地球同步軌道

地球同步軌道（Geostationary Earth Orbit）

衛星的軌道周期等於地球在慣性空間中的自轉周期（23小時56分4秒），且方向亦與之一致，衛星在每天同一時間的星下點軌跡相同，當軌道與赤道平面重合時叫做地球靜止軌道，即衛星與地面的位置相對保持不變。

傾角為零的圓形地球同步軌道稱為地球靜止軌道，因為在這樣的軌道上運行的衛星將始終位於赤道某地的上空，相對於地球表面是靜止的。這種軌道衛星的地面高度約為3.6萬千米。它的覆蓋範圍很廣，利用均布在地球赤道上的3顆這樣的衛星就可以實現除南北極很小一部分地區外的全球通信。

要實現地球靜止軌道，得滿足下列條件：

● ● 衛星運行方向與地球自轉方向相同；

● ● 軌道傾角為0°；

● ● 軌道偏心率為0，即軌道是圓形的；

● ● 軌道周期等於等於地球自轉周期，靜止衛星的高度為35786公里。

要將同步衛星發射到同步軌道上，卻是相當困難和複雜的。因為受火箭運載能力的限制和發射場一般不處於赤道上的影響，多數的運載火箭不能將衛星直接送到同步軌道上，必須分為三個階段才能入軌。第一步，運載火箭將衛星送到距地面200---300千米的停泊軌道；

第二步，以停泊軌道的環繞速度將衛星加速送到轉移軌道與同步軌道相切處，即轉移軌道的遠地點；

第三步，在遠地點上點燃發動機，使衛星進入地球同步軌道，並用衛星上的小發動機調整衛星的姿態，使衛星完全進入同步軌道。

地球同步衛星即地球同步軌道衛星，又稱對地靜止衛星，是運行在地球同步軌道上的人造衛星。所謂同步軌道衛星，是指：衛星距離地球的高度35786km，衛星的運行方向與地球自轉方向相同、運行軌道為位於地球赤道平面上圓形軌道、運行周期與地球自轉一周（恆星日，非太陽日）的時間相等，即23小時56分4秒，衛星在軌道上的繞行速度約為3.07公里/秒，等於地球自轉的角速度。在地球同步軌道上布設3顆通訊衛星，即可實現除兩極外的全球通訊。

地球同步衛星分為同步軌道靜止衛星、傾斜軌道同步衛星和極地軌道同步衛星。當同步軌道衛星軌道面的傾角為零度，即衛星在地球赤道上空運行時，由於運行方向與地球自轉方向相同，運行周期又與地球同步，因此，人們從地球上仰望衛星，彷彿懸掛在太空靜止不動，所以，把零傾角的同步軌道稱作靜止軌道，在靜止軌道上運行的衛星稱作靜止衛星。

靜止衛星上的天線所輻射的電波，對地球的覆蓋區域基本是穩定的，在這個覆蓋區內，任何地球站之間可以實現24小時不間斷通信。因此,同步軌道靜止衛星主要用於陸地固定通信，如電話通信、電視節目的轉播等，但也用於海上移動通信，不過，它不象陸上蜂窩移動通信那樣有那麼多的基站，只有衛星是一座大的基站，移動業務交換中心依然設在岸上（稱為岸站），海上移動終端之間（即船舶與船舶之間）的通信，需經衛星兩跳后才能實現，例如，如果甲船需同乙船聯繫，那麼，甲船將信號發至衛星，經衛星一跳到達岸站上的移動業務交換中心，然後，岸站又將信號發至衛星，再經衛星一跳到達乙船。傾斜軌道和極地軌道同步衛星從地球上看是移動的，但卻每天可以經過特定的地區，因此，通常用於科研、氣象或軍事情報的搜集，以及兩極地區和高緯度地區的通信。

地球同步衛星常用於通訊、氣象、廣播電視、導彈預警、數據中繼等方面，以實現對同一地區的連續工作。在遙感應用中，除了氣象衛星外，一個突出的應用就是通過地球同步軌道上的4顆跟蹤和數據中繼衛星系統高速率地傳送中低軌道地球觀測衛星或太空梭所獲取的地球資源與環境遙感數據。世界上第一顆地球同步衛星是1964年8月19日美國發射的“辛康”（syncom）3號。中國於1984年4月8日、1986年2月1日和1988年3月7日分別發射3顆用於通信廣播的地球同步衛星。

極軌道（polarorbit）：傾角為90°的人造地球衛星軌道。又稱極地軌道。在極軌道上運行的衛星，每一圈內都可以經過任何緯度和南北兩極的上空。由於衛星在任何位置上都可以覆蓋一定的區域，因此，為覆蓋南北極，軌道傾角並不需要嚴格的90°，只需在90°附近就行。在工程上常把傾角在90°左右，但仍能覆蓋全球的軌道也稱為極軌道。近地衛星導航系統（如美國海軍導航衛星系統）為提供全球的導航服務採用極軌道。許多地球資源衛星、氣象衛星以及一些軍事偵察衛星採用太陽同步軌道，它們的傾角與90°只相差幾度，所以也可以稱其為極軌道。還有一些研究極區物理的科學衛星也採用極軌道。

地球同步軌道衛星的發射很困難，技術很複雜。但如果一個國家的衛星發射場建在地球的赤道上，那這種衛星的發射就簡單多了，在赤道上由西向東發射，達到要求的軌道高度，在適當的位置定點，問題就解決了。可惜的是，許多發射衛星的國家不在赤道上，也不可能在赤道上建立衛星發射場。這樣給衛星的發射帶來了許多的困難，要經過幾次的軌道變換才能成功。現在我們結合下面的圖來看看地球靜止軌道衛星是如何發射的。

為了便於說明和理解，首先假設從赤道面發射衛星，如圖l所示。火箭起飛后達到一定的高度時，一級火箭熄火併自動分離，火箭攜帶衛星爬升一段時間，即圖中的慣性飛行，然後末級火箭點火工作，當達到一定的軌道高度，火箭熄火。接著再看圖2，這時衛星進入一個距離地球很近的軌道，我們稱它為初始軌道。當衛星到達初始軌道的遠地點時，發動機再次點火工作，把衛星加速到一個大橢圓軌道 (轉移軌道)上，這時大橢圓軌道的近地點就是初始軌道的遠地點，而大橢圓軌道的遠地點要正好是36000千米的高度，這時火箭的末級與衛星分離。當衛星再次轉到大橢圓軌道的遠地點時，衛星上的遠地點發動機點火工作，把衛星推入36000千米的圓軌道，這就進入了地球同步軌道。

我們再看看圖3，由於大多數國家的發射場不在赤道上，所以實際上衛星發射時的軌道面和地球的赤道面總是有一個夾角，即軌道傾角。從圖上可看出，衛星的軌道面和地球的赤道面不重合，因此首要要的任務就是使衛星進入赤道平面，即要改變它的運動方向。因此在衛星的遠地點發動機點火之前，首先要調整衛星的姿態，使發動機的軸線和軌道面成--定的角度。這時，當衛星飛經赤道上空時，恰好遠地點發動機點火工作，給衛星一個沿發動機軸線方向的附加速度，如圖中的v1而衛星在原來軌道上飛行時有一個軌道速度，如圖中的v。;這兩個速度就按照力學的速度合成原理，合成一個新速度。這個新速度的方向是兩個速度組成的平行四邊形的對角線方向，如圖中的v2。這個v2，速度是非常關鍵的，它的速度方向一定要剛好沿著地球的赤道方向，這時衛星才能在赤道上空飛行。此後，衛星還有一個定點的任務，還要經過姿態的調整和精確的姿態修正。這是因為當衛星的遠地點發動機熄火后，產生各種誤差的原因往往使衛星的實際位置與要求的定點位置不一致。衛星定點實際上是衛星的軌道微調。衛星上除了裝有遠地點發動機外，在它的各個特定方向還裝有成對的小發動機，按不同的誤差起動不同的小發動機來進行軌道控制，精確修正軌道，使它慢慢貼近靜止軌道並且停止漂移，這時衛星就完全定點於預定的地點上空了。但即使衛星已經定點很准了，當工作時間一長，由於地球形狀的影響(地球不是正圓)、地磁場的影響，以及太陽甚至月亮的引力都使得衛星的位置發生變化 (軌道攝動)，所以時不時的還要進行軌道修正，要隨時控制它的狀態和位置，這種修正我們稱為衛星的軌記保持。

從以上的介紹，我們可以看出發射地球同步軌道衛星比發射一軌道衛星要複雜得多，而中國多成功地發射了地球靜止軌道的通信衛星，充分說明中國已經完全掌握了它的發射和定點技術。