人造卫星轨道设计
人造卫星的轨道设计
人造卫星的轨道设计随着现代科技的发展，人造卫星已经成为了现代社会中非常重要的一部分。
人造卫星的轨道设计就显得尤为重要，它将直接影响到人造卫星的工作能力和寿命。
本文将介绍人造卫星的轨道设计以及相关的技术和原理。
一、什么是人造卫星的轨道？人造卫星的轨道是指每颗卫星在空间中运行的路径。
卫星的轨道可能是圆形、椭圆形、或者其他形状，轨道的形状和位置取决于卫星的用途以及需要观测或通信的地区。
人造卫星的轨道由轨道高度、轨道倾角、轨道形状、轨道方向等因素决定。
二、轨道高度轨道高度是指卫星在地球或其他天体表面以上的距离。
轨道高度越高，卫星运行的速度就越慢。
目前，低轨道和静止轨道是最常见的两种人造卫星轨道。
低轨道：轨道高度为1000公里以下，速度约为每秒7.9千米，飞行时间约为90分钟。
低轨道的优点是其低延迟，适合用于通信和观测等任务。
同时，低轨道的大气摩擦对卫星造成的损害较大，寿命较短，需要频繁地更换卫星。
静止轨道：轨道高度为地球赤道半径以上的距离，高度约为3.6万公里，速度为每秒3千米，飞行时间约为24小时。
静止轨道的优点是能够覆盖一个大范围的地区，适用于通信、天气预报等任务。
静止轨道的大气摩擦对卫星的影响较小，可以保证卫星的寿命。
三、轨道倾角轨道倾角是指卫星轨道平面与地球赤道平面之间的夹角。
轨道倾角越小，卫星越容易进入一些狭窄的地域，如北极或南极地区。
而轨道倾角大的卫星则更适合对赤道地区进行观测或通信。
一些商业通信卫星，由于需要覆盖全球各地，通常采用倾角为零的静止轨道。
四、轨道形状轨道形状通常被描述为圆形或椭圆形。
圆形轨道在轨道高度越高的情况下，更容易实现。
而椭圆形轨道能够实现更多的应用，因为它允许卫星在一段时间内离地球较远，然后在另一段时间内逼近地球。
这种椭圆形轨道被称为高椭圆轨道。
一些卫星，例如地球观测卫星，通常采用高椭圆轨道。
五、轨道方向轨道方向是指卫星绕行轨道时运动的方向。
人造卫星轨道可以是地球固定轨道（即卫星轨道平面与地球赤道平面重合），也可以是地球自转轨道（即轨道倾角与赤道平面夹角不为零）。
人造卫星原理
人造卫星原理人造卫星是由人类制造并送入地球轨道的一种人造天体，它可以用来进行通讯、导航、气象观测等多种用途。
人造卫星的原理是基于牛顿力学和开普勒定律的基础上，通过发射器将卫星送入地球轨道，并通过推进器进行定位和调整轨道，从而实现其功能。
下面将详细介绍人造卫星的原理。
首先，人造卫星的发射器是将卫星送入地球轨道的关键设备。
发射器通常是由火箭组成，通过火箭的推进力将卫星送入预定轨道。
在发射过程中，需要考虑到地球的引力、大气层的阻力等因素，确保卫星能够顺利进入轨道。
一旦卫星进入轨道，它将按照开普勒定律绕地球运行，实现其预定的任务。
其次，人造卫星的推进器是用来调整卫星轨道和位置的重要装置。
推进器可以通过喷射推进剂来改变卫星的速度和轨道，从而实现对卫星位置的调整。
这种调整可以使卫星保持在所需的轨道上，或者改变轨道以适应不同的任务需求。
推进器的设计和使用需要考虑到推进剂的储备、喷射方向的控制等因素，以确保卫星能够按照预定计划运行。
最后，人造卫星的功能是基于其特定的载荷和设备来实现的。
不同类型的卫星具有不同的功能，比如通讯卫星可以实现地面通讯信号的传输，导航卫星可以提供精准的定位和导航服务，气象卫星可以进行大气层的观测和预测等。
这些功能需要通过卫星上的各种设备和载荷来实现，比如天线、摄像头、传感器等。
这些设备需要与卫星的能源系统、通讯系统等配合工作，以实现卫星的功能。
综上所述，人造卫星的原理是基于发射器将卫星送入地球轨道，通过推进器进行轨道调整，以及利用载荷和设备实现其功能。
这些原理是卫星能够在轨道上稳定运行，并实现各种任务的基础，也是人类利用卫星开展空间活动的重要基础。
希望通过本文的介绍，读者能够对人造卫星的原理有一个清晰的了解。
人造地球卫星的运行轨道
人造地球卫星的运行轨道夜晚，人们常常会看到明亮的星在天幕群星之间匆匆穿行，不久便消失在远方的天空。
这就是人造地球卫星。
人造地球卫星沿着一定的轨道围绕地球运行。
从这一点上看，它与月球很相像，属于以地球为中心的天体系统。
但是，人造地球卫星与所有的天然天体不同，它是人工研制和发射到运行轨道上的一种空间飞行器（或航天器），是按照人的意志、为了人们的某种目的沿轨道运行的特殊天体。
人造卫星体积很小，根本不能与月球相比。
它与地球的距离也比月地距离小得多，即使距地面最远的人造卫星，其近地点高度，也不及月地最近距离的十分之一。
由于人造卫星离地球较近，所以，在地球上只有天黑后不久和黎明前的一段时间内，才能看到它们。
深夜时，也有人造卫星从天空经过，然而，由于完全掩没于地球的黑影之中，人们是无法看到它们的。
这些人造卫星飞行的方向是各不相同的。
人造卫星的飞行方向不同，表明它们各自的轨道平面与赤道平面有着不同的夹角。
人造地球卫星运行轨道所在的平面，叫做轨道平面。
所有人造卫星的轨道平面都通过地心。
轨道平面与地球赤道平面的夹角，叫做轨道倾角。
根据轨道倾角，人造地球卫星的轨道有顺行轨道、逆行轨道、极轨道和赤道轨道等几种。
朝偏东向运行的卫星，轨道倾角小于90°，称为顺行轨道。
沿这种轨道运行的卫星，在发射过程中，运载火箭是朝偏东方向飞行的。
由于发射时利用了地球自转的一部分速度，因此比较节省能量。
世界上早期发射的人造卫星，大部分是属于这种类型的。
卫星沿南北方向运行，轨道倾角等于90°，称为极轨道。
极轨道平面不仅通过地心，而且通过地球的南、北两极。
由于地球不断地自转，因此，沿这种轨道运行的人造卫星，能从地球的任何上空通过。
卫星向偏西方向运行，轨道倾角大于90°，称为逆行轨道。
沿这种轨道运行的人造卫星，在发射过程中，运载火箭是朝偏西方向飞行的。
由于发射时需要抵消地球自转的一部分速度，因此，消耗的能量比较多。
卫星向正东方向运行，轨道倾角等于0°，称为赤道轨道。
人造卫星轨道概论
21
地球 交点线 赤道面
轨道面
第二讲 卫星轨道概论 >第二节 运行轨道的基本概念
（2）右旋升交点赤经Ω，是卫星轨道面和赤道面 右旋升交点赤经Ω 的交线与地心和春分点连线间的夹角。 的交线与地心和春分点连线间的夹角。它是描述轨 道平面在空间方向的另一个参数，其取值范围是0 道平面在空间方向的另一个参数，其取值范围是0 ～2 π。
第二讲 卫星轨道概论 >第二节 运行轨道的基本概念
3.空间参考坐标系 3.空间参考坐标系
• 空间参考坐标系是描述卫星运动轨道、表 空间参考坐标系是描述卫星运动轨道、 示飞行器运动状态的数学物理基础。 示飞行器运动状态的数学物理基础。 • 常用的空间参考坐标系有两类： 常用的空间参考坐标系有两类：
– 惯性坐标系：在空间固定的，与地球自转无关， 惯性坐标系：在空间固定的，与地球自转无关， 它在空间的位置和方向应保持不变或仅作匀速 运动，对描述各种飞行器的运动状态极为方便； 运动，对描述各种飞行器的运动状态极为方便； – 与地球固联的坐标系：对于描述飞行器相对于 与地球固联的坐标系： 地球的运动尤为方便。 地球的运动尤为方便。
t1+∆t t2 t2+∆t
∆S1 ∆S2
11
t1
E 地球
∆S1= ∆S2
第二讲 卫星轨道概论 >第二节 运行轨道的基本概念
开普勒三大定律
•第三定律（周期律）：卫星运转周期的平 第三定律（周期律） 第三定律 方正比于卫星到地球平均距离（ 方正比于卫星到地球平均距离 （ 即轨道半 长轴） 的立方， 长轴 ） 的立方 ， 或者说卫星运转周期的平 方与卫星到地球平均距离的立方之比为一 常数，而该常量等于地球引力常数GM的倒 常数，而该常量等于地球引力常数 的倒 表达式为： 数。表达式为：
轨道知识点总结
轨道知识点总结一、轨道的基本概念1.1 轨道的定义轨道是天体运动的路径，通常是围绕另一个天体运行的椭圆形或圆形路径。
轨道可以用来描述天体之间的相对运动和位置关系。
1.2 轨道的类型根据天体的性质和相对运动情况，轨道可以分为地球轨道、行星轨道、人造卫星轨道等不同类型。
二、轨道运动的基本原理2.1 开普勒定律开普勒定律是描述行星运动规律的三条基本定律，分别是椭圆轨道定律、面积定律和周期定律。
这些定律为我们理解和预测天体运动提供了重要的依据。
2.2 牛顿定律牛顿定律是描述天体之间相互作用的基本定律，其中包括引力定律和牛顿运动定律。
引力定律描述了万有引力的大小与距离的关系，而牛顿运动定律则描述了天体受到的力与运动状态之间的关系。
三、轨道参数与计算方法3.1 轨道要素轨道要素包括轨道半长轴、轨道离心率、轨道倾角、近地点、远地点等参数，它们是描述轨道形状和位置的重要指标。
3.2 轨道参数的计算通过观测数据和数学模型，可以计算出天体的轨道参数，这些参数对于轨道设计和飞行任务的执行都有着重要的意义。
四、人造卫星轨道4.1 人造卫星的轨道类型人造卫星的轨道类型包括低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、高地球轨道（GEO）等不同类型，每种轨道都有其特定的应用和优劣势。
4.2 人造卫星轨道的控制人造卫星通过推进器和姿控系统来控制轨道的高度和倾角，以及维持卫星的稳定和指向。
五、轨道运行的应用5.1 火箭发射与轨道注入火箭发射是将卫星送入预定轨道的关键步骤，它需要克服地球的引力，并将卫星送入合适的轨道。
5.2 卫星导航与通信卫星导航系统通过一组卫星建立在地球轨道上的天体定位系统，实现全球范围的导航和定位服务。
卫星通信系统则通过卫星中继，实现了遥远地区的通信连接。
六、未来发展趋势6.1 小型化与商业化随着技术的进步和成本的降低，越来越多的国家和企业投入到了卫星领域，小型卫星和商业卫星的发展趋势日益明显。
6.2 重复使用技术重复使用技术不仅适用于航天器，也适用于火箭，这一技术的发展在未来会对轨道运行领域带来深远的影响。
人造卫星的轨道力学计算
人造卫星的轨道力学计算人造卫星是指人类通过科技手段制造并发射到空间中，以执行特定任务的人造物体。
由于人造卫星在空间中的运动非常复杂，因此需要经过精密的轨道力学计算，以确保它们能够按照预期的轨道运动。
本文将介绍人造卫星的轨道力学计算的基本原理和方法。
1. 轨道力学基础知识轨道力学是描述天体运动的力学学科。
根据牛顿运动定律，天体的运动状态受到力的作用，而这里的力包括万有引力和其他力。
在轨道力学中，通常采用开普勒问题(Keppler Problem)来研究天体运动。
开普勒问题是指求解行星绕太阳椭圆轨道的运动方程。
开普勒问题的解决需要使用牛顿万有引力定律和牛顿第二定律。
在开普勒问题中，太阳被认为是静止不动的，而行星则绕太阳做椭圆运动。
2. 人造卫星的轨道类型人造卫星的轨道分为三种：地心轨道、地球同步轨道和近地点轨道。
地心轨道是指卫星绕地球做圆形轨道或椭圆轨道运行。
地心轨道又分为近地轨道、中地轨道和高地轨道三种。
近地轨道高度在1000公里以下，主要用于科学研究、卫星通信、导航、气象预报等方面；中地轨道高度在1000公里到36000公里之间，主要用于地球观测和通信；高地轨道高度在36000公里以上，主要用于通信和广播卫星。
地球同步轨道是指卫星的轨道面与地球的赤道面重合，且卫星的周期和地球自转周期相等。
这种轨道的高度约为36000公里，适用于通信卫星、气象卫星等。
近地点轨道是指卫星的轨道高度低于1000公里，但又高于地球表面。
这种轨道的周期比较短，适用于地球观测、卫星导航等。
3. 人造卫星的轨道运动状态可以由轨道力学计算得出。
在进行轨道力学计算之前，需要确定卫星的运行轨道、初速度和初始位置等参数。
在轨道力学计算中，需要考虑地球引力对于卫星的作用以及可能受到的其他力的影响。
首先需要计算地球对于卫星的引力，然后计算受到的其他力对其运动的影响，如大气阻力等。
然后可以得出卫星的加速度和速度随时间的变化，以及卫星的位置变化。
人造卫星的椭圆轨道和变轨问题探析
教学研究新课程NEW CURRICULUM天体的运行问题是高考的热点问题，在椭圆轨道和变轨问题上，中学阶段基本上都是做定性解释，很少做定量计算，且在教学实践中，一些学习优秀、善于思考的学生往往会在此类问题上提出更深层次的问题，如卫星在椭圆轨道的近、远地点的向心加速度大小和不同轨道的向心加速度、速度大小怎么比较？在用F n =m v 2r、a n =v 2r求解时，在近、远地点的“r ”到底是哪个量？怎么求？虽然学生提出的问题有的已经超出中学生应当掌握的范围，但是从激励学生的探究需求出发，对一些优秀的学生在这些问题上可适当做些拓展，况且作为授业解惑的教师，也需要对这些问题有个清楚的认识。
可是在教学实践中发现一些教师由于在这些问题上认识不清甚至根本不知道，经常被学生问得手足无措而避而不谈或者作出错误解释，一些材料在这些问题上的解释往往也是模棱两可。
若想对椭圆轨道的有关问题进行定量计算，首先必须对椭圆的曲率和曲率半径等有关知识有清晰的认识。
一、椭圆的曲率半径1.曲线的曲率和曲率半径曲率是描述曲线弯曲的程度，曲线y =f （x ）（设x =Φ（t ），y =φ（t ））的曲率的计算公式为k =x ′y ″-x ″y ′x ′2+y ′2[]32。
如图1所示，设k （k ≠0）为曲线y=f （x ）在点M 处的曲率，圆C 与曲线相切于M 点，若CM=R =1k ，圆C 称为曲线在点M 的曲率圆，圆C 的半径R 则称为曲线在点M 的曲率半径。
故曲率半径的计算公式为：R =1k =x ′2+y ′2[]32x ′y ″-x ″y ′—————①（1）2.椭圆的曲率半径如图2，a 是椭圆的半长轴，b 是椭圆的半短轴，椭圆的参数方程为：x=a cos θ，y=a sin θ。
把x ′=-a sin θ、x ″=-a cos θ、y ′=b cos θ、y ″=-b sin θ代入①式得：R =（a 2sin 2θ+b 2cos 2θ）32ab，取不同的θ值可以求得椭圆不同位置的曲率半径，比如把P （θ=0）和Q （θ=π）代入椭圆曲率半径公式可得：P 、Q 两点的曲率半径均为b 2a，A 、B 两点的曲率半径均为a 2b 。
人造卫星的加速度、周期和轨道的关系
v=
GM r
(2)
GMm r2
mr 2
=
GM r3
mr
3
GmM r2
m
4 2r T2
4 2 T2
T
4 2r 3 GM
(4)
GmM r2
ma
a
GM r2
创新微课
人造卫星的加速度、周期和轨道的关系
立体
赤道平面
GmM ＝m v 2
(r h④)2 定(速r h度) v≈3.1km/s
创新微课 现在开始
人造卫星的加速度 周期和轨道的关系
人造卫星的加速度、周期和轨道的关系
创新微课
人造卫星的加速度、周期和轨道的关系
人造卫星的运行轨道
平面
创新微课
所有卫星都在以地心为圆心的圆（或 椭圆）轨道上
人造卫星的加速度、周期和轨道的关系
线速度、角速度、周期与半径的关系
(1)
GmM r2
m
v2 r
单位时间内扫过的面积．下列关系式正确的有（ AD ）
A、TA>TB C、SA=SB
B、EkA>EkB
D、
R
3 A
TA2
RB3 TB2
人造卫星的加速度、周期和轨道的关系
小结
人造卫星轨道
一般轨道 同步轨道 极地轨道
①定轨道平面 ②定周期 ③定高度 ④定速度
创新微课
同学，下节再见
创新微课
地球同步卫星
圆轨道在赤道平面，即在赤道的正 上方；周期与地球自转周期相同， 为24小时；绕行方向为自西向东。
①定轨道平面 ②定周期
③定高度h=36000 km
GmM (r h )2
m
人造地球卫星轨道的根数
人造地球卫星轨道的根数轨道根数是什么呢？它可不是太空中有几根轨道的意思，轨道根数又称轨道要素或轨道参数，是用来描述人造地球卫星在其轨道运行状态的一组参数。
通常情况下指的是用经典万有引力定律、开普勒三大定律描述天体按圆锥曲线运动时所必需的六个参数：轨道半长轴ɑ、轨道偏心率e、轨道倾角i、升交点赤经Ω、近地点幅角ω、真近点角ν。
按形状来说，卫星都是在圆形或椭圆形轨道上运行的。
圆形轨道具有任何时候都与地球表面保持相等距离的优点，故而多用于观察地球、通信广播、导航定位和大地测量等卫星。
由于圆形轨道要求运载器入轨时的速度大小和方向都必须非常准确，所以实际上卫星常常是在近圆形或椭圆形轨道上飞行的。
文/尹怀勤人造地球卫星的用途非常广泛，且不同用途的卫星需要不同的轨道，因此人造地球卫星的轨道是非常复杂的，它们的名称不仅多种多样，而且富含科学意义，它们被按照形状、与地面的距离、飞行方向等进行分类。
以前，我们介绍过人造地球卫星的轨道分类，但只知道轨道类别还是无法确定卫星的位置，还需要一些更具体的信息才行。
今天要介绍的轨道根数就能帮助科学家了解卫星的具体位置。
近地点轨道平面地心赤道面远地点半长轴a24尹爷爷讲航天当人造地球卫星在椭圆形轨道上运行时，地球中心（简称地心）位于椭圆的一个焦点上。
卫星在运行过程中的特点是距离地球有时近、有时远。
轨道上距离地球最近的点叫近地点，最远的点叫远地点。
它们分别位于长轴的两端，也就是说近地点与远地点之间的距离被称为椭圆轨道的长轴，与其垂直的椭圆的另一个中心轴被称为短轴。
可以想见，长短轴长度相差越多，椭圆形就愈加扁长；长短轴数值越大，轨道距离地球表面就越远。
卫星在椭圆形轨道上运行时，各点的运行速度是变化的，在近地点处卫星运行速度最快，在远地点处运行速度最慢。
依照航天界的统一定义，卫星在轨道上运行一圈所需的时间叫作周期T。
由此可见，不管卫星运行的椭圆轨道形状如何，只要它们的半长轴ɑ相同，其运行的周期T 就是一样的。
高中物理人造卫星教案及反思
高中物理人造卫星教案及反思物理教案是物理教师根据教学大纲和学生的实际情况编写的教学设计方案，对于高中物理课堂的展开十分重要，下面小编为大家带来高中物理人造卫星教案及反思，供你参考。
人造卫星物理教案教学目标知识目标：1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力;2、使学生对人造卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景;能力目标通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过解世界和中国的航天事业的发展，了解世界上第一颗人造卫星、第一个宇宙飞船、第一个宇航员的知识，了解中国的神州一号、神州二号、神州三号的发射与回收，增强学生的爱国主义热情.情感目标通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情教学建议本节的教学过程中在加强应用万有引力定律的同时，还应注重卫星的发射过程.请教师注意下列几个问题.一、天体运动和人造卫星运动模型二、地球同步卫星三、卫星运行速度与轨道卫星从发射升空到正常运行的连续过程，一般可分为几个阶段，每个阶段对应不同的轨道.例如发射轨道、转移轨道、运行轨道、同步轨道、返回轨道等.有些卫星的发射并不是直接到达运行轨道，而需要多次变轨.例如地球同步卫星就是先发射到近地的圆轨道上，再变为椭圆形转移轨道，最后在椭圆形轨道的远地点变为同步轨道.因此发射过程需多级火箭推动.教学设计方案教学重点：万有引力定律的应用教学难点：人造地球卫星的发射教学方法：讨论法教学用具：多媒体和计算机教学过程：一、人造卫星的运动问题：1、地球绕太阳作什么运动?回答：近似看成匀速圆周运动.2、谁提供了向心力?回答：地球与太阳间的万有引力.3、人造卫星绕地球作什么运动?回答：近似看成匀速圆周运动.4、谁提供了向心力?回答：卫星与地球间的万有引力.请学生思考讨论下列问题：例题1、根据观测，在土星外围有一个模糊不清的光环，试用力学方法判定土星的光环究竟是与土星相连的连续物，还是绕土星运转的小卫星群?分别请学生提出自己的方案并加以解释：1、如果是连续物则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径成正比，2、如果是卫星则：这些物体作匀速圆周运动的线速度与半径的平方根成反比，这个题可以让学生充分讨论.二、人造卫星的发射问题：1、卫星是用什么发射升空的?回答：三级火箭2、卫星是怎样用火箭发射升空的?学生可以讨论并发表自己的观点.下面我们来看一道题目：例题2、1999年11月21日，我国“神州”号宇宙飞船成功发射并收回，这是我国航天史上重要的里程碑.新型“长征”运载火箭，将重达8.4t的飞船向上送至近地轨道1，飞船与火箭分离后，在轨道1上以速度7.2km/s绕地球作匀速圆周运动.试回答下列问题：(1)根据课文内容结合例题(2)(3)(4)问画出图示.(2)轨道1离地的高度约为：A、8000kmB、1600kmC、6400kmD、42000km解：由万有引力定律得：解得： =1600km故选(B)(3)飞船在轨道1上运行几周后，在点开启发动机短时间向外喷射高速气体使飞船加速，关闭发动机后飞船沿椭圆轨道2运行，到达点开启发动机再次使飞船加速，使飞船速率符合圆轨道3的要求，进入轨道3后绕地球作圆周运动，利用同样的方法使飞船离地球越来越远，飞船在轨道2上从点到点过程中，速率将如何变化?解：由万有引力定律得：解得：所以飞船在轨道2上从点到点过程中，速率将减小.(4)飞船在轨道1、2、3上正常运行时：①飞船在轨道1上的速率与轨道3上的速率哪个大?为什么?回答：轨道1上的速率大.②飞船在轨道1上经过点的加速度与飞船在轨道2上经过点的加速度哪个大?为什么?回答：一样大③飞船在轨道1上经过点的加速度与飞船在轨道3上经过点的加速度哪个大?为什么?回答：轨道1上的加速度大.探究活动收集资料。
人造卫星基本原理
人造卫星的基本原理参考、摘录自——王冈 曹振国《人造卫星原理》一、关于椭圆轨道在地球引力的作用下，要使物体环绕地球作圆周运动，那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。
如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等，则它将作圆周运动。
若其所需向心力大于地球引力，这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。
物体的速度比环绕速度（作圆周运动时的速度）大得越多，椭圆轨道就越“扁长”，直到达到第二宇宙速度，物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之外。
因为发射卫星和飞船时，入轨点的速度控制不可能绝对精确，速度大小的微小偏离，和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差，都会使航天器的轨道不是圆形二是椭圆形，椭圆扁率取决于入轨点的速度大小和方向。
二、卫星运动轨道的几何描述尽管开普勒定律阐明的是行星绕太阳的轨道运动，它们可以用于任意发射速度>7.9km/s-椭圆>11.2km/s-抛物>16.7km/s-双曲二体系统的运动，如地球和月亮，地球和人造卫星等。
假定地球中心O 在椭圆的一个焦点上a ——椭圆的半长轴b ——椭圆的半短轴ce ——偏心率 a c e =P e ——近地点A p ——远地点 P ——半通径)1(22e a ab P -== Y w ——轴与椭圆交点的坐标f ——真近点角，近地点和远地点之间连线与卫星向径之间的夹角E ——偏近点角只要知道了卫星运行的椭圆轨道的几个主要参数：a ，e 等，卫星在椭圆轨道上任一点（r ）处的速度就可以计算出来：)12(ar v -=μ 其中2μ=GM （地心万有引力常数） 椭圆轨道上任一点处的向径r 为：)cos 1(E e a r -=近地点向径：)1(e a r p -=远地点向径：)1(e a r A +=所以，近地点r 最小，卫星速度最大e ea v -+⋅=112μA远地点r 最大，卫星速度最小e ea v +-⋅=112μ卫星或飞船入轨点处的速度，通常就是近地点的速度，这个速度一般要比当地的环绕速度要大；而椭圆轨道上远地点速度则比当地的环绕速度要小。
人造卫星如何绕地球运行？
人造卫星如何绕地球运行？人造卫星是人类利用科技手段制造并发射到地球轨道上的人造物体，用于进行通信、导航、气象观测等各种任务。
它们的运行轨道是如何确定的？又是如何绕地球运行的呢？本文将详细介绍人造卫星的运行轨道和运行方式。
一、人造卫星的运行轨道人造卫星的运行轨道主要有地球同步轨道、低地球轨道、中地球轨道和高地球轨道等几种类型。
1. 地球同步轨道地球同步轨道是人造卫星最常用的轨道之一，它位于赤道平面上，使卫星的运行速度与地球自转速度保持同步，从而实现卫星在地球上空固定点的连续观测。
地球同步轨道分为静止轨道和准静止轨道两种。
静止轨道（GEO）位于赤道上空约3.6万公里的高度，卫星的周期与地球自转周期相等，因此卫星相对地球保持不动，可以实时观测某一固定地区。
这种轨道适用于通信、广播、气象等需要连续覆盖的应用。
准静止轨道（MEO）位于赤道上空约3.6万公里的高度，卫星的周期略大于地球自转周期，因此卫星相对地球做椭圆形轨道运动，每天经过同一地点两次。
这种轨道适用于导航卫星系统，如GPS。
2. 低地球轨道低地球轨道（LEO）位于地球表面上空约200-2000公里的高度，卫星的周期较短，通常为1.5-2小时。
由于距离地球较近，卫星的运行速度较快，可以实现高分辨率的观测和通信。
这种轨道适用于遥感卫星、通信卫星和空间实验室等应用。
3. 中地球轨道中地球轨道（MEO）位于地球表面上空约2000-36000公里的高度，卫星的周期较长，通常为12-24小时。
这种轨道适用于导航卫星系统，如北斗卫星导航系统。
4. 高地球轨道高地球轨道（GEO）位于地球表面上空约36000公里以上的高度，卫星的周期较长，通常为24小时以上。
这种轨道适用于天文观测卫星和深空探测器等应用。
二、人造卫星的运行方式人造卫星的运行方式主要有两种：静止轨道运行和椭圆轨道运行。
1. 静止轨道运行静止轨道运行是指卫星相对地球保持不动，始终停留在同一位置上。
这种运行方式适用于地球同步轨道，如通信卫星和气象卫星。
人造卫星的构造与轨道控制技术
人造卫星的构造与轨道控制技术人造卫星是人类应用于太空科技领域的杰出成果，它既可以用于通信、遥感、导航等科学研究，也可以用于军事、商业等领域。
作为一个高科技产品，人造卫星的构造、运行和控制都需要各种工程技术的支持。
一、卫星构造人造卫星的构造是由地球站、太阳能电池板、电池、发射装置、天线等多种组成部分构成的。
一般而言，卫星本体是由机身和载荷两个主要部分组成。
机身是卫星的主干部分，它包含了卫星的主要功能装置。
而载荷则是完成一定任务的电气、机械或热学设备，包括各种实验仪器和工业产品。
对于通信卫星来说，天线是十分重要的构造部分，因为从卫星发射电磁波到地面是通过天线实现的。
而天线幅面通常都是非常小的，因此天线的设计需要考虑到精度、稳定性和制造成本等方面的因素。
另外，在卫星的构造过程中，材料的选用也十分重要。
卫星通常会暴露在极端的环境下，如太阳射线、暴雨、高温、低温等，因此需要使用高强度、高耐腐蚀性、高耐候性的特种材料进行制造。
二、卫星轨道卫星的轨道一般分为地球同步轨道和极地轨道两种类型。
地球同步轨道的特点是卫星飞行周期与地球自转周期相同，其高度一般在3万至6万公里之间。
极地轨道则是从极点出发，绕地球北极冠、南极冠飞行，高度一般在800公里至1000公里之间。
为了确保卫星在轨道上稳定飞行，需要设计它的飞行方法。
目前主要的卫星飞行方法有“大气打氮”和“离轨打氮”两种。
实际上，卫星的轨道还受到地球引力、太阳辐射压力等多重因素的影响，轨道控制技术可以使卫星在轨道上保持精确的位置和速度。
三、卫星轨道控制技术为了确保卫星在轨道上精准地运行，需要掌握一系列的轨道控制技术。
其中最基础的技术是卫星姿态控制技术。
通过这种技术可以保证卫星发射后保持稳定的轨道，并且在飞行过程中避免不必要的转动。
卫星的姿态控制可以使用各种控制系统实现，如反动量轮、压缩气体垂直喷射推进器等。
另外，卫星的强制控制技术也非常重要。
这种技术可以通过改变卫星所受的力，来调整卫星的运行轨迹。
人造卫星的工作原理
人造卫星的工作原理人造卫星是人类在探索宇宙的过程中发明的，其工作原理是利用地球引力和离心力的平衡来维持其轨道，并通过搭载各种仪器来完成科学探测、通讯、气象预报等任务。
一、轨道运动原理人造卫星的运动是受到地球引力和离心力的共同作用的。
在卫星上面观察，地球像是一个巨大的引力源，它的引力向心作用影响到卫星的运动轨迹。
同时，在卫星向外运动的过程中，也产生了一个等大但方向相反的离心力。
当这两个力平衡时，卫星就处于一个稳定的轨道上。
二、卫星的轨道类型人造卫星的轨道类型主要有三种：静止轨道、低轨道和中轨道。
静止轨道是指卫星以与地球自转同步的速度绕地球运动，这种轨道适合于卫星通讯和气象观测等任务。
低轨道一般在500-2000公里高度，适合于地球探测、测绘和科学实验等任务。
中轨道一般在5000-20000公里高度，适合于卫星导航等任务。
三、卫星的主要部件卫星主要由以下几个部分组成：电子设备、通讯天线、太阳能电池板、因变器等。
其中太阳能电池板用来向卫星提供能量，电子设备和因变器则用来控制卫星的姿态、保持轨道等，通讯天线则用来与地球的通讯站交换信息。
四、卫星在科学探测中的应用卫星在科学探测中有着广泛的应用。
例如，卫星可用来观测气象、地震、海洋等自然现象，收集出来的数据可用来准确预报天气、预测海洋气候变化等。
另外，卫星还可以用来观测宇宙，测量恒星距离和速度，揭示宇宙形成和演化的规律。
同时，卫星还可以用来探测地球上的其他科学问题，例如资源勘探、生态环境监测等。
总之，人造卫星是人类科技发展的重要成果之一，它为人类在探索宇宙、科学探测、通讯等方面提供了便利。
掌握人造卫星的工作原理，对于我们了解科技的进步和人类对于科学探索的热情都有着重要的意义。
高三物理下册《人造地球卫星》优秀教学案例
（四）反思与评价
反思与评价是教学过程中的重要环节，有助于学生巩固知识、提高能力。在本章节的教学中，我将引导学生进行以下反思与评价：
1.对所学知识进行总结，查漏补缺，形成系统的知识体系。
2.分析自己在解决问题过程中的优点和不足，思考如何改进。
3.评价小组成员的贡献，学会欣赏他人的优点，提高团队协作能力。
3.通过实例分析，让学生了解卫星通信、卫星导航等现代科技手段的原理。
4.结合我国航天事业的发展，介绍人造卫星在我国科技领域的地位和作用。
（三）学生小组讨论
在学生小组讨论环节，我会给出以下讨论主题：
1.分析人造卫星的轨道类型，讨论不同轨道的特点和应用。
2.探讨卫星通信和导航的原理，以及它们在现实生活中的应用。
4.小组合作，提升团队协作能力
在教学过程中，组织学生进行小组合作，共同探讨问题、分享观点。这种教学策略有助于培养学生的团队协作能力、沟通表达能力，同时也能让学生在合作中互相学习、共同进步。
5.反思与评价，促进全面发展
本案例注重反思与评价环节，鼓励学生对所学知识进行总结、查漏补缺。同时，教师对学生的学习过程和成果给予积极的反馈，帮助学生建立自信，培养他们自我反思和自我评价的能力。此外，评价环节还关注学生的团队协作、沟通表达等方面，促进学生的全面发展。
高三物理下册《人造地球卫星》优秀教学案例
一、案例背景
(完整版)人造卫星变轨问题
人造卫星变轨问题一、人造卫星基本原理绕地球做匀速圆周运动的人造卫星所需向心力由万有引力提供。
轨道半径r 确定后，与之对应的卫星线速度r GM v =、周期GMr T 32π=、向心加速度2r GM a =也都是确定的。
如果卫星的质量也确定，一旦卫星发生变轨，即轨道半径r 发生变化，上述物理量都将随之变化。
同理，只要上述物理量之一发生变化，另外几个也必将随之变化。
在高中物理中，会涉及到人造卫星的两种变轨问题。
二、渐变由于某个因素的影响使卫星的轨道半径发生缓慢的变化（逐渐增大或逐渐减小），由于半径变化缓慢，卫星每一周的运动仍可以看做是匀速圆周运动。
解决此类问题，首先要判断这种变轨是离心还是向心，即轨道半径是增大还是减小，然后再判断卫星的其他相关物理量如何变化。
如：人造卫星绕地球做匀速圆周运动，无论轨道多高，都会受到稀薄大气的阻力作用。
如果不及时进行轨道维持（即通过启动星上小型火箭，将化学能转化为机械能，保持卫星应具有的速度），卫星就会自动变轨，偏离原来的圆周轨道，从而引起各个物理量的变化。
由于这种变轨的起因是阻力，阻力对卫星做负功，使卫星速度减小，所需要的向心力r mv 2减小了，而万有引力大小2r GMm 没有变，因此卫星将做向心运动，即半径r 将减小。
由㈠中结论可知：卫星线速度v 将增大，周期T 将减小，向心加速度a 将增大。
三、突变由于技术上的需要，有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机，使飞行器轨道发生突变，使其到达预定的目标。
如：发射同步卫星时，通常先将卫星发送到近地轨道Ⅰ，使其绕地球做匀速圆周运动，速率为v 1，第一次在P 点点火加速，在短时间内将速率由v 1增加到v 2，使卫星进入椭圆形的转移轨道Ⅱ；卫星运行到远地点Q 时的速率为v 3，此时进行第二次点火加速，在短时间内将速率由v 3增加到v 4，使卫星进入同步轨道Ⅲ，绕地球做匀速圆周运动。
第一次加速：卫星需要的向心力r mv 2增大了，但万有引力2rGMm 没变，因此卫星将开始做离心运动，进入椭圆形的转移轨道Ⅱ。
轨道高度与速度关系
轨道高度与速度关系
轨道高度与速度之间存在着密切的关系，这一关系涉及到天体运动、航天器轨道设计等多个领域。
首先，让我们从天体运动的角度来看待这个问题。
根据开普勒定律，行星或人造卫星在椭圆轨道上运动，其轨道高度与运行速度之间存在着特定的关系。
在椭圆轨道上，行星或卫星在近地点处速度最快，在远地点处速度最慢。
因此，轨道高度的变化会影响到运行速度。
另外，从航天器轨道设计的角度来看，轨道高度与速度的关系也非常重要。
对于地球轨道飞行器来说，其轨道高度一般分为低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）和地球同步轨道（GEO）等不同类型。
不同类型的轨道高度决定了飞行器的运行速度。
一般来说，轨道高度越高，飞行器的运行速度就越慢，反之亦然。
这是因为在较高的轨道上，引力较弱，所以飞行器需要更大的速度来保持轨道稳定；而在较低的轨道上，引力较强，所以飞行器可以以较低的速度维持轨道。
此外，轨道高度与速度的关系还涉及到能源消耗、通信延迟等方面。
在航天器发射和轨道调整过程中，不同的轨道高度需要不同的速度变化，这将影响到燃料消耗。
另外，在卫星通信中，轨道高
度的变化也会影响到信号传输的延迟时间，从而影响到通信质量。
总之，轨道高度与速度之间的关系是一个复杂而又重要的问题，涉及到天体运动、航天器设计、能源消耗、通信延迟等多个方面。
深入理解这一关系对于航天领域的发展具有重要意义。
人造卫星角速度计算
人造卫星角速度计算哎呀，说起人造卫星的角速度计算，这事儿可真是挺有意思的。
你知道吗，我小时候就对天上飞的东西特别感兴趣，尤其是那些绕着地球转的卫星。
那时候，我总爱想象自己是个宇航员，坐在卫星里，看着地球慢慢转啊转的。
现在想想，那时候的我真是天真得可爱。
好了，言归正传，咱们聊聊这个角速度计算。
角速度，说白了，就是卫星绕地球转一圈需要的时间。
这个计算其实挺简单的，但也挺重要的，因为卫星的轨道设计、通信、定位等等，都离不开这个参数。
首先，咱们得知道卫星的轨道半径。
这个半径可不是卫星离地球表面的距离，而是从地球中心到卫星的距离。
这个数据，一般卫星发射的时候都会给出，或者你可以通过一些天文软件来查询。
然后，咱们得知道地球的自转速度。
地球自转一圈是24小时，也就是86400秒。
这个速度，咱们可以用地球的周长除以自转时间来计算。
地球的周长大概是40075公里，所以地球的自转速度大概是0.465公里/秒。
接下来，就是计算卫星的角速度了。
这个计算公式是：卫星的角速度 = 地球的自转速度/ 卫星的轨道半径。
这个公式的意思是，卫星绕地球转一圈的时间，是地球自转一圈的时间除以卫星离地球中心的距离。
举个例子，假设有一个卫星，它的轨道半径是地球半径的6倍，也就是大约36000公里。
那么，这个卫星的角速度就是0.465公里/秒除以36000公里，大概是1.3×10^-5弧度/秒。
这个结果听起来可能有点抽象，但你可以这么理解：这个卫星绕地球转一圈，需要的时间大概是地球自转一圈时间的1/7500。
也就是说，这个卫星在天上转得比地球自转快多了。
这个计算过程，其实挺有意思的。
它让我意识到，虽然卫星离我们很远，但它们其实和我们息息相关。
我们的手机信号、天气预报、GPS定位等等，都离不开这些在天上飞的小家伙。
最后，我想说的是，虽然这个计算过程挺简单的，但背后的科学原理和工程技术，其实非常复杂。
那些设计和制造卫星的科学家和工程师，真是了不起。
卫星轨道种类
简单的说：所有的地球卫星都是靠万有引力（或者可以叫做重力）充当向心力，所以，万有引力指向地心，而向心力的“心”也是地心，一句话：所有的地球卫星都是围绕地心做圆周运动的（无论是极地卫星、同步卫星还是一般卫星）。
下面有一篇文章对卫星有比较详细的论述，你看看。
人造地球卫星原理2008-06-10 下午08:24“人造卫星”就是我们人类“人工制造的卫星”。
科学家用火箭把它发射到预定的轨道，使它环绕着地球或其他行星运转，以便进行探测或科学研究。
围绕哪一颗行星运转的人造卫星，我们就叫它哪一颗行星的人造卫星，比如最常用于观测、通讯等方面的人造地球卫星。
地球对周围的物体有引力的作用，因而抛出的物体要落回地面。
但是，抛出的初速度越大，物体就会飞得越远。
牛顿在思考万有引力定律时就曾设想过，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次离山脚远。
如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。
人造卫星是发射数量最多，用途最广，发展最快的航天器。
1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造卫星。
之后，美国、法国、日本也相继发射了人造卫星。
中国于1970年4月24日发射了东方红1号人造卫星，截止1992年底中国共成功发射33颗不同类型的人造卫星。
人造卫星一般由专用系统和保障系统组成。
专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统，也称为有效载荷。
应用卫星的专用系统按卫星的各种用途包括：通信转发器，遥感器，导航设备等。
科学卫星的专用系统则是各种空间物理探测、天文探测等仪器。
技术试验卫星的专用系统则是各种新原理、新技术、新方案、新仪器设备和新材料的试验设备。
保障系统是指保障卫星和专用系统在空间正常工作的系统，也称为服务系统。
主要有结构系统、电源系统、热控制系统、姿态控制和轨道控制系统、无线电测控系统等。
对于返回卫星，则还有返回着陆系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
30
15
4/2/2013
不考虑地球旋转时的覆盖带
60°， 15°，Ω 0°
覆盖带外沿轨迹墨卡托投影图
31
覆盖带外沿轨迹性质
覆盖带外沿轨迹性质
外沿轨迹对称性 覆盖带的维度范围
i d 90 (i d ) i d (i d ) 180 180 (i d ) i d 90
覆盖带宽度，最小覆盖带宽度
d arctan( tan d ) sin i
32
16
4/2/2013
考虑地球旋转时的覆盖带
在考虑地球旋转后，星下点轨迹每圈西移 ，则覆盖带也一起西移 全球覆盖
E ET
J2项摄动 引起的升 交点变化
2d >wE
盲区
33
需要注意的是，此处均是以恒星时为时间单位
16
8
4/2/2013
回归轨道与准回归轨道②
对于互质数D和N，则有
360 D 15 T N
T
24 D N
N和D分别为实现星下点轨迹重复所需要的最少圈 数和恒星日数
回归轨道：当D=1恒星日时，则星下点轨 迹逐日重复，其轨道称为回归轨道
14
4/2/2013
卫星高度对覆盖角的影响
卫星轨道越高，卫星对地面的覆盖角越大
29
不考虑地球旋转时的覆盖带
外沿轨迹方程
对圆轨道而言，各时刻的覆盖角 为
常数，则在星下点轨迹两侧角度为 的范围内形成一地面覆盖带
覆盖带外沿轨迹：随着卫星的运动， ,
和
,
）形成的轨迹
覆盖带以外的地区为覆盖盲区；覆
GPS卫星星下点轨迹（只考虑二体情况）
19
回归轨道与准回归轨道⑤
若D>1恒星日，则星下点轨迹不逐日重复而是间隔 D恒星日后进行重复，这种轨道称为准回归轨道 比如T=9小时/圈，则N=8圈，D=3恒星日，这是重 复周期为8圈、重复日期为3恒星日的准回归轨道
20
10
4/2/2013
地球同步轨道①
星下点轨迹与6个轨道根数和t都有关 星下点轨迹的形状只与 、 、 、 有关 、 只影响星下点轨迹相对于旋转地球的相对位置
12
6
4/2/2013
圆轨道星下点轨迹
圆轨道星下点轨迹的形状仅与 、 有关；或者说仅与 和 有关
不同周期圆轨道的星下点轨迹
13
椭圆轨道星下点轨迹形状①
星下点轨迹的形状只与 、 、 、 有关 轨道倾角i对星下点轨迹形状的影响
8
4
4/2/2013
不考虑地球旋转时的星下点轨迹④
不考虑地球旋转时，星下点轨迹只与轨道根 数Ω和i有关，即只于轨道面在惯性空间的方 向有关――同一轨道面内的任何轨道，其星 下点均为同一个大圆 当0° 180°， 0°，即星下点轨迹在 北半球； 当180° 360°， 0°，即星下点轨迹 在南半球；
卫星的轨道倾角决定了星下点轨迹能到达的南北纬的极值
10
5
4/2/2013
不考虑地球旋转时的星下点轨迹⑥
A arctan( cot i ) cos u
当i=0°，90°，180°时，方位角A为固定值， 相应的方位角A=90°，0°或180°，270° 其他情况下，A与u相关；且具有如下的极值
arcsin sinisinu
9
不考虑地球旋转时的星下点轨迹⑤
arcsin sinisinu
当 当 90°时， 为极大值 90°时， 为极小值
i i 90 max 180 -i i 90 i i 90 min i 180 i 90
6
3
4/2/2013
不考虑地球旋转时的星下点轨迹②
sin cot i tan 星下点轨迹方程 星下点轨迹的方位角为 A arctan( cot i )
cos u
7
不考虑地球旋转时的星下点轨迹③
当轨道倾角为0°时，称为赤道轨道； 当轨道倾角为90°时，称为极轨道； 当0 °<i<90° 时，航天器运行方向与地球自转方向相同，称为顺行 轨道； 当 90°<i<180° 时，航天器运行方向与地球自转方向相反，称为逆 行轨道； 当180 时，航天器成为与地球自转方向相反的赤道航天器
按顺序给卫星运行产生的各圈星下点轨迹标号，称 为圈号，依次为0,1,2,……
17
回归轨道与准回归轨道③
比如T=6小时/圈，则N=4圈，D=1恒星日，这是重复 周期为4圈、重复日期为1恒星日的回归轨道
18
9
4/2/2013
回归轨道与准回归轨道④
比如GPS卫星T=12小时/圈，也是回归轨道
1个LEO卫星的覆盖带
34
17
4/2/2013
1个GEO卫星的覆盖带
35
3个GEO卫星的覆盖带
36
18
4/2/2013
1个IGSO卫星的覆盖带
37
§3卫星星座
航天任务的覆盖要求指标
覆盖区域：全球覆盖、纬度带覆盖、区域覆盖 覆盖重数：单重覆盖、多重覆盖 时间分辨率：连续覆盖、间歇覆盖
盖角越大，盲区越小
ìa1 = sin i cos d ï ï ï ï ïa2 = cos i sin d í ïb1 = cos i ï ï ï ï ï îb2 = tan d sin i
ì sin R = a1 sin u - a2 ï ï í ï ï îtan( R - ) = b1 tan u + b2 sec u ì sin L = a1 sin u + a2 ï ï í ï ï îtan( L - ) = b1 tan u - b2 sec u
4
2
4/2/2013
星下点轨迹②
有两种不同的定义
与卫星的运动（轨道根 数）和地球自转相关 研究星下点轨迹时，常 常将地球视为圆球，并 将星下点轨迹常投影至 地球的平面图上
5
不考虑地球旋转时的星下点轨迹①
假设地球不旋转，由于轨道平面一定穿过地球中心，因 此其星下点轨迹一定是一个大圆 可以用赤经 和赤纬 来描述星下点 arcsin arctan 升段 180° arctan 降段
卫星环由若干颗均 匀分布在同一轨道 上的卫星组成 卫星环的地面覆盖 的重叠区域称为卫 星环覆盖带
41
卫星环覆盖带宽度
若卫星环上共有 颗卫星， 相邻星下点角距 为
l= 360 k
当卫星的覆盖角 /2 ， 相邻卫星的覆盖全有重叠。 卫星环覆盖带宽度 为
cos d r = cos d cos d = l 180 cos 2 k
倾角的变化对星下点轨迹的影响
14
7
4/2/2013
椭圆轨道星下点轨迹形状②
近地点角距 对星下点轨迹形状的影响
ω的变化对星下点轨迹的影响（i=20°）
15
回归轨道与准回归轨道①
在不考虑摄动因素影响时，卫星连续两次通过升 交点称为卫星运行一圈，其对应的轨道周期可表 示为 小时/圈 在一个恒星日内，地球自转一周，则卫星在一个 轨道周期内，升交点在旋转地球上固定西移 15° /圈
其周期为
T 1平太阳日 N
其周期为
T D*平太阳日 N
24
12
4/2/2013
§2地面覆盖
25
覆盖区及相关概念（单一卫星）①
覆盖区：卫星在某时刻可能观测的地面区域总和，其面 积用A表示；覆盖区以外的地面区域称为覆盖盲区 覆盖角：∠ 中心角： 覆盖带宽：
d arccos( aE ) aE h
90 d
S w 2aE d
2 2 (1 cos d ) 4 aE sin 2 A 2 aE
d 2
26
13
4/2/2013
覆盖区及相关概念（单一卫星）②
对于地球静止卫星（比如通信 卫星），其 81.37°， 8.63°， =18116.134km, A占全球的42.54% 在赤道上等间隔放置三个静止 卫星，除了两极附近的盲区外 均可实现全球通信
cos
在卫星环覆盖带内的任一 地点任何时刻至少能看到 环内的一颗卫星。
地球同步轨道包括同步、超同步、亚同步
1 N 1/ K D M 地球同步轨道 地球超同步轨道 K 1
地球亚同步轨道 M 1
地球同步轨道，N=1，D=1，是回归轨道的一个特 列；如果i=0,则称为地球静止轨道； 地球同步轨道高度：要实现与地球的同步，卫星距 地高度为35787km
2. 平面数和每个轨道面内的卫星数
从满足星座性能台阶和节省能量出发，在星座的卫星总 数一定时，常将较多的卫星布设在较少的轨道面内，且 每一个轨道面内都放一个备用的卫星。 考虑大气阻力影响，延长轨道寿命 确保轨道覆盖的均匀性
40
3. 轨道高度
4. 相邻轨道面内的相位
20
4/2/2013
卫星环
38
19
4/2/2013
卫星星座设计的因素
星座设计的因素
轨道类型 轨道倾角 轨道平面数 每个轨道面内的卫星数 轨道高度 卫星在轨道面的相位
39
卫星星座设计的准则
1. 避免轨道摄动造成的星座变形
A. 拱点进动 B. 交点进动
均为0 , e , i a 2 3 J 2 aE n cos i 2 p2 3J a 2 5 2 2 2E n 2 sin i 2p 2 2 3 J a 3 2 2 2 E M n e 1 1 sin i 2 p2 2