同步卫星相关知识＃

地球同步卫星是人为发射的一种卫星，它相对于地球静止于赤道上空。从地面上看，卫星保持不动，故也称静止卫星，从地球之外看，卫星与地球以相同的角速度转动，角速度与地球自转角速度相同，故称地球同步卫星。在平常的计算中，我们认为这是匀速圆周运动，运转周期24小时，地球同步卫星距赤道的高度约为36000千米，线速度的大小约为每秒3.08公里。
发射同步卫星需要高超的技术，一般先用多级火箭，将卫星送入近地圆形轨道，此轨道称为初始轨道；当卫星飞临赤道上空时，控制火箭再次点火，短时间加速，卫星就会按椭圆轨道（也称转移轨道）运动；卫星飞临远地点时，再次点火加速，卫星就最后进入相对地球静止的轨道。若把三颗同步卫星，相隔120°均匀分布，卫星的直线电波将能覆盖全球有人居住的绝大部分区域（除两极以外），可构成全球通讯网。截止2012年，已有十几个国家和组织发射了100多颗同步卫星。1984年4月，中国的同步卫星发射成功.
同步卫星运转的周期与地球自转周期相同，相对于地球静止不动，有关同步卫星的知识在高考中多次出现，成为考查的热点之一。很多学生对它的理解较为模糊，为了使学生加深理解,在教学中要向学生讲清以下问题：
1 同步卫星轨道为什么是圆而不是椭圆
地球同步卫星的特点是它绕地轴运转的角速度与地球自转的角速度相同，静止在赤道上空某处相对于地球不动的卫星，这一特点决定了它的轨道只能是圆。因为如果它的轨道是椭圆，则地球应处于椭圆的一个焦点上，卫星在绕地球运转的过程中就必然会出现近地点和远地点，当卫星向近地点运行时，卫星的轨道半径将减小，地球对它的万有引力就变大。卫星的角速度也变大;反之，当卫星向远地点运行时，卫星的轨道半径将变大,地球对它的万有引力就减小，卫星的角速度也减小，这与同步卫星的角速度恒定不变相矛盾。所以同步卫星轨道不是椭圆,而只能是圆。
2 为什么同步卫星的轨道与地球赤道共面
由于该卫星绕地轴做圆周运动所需的向心力只能由万有引力的一个分力提供，而万有引力的另一个分力就会使该卫星离开B点向赤道运动，除非另有一个力恰好与F2平衡，,所以卫星若发射在赤道平面的上方(或下方)某处，则卫星在绕地轴做圆周运动的同时，也向赤道平面运动,它的运动就不会稳定，从而使卫星不能与地球同步，所以要使卫星与地球同步运行,必须要求卫星的轨道与地球赤道共面。
如果将卫星发射到赤道上空的A点，则地球对它的万有引力F全部用来提供卫星绕地轴做圆周运动所需要的向心力，此时卫星在该轨道上就能够以与地球相同的角速度绕地轴旋转，此时该卫星才能够“停留”在赤道上空的某点，实现与地球的自转同步,卫星就处于一种相对静止状态中。
3 为什么所有同步卫星的高度都是一样的
在赤道上空的同步卫星,它受到的唯一的力——万有引力提供卫星绕地轴运转所需的向心力.当卫星的轨道半径r(或离地面的高度h)取某一定值时,卫星绕地轴运转就可以与地球自转同步,两者的周期均为T=24h.
设地球质量为M,地球半径为R0,卫星质量为m,离地面的高度为h,则有
将R0=6400km,G=6.67×10-11N·m2/kg2,M=6.0×1024kg,T=24h=86400s代入上式得h=3.6×104km，即同步卫星距离地面的高度相同(均为h=3.6×104km)，必然定位于赤道上空的同一个大圆上.赤道上空的这一位置被科学家们喻为“黄金圈”,是各国在太空主要争夺的领域之一。