道上运行，就必须使发射速度大于第一宇宙速度。所谓环绕速度，是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度，即卫星在轨道上的运行速度。人造卫星距地面越高（即轨道半径r越大），运行速度就越小。实际上，由于人造卫星的轨道半径都大于地球半径，所以卫星的实际运行速度一定小于发射速度。人造卫星的发射速度与运行速度之间的大小关系是：11.2km/s＞ν发射≥11.2km/s＞ν运行。
三、同步卫星的特点
地球同步卫星就是与地球同步运转，相对地球静止的卫星，它的运动周期和地球的自转周期相同，且它的轨道必然要和赤道平面处在同一个平面内。它的特点如下：
1.周期一定。同步卫星在赤道上空相对地球静止，绕地球的运动与地球自转同步，运动周期等于地球自转的周期。
2.角速度一定。同步卫星绕地球运动的角速度等于地球自转的角速度。
3.轨道一定。同步卫星绕地球的运动与地球的自转同步，这就决定了同步卫星的轨道平面与赤道平面平行。又由于同步卫星绕地球运动的向心力是地球对卫星的万有引力，决定了同步卫星的圆周运动的圆心为地心。所以，所有同步卫星的轨道必在赤道平面内。
4.环绕速度大小一定。所有同步卫星绕地球运动的线速度大小是一定的，都是3.08km/s。
5.同心加速度大小一定。所有同步卫星由于到地心距离相同，它们绕地球运动的向心加速度大小都相同。地球同步卫星和其他地球卫星虽然都绕地球运行，但它们之间有着明显的区别。地球同步卫星是相对于地面静止，和地球自转周期具有相同周期的卫星，它的周期24小时。由于卫星受到的地球引力指向地心，在地球引力作用下，同步卫星不可能停留在与赤道平面平行的其他平面，一定位于赤道的正上方。如：我国发射的电视转播卫星，不是定点在北京上空或者其他什么地点的上空，而是停留在印度尼西亚上空。而一般圆周轨道卫星的周期，线速度可比同步卫星大，也可比同步卫星小，但线速度的最大值为7.9km/s，最小周期大约为85min,其轨道可以是任意的，但轨道平面一定是地球球心。
四、同步卫星的发射和回收过程
1.同步卫星的发射过程。发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地面轨道1，然后在Q地点火，使火箭加速，让卫星做离心运动，进入轨道2，到达P点后，再使卫星加速，进入预定轨道3。如图1：
2.发射人造地球同步卫星的区位选择。选择较低纬度，可以充分利用地球自转的线速度，提高助推力和初速度，节约燃料；选择开阔地是为适应运输大功率火箭和安全需要。
3.人造卫星发射的时间选择。人造卫星发射在时间选择上，气象条件至关重要，一般选择在秋天发射，就是利用“秋高气爽（天清气朗，能见度好）”的天气；具体时间选择除了要考虑天气外，还要尽可能地使航天器进入大气层，在夜间有利于光学仪器跟踪，返回尽可能在白天，有利于搜寻目标。
4.人造卫星的回收过程。与发射过程相反，当卫星到达P点时，使卫星减速，卫星由轨道3进入轨道2，当到达Q点时，再让卫星减速进入轨道1，到达地面。
5.宇宙飞船返回舱返回地的选择。返回地要选在平坦开阔、人烟稀少之地，一是安全，二是有利于搜寻和运输。
五、地面对人造卫星的观测
地面观测卫星必须在日落后，日出前。如图2：春分日，太阳直射赤道，图中圆E为赤道，S表示卫星，A表示观察者，O表示地心。由图可以看出，当卫星由S转到S′位置间，卫星恰好处于地球的阴影区，卫星无法反射太阳光，观察者将看不见卫星。
晴天晚上，人能看见卫星的条件是卫星被太阳照着且在人的视野之内，一个可看成漫反射体的人造卫星的圆形轨道与赤道共面，卫星自西向东运动，春分日太阳光直射赤道，如图3。赤道上某处的人在日落后8时在西方地平线附近能看到，之后极快地变暗而看不到。
