浅谈同步卫星和近地卫星

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上期我们遇到了同步卫星这个东东，而同步卫星和近地卫星经常容易混淆。这期我们就来探讨一下。

一、定性分析

同步卫星是一种运行周期与行星自转周期相同的卫星，以常用的地球同步卫星为例做一个说明。

地球同步卫星就是有一个绕地球转动的卫星，它的转动中心就是地球的球心，绕地球球心转动一圈需要二十四小时，恰好和地球自转周期相同。说白了这颗卫星从地面上看，保持不动，也称静止卫星；从地球外看，卫星与地球以相同的角速度转动。

地球同步卫星距赤道的高度约为36000千米，主要用于通信、监视地面、军事侦察、传输电视节目、传输广播信号等。注意地球同步卫星一般要在赤道上空。因为只有在赤道上空，地球同步卫星才会绕地球球心转动，而在其他地方匀速圆周运动的中心是地轴上的一点而不是地球中心。这个图示大家可以参照前期万有引力和重力的区别。

近地卫星是指轨道在地球表面附近的卫星，计算时轨道半径可近似取地球半径。我国地处北半球，利用地球自西向东自转的部分速度，朝东发射火箭可以节约火箭能量。

二、定量分析

近地卫星

①轨道半径r≈R(R为地球的半径);运行速度v=√(GM)∕R=√gR=7.9km∕s，是所有卫星的最大绕行速度;

②运行的周期为T=84.4min，是所有卫星最小周期;

③向心加速度a=g=9.8m∕(s^2)，是所有卫星的最大加速度。

同步卫星

①周期、角速度一定，与地球自转周期（周期T=23时56分4秒）、角速度相同；

②轨道平面在赤道平面上；

③距离地心的距离一定：h=4.225×10^4km； 距离地面的高度为3.6×10^4km

④环绕速度一定：v=3.08km∕s，环绕方向与地球自转方向相同；

⑤向心加速度大小一定：a=0.23m∕（s^2)

三、补充几点同步卫星的知识

一是发射同步卫星时，大致分为三个步骤：先将卫星发射到近地卫星轨道作匀速圆周运动，之后变轨到椭圆轨道，最后再变轨到同步卫星轨道作匀速圆周运动。这也是我们前几期卫星变轨问题的由来。[捂脸]

二是地球同步卫星轨道一定是圆而不是椭圆。因为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，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，当卫星向近地点运行时，卫星的轨道半径将减小，地球对它的万有引力就变大。卫星的角速度也变大;反之，当卫星向远地点运行时，卫星的轨道半径将变大,地球对它的万有引力就减小，卫星的角速度也减小，这与同步卫星的角速度恒定不变相矛盾。所以同步卫星轨道不是椭圆,而只能是圆。

三是所有地球同步卫星的高度都是一样的。因为在赤道上空的同步卫星，它受到的唯一的力——万有引力提供卫星绕地轴运转所需的向心力。根据万有引力充当向心力和圆周运动的知识，我们可以判定。赤道上空的这一位置被科学家们喻为“黄金圈”，是各国在太空主要争夺的领域之一。

希望通过本期内容，让大家对地球同步卫星和近地卫星有一个直观的认识。[耶]

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