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。
这种轨道平面与地球的赤道平面相重迭，沿此轨道运行的人造卫星，其方向与地球自转方向相同。
如果它运行的角速度与地球自转角速度相同，那么，从地球上看，卫星就好像固定在天空的某一位置，它与地面的相对位置将始终保持相对静止的状态。
这样的人造卫星轨道，称为同步轨道。
沿同步轨道运行的人造卫星，叫做同步卫星。
人造地球卫星发射时对不同轨道的选择，是根据卫星的不同用途来确定的。
（a）顺行轨道（b）逆行轨道（c）极轨道（d）赤道轨道从人造卫星运行轨道的形状看，有圆形轨道和椭圆形轨道两种。
在椭圆形轨道上运行的卫星，与地球之间的距离是不断变化着的。
运行轨道距地球最近的位置，叫近地点；最远的位置叫远地点。
人造地球卫星距地面的高度有很在差别。
距地面最近的卫星轨道，其近地点高度只有150至200千米。
沿这种轨道运行的多数为短寿命的军事侦察卫星，在轨道上一般只运行7至12天时间。
距地面最远的人造地球卫星轨道，与地面的距离可达30000多千米。
沿这种轨道运行的卫星，多数是长寿命的同步卫星。
为什么有各种形状的卫星轨道
为什么人造地球卫星的轨道有各种形状？东方星人造地球卫星的轨道似乎有各种形状，但如果你仔细观察以后会发现，它们主要呈现圆形和椭圆形两种，其中圆轨道是椭圆轨道的特殊情况。
人造地球卫星的轨道形状与人造地球卫星入轨时的速度和方向有关，究竟采用哪种形状的轨道，则是由人造地球卫星的功能和用途决定的。
1运行轨道形状与航天器速度有关人造地球卫星的轨道是人造地球卫星绕地球运行的轨道。
它呈一条封闭的曲线。
这条封闭曲线形成的平面叫人造地球卫星的轨道平面，轨道平面的特征是总是通过地心的。
要回答人造地球卫星的轨道形状问题，首先应该了解三个宇宙速度的基本概念。
众所周知，航天器（包括人造地球卫星、载人航天器、空间探测器）要离开地面进入太空需达到一定速度，这样才能克服地球的引力而不落到地面。
理论和实践都已证明，在航天器的飞行速度达到7.9千米/秒时，它可以环绕地球运转。
一般把航天器在地球轨道飞行的速度叫环绕速度，7.9千米/秒也叫第一宇宙速度。
当航天器的飞行速度达到11.2千米/秒时，它就可以脱离地球轨道，成为围绕太阳运行的人造行星，或者飞向太阳系的其他星球上去。
一般把脱离地球轨道飞行的速度叫脱离速度或逃逸速度, 11.2千米/秒也叫第二宇宙速度。
如果航天器的飞行速度达16.6千米/秒, 它就可以脱离太阳系，到其他恒星世界去，16.6千米/秒也叫第三宇宙速度。
根据万有引力定律，两个物体之间引力的大小与它们的距离平方成反比。
因此，人造地球卫星离地球中心的距离不同，其环绕速度(第一宇宙速度)和脱离速度(第二宇宙速度)有不同的数值，轨道越高，速度越低。
例如，它在200千米高轨道飞行的环绕速度是7.790千米/秒，脱离速度是11.016/千米/秒；它在35800千米高轨道飞行的环绕速度是3.076千米/秒，脱离速度4.348/千米/秒。
如果环绕速度减小，人造地球卫星的轨道高度就会降低，直至坠入大气层烧毁。
航天器与运载火箭分离后入轨点的轨道速度叫入轨速度。
卫星轨道参数详解
卫星轨道参数详解⽬录⼀.卫星根数1.1 六根数1.2 卫星星历两⾏根数（TLE(two line element)）tle1:tle2:1.3 航天器的运⾏轨道分类1.4轨道速度的计算⼀.卫星根数1.1 六根数⼈造卫星轨道六要素（也称为轨道六根数）是⽤于表征卫星轨道形状、位置及运动等属性的参数，可⽤来确定任意时刻卫星的轨道和位置。
通常的轨道六根数指的是：半长轴a、离⼼率e、轨道倾⾓i、近⼼点辐⾓ω、升交点经度Ω和真近点⾓φ。
六根数中，前2项确定了轨道形状，第3、4、5项确定了轨道平⾯所处的位置，第6项确定了卫星在轨道中当前所处位置（注意：第6项除了⽤真近点⾓来表征外，还常常⽤平近点⾓、过升交点时刻、过近地点时刻等参量表征，其效果是等价的。
六根数⽰意图半长轴a:这个根数决定了卫星轨道形成的椭圆长半轴的长度，及轨道的⼤⼩。
同时，这个根数也决定了发射卫星到这个轨道需要多少能量，因为根据活⼒公式，⼀个确定轨道的机械能是固定的。
不同任务类型的卫星，或者运载约束，⼯作在不同的轨道⾼度上。
发射到不同轨道所需要的能量都需要依靠半长轴来计算。
如下图所⽰，飞得越⾼的卫星速度越慢，也是依据半长轴计算⽽来的。
偏⼼率e:跟椭圆的扁率是⼀个意思，代表轨道偏⼼的程度。
偏⼼率近似等于0的轨道⼀般称为近圆轨道，此时地球的质⼼⼏乎与轨道⼏何中⼼重合。
偏⼼⼤于0⼩于1，轨道就呈椭圆状，偏⼼率越⼤轨道越扁。
轨道倾⾓i:即轨道平⾯与⾚道平⾯之间的夹⾓，⽤于描述轨道的倾斜程度，简单地说就是轨道平⾯相对于地球⾚道平⾯是躺着的还是⽴着的或者是斜着的。
卫星轨道的倾⾓决定了卫星星下点所能覆盖的地理⾼度，并对发射场和运载⽕箭的运⼒形成硬性约束。
具体⽽⾔，若想卫星⾏下点轨迹覆盖⾼纬度地区，则卫星轨道倾⾓不能⼩于该纬度；发射场的纬度不能⾼于卫星轨道倾⾓；在半长轴和发射场相同的情况下，运载⽕箭发射倾⾓更⾼的卫星需要提供更多的能量。
升交点⾚经Ω：理解这个轨道根数需要在称为惯性系的三维空间中进⾏。
人造卫星中的几个问题解析
人造卫星中的几个问题解析发表时间：2011-02-18T17:17:55.297Z 来源：《学习方法报·教研周刊》2010年第26期供稿作者：王玉珍路雪芹[导读] 因人造卫星在绕地球飞行时靠万有引力提供向心力做匀速圆周运动，故其圆周运动轨道的圆心与地球球心重合山东省青州第二中学王玉珍路雪芹一、人造卫星的发射发射分三个阶段：发射升空阶段、飘移进入轨道阶段和进入预定轨道后绕地球运行阶段，在第一阶段有竖直向上的加速度，处于超重状态；第三阶段有竖直向下的加速度且为重力加速度，故处于完全失重状态。
二、轨道、能量因人造卫星在绕地球飞行时靠万有引力提供向心力做匀速圆周运动，故其圆周运动轨道的圆心与地球球心重合；人造卫星在运行中，离地面越高，速度越小，动能越小，而重力势能越大，所具有的机械能越大，发射卫星需要的能量越多，发射卫星越困难。
三、卫星的绕行速度、角速度、周期与半径的关系四、卫星运行中的几个疑难问题1．卫星绕地球运动的向心加速度和物体随地球自转的向心加速度卫星绕地球运动的向心力完全由地球对卫星的万有引力提供，而放在地面上的物体随着地球自转所需的向心力是由万有引力的一个分力提供的。
卫星绕地球运动的向心加速度a1＝GM/r2，其中M为地球的质量，r为卫星与地心间的距离，物体随地球自转的向心加速度，其中T为地球自转周期，R为物体所在纬度圈的半径。
2．环绕速度与发射速度（1）人造卫星的环绕速度，第一宇宙速度对于近地人造卫星，轨道半径近似等于地球半径R，卫星在轨道处所受的万有引力F引，近似等于卫星在地面上所受的重力mg，这样由重力mg提供向心力，即mg＝mv2/R，得v＝，代入g＝9.8 m/s2，R＝6400 km，得v＝7.9 km/s。
要注意v＝仅适用于近地卫星。
可见，7.9 km/s的速度是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动具有的速度，我们称为第一宇宙速度，也是人造地球卫星的最小发射速度。
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：
人造地球卫星向心力方程
人造地球卫星向心力方程人造地球卫星相对于地球的运动受到地球引力的作用，这股力使得人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。
要维持这种轨道运动，向心力必须与引力相平衡。
向心力方程描述了这一平衡关系。
向心力方程为：```F = mv²/r```其中：F：向心力（牛顿）m：人造地球卫星质量（千克）v：人造地球卫星速度（米/秒）r：人造地球卫星到地球中心的距离（米）向心加速度向心力产生的加速度称为向心加速度。
向心加速度的方向指向地球中心，其大小为：```a = v²/r```轨道速度人造地球卫星在轨道的速度称为轨道速度。
轨道速度取决于人造地球卫星到地球中心的距离和地球的引力。
```v = √(G M / r)```其中：G：万有引力常数（6.674 × 10^-11 N m²/kg²)M：地球质量（5.972 × 10^24千克）椭圆轨道人造地球卫星绕地球运行的轨道通常是椭圆形的。
椭圆轨道的两个焦点之一是地球中心。
椭圆轨道的长半轴为从地球中心到轨道最远点的距离，短半轴为从地球中心到轨道最近点的距离。
偏心率椭圆轨道的偏心率衡量椭圆偏离圆形的程度。
偏心率为 0 时，轨道为圆形。
偏心率在 0 和 1 之间时，轨道为椭圆形。
偏心率为1 时，轨道为抛物线形。
```e = √(1 - b²/a²)```其中：e：偏心率a：长半轴b：短半轴倾角倾角是人造地球卫星轨道平面与地球赤道平面之间的夹角。
倾角为0° 时，轨道位于赤道平面上。
倾角在0° 和90° 之间时，轨道为倾斜轨道。
倾角为90° 时，轨道为极轨道。
升交点赤经升交点赤经是人造地球卫星轨道与地球赤道平面相交点的赤经。
升交点赤经用于确定人造地球卫星轨道的方向。
轨道周期轨道周期是人造地球卫星绕地球运行一周所需的时间。
轨道周期取决于人造地球卫星的轨道半径和速度。
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 。
关于地球静止轨道卫星 文章
关于地球静止轨道卫星文章1.引言1.1 概述概述地球静止轨道卫星是指位于地球赤道上空，与地球自转保持同步的轨道上运行的人造卫星。
它们具有特殊的轨道特征和运行规律，是现代通信、气象、广播、导航等多个领域的重要工具和设备。
地球静止轨道卫星的运行轨道是指其绕地球运行的轨道平面与地球赤道平面重合，且在轨道上的运行速度与地球自转速度保持同步。
这种轨道的选择是基于实际需要和科学考量的结果，可以最大限度地减少卫星对地面的运动，从而使卫星在特定位置上保持相对静止。
根据国际标准，地球静止轨道卫星的轨道高度为35800公里。
地球静止轨道卫星被广泛应用于各个领域。
在通信方面，卫星提供了广域覆盖和可靠的通信服务，使得人们可以在任何地方进行电话、传真、电视广播和互联网接入等通信活动。
气象卫星利用地球静止轨道的特点，可以全天候地实时监测和预测气象变化，为气象灾害的防范和预警提供重要支持。
此外，地球静止轨道卫星还被用于导航、科学研究、广播电视等领域，为人类社会的各个方面提供了全方位的服务。
随着技术的不断发展和进步，地球静止轨道卫星的应用将会越来越广泛。
未来，我们可以期待地球静止轨道卫星在更多领域的应用，为人类创造更多便利和可能。
总之，地球静止轨道卫星是现代科技的重要成果，它们具有特殊的轨道特征和广泛的应用前景。
通过深入了解地球静止轨道卫星的定义和应用，我们能更好地认识和利用这一科技成果，推动人类社会的进步和发展。
文章结构部分的内容可以按照以下方式来编写：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
引言部分将对地球静止轨道卫星进行概述，并说明本文的目的。
正文部分将详细介绍地球静止轨道卫星的定义以及其应用领域。
最后，结论部分将对文章进行总结，并展望下一步可能的发展方向。
在引言部分，我们将首先对地球静止轨道卫星进行概述，介绍其基本概念和特点。
然后，我们将说明本文的目的，即通过对地球静止轨道卫星的研究和应用进行探讨，来帮助读者更好地了解和认识这一领域。
1.卫星运行时间
竖式计算：114×21= 2394
114 × 21
114· · · · · · · · · · 114 ×1 228· · · · · · · · · · · · 114 ×20 2394
竖式计算
408×23
21人造地球卫星上天 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。 它是中国的科学之星， 是中国工人阶级、解放军、 知识分子共同为祖国做出的 杰出贡献。
小组交流指南 一、确定交流顺序。（从1号开始） 二、明确任务分工： 1号：组织交流顺序，维护交流秩序，在每个同学汇报 完自己的方法后，组织大家讨论质疑。 2号和3号：负责记录每个同学不同的方法，并进行简单 的整理，并负责主要汇报。 三、遵守交流秩序： 小组成员依次汇报自己的方法，如果重复了：“我的 方法和××的一样”。但应补充自己不同的想法。 在一个成员汇报时，不能插话，汇报完之后，如果有 疑问可以提出问题。 所有成员汇报完毕之后，应进行方法分类和整理，便于 汇报。 四、交流建议时间：5分
我国发射的第一颗人造 地球卫星绕地球1圈需要114 分。绕地球21圈需要多少时 间？
学习任务：独立计算114×21的积 学习指南： 1．回顾以前学过的知识，尝试在练习 本上计算出得数。 2．再想一想你还有不同的方法吗？试 着写一写。 3．做好准备，把自己的算法清楚的讲 出来。 4．建议时间：5分
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。
我国第一颗人造地球卫星——东方红一号是什么火箭发射的
我国第一颗人造地球卫星——东方红一号是什么火箭发射的
我国第一颗人造地球卫星东方红一号，是由长征一号运载火箭发射的。
东方红一号，是20世纪70年代初中国发射的第一颗人造地球卫星。
东方红一号卫星于1958年提出预研计划，1965年正式开始研制，于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心成功发射。
东方红一号卫星重173千克，由长征一号运载火箭送入近地点441千米、远地点2368千米、倾角68.44度的椭圆轨道。
卫星进行了轨道测控和《东方红》乐曲的播送。
东方红一号卫星工作28天（设计寿命20天）。
卫星于5月14日停止发射信号。
东方红一号卫星仍在空间轨道上运行。
东方红一号发射成功，开创了中国航天史的新纪元，使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。