能量轨道卫星

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简介

太阳系中的所有行星都位于不同的距离。前四个行星彼此更靠近，也更靠近太阳。它们构成了太阳系内部。太阳系外部的行星距离太阳很远。遥感是通过远程获取地球上物体的信息，无需直接接触。它有着悠久的历史，始于 18 世纪和 19 世纪，当时人们将安装在气球和鸽子腿上的照相仪器用于遥感，并延续到遥感时代。在 20 世纪，航空摄影和卫星遥感技术迅速发展。

什么是卫星？

围绕太阳系行星运行的天体称为卫星。我们将天然卫星称为月球，以将其与人造卫星区分开来。我们可以看到它，因为照射到我们地球的天然卫星月球上的光会被反射。由于重力的作用，它们绕行星运行。除了水星和金星之外，太阳系中的所有行星都拥有月球。我们之前已经了解了围绕行星运行的天然卫星。行星和卫星之间存在万有引力。

如今，许多卫星被放置在地球轨道上。1956 年发射的斯普特尼克号是第一颗发射的人造卫星。卫星被发射到距离地球几百公里的轨道上。

将卫星提升到风阻可以忽略不计的高度后。到达此高度后，如果给卫星一个水平速度，它将沿着近圆形轨道运行。

图 1. 卫星

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卫星通信

卫星通信使用的是发射机和接收机之间的信号传输类型。信息信号通过上行链路（频段）从地球站传输到天空中的卫星。然后，它通过下行链路（频段）被转发到另一个地球站，并由那里的转发器放大。

卫星类型

根据卫星的应用，可以将其分为不同的类别。下面介绍一些卫星。

气象卫星

这些卫星用于监测地球的天气和气候。这些卫星通过测量云的质量来帮助我们预测降雨、危险的旋风和风暴。

通信卫星

这些卫星传输电视、广播和互联网信号。对于长距离传输，使用多颗卫星。

导航卫星

导航卫星用于确定船舶、飞机或任何其他物体的地理位置。

什么是轨道及其类型？

行星沿着固定的弯曲路径绕太阳运行。这些路径称为轨道。轨道是由于其他粒子或物体的引力作用而围绕中心粒子或系统运行的路径。

图 2. 行星的轨道

地球周围有三条轨道。它们是

• LEO - 低地球轨道

• MEO - 中地球轨道

• 高地球轨道

它们由地球轨道的海拔高度决定。海拔高度高达 2000 公里或 0-1240 英里的轨道称为低地球轨道。中地球轨道还有另一个名称，即中轨道。它位于低地球轨道和地球同步轨道之间。

MEO 的高度范围为 2000 公里到 35786 公里。中地球轨道的轨道周期为 12 小时。高于地球同步轨道的轨道称为高地球轨道。高地球轨道的海拔高度范围为 35786 公里。

轨道卫星的能量是什么？

轨道卫星的能量定义为绕地球运行所需的能量。由于它绕地球运行并且位于地球的引力场中，因此它同时具有动能和势能。

$$\mathrm{能量\:=\:动能\:+\:势能}$$

卫星的能量关系？

绕地球运行的卫星在地球表面上方高度为“h”处的总能量计算如下。

卫星的势能，

$$\mathrm{U=-\frac{GM_{s}M_{E}}{(R_{E}+h)}\:\:------(1)}$$

其中，

$$\mathrm{M_{s}\:-卫星的质量}$$

$$\mathrm{M_{E}\:-地球的质量}$$

$$\mathrm{R_{E}\:-地球的半径}$$

卫星的动能

$$\mathrm{K.E=\frac{1}{2}M_{s}V^{2}\:\:------(2)}$$

这里“v”是卫星的轨道速度。卫星的轨道速度取决于其距地球的高度。它越靠近地球，其运行速度就必须越快。距离 200 公里的卫星必须以略高于 27400 公里/小时的速度运行。以这种方式运行时，它将在 24 小时内绕地球运行。

卫星似乎位于地球表面上方的同一位置。因此，由于它们相对于地球处于相同的位置，因此这些类型的卫星称为地球同步卫星。轨道速度 (v) 给出为，

$$\mathrm{V=\sqrt{\frac{GM_{E}}{(R_{E}+h)}}}$$

$$\mathrm{G\:-\:万有引力常数}$$

$$\mathrm{M_{E}\:-\:地球的质量}$$

$$\mathrm{R_{E}\:-\:地球的半径}$$

$$\mathrm{h\:-\:卫星在地球表面以上的高度}$$

将“v”的值代入方程 (2)

$$\mathrm{K.E=\frac{1}{2}\frac{GM_{S}M_{E}}{(R_{E}+h)}}$$

因此卫星的总能量

$$\mathrm{E=\frac{1}{2}\frac{GM_{S}M_{E}}{(R_{E}+h)}-\frac{GM_{S}M_{E}}{(R_{E}+h)}}$$

$$\mathrm{E=-\frac{GM_{S}M_{E}}{2(R_{E}+h)}}$$

这里的负号表示卫星被地球的引力场覆盖。因此卫星无法摆脱地球的引力场。当“h”达到无穷大时，卫星的总能量为零。这意味着卫星完全不受地球引力场的影响。而在很远的距离意味着卫星不受地球束缚。

卫星的轨道周期

卫星的轨道周期定义为卫星绕地球运行一周所需的时间。

$$\mathrm{轨道周期\:T\:=\:\frac{行程距离}{轨道速度}}$$

$$\mathrm{T=\frac{2\pi r}{v}}$$

代入“v”的值

$$\mathrm{T=\frac{2\pi r(R+h)}{\sqrt{\frac{GM_{E}}{(R_{E}+h)}}}}$$

根据开普勒定律简化上述方程，卫星的轨道周期

$$\mathrm{T=2\pi \sqrt{\frac{R_{E}}{g}}}$$

代入 R 和 g 的值，卫星的轨道周期 T$\mathrm{\cong }$85 分钟。

结论

遥感是通过远程获取地球上物体的信息，无需直接接触。围绕太阳系行星运行的天体称为卫星。我们将天然卫星称为月球，以将其与人造卫星区分开来。卫星通信使用的是发射机和接收机之间的信号传输类型。根据卫星的应用，气象卫星、通信卫星和导航卫星是不同类型的卫星。

常见问题

Q1. 为什么卫星也被称为无线电中继器？

答：通信卫星有助于通过转发器下行链路重新广播无线电信号，以到达遥远的位置。因此，它也被称为天空中的无线电中继器。它在各个领域都有应用。

Q2. 什么是 GPS？

答：GPS 代表全球定位系统。GPS 在我们的车辆和手机中已变得如此不可或缺，以至于我们感觉好像缺少了什么。它是世界上第一个也是目前使用最广泛的 GNSS。它由美国国防部开发。

Q3. 什么是国际空间站？

答：国际空间站是一个大型空间站，可容纳宇航员。它在距离地球约 400 公里的低地球轨道上运行。它也用作科学实验室。

Q4. 机器人手臂有哪些用途？

答：机器人手臂通过移除无法手术切除的肿瘤（例如脑肿瘤）并进行高精度活检来支持国际空间站的研究。其创造者声称可以进行此类组织研究。

Q5. 什么是小行星？

答：火星轨道和木星轨道之间存在一个巨大的空隙。在这个星际空间中，数百万块岩石（看起来像一条带状）围绕着行星运行，这些行星是在它们形成时形成的。这些被称为小行星。