对同步月球卫星的误解_通信卫星论文

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在天体运动这部分,运用万有引力定律计算地球人造卫星的周期、轨道半径等问题,对学生是基本要求,但有些资料,把问题进而引向月球,有时就产生了误解,随着我国探月卫星“嫦娥一号”的按计划发射,此类问题又较多地出现在试卷上。典型题目如:有一天人类能在月球上居住,为了通讯发射一颗卫星相对月球静止,即同步月球卫星,求卫星距月球表面的高度。

乍一看没有问题,但实际是不成立的。

问题出在哪儿呢?我们先看地球,地球卫星分四个高度:

(1)150~700km属近地卫星

(2)700~10000km

(3)10000~100000km 同步通讯卫星

(4)高度大于100000km

实际地球人造卫星要受到地球形状摄动、大气阻力、光压、日月引力等作用,目前地球上的卫星绝大多数在(1)、(2)、(3)三个高度内运行。一般情况下,这些作用力比较小,作理想状态计算周期,半径等问题时可不考虑。

计算月球卫星时,有时就得考虑比月球体积、质量大得多的地球的影响,我们先用最简单的方法来求引力范围,即先找地球、月球连线上的平衡点A,如图1。

即月球的作用范围是以月球中心为球心,半径是66183km的球,在此范围内计算可不考虑地球影响,从上面计算可知,同步月球卫星的轨道半径为88735km,此处地球引力大于月球引力,在地球引力作用下,月球卫星围绕月球运动不到一圈就脱离原来轨道。

根据天文动力学可知,当卫星的质量很小,以至它的存在不影响其他两个有限质量的天体在相互引力作用下运动,即卫星在地月系原点建立在月、地的质心O点,并随月、地转动的坐标系OXY中运动看作圆型限制性三体问题时[1],存在五个平衡

故计算月球低轨道卫星可不必考虑地球引力,超出66183千米范围后问题就复杂了,最好不涉及。

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