衛(wèi)星氣象學(xué)課件2-09ppt課件

1、 第二章第二章 氣象衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌道氣象衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌道 2.1 2.1 氣象衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律氣象衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 2.2 2.2 軌道參數(shù)和衛(wèi)星軌道軌道參數(shù)和衛(wèi)星軌道 2.3 2.3 氣象衛(wèi)星的發(fā)射氣象衛(wèi)星的發(fā)射 2.4 2.4 氣象衛(wèi)星系統(tǒng)氣象衛(wèi)星系統(tǒng) 2.1 2.1 氣象衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律氣象衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律 一、氣象衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律一、氣象衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律 氣象衛(wèi)星在其所在的軌道上對地球大氣進(jìn)行觀測，所帶氣象衛(wèi)星在其所在的軌道上對地球大氣進(jìn)行觀測，所帶儀器及工作方式、觀測范圍、資料的類型和數(shù)量，地面接收、資料儀器及工作方式、觀測范圍、資料的類型和數(shù)量，地面接收、資料的處理和應(yīng)用都與衛(wèi)星軌道有關(guān)，所以首先

2、要了解衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律方的處理和應(yīng)用都與衛(wèi)星軌道有關(guān)，所以首先要了解衛(wèi)星運(yùn)行規(guī)律方面的有關(guān)知識。面的有關(guān)知識。 1 1、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方程、衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方程 在假定條件下，根據(jù)地球與衛(wèi)星受萬有引力的作用。據(jù)萬有在假定條件下，根據(jù)地球與衛(wèi)星受萬有引力的作用。據(jù)萬有引力定律，以地心為原點(diǎn)的地球?qū)πl(wèi)星的引力可以表示為引力定律，以地心為原點(diǎn)的地球?qū)πl(wèi)星的引力可以表示為 ：其中：其中：F F是吸引力，是吸引力， 是重力位勢，是重力位勢，r r是衛(wèi)星矢徑的數(shù)值，是衛(wèi)星矢徑的數(shù)值， /r/r是是衛(wèi)星矢徑的方向，衛(wèi)星矢徑的方向，G G是萬有引力常數(shù)是萬有引力常數(shù),(,(6 667259672591010-11-11kg

3、kg-2-2) )，McMc是地球質(zhì)量，為是地球質(zhì)量，為5 5973709737010102424kgkg， m m是衛(wèi)星質(zhì)量，是衛(wèi)星質(zhì)量，是開普勒數(shù)，是開普勒數(shù)，為為3 398603298603210101414m m3 3SS-2-2。 分析作用于衛(wèi)星的力，然后選取坐標(biāo)系，建立衛(wèi)星以地心為原分析作用于衛(wèi)星的力，然后選取坐標(biāo)系，建立衛(wèi)星以地心為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方程的運(yùn)動(dòng)方程，在笛卡兒直角坐標(biāo)系中，點(diǎn)的直角坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方程的運(yùn)動(dòng)方程，在笛卡兒直角坐標(biāo)系中，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方程可以寫成：衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方程可以寫成：式中：式中：r2=x2+y2+z2r2=x2+y2+z2 由于衛(wèi)星受有心力場的作用

4、，其軌道必在過地心的一平面內(nèi)，由于衛(wèi)星受有心力場的作用，其軌道必在過地心的一平面內(nèi)，取地心為極坐標(biāo)原點(diǎn)，地心至衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)方向?yàn)闃O軸方向，取地心為極坐標(biāo)原點(diǎn)，地心至衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)方向?yàn)闃O軸方向，則衛(wèi)星在平面極坐標(biāo)中的運(yùn)動(dòng)方程為：則衛(wèi)星在平面極坐標(biāo)中的運(yùn)動(dòng)方程為： 2 2、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)三定律（開普勒運(yùn)動(dòng)定律）：、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)三定律（開普勒運(yùn)動(dòng)定律）： 將行星運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用于人造衛(wèi)星，或求解衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程可得衛(wèi)將行星運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用于人造衛(wèi)星，或求解衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方程可得衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的三定律。其描述為：星運(yùn)動(dòng)的三定律。其描述為： 第一，衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是一圓錐截線（圓錐被一平面所截出的第一，衛(wèi)星運(yùn)行的軌道是一圓錐截線（

5、圓錐被一平面所截出的曲線，可以是圓、橢圓、拋物線），地球位于其中的一個(gè)焦點(diǎn)上。曲線，可以是圓、橢圓、拋物線），地球位于其中的一個(gè)焦點(diǎn)上。 第二，衛(wèi)星的向徑（衛(wèi)星與地心連線）在相等的時(shí)間內(nèi)，在地第二，衛(wèi)星的向徑（衛(wèi)星與地心連線）在相等的時(shí)間內(nèi)，在地球周圍掃過的面積相等。球周圍掃過的面積相等。 第三，衛(wèi)星軌道周期的平方與軌道半長軸的立方成正比。第三，衛(wèi)星軌道周期的平方與軌道半長軸的立方成正比。（1 1）對于第一定律，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道是一圓錐截線，）對于第一定律，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道是一圓錐截線，其表示其表示式為：式為： 式中式中e ec/ac/a是偏心率，是偏心率，a a是半長軸，是半長軸，C C是焦距，是焦

6、距，P Pr r （1+ecos1+ecos）是半通徑，是半通徑，是矢徑是矢徑r r與半長軸與半長軸a a的夾角。可見偏心率是決定軌道形的夾角?？梢娖穆适菦Q定軌道形狀的主要參數(shù)。狀的主要參數(shù)。當(dāng)當(dāng)e e0 0時(shí)，時(shí)，c=0c=0，P=r=aP=r=a，軌道是以地心為圓心的軌道是以地心為圓心的圓形軌道圓形軌道。當(dāng)當(dāng) e e1 1時(shí)時(shí)，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為一焦點(diǎn)的，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為一焦點(diǎn)的橢圓形軌道橢圓形軌道。其。其C0C0，焦點(diǎn)與橢圓中心不重合，而半通徑，焦點(diǎn)與橢圓中心不重合，而半通徑 P=aP=a（1 1e e2 2）。）。當(dāng)當(dāng) e e1 1時(shí)，時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為焦點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌

7、道是以地心為焦點(diǎn)的拋物線軌道。拋物線軌道。焦距與焦距與半長軸相等。運(yùn)動(dòng)物體沿拋物線軌道飛離地球，成為太陽系的人造半長軸相等。運(yùn)動(dòng)物體沿拋物線軌道飛離地球，成為太陽系的人造衛(wèi)星。衛(wèi)星。 當(dāng)當(dāng)e e1 1時(shí)，時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為焦點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為焦點(diǎn)的雙曲線，雙曲線，c ca a，運(yùn)動(dòng)物，運(yùn)動(dòng)物體沿雙曲線軌道飛離地球和太陽系，成為銀河系中的一個(gè)星體。體沿雙曲線軌道飛離地球和太陽系，成為銀河系中的一個(gè)星體。（2 2）根據(jù)第二定律，）根據(jù)第二定律，衛(wèi)星矢徑掃過的面積速度為常數(shù)，則衛(wèi)星矢徑掃過的面積速度為常數(shù)，則有：有： 式中式中dAdA是半徑在是半徑在dtdt時(shí)間內(nèi)掃過的面積，時(shí)間內(nèi)掃過的面積

8、，h h是一常數(shù)。是一常數(shù)。由衛(wèi)星在軌道上的能量可表示為：由衛(wèi)星在軌道上的能量可表示為：求解此式可得：求解此式可得：可以求得衛(wèi)星在橢圓軌道上任意矢徑為可以求得衛(wèi)星在橢圓軌道上任意矢徑為r r處的速度。此式稱做衛(wèi)星處的速度。此式稱做衛(wèi)星的的 活力公式。由此得衛(wèi)星在近地點(diǎn)、遠(yuǎn)地點(diǎn)和圓形軌道的速度為：活力公式。由此得衛(wèi)星在近地點(diǎn)、遠(yuǎn)地點(diǎn)和圓形軌道的速度為：式中式中R R是地球半徑，為是地球半徑，為6 6356752356752lOm(lOm(極半徑極半徑) )和和6 637813737813710m(10m(赤道半徑赤道半徑) )，平均值為，平均值為6 637100937100910m10m，H H

9、是是衛(wèi)星高度。圓形軌道時(shí)衛(wèi)星高度。圓形軌道時(shí)r=a,e=0r=a,e=0。 可見，可見，衛(wèi)星的速度衛(wèi)星的速度V大小，與大小，與r成反比。成反比。對于橢圓軌道，由于遠(yuǎn)對于橢圓軌道，由于遠(yuǎn)地點(diǎn)地點(diǎn)r最大，因而衛(wèi)星角速度最??；而近地點(diǎn)最大，因而衛(wèi)星角速度最小；而近地點(diǎn)r最小，衛(wèi)星角速度最最小，衛(wèi)星角速度最大。故第二定律表達(dá)了衛(wèi)星在軌道的角速度的大小。大。故第二定律表達(dá)了衛(wèi)星在軌道的角速度的大小。（3 3）、根據(jù)第三定律可確定衛(wèi)星的周期：）、根據(jù)第三定律可確定衛(wèi)星的周期： a a/T/T=/4=/4 或或 T=2T=2（a a/ / ）1/21/2可見衛(wèi)星的運(yùn)行周期僅決定于軌道的長半軸?？梢娦l(wèi)星的運(yùn)行

10、周期僅決定于軌道的長半軸。 按軌道偏心率可以分為圓形軌道和橢圓形衛(wèi)星軌道。選擇圓形按軌道偏心率可以分為圓形軌道和橢圓形衛(wèi)星軌道。選擇圓形軌道有許多優(yōu)點(diǎn)：軌道有許多優(yōu)點(diǎn)： 衛(wèi)星在圓軌道上勻速運(yùn)動(dòng)，便于軌道的計(jì)算和預(yù)告；衛(wèi)星在圓軌道上勻速運(yùn)動(dòng)，便于軌道的計(jì)算和預(yù)告； 衛(wèi)星觀測得到的圖片比例尺一致，便于資料的處理和使用；衛(wèi)星觀測得到的圖片比例尺一致，便于資料的處理和使用； 有利于儀器的工作和衛(wèi)星姿態(tài)控制。有利于儀器的工作和衛(wèi)星姿態(tài)控制。 3 3、按衛(wèi)星軌道傾角，、按衛(wèi)星軌道傾角，可將衛(wèi)星軌道分為前進(jìn)軌道和后退軌道。傾可將衛(wèi)星軌道分為前進(jìn)軌道和后退軌道。傾角在角在0 0一一9090之間，稱前進(jìn)軌道或順

11、行軌道。之間，稱前進(jìn)軌道或順行軌道。 傾角在傾角在9090一一180180之之間，為后退軌道或逆行軌道。傾角等于零，稱為赤道軌道。傾角等間，為后退軌道或逆行軌道。傾角等于零，稱為赤道軌道。傾角等于于9090時(shí)，稱極地時(shí)，稱極地 軌道。傾角不同，觀測范圍不同。對熱帶地區(qū)軌道。傾角不同，觀測范圍不同。對熱帶地區(qū)觀測，選傾角較小的軌道；觀測極區(qū)，應(yīng)選傾角接觀測，選傾角較小的軌道；觀測極區(qū)，應(yīng)選傾角接 近近9090的軌道的軌道。 4 4、按衛(wèi)星高度將軌道分成三種類型：、按衛(wèi)星高度將軌道分成三種類型： (1)(1)低高度、短壽命衛(wèi)星軌道：低高度、短壽命衛(wèi)星軌道：衛(wèi)星高度為衛(wèi)星高度為 1502001502

12、00公里，壽命公里，壽命只有只有1313周，大多為軍事服務(wù)的偵察衛(wèi)星所采用。周，大多為軍事服務(wù)的偵察衛(wèi)星所采用。 (2)(2)中高度，長壽命衛(wèi)星軌道：中高度，長壽命衛(wèi)星軌道：高度約為高度約為350 1500350 1500公里，壽命公里，壽命達(dá)一年以上。氣象衛(wèi)星，陸地和海洋衛(wèi)星都用這種軌道。達(dá)一年以上。氣象衛(wèi)星，陸地和海洋衛(wèi)星都用這種軌道。 (3)(3)高高度，長壽命地球靜止衛(wèi)星軌道：高高度，長壽命地球靜止衛(wèi)星軌道：軌道的高度軌道的高度 約約3580035800千千米左右，受地心引力和大氣阻力的影響很小，衛(wèi)星的壽命很長，可米左右，受地心引力和大氣阻力的影響很小，衛(wèi)星的壽命很長，可以存在好幾年，

13、主要為氣象衛(wèi)星和通訊衛(wèi)星所用。從氣象觀測要求以存在好幾年，主要為氣象衛(wèi)星和通訊衛(wèi)星所用。從氣象觀測要求氣象衛(wèi)星使用近極地太陽同步軌道和地球同步軌道兩種軌道。氣象衛(wèi)星使用近極地太陽同步軌道和地球同步軌道兩種軌道。二、衛(wèi)星的入軌速度與軌道的形狀二、衛(wèi)星的入軌速度與軌道的形狀 衛(wèi)星的軌道形狀可以是圓形、橢圓形、拋物線或雙曲線。衛(wèi)星衛(wèi)星的軌道形狀可以是圓形、橢圓形、拋物線或雙曲線。衛(wèi)星軌道的形狀還取決于火箭將它送入軌道時(shí)一瞬間的速度。軌道的形狀還取決于火箭將它送入軌道時(shí)一瞬間的速度。 衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)，作用于它的有地心引力，有離心力。離衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)，作用于它的有地心引力，有離心力。離心力的大小

14、決定于衛(wèi)星速度。心力的大小決定于衛(wèi)星速度。離心力下于地心引力時(shí)，衛(wèi)星返回地離心力下于地心引力時(shí)，衛(wèi)星返回地球；球；離心力等于地心引力時(shí)，就作平衡的圓周運(yùn)動(dòng)，而成為衛(wèi)星；離心力等于地心引力時(shí)，就作平衡的圓周運(yùn)動(dòng)，而成為衛(wèi)星；速度增大到離心力大于地心引力時(shí)，將作橢圓運(yùn)動(dòng)；速度再加大，速度增大到離心力大于地心引力時(shí)，將作橢圓運(yùn)動(dòng)；速度再加大，其運(yùn)動(dòng)軌道將為拋物線或雙曲線。其運(yùn)動(dòng)軌道將為拋物線或雙曲線。1 1、實(shí)現(xiàn)圓型軌道的條件是衛(wèi)星入軌速度使離心力等于地心引力、實(shí)現(xiàn)圓型軌道的條件是衛(wèi)星入軌速度使離心力等于地心引力式中式中VcVc是衛(wèi)星在圓軌道運(yùn)動(dòng)的速度，也是衛(wèi)星入軌速度，該速度是衛(wèi)星在圓軌道運(yùn)動(dòng)的速

15、度，也是衛(wèi)星入軌速度，該速度稱做環(huán)繞速度。如果物體在地面附近發(fā)射，則以稱做環(huán)繞速度。如果物體在地面附近發(fā)射，則以 r rR R（地球半徑（地球半徑） 63706370公里代入上式，并記這時(shí)的公里代入上式，并記這時(shí)的VcVc為為V1V1，便有，便有 V1V17 7912912千米秒千米秒這是衛(wèi)星在地面發(fā)射入軌時(shí)所需要的最小速度，稱第一宇宙速度這是衛(wèi)星在地面發(fā)射入軌時(shí)所需要的最小速度，稱第一宇宙速度。 衛(wèi)星在某高度作圓軌道運(yùn)動(dòng)，除速度必須等于環(huán)繞速度外，而衛(wèi)星在某高度作圓軌道運(yùn)動(dòng)，除速度必須等于環(huán)繞速度外，而且要求入軌速度方向必須且要求入軌速度方向必須與地面平行與地面平行。如果衛(wèi)星速度大于或小于環(huán)

16、。如果衛(wèi)星速度大于或小于環(huán)繞速度，和入軌速度雖等于環(huán)繞速度，但入軌方向與地面有一定交繞速度，和入軌速度雖等于環(huán)繞速度，但入軌方向與地面有一定交角時(shí)，衛(wèi)星將作橢圓運(yùn)動(dòng)，而不是圓軌道運(yùn)動(dòng)。角時(shí)，衛(wèi)星將作橢圓運(yùn)動(dòng)，而不是圓軌道運(yùn)動(dòng)。 2 2、作橢圓軌道運(yùn)動(dòng)需要的條件、作橢圓軌道運(yùn)動(dòng)需要的條件 如果衛(wèi)星入軌速度進(jìn)一步加大，其離心力加大到使衛(wèi)星脫離地如果衛(wèi)星入軌速度進(jìn)一步加大，其離心力加大到使衛(wèi)星脫離地球引力場，即球引力場，即 a a ，則由活力公式得，則由活力公式得 可見，當(dāng)衛(wèi)星達(dá)到可見，當(dāng)衛(wèi)星達(dá)到2 2VcVc速度時(shí)，它就演變?yōu)樾行牵壍酪膊皇菣E圓速度時(shí)，它就演變?yōu)樾行?，軌道也不是橢圓形，而是雙曲線

17、了。因此衛(wèi)星作橢圓軌道運(yùn)動(dòng)所需的入軌速度應(yīng)滿形，而是雙曲線了。因此衛(wèi)星作橢圓軌道運(yùn)動(dòng)所需的入軌速度應(yīng)滿足足 2 2 Vc VcV V橢橢VcVc式中的式中的VpVp稱做拋物線速度。若將衛(wèi)星在地面附近作環(huán)繞速度的稱做拋物線速度。若將衛(wèi)星在地面附近作環(huán)繞速度的Vc=V1Vc=V1代入代入VpVp式，并把此時(shí)的式，并把此時(shí)的VpVp記為記為V2V2，得，得 V2=11 .2V2=11 .2千米千米/ /秒秒稱稱V2V2為第二宇宙速度，又稱逃逸速度。為第二宇宙速度，又稱逃逸速度。如果衛(wèi)星的離心力大于太陽引力則衛(wèi)星脫離太陽系進(jìn)入銀河系，其如果衛(wèi)星的離心力大于太陽引力則衛(wèi)星脫離太陽系進(jìn)入銀河系，其速度為速

18、度為 V3=16.9V3=16.9千米千米/ /秒秒為第三宇宙速度。為第三宇宙速度。 2.2 2.2 軌道參數(shù)和氣象衛(wèi)星軌道軌道參數(shù)和氣象衛(wèi)星軌道 1 1、衛(wèi)星的軌道參數(shù)（在地理坐標(biāo)系中）、衛(wèi)星的軌道參數(shù)（在地理坐標(biāo)系中） （l l）傾角：）傾角：衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面的夾角。衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面的夾角。 (2) (2) 高度：高度：衛(wèi)星軌道離地球表面的距離。衛(wèi)星軌道離地球表面的距離。 （3 3）周期：）周期：衛(wèi)星沿其軌道運(yùn)行一周所需的時(shí)間。衛(wèi)星沿其軌道運(yùn)行一周所需的時(shí)間。 （4 4）星下點(diǎn)：）星下點(diǎn)：衛(wèi)星與地球中心連線在地球表面的交點(diǎn)稱星下點(diǎn)。衛(wèi)星與地球中心連線在地球表面的交點(diǎn)稱星

19、下點(diǎn)。由于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和地球的自轉(zhuǎn)，顯下點(diǎn)在地球表面形成一條連續(xù)的由于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和地球的自轉(zhuǎn)，顯下點(diǎn)在地球表面形成一條連續(xù)的軌跡，這一軌跡稱星下點(diǎn)軌跡。顯下點(diǎn)常用經(jīng)、緯度表示其位置。軌跡，這一軌跡稱星下點(diǎn)軌跡。顯下點(diǎn)常用經(jīng)、緯度表示其位置。 （5 5）升交點(diǎn)和降交點(diǎn)：）升交點(diǎn)和降交點(diǎn)：衛(wèi)星運(yùn)行一個(gè)周期自南向北與地球赤道的衛(wèi)星運(yùn)行一個(gè)周期自南向北與地球赤道的交點(diǎn)為升交點(diǎn)，自北向南與地球赤道的交點(diǎn)為降交點(diǎn)，所以每條衛(wèi)交點(diǎn)為升交點(diǎn)，自北向南與地球赤道的交點(diǎn)為降交點(diǎn)，所以每條衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)和降交點(diǎn)是不同的。星軌道的升交點(diǎn)和降交點(diǎn)是不同的。 （6 6）截距：）截距：衛(wèi)星運(yùn)行一個(gè)周期地球赤道所轉(zhuǎn)過的距離。

20、由于在衛(wèi)衛(wèi)星運(yùn)行一個(gè)周期地球赤道所轉(zhuǎn)過的距離。由于在衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的同時(shí)，地球不停地自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星沿規(guī)定轉(zhuǎn)一周需約星繞地球公轉(zhuǎn)的同時(shí)，地球不停地自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星沿規(guī)定轉(zhuǎn)一周需約2 2小時(shí)，地球自轉(zhuǎn)需小時(shí)，地球自轉(zhuǎn)需2424小時(shí)，每小時(shí)轉(zhuǎn)過小時(shí)，每小時(shí)轉(zhuǎn)過1515度，所以衛(wèi)星一個(gè)周期在度，所以衛(wèi)星一個(gè)周期在赤道的截距是赤道的截距是3030個(gè)經(jīng)度。個(gè)經(jīng)度。 2 2、衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)、衛(wèi)星軌道的攝動(dòng) 1 1）由于地球扁率引起的攝動(dòng)）由于地球扁率引起的攝動(dòng) 地球是一個(gè)在赤道部分有些鼓起的扁平的近似旋轉(zhuǎn)橢球體，赤地球是一個(gè)在赤道部分有些鼓起的扁平的近似旋轉(zhuǎn)橢球體，赤道鼓起部分會給衛(wèi)星軌道以攝動(dòng)，使得衛(wèi)星的軌道平面繞

21、地軸緩慢道鼓起部分會給衛(wèi)星軌道以攝動(dòng)，使得衛(wèi)星的軌道平面繞地軸緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，軌道平面的主軸也在軌道平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。地轉(zhuǎn)動(dòng)，軌道平面的主軸也在軌道平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。 衛(wèi)星軌道平面的進(jìn)動(dòng)衛(wèi)星軌道平面的進(jìn)動(dòng) 決定衛(wèi)星軌道平面的參數(shù)是升交點(diǎn)赤經(jīng)決定衛(wèi)星軌道平面的參數(shù)是升交點(diǎn)赤經(jīng)和傾角和傾角i i。地球是一。地球是一個(gè)扁平的旋轉(zhuǎn)橢球體，在赤道附近對衛(wèi)星引力加大，使得衛(wèi)星的軌個(gè)扁平的旋轉(zhuǎn)橢球體，在赤道附近對衛(wèi)星引力加大，使得衛(wèi)星的軌道平面繞地軸朝運(yùn)動(dòng)相反方向旋轉(zhuǎn)，使升交點(diǎn)赤經(jīng)道平面繞地軸朝運(yùn)動(dòng)相反方向旋轉(zhuǎn)，使升交點(diǎn)赤經(jīng)變化，而傾角變化，而傾角i i不變，稱軌道平面的進(jìn)動(dòng)。如圖（不變，稱軌道平面的進(jìn)動(dòng)。如圖（a a），

22、），S S是軌道平面，衛(wèi)星是軌道平面，衛(wèi)星由南往北運(yùn)行時(shí)，赤道部分給衛(wèi)星向北的攝動(dòng)力由南往北運(yùn)行時(shí)，赤道部分給衛(wèi)星向北的攝動(dòng)力，使實(shí)際衛(wèi)星軌，使實(shí)際衛(wèi)星軌道平面為道平面為S S1 1 ( (一一，i i十十 i ) i )；當(dāng)衛(wèi)星到赤道以北時(shí)，赤；當(dāng)衛(wèi)星到赤道以北時(shí)，赤道隆起部分又給以向南的攝動(dòng)力，使軌道平面移至道隆起部分又給以向南的攝動(dòng)力，使軌道平面移至1 1S S1 1 (- (- - | | ，i)i)，其總的長期效果是使，其總的長期效果是使不斷減小，而傾角不斷減小，而傾角i i值不值不變，結(jié)果使得軌道平面繞地軸朝衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)相反方向旋轉(zhuǎn)，如圖變，結(jié)果使得軌道平面繞地軸朝衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)相反方向旋轉(zhuǎn)

23、，如圖(b)(b)所示，即造成軌道平面的進(jìn)動(dòng)。所示，即造成軌道平面的進(jìn)動(dòng)。 圖圖2 28 8 衛(wèi)星軌道平面的進(jìn)動(dòng)衛(wèi)星軌道平面的進(jìn)動(dòng) 軌道平面的進(jìn)動(dòng)率是可以計(jì)算的，主要與地球半徑；軌道半長軌道平面的進(jìn)動(dòng)率是可以計(jì)算的，主要與地球半徑；軌道半長軸；軌道偏心率；軌道傾角有關(guān)系。軸；軌道偏心率；軌道傾角有關(guān)系。 考慮到地球扁率對衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)，使衛(wèi)星軌道平面長軸發(fā)生考慮到地球扁率對衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)，使衛(wèi)星軌道平面長軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)；使衛(wèi)星的升旋轉(zhuǎn)；使衛(wèi)星的升( (降降) )交點(diǎn)周期發(fā)生小的改變；使近地點(diǎn)角近地點(diǎn)交點(diǎn)周期發(fā)生小的改變；使近地點(diǎn)角近地點(diǎn)周期發(fā)生變化。周期發(fā)生變化。 2 2）空氣阻力對衛(wèi)星軌道的影響

24、）空氣阻力對衛(wèi)星軌道的影響 宇宙空間，空氣十分稀薄，空氣阻力對衛(wèi)星作用可以忽略不宇宙空間，空氣十分稀薄，空氣阻力對衛(wèi)星作用可以忽略不計(jì)，但衛(wèi)星高度低時(shí)，這種作用就不能忽視了?？諝鈱πl(wèi)星的阻計(jì)，但衛(wèi)星高度低時(shí)，這種作用就不能忽視了。空氣對衛(wèi)星的阻力寫為：力寫為： 式中式中 F F 是空氣阻力，是空氣阻力，m m 是衛(wèi)星質(zhì)量，是衛(wèi)星質(zhì)量，A A是衛(wèi)星截面積，是衛(wèi)星截面積，是空氣是空氣密密,v,v是衛(wèi)星速度，是衛(wèi)星速度，C CD D是空氣阻力系數(shù)?？諝庾枇κ剐l(wèi)星動(dòng)能不斷是空氣阻力系數(shù)。空氣阻力使衛(wèi)星動(dòng)能不斷損耗，軌道日益縮小，偏心率減小，損耗，軌道日益縮小，偏心率減小，使得衛(wèi)星高度下降，軌道形使得衛(wèi)

25、星高度下降，軌道形狀逐漸接近正圓。最后墜入稠密大氣層而隕滅。狀逐漸接近正圓。最后墜入稠密大氣層而隕滅。 3 3）太陽、月球的引力對衛(wèi)星軌道的影響）太陽、月球的引力對衛(wèi)星軌道的影響 當(dāng)衛(wèi)星高度較低時(shí)，地球引力大得多，太陽和月球的引力可當(dāng)衛(wèi)星高度較低時(shí)，地球引力大得多，太陽和月球的引力可以忽略。當(dāng)衛(wèi)星高度較高時(shí)，太陽和月球的引力就不可忽略了。以忽略。當(dāng)衛(wèi)星高度較高時(shí)，太陽和月球的引力就不可忽略了。在靜止衛(wèi)星高度上，太陽引力達(dá)到地球引力的在靜止衛(wèi)星高度上，太陽引力達(dá)到地球引力的1 13737，月球引力約，月球引力約為地球引力的為地球引力的1 168006800。兩者的攝動(dòng)力不可忽略，這使得赤道上的。

26、兩者的攝動(dòng)力不可忽略，這使得赤道上的靜止衛(wèi)星的軌道傾角每年約有靜止衛(wèi)星的軌道傾角每年約有1 1度的變化。度的變化。 4 4）太陽輻射壓力的作用）太陽輻射壓力的作用 太陽的輻射壓力對衛(wèi)星也有影響，晴天太陽作用于太陽的輻射壓力對衛(wèi)星也有影響，晴天太陽作用于1m1m2 2上的上的力達(dá)力達(dá)0 04mg4mg，該力作用于衛(wèi)星上，也會使其偏離軌道。直接太陽輻，該力作用于衛(wèi)星上，也會使其偏離軌道。直接太陽輻射和地球反射太陽輻射產(chǎn)生的輻射壓力也是可以計(jì)算的。主要與射和地球反射太陽輻射產(chǎn)生的輻射壓力也是可以計(jì)算的。主要與 輻照度輻照度( (太陽常數(shù)太陽常數(shù)) )，光速，入射輻射與表面垂線之間的夾角。有關(guān)。，光速

27、，入射輻射與表面垂線之間的夾角。有關(guān)。由于太陽壓力的作用，當(dāng)?shù)厍蚺c太陽在衛(wèi)星軌道平面成一線時(shí)引起由于太陽壓力的作用，當(dāng)?shù)厍蚺c太陽在衛(wèi)星軌道平面成一線時(shí)引起對于圓形軌道的高度變化。對于圓形軌道的高度變化。 3 3、氣象衛(wèi)星的軌道、氣象衛(wèi)星的軌道 （1 1）、近極地太陽同步衛(wèi)星軌道）、近極地太陽同步衛(wèi)星軌道 所謂太陽同步軌道是指衛(wèi)星的軌道平商和太陽始終保持相對固所謂太陽同步軌道是指衛(wèi)星的軌道平商和太陽始終保持相對固定的取向。由于這種軌道的傾角接近定的取向。由于這種軌道的傾角接近9090，衛(wèi)星要在極地附近通過，衛(wèi)星要在極地附近通過，所以又稱它為近極地太陽同步衛(wèi)星軌道，有時(shí)簡稱極地軌道。，所以又稱它為

28、近極地太陽同步衛(wèi)星軌道，有時(shí)簡稱極地軌道。 圖圖2.9 2.9 近極地太陽同步軌道的示意圖近極地太陽同步軌道的示意圖 1)1)、太陽同步軌道的實(shí)現(xiàn)、太陽同步軌道的實(shí)現(xiàn) 地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)跟隨地球一起公轉(zhuǎn)的軌道平面作平動(dòng)，相地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)跟隨地球一起公轉(zhuǎn)的軌道平面作平動(dòng)，相對太陽的取向的改變?yōu)椋簩μ柕娜∠虻母淖優(yōu)椋?60360，所以軌道平面每天取向的改變，所以軌道平面每天取向的改變( (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過的度數(shù)過的度數(shù)) )為為360360/365/365天天=0=0985985天天11天。也就使得衛(wèi)星天。也就使得衛(wèi)星每天提早每天提早4 4分鐘出現(xiàn)分鐘出現(xiàn) 于同一觀測點(diǎn)。為了使軌道平面相對于太陽始于同一觀

29、測點(diǎn)。為了使軌道平面相對于太陽始終有固定的取向，必須克服軌道平面每天大約終有固定的取向，必須克服軌道平面每天大約1 1的取向改變。對的取向改變。對此，可以利用因地球的扁率引此，可以利用因地球的扁率引 起軌道平面的進(jìn)動(dòng)去抵消它。選定起軌道平面的進(jìn)動(dòng)去抵消它。選定合適的傾角，使軌道平面自西向東進(jìn)動(dòng)正好為合適的傾角，使軌道平面自西向東進(jìn)動(dòng)正好為1 1天左右，就抵天左右，就抵消了消了 軌道平面取向的改變，實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道。軌道平面取向的改變，實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道。 上式就是實(shí)現(xiàn)太陽同步衛(wèi)星軌道的高度與傾角必須滿足的條件。上式就是實(shí)現(xiàn)太陽同步衛(wèi)星軌道的高度與傾角必須滿足的條件?？梢钥闯?，衛(wèi)星高度越高，為實(shí)現(xiàn)

30、太陽同步衛(wèi)星軌道的傾角越大?？梢钥闯觯l(wèi)星高度越高，為實(shí)現(xiàn)太陽同步衛(wèi)星軌道的傾角越大。如如TIROSNTIROSN系列衛(wèi)星高度為系列衛(wèi)星高度為833(870)km833(870)km，由上式算出軌道傾角為，由上式算出軌道傾角為9898739739(98(98899899) )。 2)2)、太陽同步軌道的優(yōu)缺點(diǎn)、太陽同步軌道的優(yōu)缺點(diǎn) 太陽同步軌道的優(yōu)點(diǎn)有太陽同步軌道的優(yōu)點(diǎn)有： 由于太陽同步軌道近似為圓形，軌道預(yù)告、接收和資料定位由于太陽同步軌道近似為圓形，軌道預(yù)告、接收和資料定位都很方便；都很方便； 有利于資料的處理和使用；有利于資料的處理和使用； 太陽同步軌道衛(wèi)星可以觀測全球，尤其可以觀測兩極

31、地區(qū)；太陽同步軌道衛(wèi)星可以觀測全球，尤其可以觀測兩極地區(qū)； 在觀測時(shí)有合適的照明，可以得到充足的太陽能。在觀測時(shí)有合適的照明，可以得到充足的太陽能。 太陽同步軌道的缺點(diǎn)是：太陽同步軌道的缺點(diǎn)是： 可以取得全球資料，但觀測間隔長，對某可以取得全球資料，但觀測間隔長，對某地區(qū)，一顆衛(wèi)星在地區(qū)，一顆衛(wèi)星在紅外波段取得兩次資料；紅外波段取得兩次資料； 觀測次數(shù)少，不利于分析生命短的中小尺度天氣系統(tǒng)。觀測次數(shù)少，不利于分析生命短的中小尺度天氣系統(tǒng)。 相鄰兩條軌道的資料不是同一時(shí)刻，這對資料的利用不利。相鄰兩條軌道的資料不是同一時(shí)刻，這對資料的利用不利。 （2 2）、地球靜止衛(wèi)星軌道）、地球靜止衛(wèi)星軌道

32、地球靜止衛(wèi)星軌道是衛(wèi)星軌道的傾角等于地球靜止衛(wèi)星軌道是衛(wèi)星軌道的傾角等于0 0，赤道平面與軌，赤道平面與軌道平面重合，則衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行，并且衛(wèi)星的周期等于地球自道平面重合，則衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行，并且衛(wèi)星的周期等于地球自轉(zhuǎn)周期轉(zhuǎn)周期(23(23小小 時(shí)時(shí)5656分分0404秒秒) )，其旋轉(zhuǎn)方向相同，這樣的軌道稱做地，其旋轉(zhuǎn)方向相同，這樣的軌道稱做地球同步衛(wèi)星軌道。從地面上看，軌道上的衛(wèi)星好象靜止在天空某一球同步衛(wèi)星軌道。從地面上看，軌道上的衛(wèi)星好象靜止在天空某一地地 方不動(dòng)似的，所以又叫做靜止衛(wèi)星軌道。衛(wèi)星稱靜止衛(wèi)星。方不動(dòng)似的，所以又叫做靜止衛(wèi)星軌道。衛(wèi)星稱靜止衛(wèi)星。 1)1)、 地球靜

33、止軌道的實(shí)現(xiàn)地球靜止軌道的實(shí)現(xiàn) 理想的靜止衛(wèi)星軌道：實(shí)現(xiàn)理想的靜止衛(wèi)星軌道理想的靜止衛(wèi)星軌道：實(shí)現(xiàn)理想的靜止衛(wèi)星軌道 必須滿足下述必須滿足下述條件：條件： 衛(wèi)星運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，即同向運(yùn)行，衛(wèi)星運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，即同向運(yùn)行， 衛(wèi)星軌道傾角為衛(wèi)星軌道傾角為0 0，即赤道平面與軌道平面完全重合，即赤道平面與軌道平面完全重合， 軌道偏心率軌道偏心率e e為為0 0，即軌道是圓形的，即軌道是圓形的， 周期為周期為2323小時(shí)小時(shí)5656分分0404秒。秒。 2）、靜止衛(wèi)星軌道的參數(shù)）、靜止衛(wèi)星軌道的參數(shù) 根據(jù)開普勒第三定律算得：根據(jù)開普勒第三定律算得： 3）靜止衛(wèi)星的漂移）靜止衛(wèi)星

34、的漂移 實(shí)際的靜止衛(wèi)星軌道不可能是圓形，而帶有點(diǎn)橢圓形，在一天實(shí)際的靜止衛(wèi)星軌道不可能是圓形，而帶有點(diǎn)橢圓形，在一天當(dāng)中，衛(wèi)星的軌道半徑有時(shí)大有時(shí)小。當(dāng)軌道半徑偏大時(shí)，衛(wèi)星速當(dāng)中，衛(wèi)星的軌道半徑有時(shí)大有時(shí)小。當(dāng)軌道半徑偏大時(shí)，衛(wèi)星速度減小，其相對于地球就度減小，其相對于地球就 要向西漂移，當(dāng)軌道半徑偏小時(shí)，衛(wèi)星速要向西漂移，當(dāng)軌道半徑偏小時(shí)，衛(wèi)星速度加大，就要向東漂移。所以一天之內(nèi)，衛(wèi)星要作東西向漂移。同度加大，就要向東漂移。所以一天之內(nèi)，衛(wèi)星要作東西向漂移。同時(shí)，衛(wèi)星軌道傾角也不正好是時(shí)，衛(wèi)星軌道傾角也不正好是0，常有，常有1的傾角；若不考的傾角；若不考 慮其它慮其它因素，衛(wèi)星在一天內(nèi)將作南

35、北漂移。因素，衛(wèi)星在一天內(nèi)將作南北漂移。 如若衛(wèi)星軌道即帶有一點(diǎn)橢圓如若衛(wèi)星軌道即帶有一點(diǎn)橢圓形，又有一點(diǎn)傾角，則衛(wèi)星的形，又有一點(diǎn)傾角，則衛(wèi)星的 星下點(diǎn)軌跡是上述兩種結(jié)果的合成，星下點(diǎn)軌跡是上述兩種結(jié)果的合成，使得每天的星下點(diǎn)軌跡在赤使得每天的星下點(diǎn)軌跡在赤 道兩側(cè)呈道兩側(cè)呈“8字形擺動(dòng)。字形擺動(dòng)。 (1)(1)地球?qū)o止軌道上衛(wèi)星的漂移作用地球?qū)o止軌道上衛(wèi)星的漂移作用 由于實(shí)際的地球是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，所以靜止衛(wèi)星升交點(diǎn)的進(jìn)由于實(shí)際的地球是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，所以靜止衛(wèi)星升交點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)率并不等于動(dòng)率并不等于0 0，令，令i=0i=0，則可得，靜止衛(wèi)星的星下點(diǎn)每天的進(jìn)動(dòng)率，則可得，靜止衛(wèi)星的星下點(diǎn)

36、每天的進(jìn)動(dòng)率為：為：把把j2,Gj2,G的值和的值和a=6.229rca=6.229rc代入可得：代入可得： 這種進(jìn)動(dòng)是由于赤道隆起產(chǎn)生的，為消除衛(wèi)星向西漂移，可以這種進(jìn)動(dòng)是由于赤道隆起產(chǎn)生的，為消除衛(wèi)星向西漂移，可以從地面控制，降低衛(wèi)星高度，增加其速度。從地面控制，降低衛(wèi)星高度，增加其速度。 (2)(2)靜止衛(wèi)星軌道參數(shù)偏差引起衛(wèi)星的漂移靜止衛(wèi)星軌道參數(shù)偏差引起衛(wèi)星的漂移 實(shí)際的靜止衛(wèi)星軌道不可能是圓形的，有一點(diǎn)橢圓形，一天當(dāng)實(shí)際的靜止衛(wèi)星軌道不可能是圓形的，有一點(diǎn)橢圓形，一天當(dāng)中，衛(wèi)星軌道半徑有時(shí)大有時(shí)小，當(dāng)半徑偏大時(shí)，衛(wèi)星速度減小，中，衛(wèi)星軌道半徑有時(shí)大有時(shí)小，當(dāng)半徑偏大時(shí)，衛(wèi)星速度減小

37、，相對于地球就要向西漂移；當(dāng)軌道半徑偏小時(shí)，衛(wèi)星速度加大，要相對于地球就要向西漂移；當(dāng)軌道半徑偏小時(shí)，衛(wèi)星速度加大，要向東漂移。所以一天之內(nèi)衛(wèi)星要在東西方向上來回漂移。向東漂移。所以一天之內(nèi)衛(wèi)星要在東西方向上來回漂移。 衛(wèi)星軌道傾角也不是衛(wèi)星軌道傾角也不是0 0，常有大約，常有大約1 1的傾角，若不考慮其它因的傾角，若不考慮其它因素，衛(wèi)星在一天之內(nèi)將作南北漂移。素，衛(wèi)星在一天之內(nèi)將作南北漂移。 所以衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡是上述兩種作用的合成，在赤道兩側(cè)呈所以衛(wèi)星星下點(diǎn)軌跡是上述兩種作用的合成，在赤道兩側(cè)呈8 8字形或圓形擺動(dòng)。字形或圓形擺動(dòng)。 4 4）、）、 靜止衛(wèi)星軌道的有效利用靜止衛(wèi)星軌道的有效利

38、用 地球同步衛(wèi)星軌道是赤道上空約地球同步衛(wèi)星軌道是赤道上空約3586035860公里高處的圓形軌道，公里高處的圓形軌道，盡管這條軌道的圓周很長，但是由于連續(xù)不斷地發(fā)射靜止衛(wèi)盡管這條軌道的圓周很長，但是由于連續(xù)不斷地發(fā)射靜止衛(wèi) 星，星，衛(wèi)星的位置遲早會出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，靜止衛(wèi)星只能在唯一的這條軌道衛(wèi)星的位置遲早會出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，靜止衛(wèi)星只能在唯一的這條軌道上。同時(shí)即使不考慮衛(wèi)星在空間位置上、的矛盾，假如衛(wèi)星上。同時(shí)即使不考慮衛(wèi)星在空間位置上、的矛盾，假如衛(wèi)星 過于過于接近，也存在相鄰衛(wèi)星間的電波干擾問題；這就是從地面向衛(wèi)星發(fā)接近，也存在相鄰衛(wèi)星間的電波干擾問題；這就是從地面向衛(wèi)星發(fā)射電波，它附近的衛(wèi)星

39、就會收到，從而產(chǎn)生干擾。為防止衛(wèi)星間的射電波，它附近的衛(wèi)星就會收到，從而產(chǎn)生干擾。為防止衛(wèi)星間的相互干擾，要求地面站具有高方向性定向窄波束天線。相互干擾，要求地面站具有高方向性定向窄波束天線。 例如對于例如對于3 3間隔的衛(wèi)星，波束寬度應(yīng)小于間隔的衛(wèi)星，波束寬度應(yīng)小于2 20 05 5，若每隔，若每隔3 3放置放置 一顆一顆靜止衛(wèi)星，繞地球一圈可放靜止衛(wèi)星，繞地球一圈可放120120顆靜止衛(wèi)星，則兩個(gè)相鄰衛(wèi)顆靜止衛(wèi)星，則兩個(gè)相鄰衛(wèi) 星的圓星的圓周弧距為周弧距為 ： S=2 S=2（R+HR+H）/120/120=2210.04(km)=2210.04(km) 靜止衛(wèi)星的使用價(jià)值很高，各國都希望

40、盡早發(fā)射自己的衛(wèi)星，靜止衛(wèi)星的使用價(jià)值很高，各國都希望盡早發(fā)射自己的衛(wèi)星，世界各國又都集中在歐世界各國又都集中在歐 洲、亞洲，非洲這一帶，南北美洲國家也洲、亞洲，非洲這一帶，南北美洲國家也很集中，但是衛(wèi)星的位置是有限的，這就涉及到如很集中，但是衛(wèi)星的位置是有限的，這就涉及到如 何合理地、有何合理地、有效地使用靜止衛(wèi)星軌道。效地使用靜止衛(wèi)星軌道。 5 5）、）、 靜止衛(wèi)星的優(yōu)缺點(diǎn)靜止衛(wèi)星的優(yōu)缺點(diǎn) 靜止衛(wèi)星作為一個(gè)氣象觀測平臺有許多優(yōu)點(diǎn)：靜止衛(wèi)星作為一個(gè)氣象觀測平臺有許多優(yōu)點(diǎn)： 是衛(wèi)是衛(wèi) 星高度高，視野廣闊，一個(gè)衛(wèi)星可對南北星高度高，視野廣闊，一個(gè)衛(wèi)星可對南北7070S-70S-70N N，東西，

41、東西140140個(gè)經(jīng)度，約占地球表面?zhèn)€經(jīng)度，約占地球表面1 13 3約約1.71.7億平方公里進(jìn)行觀測；億平方公里進(jìn)行觀測； 是可以對某一固定區(qū)域進(jìn)行連續(xù)觀測，約半小時(shí)提供一張全景是可以對某一固定區(qū)域進(jìn)行連續(xù)觀測，約半小時(shí)提供一張全景圓面圖，特殊需要時(shí)，圓面圖，特殊需要時(shí)，3535分鐘對某小區(qū)域進(jìn)行一次觀測；分鐘對某小區(qū)域進(jìn)行一次觀測； 是可以連續(xù)監(jiān)視天氣云系的演變，特別是生命短，變化快的中是可以連續(xù)監(jiān)視天氣云系的演變，特別是生命短，變化快的中小尺度天氣系統(tǒng)。如果把間隔為小尺度天氣系統(tǒng)。如果把間隔為5 5分鐘的圖片連接成電影環(huán)，可以分鐘的圖片連接成電影環(huán)，可以連續(xù)連續(xù) 觀察天氣云系的演變觀察天

42、氣云系的演變 。 靜止衛(wèi)星的不足是：靜止衛(wèi)星的不足是： 它不能觀測南北極區(qū)。它不能觀測南北極區(qū)。 由于離地球很遠(yuǎn)，要得到清楚的圖片，對儀器的要求很高。由于離地球很遠(yuǎn)，要得到清楚的圖片，對儀器的要求很高。 衛(wèi)星軌道有限。衛(wèi)星軌道有限。 6 6）、衛(wèi)星蝕和太陽干擾）、衛(wèi)星蝕和太陽干擾 衛(wèi)星蝕：衛(wèi)星蝕：大家知道，當(dāng)太陽，月亮和地球依次排列在大家知道，當(dāng)太陽，月亮和地球依次排列在 一條一條直線上時(shí)，太陽被月亮擋住，就出現(xiàn)日蝕，當(dāng)太陽，地球和月亮處直線上時(shí)，太陽被月亮擋住，就出現(xiàn)日蝕，當(dāng)太陽，地球和月亮處于一條直線時(shí)，月球進(jìn)入地球的陰影區(qū)，就發(fā)生月蝕。人造衛(wèi)星也于一條直線時(shí)，月球進(jìn)入地球的陰影區(qū)，就發(fā)生

43、月蝕。人造衛(wèi)星也會發(fā)生這種情況，若太陽，地球和人造衛(wèi)星在一條直線上時(shí)，人造會發(fā)生這種情況，若太陽，地球和人造衛(wèi)星在一條直線上時(shí)，人造衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影區(qū)，就出現(xiàn)衛(wèi)星蝕。衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影區(qū)，就出現(xiàn)衛(wèi)星蝕。 如下圖所示，靜止衛(wèi)星位如下圖所示，靜止衛(wèi)星位于赤造平面內(nèi)，所以靜止衛(wèi)星的衛(wèi)星蝕蝕出現(xiàn)在春分和秋分前后的于赤造平面內(nèi)，所以靜止衛(wèi)星的衛(wèi)星蝕蝕出現(xiàn)在春分和秋分前后的一段時(shí)間內(nèi)，衛(wèi)星星下點(diǎn)地區(qū)正好處于午夜時(shí)分，一段時(shí)間內(nèi)，衛(wèi)星星下點(diǎn)地區(qū)正好處于午夜時(shí)分，在春分和秋分這在春分和秋分這兩天衛(wèi)星蝕的時(shí)間最長，達(dá)兩天衛(wèi)星蝕的時(shí)間最長，達(dá)72 72 分鐘之久，衛(wèi)星蝕可連續(xù)出現(xiàn)分鐘之久，衛(wèi)星蝕可連續(xù)出現(xiàn)4545天

44、天。 在衛(wèi)星蝕出現(xiàn)期間，人造衛(wèi)星上的太陽電池不能工作，所以用在衛(wèi)星蝕出現(xiàn)期間，人造衛(wèi)星上的太陽電池不能工作，所以用蓄電池供電，因此衛(wèi)星必須帶上大的蓄電池，才不會使衛(wèi)星工作停蓄電池供電，因此衛(wèi)星必須帶上大的蓄電池，才不會使衛(wèi)星工作停止。有時(shí)供電不足時(shí)，仍要停止某些觀測項(xiàng)目或作某些調(diào)，處在衛(wèi)止。有時(shí)供電不足時(shí)，仍要停止某些觀測項(xiàng)目或作某些調(diào)，處在衛(wèi)星蝕期間，因衛(wèi)星中沒有熱量輸入，衛(wèi)星星體的溫度下降，使得其星蝕期間，因衛(wèi)星中沒有熱量輸入，衛(wèi)星星體的溫度下降，使得其體積收縮，以致自旋速率加大。體積收縮，以致自旋速率加大。 太陽同步軌道衛(wèi)星也出現(xiàn)衛(wèi)星蝕。衛(wèi)星蝕的時(shí)間長短，決定于太陽同步軌道衛(wèi)星也出現(xiàn)衛(wèi)星

45、蝕。衛(wèi)星蝕的時(shí)間長短，決定于衛(wèi)星高度和衛(wèi)星經(jīng)過各地的地方時(shí)時(shí)間。衛(wèi)星高度和衛(wèi)星經(jīng)過各地的地方時(shí)時(shí)間。 圖圖2 210 10 靜止衛(wèi)星食示意圖及發(fā)生天數(shù)和每次持續(xù)時(shí)間靜止衛(wèi)星食示意圖及發(fā)生天數(shù)和每次持續(xù)時(shí)間 太陽干擾：太陽干擾： 當(dāng)太陽，靜止衛(wèi)星和地球上的接收天線處在一條直線上當(dāng)太陽，靜止衛(wèi)星和地球上的接收天線處在一條直線上時(shí)，地面接收天線正好對著太陽。在太陽進(jìn)入接收天線波束期間，時(shí)，地面接收天線正好對著太陽。在太陽進(jìn)入接收天線波束期間，在強(qiáng)烈的太陽射電噪聲影響下，接收電波受嚴(yán)重干擾，地面接收在強(qiáng)烈的太陽射電噪聲影響下，接收電波受嚴(yán)重干擾，地面接收天線收不到訊號，這樣的干擾稱太陽干擾。這種情況在

46、春分和秋天線收不到訊號，這樣的干擾稱太陽干擾。這種情況在春分和秋分前后連續(xù)數(shù)天發(fā)生，受干擾的時(shí)間的長短隨天線直徑大小而異。分前后連續(xù)數(shù)天發(fā)生，受干擾的時(shí)間的長短隨天線直徑大小而異。 4 4、全球衛(wèi)星觀測體系全球衛(wèi)星觀測體系 靜止衛(wèi)星和軌道衛(wèi)星各有優(yōu)缺點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)全球觀測，只有將靜止衛(wèi)星和軌道衛(wèi)星各有優(yōu)缺點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)全球觀測，只有將多顆靜止氣象衛(wèi)星與幾顆極地太陽同步氣象衛(wèi)星組合在一起，發(fā)多顆靜止氣象衛(wèi)星與幾顆極地太陽同步氣象衛(wèi)星組合在一起，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，形成全球衛(wèi)星觀測體系，實(shí)現(xiàn)對全球揮各自的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，形成全球衛(wèi)星觀測體系，實(shí)現(xiàn)對全球天氣的監(jiān)視。如圖天氣的監(jiān)視。如圖211所示，在靜

47、止衛(wèi)星軌道上放置五顆衛(wèi)星，所示，在靜止衛(wèi)星軌道上放置五顆衛(wèi)星，具體位置分別為：具體位置分別為：0(METEOSAT歐洲空間局歐洲空間局)、70E、140E(GMS日本日本)、140W(GOES一美國一美國)、75W(GOES美國美國)；極地太陽同步衛(wèi)星有兩顆，一個(gè)在上午通過，另一個(gè)在下午通過極地太陽同步衛(wèi)星有兩顆，一個(gè)在上午通過，另一個(gè)在下午通過各地，這樣可以每間隔各地，這樣可以每間隔0.5h獲取全球資料，為有效覆蓋全球，各獲取全球資料，為有效覆蓋全球，各衛(wèi)星觀測區(qū)有重疊。衛(wèi)星觀測區(qū)有重疊。 2.3 2.3 、氣象衛(wèi)星的發(fā)射、氣象衛(wèi)星的發(fā)射 人造衛(wèi)星是火箭技術(shù)迅速發(fā)展的結(jié)果。為了將衛(wèi)星送入軌道

48、，人造衛(wèi)星是火箭技術(shù)迅速發(fā)展的結(jié)果。為了將衛(wèi)星送入軌道，一般采用多級火箭。當(dāng)?shù)谝患壔鸺c(diǎn)火后，整個(gè)火箭便慢慢地離開一般采用多級火箭。當(dāng)?shù)谝患壔鸺c(diǎn)火后，整個(gè)火箭便慢慢地離開發(fā)射臺，第一級火箭級燃料燒盡時(shí)，將殼體分離拋棄，得速度發(fā)射臺，第一級火箭級燃料燒盡時(shí)，將殼體分離拋棄，得速度V1V1；然后第二級點(diǎn)火，第二級推進(jìn)劑燒完，又把殼體拋棄，速度增量然后第二級點(diǎn)火，第二級推進(jìn)劑燒完，又把殼體拋棄，速度增量V2V2，接著第三級點(diǎn)火，速度增量為，接著第三級點(diǎn)火，速度增量為V3V3，最終速度為，最終速度為V 1V 1十十V2V2十十V3V3。 1 1、 極軌衛(wèi)星的發(fā)射極軌衛(wèi)星的發(fā)射 發(fā)射過程分為如下幾段：

49、發(fā)射過程分為如下幾段：垂直上升段垂直上升段：此段，箭很大很重及空氣密度大此段，箭很大很重及空氣密度大 ，大氣的阻力也大，所以火箭，大氣的阻力也大，所以火箭垂直緩慢穿過大氣層；垂直緩慢穿過大氣層；轉(zhuǎn)彎飛行段，轉(zhuǎn)彎飛行段，火箭垂直穿過稠密大氣層后火箭垂直穿過稠密大氣層后，火箭將向預(yù)定軌道飛行。，火箭將向預(yù)定軌道飛行。自由飛行段自由飛行段，主要火箭荷重已脫離，主要火箭荷重已脫離，剩余火箭及衛(wèi)星在空間靠慣性自由飛行；剩余火箭及衛(wèi)星在空間靠慣性自由飛行；衛(wèi)星入軌段衛(wèi)星入軌段：當(dāng)火箭在：當(dāng)火箭在自由飛行段到達(dá)預(yù)定高度和速度時(shí)，點(diǎn)燃第三自由飛行段到達(dá)預(yù)定高度和速度時(shí)，點(diǎn)燃第三 級火箭，加速飛行級火箭，加速飛

50、行，最后到達(dá)衛(wèi)星軌道應(yīng)具有的高，最后到達(dá)衛(wèi)星軌道應(yīng)具有的高 度、速度和方向時(shí)，衛(wèi)星與火箭度、速度和方向時(shí)，衛(wèi)星與火箭分離，進(jìn)入軌道。分離，進(jìn)入軌道。 2 2、靜止軌道衛(wèi)星的發(fā)射、靜止軌道衛(wèi)星的發(fā)射 靜止衛(wèi)星軌道是離地面高度約靜止衛(wèi)星軌道是離地面高度約3586035860公里的赤道平面軌道，用公里的赤道平面軌道，用火箭一下子送到這樣高的軌道，需要花費(fèi)相當(dāng)巨大的能量?；鸺幌伦铀偷竭@樣高的軌道，需要花費(fèi)相當(dāng)巨大的能量。 先由火箭把衛(wèi)星發(fā)射到先由火箭把衛(wèi)星發(fā)射到 180250180250公里的低高度軌道上，稱暫公里的低高度軌道上，稱暫定軌道或定軌道或初始軌道；初始軌道； 當(dāng)運(yùn)行到與赤道平面相交處，當(dāng)

51、運(yùn)行到與赤道平面相交處， 點(diǎn)燃火箭，使衛(wèi)星進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)點(diǎn)燃火箭，使衛(wèi)星進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為高度為3586035860公里的偏心率很大的橢圓軌道，叫公里的偏心率很大的橢圓軌道，叫轉(zhuǎn)移軌道；轉(zhuǎn)移軌道； 當(dāng)衛(wèi)星沿轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)行幾圈后，到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)赤道上空時(shí)，點(diǎn)當(dāng)衛(wèi)星沿轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)行幾圈后，到達(dá)遠(yuǎn)地點(diǎn)赤道上空時(shí)，點(diǎn)燃遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)使衛(wèi)星獲得速度增量燃遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)使衛(wèi)星獲得速度增量V V，偏離橢圓軌道；偏離橢圓軌道； 衛(wèi)星切衛(wèi)星切 線速度線速度VoVo軌軌=3.07=3.07千米秒時(shí)，衛(wèi)星便進(jìn)入接近預(yù)定千米秒時(shí)，衛(wèi)星便進(jìn)入接近預(yù)定的圓形軌道，的圓形軌道， 稱為稱為漂移軌道，也叫近靜止軌道，漂移軌道，也叫近靜止軌道，最

52、后用小推力噴最后用小推力噴嘴，修正最后發(fā)射誤差，把衛(wèi)星送到靜止衛(wèi)星軌道上。嘴，修正最后發(fā)射誤差，把衛(wèi)星送到靜止衛(wèi)星軌道上。 2.4 氣象衛(wèi)星基本系統(tǒng)氣象衛(wèi)星基本系統(tǒng) 氣象衛(wèi)星通常由基本衛(wèi)星系統(tǒng)和探測儀器設(shè)備系統(tǒng)兩部分組成。氣象衛(wèi)星通常由基本衛(wèi)星系統(tǒng)和探測儀器設(shè)備系統(tǒng)兩部分組成?；拘l(wèi)星系統(tǒng)的任務(wù)是保障探測系統(tǒng)正常工作，包括衛(wèi)星姿態(tài)控制，基本衛(wèi)星系統(tǒng)的任務(wù)是保障探測系統(tǒng)正常工作，包括衛(wèi)星姿態(tài)控制，能源的供給，溫度控制和指令通訊系統(tǒng)。探測設(shè)備系能源的供給，溫度控制和指令通訊系統(tǒng)。探測設(shè)備系 統(tǒng)是各種探統(tǒng)是各種探測儀器。測儀器。 1 1）衛(wèi)星的姿態(tài)）衛(wèi)星的姿態(tài) 衛(wèi)星的姿態(tài)是指衛(wèi)星在空間相對于軌道平面

53、，地球表面或任何衛(wèi)星的姿態(tài)是指衛(wèi)星在空間相對于軌道平面，地球表面或任何坐標(biāo)系的固定取向，它決定衛(wèi)星儀器對地面的觀測方式和資料的可坐標(biāo)系的固定取向，它決定衛(wèi)星儀器對地面的觀測方式和資料的可利用性。儀器正對地面觀測，圖片對稱，比例一致。儀器斜對地面利用性。儀器正對地面觀測，圖片對稱，比例一致。儀器斜對地面觀測，圖片被壓縮或拉長，比例不一，不利于應(yīng)用。為此必須對衛(wèi)觀測，圖片被壓縮或拉長，比例不一，不利于應(yīng)用。為此必須對衛(wèi)星的姿態(tài)作控制。星的姿態(tài)作控制。 （1)1)自旋穩(wěn)定：自旋穩(wěn)定：衛(wèi)星圍繞自身對稱軸以一定角速度旋轉(zhuǎn)，在沒有衛(wèi)星圍繞自身對稱軸以一定角速度旋轉(zhuǎn)，在沒有空氣阻力下，衛(wèi)星的角動(dòng)量守恒，自轉(zhuǎn)軸方向空氣阻力下，衛(wèi)星的角動(dòng)量守恒，自轉(zhuǎn)軸方向 始終不變，這種使始終不變，這種使衛(wèi)星穩(wěn)定下來的方式稱自旋穩(wěn)定。早期的泰羅斯