第二节：人造卫星概论
人造卫星知识点总结
人造卫星知识点总结导言人造卫星是指由人类制造并将其送入地球轨道、太阳轨道、或者其他天体轨道的一种人造天体。
人造卫星的发射及控制需要借助先进的技术和设备，是现代空间技术领域的重要组成部分。
人造卫星的发展对于人类的生活和科学研究具有重要的影响，是现代天文学、通信技术、导航定位技术等领域的重要基础。
本文将从人造卫星的定义、历史、分类、发射及控制、应用等方面对人造卫星的相关知识进行总结。
一、人造卫星的定义人造卫星是指由人类制造并将其送入地球轨道、太阳轨道、或者其他天体轨道的一种人造天体。
它是载有各种科学仪器和设备的人造天体，通过宇宙飞船送入太空，并绕地球运行的具有自动控制和通信功能的飞行器。
人造卫星不仅可以携带各种科学仪器和设备进行科学研究，还可以用于地球观测、通信、导航等领域，因此它具有非常广泛的应用价值。
二、人造卫星的历史人造卫星的概念最早可以追溯到20世纪20年代和30年代。
当时，俄罗斯和美国的科学家们开始提出利用火箭来进行太空探测和研究的设想。
随着火箭技术的发展，人类对于发射人造卫星的设想逐渐成为现实。
1957年10月4日，苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星——斯普特尼克一号，引起了国际社会的轰动。
自此以后，各个国家纷纷投入大量的资金和人力进行人造卫星的研究和发射，人造卫星技术取得了长足的发展。
在之后的几十年时间里，人类陆续发射了上千颗不同用途的人造卫星，这些卫星在天文学、地球观测、通信、导航等领域取得了许多重大成就。
三、人造卫星的分类根据不同的用途和功能，人造卫星可以分为不同的类型。
通常可以按照轨道高度、任务和功能、地球上的使用者、制造国，以及载荷等方面进行分类。
其中，按照轨道高度可以将人造卫星分为地球同步轨道卫星、低地球轨道卫星、中地球轨道卫星，以及高地球轨道卫星；按照任务和功能可以将人造卫星分为通信卫星、气象卫星、导航卫星，地球资源卫星，科学研究卫星，军事卫星等；按照地球上的使用者可以将人造卫星分为商业卫星、政府卫星，军事卫星等；按照制造国可以将人造卫星分为美国卫星、俄罗斯卫星、中国卫星等；按照载荷可以将人造卫星分为卫星通信、广播卫星、导航定位卫星等。
人造卫星基本知识概述
人造卫星基本知识概述人造卫星是由人类制造并将其送入太空进行各种任务和功能的设备。
它们在现代通信、气象观测、地球观测、导航等领域发挥着重要的作用。
本文将概述人造卫星的一些基本知识，包括构造、种类和功能。
一、构造人造卫星的构造是基于其特定的任务需求以及环境适应性而设计的。
虽然不同的卫星可能存在一些差异，但它们通常包括以下几个主要组件：1.1 主体结构：卫星的主体结构通常由金属合金或碳纤维等材料制成，以保证足够的强度和刚度，并且能够抵御太空中的极端温度和辐射。
主体结构中通常包含有减震装置和对流散热器等组件。
1.2 动力系统：卫星的动力系统主要包括太阳能电池阵列、电池、燃料电池或核能源等装置。
这些装置提供了卫星所需的能量，以满足各种任务的运行需求。
1.3 通信系统：卫星的通信系统用于接收和发送信号，确保卫星与地面站点、其他卫星或用户之间的通信连接。
通信系统通常包括天线、收发器、调制解调器等组件。
1.4 控制系统：卫星的控制系统用于控制卫星的姿态、轨道和运行状态。
它包括各种传感器、电动轮、推进器和陀螺仪等元件，以保持卫星在正确的轨道和工作状态。
二、种类人造卫星可以根据其用途和功能分为不同种类。
以下是一些常见的人造卫星种类：2.1 通信卫星：主要用于无线电信号的传输，包括电话、电视、互联网和广播等。
2.2 气象卫星：用于观测和监测地球的大气状况，收集气象数据，以便提供天气预报和气候研究。
2.3 导航卫星：用于提供定位、导航和时间服务，例如全球定位系统（GPS）。
2.4 地球观测卫星：用于观测和监测地球的表面特征、植被、水资源、海洋等，以帮助研究和监测地球系统。
2.5 科学研究卫星：用于进行各种科学研究任务，例如天文观测、宇宙学研究等。
三、功能人造卫星的功能多样，下面列举了几种常见的功能：3.1 数据收集和传输：卫星可以收集、存储并传输各种数据，包括气象数据、地球观测数据、通信数据等。
3.2 通信和广播：卫星通过无线电信号传输数据，实现全球通信，包括电话、互联网、电视和广播等。
人造卫星 原理
人造卫星原理
人造卫星是指由人工制造并发射到地球轨道上的卫星。
它们被用于各种不同的用途，包括通信、天气观测、导航、科学研究等等。
人造卫星的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：
1. 发射：人造卫星通常由火箭发射入轨。
发射时，火箭提供足够的速度和高度将卫星送入轨道上。
2. 轨道：一旦卫星进入轨道，它会按照预定的轨道进行运动。
不同的卫星有不同的轨道类型，包括低地球轨道、中地球轨道和静止轨道等。
3. 通信：许多人造卫星用于通信目的。
这些卫星配备了天线和发射器，可以接收地面信号并转发到其他地区。
这种通信方式被广泛应用于电话、互联网和电视广播等领域。
4. 观测：人造卫星还用于观测地球和宇宙。
这些卫星搭载各种仪器，可以测量地球表面的温度、气候和植被等信息，或者观测宇宙中的星体、行星和黑洞等。
5. 导航：导航卫星是用于定位和导航的。
它们发射出无线电信号，接收器可以通过测量信号的时间差来计算自己的位置。
全球定位系统（GPS）就是一个应用广泛的导航卫星系统。
6. 科学研究：科学卫星主要用于进行各种科学研究。
例如，天
文学家可以使用卫星观察遥远的星系和宇宙现象，地球科学家可以利用卫星收集地球表面气候和环境的数据。
总之，人造卫星通过发射入轨、按照预定轨道运动，并搭载不同的仪器和设备来实现各种功能，从而能够为人类提供通信、观测、导航和科学研究等服务。
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：
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3、同步卫星只有一个轨道，且这个轨道一定在赤道的上
空。轨道高度按下式来计算：
= GMm
(R+h)2
m 4π2 T2
(R+h)
GMm mg≈
R2
3
h = GMT2 －R=3.56×107m
4π2
3
= h R2gT2 －R
4π2
4、同步卫星的运行速度：V=ω(R+h) = 2π (R+h)=3.1km/s
2、角速度随轨道半径的关系：
GMm = mω2r
r2
ω=
GM r3
可见：卫星绕行的角速度随轨道半径增大而减小。
3、周期随轨道半径的关系：
= GMm
r2
m 4π2 T2
r
= T
4π2r3
GM
可见：卫星绕行的周期随轨道半径增大而增大。
三、宇宙速度
1、第一宇宙速度
(1)推导：设地球和卫星的质量分别为M和m，卫星到地心的距离为 r，卫星 运动的速度为V.
解：虽然距地面高的卫星运行速度比靠近地面的卫星运行 速度小，但是，向高轨道发射卫星却比向低轨道发射卫星 要困难，因为向高轨道发射卫星，火箭要克服地球对它的 引力做更多的功，所以高轨道卫星需要的发射速度比低轨 道卫星的发射速度大。该说法是错误的。
3、金星的半径是地球半径的0.95倍，质量是地球的0.82倍，
二.人造卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系
基本思路：把卫星围绕地球的运动看成是一种匀速圆周运动，则所受的引 力充当其作圆周运动的向心力。
二.人造卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系
1、线速度随轨道半径的关系：
GMm = mV2
r2
人造卫星小知识课件
卫星导航原理
01
导航信号
卫星导航系统通过发射无线电导航信号，为地面用户提供位置、速度和
时间信息。导航信号通常包括伪距测量信号、载波相位测量信号等。
02 03
定位原理
利用卫星导航信号，地面用户可以通过测量伪距和载波相位等信息，解 算出自身的位置、速度和时间。通常采用最小二乘法等优化算法进行定 位解算。
人造卫星的发展历史
早期探索
20世纪初，科学家们开始研究如 何将飞行器送入太空。经过数十 年的理论研究和技术实验，人类 终于掌握了制造和发射卫星的关
键技术。
第一颗人造卫星
1957年10月4日，苏联成功发射 了世界上第一颗人造卫星“斯普 特尼克1号”（Sputnik 1），标
志着人类正式进入太空时代。
人造卫星小知识课 件
目录
• 人造卫星概述 • 人造卫星的技术原理 • 人造卫星的应用领域 • 人造卫星的未来展望 • 人造卫星与我们的生活 • 人造卫星常识拓展
01
人造卫星概述
人造卫星的定义
• 定义：人造卫星是由人类制造、发射并控制运行于地球大气层 外的飞行器。它们围绕地球或其他行星运行，执行各种科学、 技术、军事和商业任务。
卫星通信使得地球上任何地方的移动通信成为可能，即便在偏远 地区也能实现电话、短信、数据传输等业务。
宽带互联网接入
通过卫星通信技术，为农村、偏远地区提供宽带互联网接入服务， 消除数字鸿沟，促进教育、医疗等资源的均衡分配。
应急通信
在自然灾害、区与外界的通信联系。
通过卫星观测地球，保护我们的家园
气象观测
气象卫星可以实时监测全球范围内的气象变化，为天气预报、气 候研究提供重要数据支持。
环境监测与保护
高三物理人造卫星知识点
高三物理人造卫星知识点人造卫星作为现代科技发展的重要成果之一，在人类的通信、观测、导航等领域发挥着重要的作用。
作为高三物理学生，了解人造卫星的相关知识点对于我们深入理解和应用物理学知识有着积极的意义。
本文将介绍一些高三物理人造卫星的知识点。
一、人造卫星的概念与分类人造卫星是由人类制造并发送到地球轨道上的人造物体。
根据其功能和用途的不同，人造卫星可以分为通信卫星、导航卫星、气象卫星和科学卫星等多个类别。
通信卫星用于实现长距离的通信传输，导航卫星主要用于导航和定位，气象卫星则用于收集地球大气层的各种信息，而科学卫星则用于物理、天文、地理等领域的科学研究。
二、人造卫星的构造和工作原理人造卫星主要由天线、动力系统、能源系统、控制系统和载荷系统等组成。
其中，天线用于接收和发送信号，动力系统提供卫星运动所需的动力，能源系统则负责供应电能，控制系统用于卫星的导航和定位，载荷系统则是卫星的主要功能负载，如进行通信、气象观测等。
人造卫星的工作原理包括发射、轨道、通信和数据处理等多个环节。
首先，卫星通过运载火箭进入预定轨道，然后进入稳定轨道进行工作。
在轨道上，卫星利用天线进行通信，收集和发送各种信号。
收集到的信号经过数据处理后，再传送回地面站进行解析和利用。
三、卫星的运行机制和定位方法人造卫星的运行机制主要依靠地球引力和离心力的平衡。
由于地球的引力作用，卫星在轨道上绕地运动；同时，离心力的作用则保持卫星维持在稳定轨道上运行。
通过综合考虑地球引力和离心力，可以实现卫星的运行和定位。
卫星的定位方法有多种，常见的有GPS（全球定位系统）定位和GLONASS（俄罗斯全球导航卫星系统）定位。
这些定位方法利用卫星之间的测距和信号传输时间差进行计算，进而确定接收地点的精确位置坐标。
四、卫星的应用领域和前景展望人造卫星广泛应用于通信、导航、气象、科研等领域。
通信卫星实现了全球范围内的通信传输，使得距离不再是信息交流的障碍；导航卫星则为车辆导航、航空航海等提供了准确的定位服务；气象卫星可以及时获取气象信息，对气候预测和灾害防范起着重要作用；科学卫星则展开了一系列深空探索和地球观测等科学研究。
人造卫星
我国卫星发射历史
1970年4月24日，我国自行设计、制造的第一颗人造地球卫星“东方 红一号”，由“长征一号”运载火箭一次发射成功。卫星运行轨道距 地球最近点439公里，最远点2384公里，轨道平面和地球赤道平面的 夹角68.5度，绕地球一周114分钟。卫星重173公斤，用20009兆周的 频率，播送《东方红》乐曲。实现了毛泽东主席提出的“我们也要搞 人造卫星”的号召。使中国成为继美、苏、法、日之后世界上第五个 用自制运载火箭成功发射卫星的国家。
•
总结
•
人造卫星是目前发射数量最多、用途最 广、发展最快的航天器。人造卫星按照运 行轨道不同分为低轨道卫星、中高轨道卫 星、各种人造卫星地球同步卫星、地球静 止卫星、太阳同步卫星、大椭囿轨道卫星 和极轨道卫星；按照用途划分，人造卫星 又可分为通信卫星、气象卫星、侦察卫星、 导航卫星、测地卫星、截击卫星等。这些 种类繁多、用途各异的人造卫星为人类作 出了巨大的贡献。
BY:池博~ZS工作室
鸣谢：文刀北隅
人造卫星运行轨道の示意图来自人 造 卫 星 的 分 类
●科学卫星： 送入太空轨道，进行大气物理、天文物理、 地球物理等实验或测试的卫星，如中华卫星一号、哈伯等。 ●通信卫星：做为电讯中继站的卫星，如：亚卫一号。 ●军事卫星：做为军事照相、侦察之用的卫星。 ●气象卫星：摄取云层图和有关气象资料的卫星。 ●资源卫星：摄取地表或深层组成之图像，做为地球资源 探勘之用的卫星。 ●星际卫星： 可航行至其它行星进行探测照相之卫星，一 般称之为「行星探测器」，如先锋号、火星号、探路者号等。
中国北斗卫星导航系统
•
北斗卫星导航系统能够提供高精度、高 可靠的定位、导航和授时服务，具有导航和 通信相结合的服务特色。通过１９年的发展， 这一系统在测绘、渔业、交通运输、电信、 水利、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸 多领域得到应用，产生了显著的经济效益和 社会效益，特别是在四川汶川、青海玉树抗 震救灾中发挥了非常重要的作用。 中国北斗卫星导航系统是继美国ＧＰＳ、 俄罗斯格洛纳斯、欧洲伽利略之后，全球第 四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统２０ １２年将覆盖亚太区域，２０２０年将形成 由３０多颗卫星组网具有覆盖全球的能力。 高精度的北斗卫星导航系统实现自主创新， 既具备ＧＰＳ和伽利略系统的功能，又具备 短报文通信功能。
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计算同步卫星高度
万有引力提供向 心力
Mm
4 2
G (R h)2 m T 2 (R h)
h3
GMT 2
4 2
R 3.6 107 m
同步通讯卫星轨道半径：
h+R=4.2 107 m
同步卫星的线速度
解：万有引力提供向心力 故
=
由此解出v = 将地球质量 M及轨道半径r带入
同步卫星发射过程
思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？
度”。V2=11.2km/s
（３）第三宇宙速度
使物体挣脱太阳的引力束缚的最小发射速 度，也称为“逃逸速度”。
V3=16.7km/s
三、人造卫星的发射
V=7.9k m/s 11.2km/s>V>7. 9km/s
V=16.7km/s V=11.2km/s
V=7.9km/s 11.2km/s>V>7.9km/s
GMm R2
m
v2 R2
GM=gR2
v GM R
v gR
代入数据可得：v=7.9km/s
（1）第一宇宙速度
第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕 地球作匀速圆周运动所必须具有的速度， 所以也称为“环绕速度”。
v1=7.9km/s
（2）第二宇宙速度
使物体挣脱地球束缚，成为绕太阳运行的人 造行星的最小发射速度，也称为“脱离速
第二节：人造卫星
各种各样的卫星……
二、人造卫星
1. 轨道中心
地心
2. _万__有__引_力__ 提供向心力 3. R越大，T _越__大__，V _越__小__，
ω _越__小__，an _越__小____
地球
探思究考问与题讨一论：、如图所示，A、B、C、 D四条轨道中可以作为卫星轨道 的是哪一条？
大
（4）离地面越高，角速度越
小
（5）离地面越高，向心加速度越 小
地球同步通讯卫星
同步通讯卫星：相对于地面静止 的为卫星、和地球具有相同周期的卫星。
• 一、同步卫星的轨道
我们平时看电视实况转播时总听到解说 员讲：正在通过太平洋上空或印度洋上空 的通讯卫星转播电视实况，为什么北京上 空没有同步卫星呢？
T 2π
r3
( r↑,T ↑)
GM
结论:
以下人造卫星的线速度、周期、角速度的大小关系?
Ⅲ
Ⅰ Ⅳ
Ⅱ
GM
v
r
v1>v2=v3>v4
T 2π r3 GM
T1<T2=T3<T4
ω
GM r 3 ω1>ω2=ω3>ω4
（2）人造卫星的发射速度与运行速度
①发射速度是指卫星在地面附近离开发射 火箭的初速度。假若卫星发射后不再补充 能量，那么要发射一颗人造地球卫星，其 发射速度就不能小于第一宇宙速度。
提示：卫星作圆周运 动的向心力必须指 向地心
卫星的轨道
• 赤道轨道
• 极地轨道 • 其他轨道
• 轨道特点：万有引力提供向心力 所以轨道平面一定经过地球中心
• 卫星是围绕地球的中心做匀速圆周运动
二，卫星的发射
牛顿的猜想
牛顿的手稿
想一想:
物体初速度达到多大时就可以成为一颗人造 卫星呢?
一、人造卫星：
在地球上抛出的物体，当它的速度足够 大时，物体就永远不会落到地面上，它将 围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星。
简称 人造卫星 。
由此可见，人造地球卫星运行遵从的规律 是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星 的引力提供向心力。
想一想:
物体初速度达到多大时就可以 成为一颗人造卫星呢?
二 、宇宙速度
当发射一颗卫星绕地球表面附近运动时， 由万有引力提供向心力可得：
第二课时 同步卫星
复习巩固
• 1、卫星的轨道平面有何特点？ • 2、如何计算第一宇宙速度？ • 3、卫星的发射速度与运行速度有何区别？ • 4、卫星的线速度、角速度和周期与轨道半
径有何关系？
思考：对于绕地球运动的人造卫星：
（1）离地面越高，向心力越
小
（2）离地面越高，线速度越
小
（3）离地面越高，周期越
四、人造卫星运动参量
（1）、线速度、角速度、周期
设地球和卫星的质量
分别为M和m,卫星到地
心的距离为r,求卫星运动
的线速度v、角速度ω、
F
周期T ?
V
由F引=F向得到：
Mm v2
G m
r2
r
GMm r2
mr ω2
v GM ( r↑,v ↓) r
GM ω r3 ( r↑,ω↓)
GMm r2
mr
4π2 T2
பைடு நூலகம்②运行速度指卫星在进入运行轨道后绕地 球做圆周运动的线速度。当卫星“贴着” 地面飞行时，运行速度等于第一宇宙速 度，当卫星的轨道半径大于地球半径时， 运行速度小于第一宇宙速度。
第一宇宙速度：发射卫星的最小发射速
度，卫星绕地做圆周运动的的最大运行速度．
V=7.9kg/s 11.2kg/s>V>7.9kg/s
小结:
a.第一宇宙速度：
v1
GM R
gR（对任何天体都适用）
对地球：v1=7.9km/s (环绕速度)
7.9km/s<v<11.2km/s 时卫星轨道不是圆形
而是椭圆。
b.当v ≥11.2km/s时,脱离地球(绕太阳),第二宇宙速
度(绕太阳),也称脱离速度
c.当v ≥16.7km/s时,脱离太阳,第三宇宙速度 也称逃逸速度
若在北纬或南纬某
地上空真有一颗同步卫
B
星，那么这颗卫星轨道
h
平面的中心应是地轴上
F1
F2
RF引 h
M
的某点, 而不是地心, 其
需要的向心力也指向这
ω
一点。 而地球所能够提供的引力只能指向
地心，所以北纬或南纬某地上空是不可能
有同步卫星的。
同步卫星的轨道只能在赤道上空
二、同步卫星的特点
1、同步卫星与地面相对静止，与地球自转 同步，周期为24h。 2、同步卫星运行方向与地球自转的方向相 同。 3、同步卫星定点在赤道上方，离地的高度、 运行的速率是唯一确定的。