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地球同步軌道

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動畫(不按比例)顯示地球同步衛星環繞地球的情況。

地球同步軌道(英語:Geosynchronous orbitGSO),是一個以地球為中心的軌道。其軌道周期地球自轉周期一致,為23小時56分4秒(一個恆星日)。

地球同步軌道的一個特例是地球靜止軌道,它是地球赤道平面上的一個圓形地球同步軌道。在地球靜止軌道上的衛星對地面上的觀察者來說,在天空中的位置保持不變。

通訊衛星通常採用地球靜止軌道或接近地球靜止軌道,這樣與之通信的衛星天線就不必移動,而是可以永久地指向天空中衛星出現的固定位置。

根據中國航天科技集團資料,地球同步軌道的軌道高度為35788千米。[1]

類別

地球靜止軌道

地球靜止軌道衛星(綠色)始終保持在赤道(棕色)上的同一標記點之上。

橢圓和傾斜的地球同步軌道

準天頂衛星軌道

地球同步軌道上的許多物體都有偏心和/或傾角的軌道。偏心使軌道呈橢圓形,從地面站的角度看,似乎是在天空中向東向西擺動,而傾角使軌道與赤道相比傾斜,從地面站看,似乎是向北向南擺動。這些影響結合起來形成了一個日行跡(數字8)[2]:122

橢圓/偏心軌道上的衛星必須由可操縱的衛星地面站來跟蹤。[2]:122

凍原軌道

凍原軌道是一個偏心的俄羅斯地球同步軌道,它允許衛星大部分時間停留在一個高緯度的位置上。這一凍結軌道的傾角為63.4°,減少了對軌道保持的需要[3]。該軌道至少需要兩顆衛星來提供對一個地區的連續覆蓋。[4]天狼星XM衛星電台使用這種軌道來提高美國和加拿大北部的信號強度。[5]

准天頂軌道

準天頂衛星系統(QZSS) 是一個運行在地球同步軌道上的三顆衛星系統,軌道傾角為42°,偏心率為0.075。[6]每顆衛星在日本上空長時間停留,使信號能夠到達都市峽谷的接收器,然後迅速通過澳大利亞上空。[7]

特性

從地球以外的觀察者(地球為中心的慣性坐標系)和以地球自轉速度繞地球旋轉的觀察者(地心坐標系)的角度來看,地球同步衛星的軌道是傾斜的。

地球同步軌道有以下特性:

  • 周期:23小時56分4秒(一個恆星日
  • 軌道半長軸: 42,164km[2]:121

周期

所有地球同步軌道的軌道周期都正好等於一個恆星日。[8]這意味着衛星將在每個(恆星)日返回地球表面的同一地點,而不考慮其他軌道屬性。[9][2]:121 這個軌道周期,,通過公式與軌道的半長軸直接相關。

其中:

a軌道的半長軸
是中心天體的標準重力參數[2]:137

參考資料

  1. ^ 卫星轨道分哪几种?_中国航天科技集团. www.spacechina.com. [2022-03-31]. (原始內容存檔於2022-03-31). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Wertz, James Richard; Larson, Wiley J. Larson, Wiley J.; Wertz, James R. , 編. Space Mission Analysis and Design. Microcosm Press and Kluwer Academic Publishers. 1999. Bibcode:1999smad.book.....W. ISBN 978-1-881883-10-4. 
  3. ^ Maral, Gerard; Bousquet, Michel. 2.2.1.2 Tundra Orbits. Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology. 2011-08-24 [2021-10-27]. ISBN 978-1-119-96509-1. (原始內容存檔於2022-04-05). 
  4. ^ Jenkin, A.B.; McVey, J.P.; Wilson, J.R.; Sorge, M.E. Tundra Disposal Orbit Study. 7th European Conference on Space Debris. ESA Space Debris Office. 2017 [2017-10-02]. (原始內容存檔於2017-10-02). 
  5. ^ Sirius Rising: Proton-M Ready to Launch Digital Radio Satellite Into Orbit. AmericaSpace. 2013-10-18 [2017-07-08]. (原始內容存檔於2017-06-28). 
  6. ^ Japan Aerospace Exploration Agency, Interface Specifications for QZSS, version 1.7: 7–8, 2016-07-14, (原始內容存檔於2013-04-06) 
  7. ^ Quasi-Zenith Satellite Orbit (QZO). [2018-03-10]. (原始內容存檔於2018-03-09). 
  8. ^ Chobotov, Vladimir (編). Orbital Mechanics 2nd. Washington, DC: AIAA Education Series. 1996: 304. ISBN 9781563471797. OCLC 807084516. 
  9. ^ Vallado, David A. Fundamentals of Astrodynamics and Applications. Hawthorne, CA: Microcosm Press. 2007: 31. OCLC 263448232. 

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