地球靜止軌道：修订间差异

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地球静止轨道是地球[[同步轨道]]的一个特例，二者之间有一些区别，地球同步轨道上的卫星每天在同样的时间通过地球上的同一个点，而地球静止轨道上的卫星一直固定在定点位置不动。
地球静止轨道是地球[[同步轨道]]的一个特例，二者之间有一些区别，地球同步轨道上的卫星每天在同样的时间通过地球上的同一个点，而地球静止轨道上的卫星一直固定在定点位置不动。


第一个提出把地球同步卫星用于通信的人是[[赫爾曼·波托奇尼克]]，他于1928年提出了这个设想（但并没有广为人知）。George O. Smith在系列科幻小说Venus Equilateral的第一个故事中提到了地球静止轨道，这是静止轨道第一次出现在大众文学作品中，但Smith并没有进行深入的探讨。1945年，英国著名科幻作家[[亞瑟·查理斯·克拉克]]在{{tsl|en|Wireless World|无线世界}}发表了一篇题为“Extra-Terrestrial Relays – Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?”的文章<ref>{{cite web |publisher=Arthur C. Clark |url=http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf |title=Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? |date=October 1945 |accessdate=2009-03-04 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090318000548/http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf |archivedate=2009-03-18 }}</ref>，对地球静止轨道的原理进行了详细解释，这也使得地球静止轨道这个概念广泛传播。克拉克承认，他引入的地球静止轨道概念和Smith的''The Complete Venus Equilateral''有联系<ref name="VEintro">"It is therefore quite possible that these stories influenced me subconsciously when … I worked out the principles of synchronous communications satellistes …", op. cit, p. x</ref>。克拉克第一个阐明了静止轨道对于广播和中继通讯卫星的作用<ref>{{cite web | publisher = Arthur C. Clarke | url = http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf | title = Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? | date = October 1945 | accessdate = 4 March 2009 | archiveurl = https://web.archive.org/web/20090318000548/http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf | archivedate = 2009-03-18 | dead-url = yes }}</ref>。所以，有时候地球静止轨道也被称为'''克拉克轨道'''<ref>{{cite web | publisher = NASA | url = http://www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf5-1.php | title = Basics of Space Flight Section 1 Part 5, Geostationary Orbits | accessdate = 21 June 2009 | archive-date = 2012-05-30 | archive-url = https://www.webcitation.org/6838zX3vr?url=http://www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf5-1.php | dead-url = no }}</ref>。相应的，海平面以上大约35,786km的地方有一片区域被称为克拉克带，它位于赤道平面内，可作为类静止轨道来使用。另外，克拉克轨道的周长大约是265,000km。
第一个提出把地球同步卫星用于通信的人是[[赫尔曼·波托奇尼克]]，他于1928年提出了这个设想（但并没有广为人知）。George O. Smith在系列科幻小说Venus Equilateral的第一个故事中提到了地球静止轨道，这是静止轨道第一次出现在大众文学作品中，但Smith并没有进行深入的探讨。1945年，英国著名科幻作家[[亚瑟·查理斯·克拉克]]在{{tsl|en|Wireless World|无线世界}}发表了一篇题为“Extra-Terrestrial Relays – Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?”的文章<ref>{{cite web |publisher=Arthur C. Clark |url=http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf |title=Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? |date=October 1945 |accessdate=2009-03-04 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090318000548/http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf |archivedate=2009-03-18 }}</ref>，对地球静止轨道的原理进行了详细解释，这也使得地球静止轨道这个概念广泛传播。克拉克承认，他引入的地球静止轨道概念和Smith的''The Complete Venus Equilateral''有联系<ref name="VEintro">"It is therefore quite possible that these stories influenced me subconsciously when … I worked out the principles of synchronous communications satellistes …", op. cit, p. x</ref>。克拉克第一个阐明了静止轨道对于广播和中继通讯卫星的作用<ref>{{cite web | publisher = Arthur C. Clarke | url = http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf | title = Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? | date = October 1945 | accessdate = 4 March 2009 | archiveurl = https://web.archive.org/web/20090318000548/http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf | archivedate = 2009-03-18 | dead-url = yes }}</ref>。所以，有时候地球静止轨道也被称为'''克拉克轨道'''<ref>{{cite web | publisher = NASA | url = http://www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf5-1.php | title = Basics of Space Flight Section 1 Part 5, Geostationary Orbits | accessdate = 21 June 2009 | archive-date = 2012-05-30 | archive-url = https://www.webcitation.org/6838zX3vr?url=http://www2.jpl.nasa.gov/basics/bsf5-1.php | dead-url = no }}</ref>。相应的，海平面以上大约35,786km的地方有一片区域被称为克拉克带，它位于赤道平面内，可作为类静止轨道来使用。另外，克拉克轨道的周长大约是265,000km。


== 实际应用 ==
== 实际应用 ==
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* 美国的[[GOES]]
* 美国的[[GOES]]
* 欧空局发射的{{tsl|en|Meteosat}}，该系统由欧洲气象卫星组织EUMETSAT负责运行
* 欧空局发射的{{tsl|en|Meteosat}}，该系统由欧洲气象卫星组织EUMETSAT负责运行
* 日本的[[向日葵系列衛星|Himawari]]
* 日本的[[向日葵系列卫星|Himawari]]
* 中国的“[[风云系列卫星|风云]]”系列卫星
* 中国的“[[风云系列卫星|风云]]”系列卫星
* 印度的{{tsl|en|INSAT}}系列卫星
* 印度的{{tsl|en|INSAT}}系列卫星
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[[太阳风]]和[[辐射光压]]也会对卫星产生微小的作用力，随着时间增长，这些作用力会使得卫星逐渐漂移，最终离开其标称轨道。
[[太阳风]]和[[辐射光压]]也会对卫星产生微小的作用力，随着时间增长，这些作用力会使得卫星逐渐漂移，最终离开其标称轨道。


在缺乏来自地球的维护服务和可再生推进剂的情况下，卫星位置保持任务消耗的推进剂限制了其寿命。目前使用的[[霍爾效應推進器]]是一种高效的电推进系统，将有可能延长卫星的使用寿命。
在缺乏来自地球的维护服务和可再生推进剂的情况下，卫星位置保持任务消耗的推进剂限制了其寿命。目前使用的[[霍尔效应推进器]]是一种高效的电推进系统，将有可能延长卫星的使用寿命。


=== 通信 ===
=== 通信 ===
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当静止轨道卫星的燃料耗尽时，将不可能保持在之前的轨道位置，卫星的服务寿命就结束了。一般来说，卫星的推进剂耗尽时，其[[转发器]]以及星上其他系统还能正常工作。如果停止进行南北位置保持控制，一些卫星可以继续在[[倾斜轨道]]上运行（其星下点以赤道为中心画“8”字图案）<ref>Shi Hu-Li, Han Yan-Ben, Ma Li-Hua, Pei Jun, Yin Zhi-Qiang and Ji Hai-Fu (2010). Beyond Life-Cycle Utilization of Geostationary Communication Satellites in End-of-Life, Satellite Communications, Nazzareno Diodato (Ed.), ISBN 978-953-307-135-0, InTech, {{cite web | url = http://www.intechopen.com/articles/show/title/multi-life-cycles-utilization-of-retired-satellites | title = Beyond Life-Cycle Utilization of Geostationary Communication Satellites in End-of-Life}}</ref><ref>{{cite web | url=http://www.satsig.net/satellite/inclined-orbit-operation.htm | title=Inclined orbit operation | accessdate=2016-06-12 | archive-date=2016-05-28 | archive-url=https://web.archive.org/web/20160528234414/http://www.satsig.net/satellite/inclined-orbit-operation.htm | dead-url=yes }}</ref>。或者，可以把卫星轨道提升到“坟墓”轨道处理掉。
当静止轨道卫星的燃料耗尽时，将不可能保持在之前的轨道位置，卫星的服务寿命就结束了。一般来说，卫星的推进剂耗尽时，其[[转发器]]以及星上其他系统还能正常工作。如果停止进行南北位置保持控制，一些卫星可以继续在[[倾斜轨道]]上运行（其星下点以赤道为中心画“8”字图案）<ref>Shi Hu-Li, Han Yan-Ben, Ma Li-Hua, Pei Jun, Yin Zhi-Qiang and Ji Hai-Fu (2010). Beyond Life-Cycle Utilization of Geostationary Communication Satellites in End-of-Life, Satellite Communications, Nazzareno Diodato (Ed.), ISBN 978-953-307-135-0, InTech, {{cite web | url = http://www.intechopen.com/articles/show/title/multi-life-cycles-utilization-of-retired-satellites | title = Beyond Life-Cycle Utilization of Geostationary Communication Satellites in End-of-Life}}</ref><ref>{{cite web | url=http://www.satsig.net/satellite/inclined-orbit-operation.htm | title=Inclined orbit operation | accessdate=2016-06-12 | archive-date=2016-05-28 | archive-url=https://web.archive.org/web/20160528234414/http://www.satsig.net/satellite/inclined-orbit-operation.htm | dead-url=yes }}</ref>。或者，可以把卫星轨道提升到“坟墓”轨道处理掉。


2019年4月，[[IS-29e|国际通信卫星组织29e]]衛星僅運行3年就因推進劑洩漏而解體，碎片威脅該軌道其他衛星的運營安全。
2019年4月，[[IS-29e|国际通信卫星组织29e]]卫星僅运行3年就因推进劑洩漏而解体，碎片威脅该軌道其他卫星的运营安全。


== 高度計算 ==
== 高度计算 ==
在圓形軌道，[[向心力]]由[[萬有引力]]提供。
在圓形軌道，[[向心力]]由[[万有引力]]提供。
:<math>\mathbf{F}_\text{c} = \mathbf{F}_\text{g}</math>
:<math>\mathbf{F}_\text{c} = \mathbf{F}_\text{g}</math>
:<math>m r \omega ^2 = \frac{G M m}{r^2}</math>
:<math>m r \omega ^2 = \frac{G M m}{r^2}</math>
第51行： 第51行：
: <math>\omega \approx \frac{2 \mathrm\pi~\mathrm{rad}} {86\,164~\mathrm{s}} \approx 7.2921 \times 10^{-5}~\mathrm{rad} / \mathrm{s}</math>
: <math>\omega \approx \frac{2 \mathrm\pi~\mathrm{rad}} {86\,164~\mathrm{s}} \approx 7.2921 \times 10^{-5}~\mathrm{rad} / \mathrm{s}</math>
* ''M'' 是地球質量 {{nowrap|5.9736 × 10<sup>24</sup> kg}}
* ''M'' 是地球質量 {{nowrap|5.9736 × 10<sup>24</sup> kg}}
* ''G'' 是萬有引力常數 {{nowrap|6.67428 ± 0.00067 × 10<sup>−11</sup> m<sup>3</sup> kg<sup>−1</sup> s<sup>−2</sup>}}
* ''G'' 是万有引力常数 {{nowrap|6.67428 ± 0.00067 × 10<sup>−11</sup> m<sup>3</sup> kg<sup>−1</sup> s<sup>−2</sup>}}


代入以上數字，得出地球靜止軌道的半徑是42,164公里。考慮地球半徑6,378公里，高度是35,786公里。
代入以上数字，得出地球靜止軌道的半徑是42,164公里。考慮地球半徑6,378公里，高度是35,786公里。


線速度則是：
线速度則是：
:<math>v = \omega r \approx 3.0746~\mathrm{km}/\mathrm{s} \approx 11\,068~\mathrm{km}/\mathrm{h} </math>
:<math>v = \omega r \approx 3.0746~\mathrm{km}/\mathrm{s} \approx 11\,068~\mathrm{km}/\mathrm{h} </math>


[[File:Comparison satellite navigation orbits.svg|居中|500px]]
[[File:Comparison satellite navigation orbits.svg|居中|500px]]
地球靜止軌道、[[伽利略定位系統]]、[[全球定位系統]]（GPS）、[[格洛納斯系統]]、[[北斗衛星導航系統]]、[[國際太空站]]及[[哈勃望遠鏡]]的半徑比較圖。另外，[[月球軌道]]半徑（385,000公里）是地球靜止軌道的大約9倍。
地球靜止軌道、[[伽利略定位系统]]、[[全球定位系统]]（GPS）、[[格洛纳斯系统]]、[[北斗卫星导航系统]]、[[国际太空站]]及[[哈勃望远鏡]]的半徑比较图。另外，[[月球軌道]]半徑（385,000公里）是地球靜止軌道的大约9倍。


== 与地球同步轨道的关系 ==
== 与地球同步轨道的关系 ==
第68行： 第68行：
# {{Link-en|星下点|Ground track}}轨迹不同，地球同步卫星的星下点轨迹是一条8字形的封闭曲线。
# {{Link-en|星下点|Ground track}}轨迹不同，地球同步卫星的星下点轨迹是一条8字形的封闭曲线。


== 相關條目 ==
== 相关条目 ==
* [[人造衛星]]
* [[人造卫星]]
* [[同步衛星]]
* [[同步卫星]]
* [[地球同步軌道]]
* [[地球同步軌道]]
* [[地球同步衛星]]
* [[地球同步卫星]]


== 参考文献 ==
== 参考文献 ==
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== 外部連結 ==
== 外部链接 ==
* [https://web.archive.org/web/20091108152950/http://www.chinabaike.com/article/16/86/93/2007/20070330104813.html 地球静止轨道与地球同步轨道的区别]
* [https://web.archive.org/web/20091108152950/http://www.chinabaike.com/article/16/86/93/2007/20070330104813.html 地球静止轨道与地球同步轨道的区别]


取自“https://www.qiuwenbaike.cn/wiki/地球靜止軌道”