為什么人造衛星的軌道有各種形狀
小朋友們,你們喜歡車類的玩具嗎?相信玩過車類的孩子都知道,車子一般都需要按照特定的軌道行駛,這樣才能夠保證他的安全性。其實衛星的運轉也是有軌道的,可是為什么人造衛星的軌道有各種形狀,其中的原因是什么呢?下面就小編來給大家解答一下疑惑吧。
要回答人造衛星軌道的形狀問題,應先了解三個宇宙速度才行。眾所周知,航天器(包括人造衛星、載人航天器和空間探測器)要離開地面進入太空需達到一定速度,才能克服地球的引力。論和實踐都已證明,在航天器的飛行速度達到79千米/秒時,它可以環繞地球運轉。 79千米/秒被稱為第一宇宙速度,是零高度上的環繞速度。當航天器的飛行速度達112千米/秒時,它就可以脫離地球,成為圍繞太陽運行的人造行星。112千米/秒被稱為第二宇宙速度,是零高度上的逃逸速度。如果航天器的飛行速度達166千米/秒,它就可以脫離太陽系,到其他恒星世界去。166千米/秒就是第三宇宙速度。
衛星與發射它的運載火箭分離時所在的位置稱為入軌點,其在入軌點時的速度稱為入軌速度。入軌位置、入軌速度的大小和方向就決定了人造衛星的軌道形狀。不同高度上的環繞速度和逃逸速度是不同的。如果衛星入軌速度在當地環繞速度和逃逸速度之間時,軌道為橢圓形;當入軌速度等于當地環繞速度而且是水平方向時,軌道為圓形;當入軌速度等于當地逃逸速度時,軌道為拋物線形;當入軌速度大于當地逃逸速度時,軌道為雙曲線形。另外,入軌速度大小相同而方向不同時,衛星的軌道形狀也會有很大差異。
人造衛星的軌道還有高低之分:以圓形軌道來說,距地面200~2000千米稱為低軌道;距地面2000~20 000千米稱為中軌道;距地面20 000千米以上稱為高軌道。根據不同的任務要求,衛星軌道采用不同的形狀和高度。
若采用圓形軌道,衛星能同地球表面保持等距離,用于觀察地球、通信廣播、導航定位和大地測量的衛星常采用這種軌道。也有一些通信衛星采用橢圓形軌道。例如,俄羅斯的&ld;閃電&rd;通信衛星就運行在大橢圓形軌道上,因為俄羅斯國土緯度較高,如果使用地球靜止軌道衛星不能覆蓋高緯度地區。&ld;閃電&rd;通信衛星軌道的遠地點高度為4萬千米,近地點在470千米,傾角63°。它的遠地點在北半球上空,衛星在遠地點附近的軌道上速度變小。這樣,衛星可緩慢經過俄羅斯境內高緯度地區,延長與地面控制站的聯系時間。不過,為了保證提供俄羅斯境內不間斷通信,需要多顆&ld;閃電&rd;衛星協作。如果是為了科學研究(研究地球不同高度上磁場的強度、大氣壓力、溫度、密度,以及外層空間輻射的強度分布等),使探測范圍更大些,科學衛星也常運行在橢圓形軌道上。例如,中國1971年3月3日發射的&ld;實踐一號&rd;科學衛星,其軌道的近地點是266千米,遠地點是l826千米。