卫星为什么能绕着地球转动?地球同步卫星是如何与地球转动同步?

离家的瘦哥232158722


卫星发射时一定的速度射入预定轨道以后,运行的速度会根据地球的转速同步,地球的引力和卫星离心力相抵消。这都是提前计算好的。就像初中物理讲的相对运动。同步卫星和地球之间可以看做相对静止。当然位置不可能完全不会变,所以同步卫星上会有电脑控制卫星的速度和角度,微调来配合地球自转。太空中失重,且运动的阻力几乎为0,轨道上的运动的物体可以一直保持运动下去。


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试一下,在绳子的一端拴上一个小球,手拿绳子的另一端,将绳子在头顶甩动起来,小球就绕着你转动起来。发射卫星是尖端技术,但卫星能绕着地球飞行道理并不复杂,与甩动绳子拉着小球转动一样,将卫星发射出去以后,地球与卫星之间有一条无形的绳子(地球的引力),拉着卫星绕地球转动。

地球同步卫星,就是在地球上看位置不变,只能绕着地轴转动,并且与地球角速度一样。因为卫星转动的向心力就是地球引力,所以,同步卫星只能在赤道上空。

根据万有引力定律F=Gom1m2/r²,将有关数据代入可算出卫星到地心的距离r=42255km,地球半径为6378km,所以,通常说同步卫星定点在地球赤道上空大约36万千米的上空。


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①卫星经发送火箭加速、调整后,将卫星送到预定轨道,卫星依靠惯性绕地球转动。

卫星发射一级火箭点火

卫星发射过程中各级火箭点火点

②关于地球同步卫星如何与地球同步,我们先看一个假设,如果赤道上有一座高楼、或者有一座电视塔,那么它们的每一楼层或每一电视塔层所承受的正压力、重力与下一层对它的支撑力,都是大小相等,方向相反,相互抵消,合力为0,因此每一层都不会做上下移动。同时,由于它们各层都以相同的角速度绕地球旋转,因此它们各层都与地球同步转动。

同样道理,位于地球赤道上空的地球同步卫星,在忽略太阳给它的光压和及其稀薄的太空气体对它的阻碍的情况下,靠惯性绕地球旋转。由于它自身绕地心做圆周运动的离心力,与地球对它的吸引力大小相等,方向相反,相互抵消,合力为0,因此它即不会再远离地球,也不会落向地球。又由于地球同步卫星预设和达到的绕地心旋转的角速度,等于地球做自转运动的角速度,因此地球同步卫星与地球同步转动。

地球同步卫星

地球同步卫星(与地球同步)轨道

③如果要问,地球同步卫星的线速度是多少,你只要拿它的角速度乘以它的高度3万6千公里就行了。至于旋转运动的圆周长度(一昼夜运行的路程),只需要用2π乘以旋转半径3万6千公里就得出来了,即每天2π x 36000km。


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