大學(xué)經(jīng)典衛(wèi)星氣象學(xué)課件2

1、第二章第二章 氣象衛(wèi)星根本知識(shí)氣象衛(wèi)星根本知識(shí) 氣象衛(wèi)星的軌道氣象衛(wèi)星的軌道 1軌道參數(shù)和衛(wèi)星軌道軌道參數(shù)和衛(wèi)星軌道2氣象衛(wèi)星的發(fā)射氣象衛(wèi)星的發(fā)射3氣象衛(wèi)星系統(tǒng)氣象衛(wèi)星系統(tǒng)412.1 氣象衛(wèi)星的軌道氣象衛(wèi)星的軌道2開普勒第二定律開普勒第二定律 衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過的面積相等。在相同的時(shí)間內(nèi)所掃過的面積相等。3開普勒第三定律開普勒第三定律 衛(wèi)星運(yùn)行周期的平方，與軌道橢圓長半徑的立方成正比且衛(wèi)星運(yùn)行周期的平方，與軌道橢圓長半徑的立方成正比且為一常量，而該常量等于地球引力常數(shù)為一常量，而該常量等于地球

2、引力常數(shù)GMGM的倒數(shù)。的倒數(shù)。GM4aT23s2s41對(duì)于第一定律，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道是一圓錐截線，其表示式為：對(duì)于第一定律，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道是一圓錐截線，其表示式為：式中式中ec/a是偏心率，是偏心率，a是半長軸，是半長軸，c是焦距，是焦距，Pr1+ecos是半通徑，是半通徑，是矢徑是矢徑r與半長軸與半長軸a的夾角真近點(diǎn)角。的夾角真近點(diǎn)角。偏心率是決定軌道形狀的主要參數(shù)：偏心率是決定軌道形狀的主要參數(shù)：當(dāng)當(dāng)e0時(shí)，時(shí)，c=0，P=r=a，衛(wèi)星軌道是以地心為圓心的圓形軌道。，衛(wèi)星軌道是以地心為圓心的圓形軌道。當(dāng)當(dāng) e1時(shí)，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。其時(shí)，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為一焦點(diǎn)

3、的橢圓形軌道。其C0，焦，焦點(diǎn)與橢圓中心不重合，而半通徑點(diǎn)與橢圓中心不重合，而半通徑p=a1 。當(dāng)當(dāng) e1時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為焦點(diǎn)的拋物線。焦距與半長軸相等。運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為焦點(diǎn)的拋物線。焦距與半長軸相等。運(yùn)動(dòng)物體沿拋物線軌道飛離地球，成為太陽系的人造衛(wèi)星。物體沿拋物線軌道飛離地球，成為太陽系的人造衛(wèi)星。 當(dāng)當(dāng)e1時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為焦點(diǎn)的雙曲線，時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌道是以地心為焦點(diǎn)的雙曲線，ca，運(yùn)動(dòng)物體沿雙曲線，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。軌道飛離地球和太陽系，成為銀河系中的一個(gè)星體。cos11cos12eeaePr2e52根據(jù)第二定律，有根據(jù)第二定律

4、，有 式中式中dA是半徑在是半徑在dt時(shí)間內(nèi)掃過的面積，時(shí)間內(nèi)掃過的面積，h是一常數(shù)。是一常數(shù)。衛(wèi)星在橢圓軌道上的總能量為：衛(wèi)星在橢圓軌道上的總能量為： 式中式中m為衛(wèi)星質(zhì)量，為衛(wèi)星質(zhì)量，r是衛(wèi)星的矢徑是衛(wèi)星的矢徑 ，=GM為開普勒常數(shù)，為開普勒常數(shù)，G是是萬有引力常數(shù)，萬有引力常數(shù)，M是地球質(zhì)量。是地球質(zhì)量。常數(shù)222hrdtdAa2m)()(22勢(shì)能動(dòng)能（能量）rmmvW6可得衛(wèi)星在軌道的速度為： 稱為衛(wèi)星活力公式，可計(jì)算出衛(wèi)星在軌道上任一點(diǎn)的速度。由此得到衛(wèi)星在近地點(diǎn)的速度為：HRaa1r2v0eare1ae1a1r2ve1ae1a1r2v）（，速度可以寫為：，對(duì)于圓形軌道，）（）（）（

5、：衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度為）（）（）（圓圓遠(yuǎn)遠(yuǎn)近近)12(2arv73、根據(jù)第三定律可確定衛(wèi)星的周期： 可見衛(wèi)星的周期僅決定于軌道的長半軸。3223a24TTa8二、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)星軌衛(wèi)星的軌道形狀可以是圓形、橢圓形、拋物線或雙曲線。衛(wèi)星軌道的形狀只取決于火箭將它送入軌道時(shí)一瞬間的速度道的形狀只取決于火箭將它送入軌道時(shí)一瞬間的速度-入軌速度入軌速度。 衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)，作用于它的有地心引力、離心力。離心衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)行時(shí)，作用于它的有地心引力、離心力。離心力的大小決定于衛(wèi)星速度。離心力小于地心引力，物體要落回地面力的大小決定于衛(wèi)星

6、速度。離心力小于地心引力，物體要落回地面。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。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)，平衡的圓周運(yùn)動(dòng)被破壞將作橢圓度增大到離心力大于地心引力時(shí)，平衡的圓周運(yùn)動(dòng)被破壞將作橢圓運(yùn)動(dòng)。速度再加大，其運(yùn)動(dòng)軌道將為拋物線或雙曲線。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。91、實(shí)現(xiàn)圓型軌道的條件是衛(wèi)星入軌速度： 離心力=地心引力Vc是衛(wèi)星入軌速度，也稱做環(huán)繞速度。如果物體在地面附近發(fā)射，那么以 rR地球半徑 6370公里代入上式，并記這時(shí)的Vc為V1，便有 V17912千米秒。這是衛(wèi)星在地面發(fā)射入軌

7、時(shí)所需要的最小速度，把它稱做第一宇宙速度。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，而且要求入軌速度方向必須與地面平行。HRrGMvrmvrGMmc22102、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)星脫離地球引力場(chǎng)，即 a ，那么由活力公式得 可見，當(dāng)衛(wèi)星到達(dá) 速度時(shí)，就演變?yōu)樾行牵壍酪膊皇菣E圓形，而是雙曲線。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 Vp = V橢VcVp稱做拋物線速度。假設(shè)將衛(wèi)星在地面附近作環(huán)繞速度的Vc=V1代入Vp式，并把此時(shí)的Vp記為V2，得 V2=11 .2千米/秒稱為第二宇宙速度、逃逸速度，是地面發(fā)射行星所需的最小速

8、度。cvv2cv2cv211如果衛(wèi)星的離心力大于太陽引力那么衛(wèi)星脫離太陽系進(jìn)入銀河系，其速度為 V3千米/秒為第三宇宙速度。12 軌道參數(shù)和衛(wèi)星軌道軌道參數(shù)和衛(wèi)星軌道 1 1、衛(wèi)星的軌道參數(shù)：描述衛(wèi)星在空間中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。、衛(wèi)星的軌道參數(shù)：描述衛(wèi)星在空間中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 截距截距：衛(wèi)星運(yùn)行一個(gè)周期地球赤道衛(wèi)星運(yùn)行一個(gè)周期地球赤道所轉(zhuǎn)過的距離。衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的所轉(zhuǎn)過的距離。衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的同時(shí)，地球不停自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星沿規(guī)定同時(shí)，地球不停自轉(zhuǎn)，衛(wèi)星沿規(guī)定轉(zhuǎn)一周約轉(zhuǎn)一周約2 2小時(shí)，地球自轉(zhuǎn)需小時(shí)，地球自轉(zhuǎn)需2424小小時(shí)，每小時(shí)轉(zhuǎn)過時(shí)，每小時(shí)轉(zhuǎn)過1515度，所以衛(wèi)星一度，所以衛(wèi)星一個(gè)周期在赤道的截距是個(gè)周

9、期在赤道的截距是3030個(gè)經(jīng)度。個(gè)經(jīng)度。高度：衛(wèi)星軌道離地球高度：衛(wèi)星軌道離地球外表的距離；外表的距離；升交點(diǎn)和降交點(diǎn)升交點(diǎn)和降交點(diǎn)：衛(wèi)衛(wèi)星運(yùn)行一個(gè)周期自南星運(yùn)行一個(gè)周期自南向北與地球赤道的交向北與地球赤道的交點(diǎn)為升交點(diǎn)，自北向點(diǎn)為升交點(diǎn)，自北向南與地球赤道的交點(diǎn)南與地球赤道的交點(diǎn)為降交點(diǎn)。為降交點(diǎn)。星下點(diǎn)：衛(wèi)星與地球中心連線在星下點(diǎn)：衛(wèi)星與地球中心連線在地球外表的交點(diǎn)稱星下點(diǎn)。由于地球外表的交點(diǎn)稱星下點(diǎn)。由于衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和地球的自轉(zhuǎn)，星下衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和地球的自轉(zhuǎn)，星下點(diǎn)在地球外表形成一條連續(xù)的軌點(diǎn)在地球外表形成一條連續(xù)的軌跡，星下點(diǎn)常用經(jīng)、緯度表示其跡，星下點(diǎn)常用經(jīng)、緯度表示其位置。位置。衛(wèi)星軌

10、道衛(wèi)星軌道參數(shù)參數(shù)傾角傾角：衛(wèi)星軌道平面與衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面的夾角；地球赤道平面的夾角；周期周期：衛(wèi)星沿其軌道運(yùn)衛(wèi)星沿其軌道運(yùn)行一周所需的時(shí)間。行一周所需的時(shí)間。1314偏心率偏心率e e：軌道的半焦距與長半軸之比。：軌道的半焦距與長半軸之比。軌道長半徑軌道長半徑a a：軌道在長軸方向由軌道中心到軌道上的距離。：軌道在長軸方向由軌道中心到軌道上的距離。近地點(diǎn)角近地點(diǎn)角 ：指衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)升交點(diǎn)與近地點(diǎn)直接的夾角。指衛(wèi)星在軌道平面內(nèi)升交點(diǎn)與近地點(diǎn)直接的夾角。此外還有此外還有平均近點(diǎn)角平均近點(diǎn)角，衛(wèi)星真近點(diǎn)角衛(wèi)星真近點(diǎn)角，偏近點(diǎn)角偏近點(diǎn)角E E和和軌道數(shù)軌道數(shù)15 2、氣象衛(wèi)星的軌道 1

11、、近極地太陽同步衛(wèi)星軌道 指衛(wèi)星的軌道平面和太陽始終保持相對(duì)固定的取向。由于這種軌道的傾角接近90，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，簡稱極地軌道。 近極地太陽同步和地球靜止軌道的示意圖 FY-1系列系列16 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)，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(duì)太陽的取向的改變?yōu)椋合鄬?duì)太陽的取向的改變?yōu)椋?60，所以軌道平面每天取，所以軌道平面每天取向的改變向的改變(轉(zhuǎn)過的度數(shù)轉(zhuǎn)過的度數(shù))為為360/365天天=0985天天1天。天。為了使軌道平面相對(duì)于太陽始終有固定的取向，

12、必須克服為了使軌道平面相對(duì)于太陽始終有固定的取向，必須克服軌道平面每天大約軌道平面每天大約1的取向改變。對(duì)此，可以利用因地的取向改變。對(duì)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。選定適宜的傾角球的扁率引起軌道平面的進(jìn)動(dòng)去抵消它。選定適宜的傾角，使軌道平面自西向東進(jìn)動(dòng)正好為，使軌道平面自西向東進(jìn)動(dòng)正好為1天左右，就抵消天左右，就抵消了軌道平面取向的改變，實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道。了軌道平面取向的改變，實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道。 171由于太陽同步由于太陽同步軌道近似為圓軌道近似為圓形，軌道預(yù)告、形，軌道預(yù)告、接收和資料定接收和資料定位都很方便；位都很方便；3太陽同步軌道太陽同步軌道衛(wèi)星可以觀測(cè)衛(wèi)星可以

13、觀測(cè)全球，尤其是全球，尤其是可以觀測(cè)兩極可以觀測(cè)兩極地區(qū)；地區(qū)；2利于資料的處利于資料的處理和使用；理和使用；4在觀測(cè)時(shí)有合在觀測(cè)時(shí)有合適的照明，可適的照明，可以得到充足的以得到充足的太陽能太陽能?？梢匀〉萌蛸Y料，但觀測(cè)間隔長，對(duì)某一地區(qū)，一顆衛(wèi)星在紅外波段取得兩可以取得全球資料，但觀測(cè)間隔長，對(duì)某一地區(qū)，一顆衛(wèi)星在紅外波段取得兩 次資料；次資料； 觀測(cè)次數(shù)少，不利于分析變化快，生命短的中小尺度天氣系統(tǒng)。觀測(cè)次數(shù)少，不利于分析變化快，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(duì)資料相鄰兩條軌道的資料不是同一時(shí)刻，這對(duì)資料 的利用不利。的利用不利。 182、地球同步衛(wèi)星軌道、

14、地球同步衛(wèi)星軌道 地球同步衛(wèi)星軌道是衛(wèi)星軌道的傾角等于地球同步衛(wèi)星軌道是衛(wèi)星軌道的傾角等于0，赤道平面，赤道平面與軌道平面重合，那么衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行，并且衛(wèi)星的與軌道平面重合，那么衛(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)周期周期等于地球自轉(zhuǎn)周期(23小時(shí)小時(shí)56分分04秒秒)，其旋轉(zhuǎn)方向相，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地道上的衛(wèi)星好象靜止在天空某一地 方不動(dòng)似的，所以又方不動(dòng)似的，所以又叫做靜止衛(wèi)星軌道。這樣的衛(wèi)星稱靜止衛(wèi)星。叫做靜止衛(wèi)星軌道。這樣的衛(wèi)星稱靜止衛(wèi)星。 近極地太

15、陽同步和地球靜止軌道的示意圖近極地太陽同步和地球靜止軌道的示意圖 FY-2衛(wèi)星圖片衛(wèi)星圖片19 靜止衛(wèi)星的高度可以根據(jù)開普勒第三定律算得：靜止衛(wèi)星的高度可以根據(jù)開普勒第三定律算得： RTH3224/km35860637042230km6370045623HRTGMe代入上式秒，分小時(shí)，取1)、 地球同步軌道的實(shí)現(xiàn)地球同步軌道的實(shí)現(xiàn) A 、實(shí)現(xiàn)理想的靜止衛(wèi)星軌道必須滿足下述條件：、實(shí)現(xiàn)理想的靜止衛(wèi)星軌道必須滿足下述條件： 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

16、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。 20B、實(shí)際的靜止衛(wèi)星軌道：、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)星速度減小，其相對(duì)于地球就時(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(duì)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，就要向東漂移。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。所以一天之內(nèi)，衛(wèi)星要作東西

17、向漂移。同時(shí)，衛(wèi)星軌道傾角也不正好是同時(shí)，衛(wèi)星軌道傾角也不正好是0，常有，常有1的傾角；假設(shè)不考慮的傾角；假設(shè)不考慮其它因素，衛(wèi)星在一天內(nèi)將作南北漂移。其它因素，衛(wèi)星在一天內(nèi)將作南北漂移。 如假設(shè)衛(wèi)星軌道即帶有一點(diǎn)橢圓形，又有一點(diǎn)傾角，那么衛(wèi)星的星如假設(shè)衛(wèi)星軌道即帶有一點(diǎn)橢圓形，又有一點(diǎn)傾角，那么衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡是上述兩種結(jié)果的合成，使得每天的星下點(diǎn)軌跡在赤道兩下點(diǎn)軌跡是上述兩種結(jié)果的合成，使得每天的星下點(diǎn)軌跡在赤道兩側(cè)呈側(cè)呈“8字形擺動(dòng)。字形擺動(dòng)。 )(07. 342230398613521skmHRv根據(jù)式可以求得靜止衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行的速度：根據(jù)式可以求得靜止衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行的速度：212

18、2 2、 靜止衛(wèi)星軌道的有效利用靜止衛(wèi)星軌道的有效利用 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35860公里高處的圓形軌道，盡管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)星，衛(wèi)星的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，衛(wèi)星的位置遲早會(huì)出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象，靜止衛(wèi)星只能在唯一的這條軌道上。位置遲早會(huì)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，假設(shè)衛(wèi)星過于接近，也同時(shí)即使不考慮衛(wèi)星在空間位置上的矛盾，假設(shè)衛(wèi)星過于接近，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)射電波，存在相鄰衛(wèi)星間的電波干擾問題

19、；這就是從地面向衛(wèi)星發(fā)射電波，它附近的衛(wèi)星就會(huì)收到，從而產(chǎn)生干擾。為防止衛(wèi)星間的相互干擾它附近的衛(wèi)星就會(huì)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。例如對(duì)于，要求地面站具有高方向性定向窄波束天線。例如對(duì)于3間隔的間隔的衛(wèi)星，波束寬度應(yīng)小于衛(wèi)星，波束寬度應(yīng)小于205，假設(shè)每隔，假設(shè)每隔3放置一顆靜止衛(wèi)星放置一顆靜止衛(wèi)星，繞地球一圈可放，繞地球一圈可放120顆靜止衛(wèi)星，那么兩個(gè)相鄰衛(wèi)星的圓周弧距顆靜止衛(wèi)星，那么兩個(gè)相鄰衛(wèi)星的圓周弧距為為 ： S=2R+H/120=2210.04(km) 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，世靜止衛(wèi)星的使用價(jià)值

20、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洲、亞洲，非洲這一帶，南北美洲國家也很集界各國又都集中在歐洲、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，這就涉及到如何合理地、有效地使中，但是衛(wèi)星的位置是有限的，這就涉及到如何合理地、有效地使用靜止衛(wèi)星軌道。用靜止衛(wèi)星軌道。 23 3、衛(wèi)星食、衛(wèi)星食 衛(wèi)星食：當(dāng)太陽、月亮和地球依次排列在一條直線上衛(wèi)星食：當(dāng)太陽、月亮和地球依次排列在一條直線上時(shí)，太陽被月亮擋住，就出現(xiàn)日食；當(dāng)太陽、地球和月亮?xí)r，太陽被月亮擋住，就出現(xiàn)日食；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)生月食。處于一條直線時(shí)，月球進(jìn)入地球

21、的陰影區(qū)，就發(fā)生月食。人造衛(wèi)星也會(huì)發(fā)生這種情況，假設(shè)太陽、地球和人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星也會(huì)發(fā)生這種情況，假設(shè)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)星食。食。 太陽同步軌道衛(wèi)星也出現(xiàn)衛(wèi)星食。衛(wèi)星食的時(shí)間長短，決太陽同步軌道衛(wèi)星也出現(xiàn)衛(wèi)星食。衛(wèi)星食的時(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。定于衛(wèi)星高度和衛(wèi)星經(jīng)過各地的地方時(shí)時(shí)間。 日環(huán)食日環(huán)食月食月食24靜止衛(wèi)星食示意圖靜止衛(wèi)星食示意圖 254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時(shí)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)，

22、地面接收天線正好對(duì)著太陽。在衛(wèi)星進(jìn)入接收天線波束，地面接收天線正好對(duì)著太陽。在衛(wèi)星進(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，地面接收天線收不到訊號(hào)，這樣的干擾稱太陽干擾。擾，地面接收天線收不到訊號(hào)，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。的長短隨天線直徑大小而異。 “日凌中斷通信現(xiàn)象日凌中斷通信現(xiàn)象 26高度高，高度高，視野廣視野廣一個(gè)衛(wèi)星可對(duì)南北一個(gè)衛(wèi)星可對(duì)南北70S-70N，東西，東西140個(gè)經(jīng)度，約占地球

23、外表個(gè)經(jīng)度，約占地球外表13約億平方公里進(jìn)約億平方公里進(jìn)行觀測(cè)；行觀測(cè)；連續(xù)觀測(cè)連續(xù)觀測(cè)約半小時(shí)提供一張全景圓面圖，特殊需要約半小時(shí)提供一張全景圓面圖，特殊需要時(shí)，時(shí)，3-5分鐘對(duì)某小區(qū)域進(jìn)行一次觀測(cè)；分鐘對(duì)某小區(qū)域進(jìn)行一次觀測(cè)；云系演變?cè)葡笛葑兲貏e是生命短，變化快的中小尺度天氣特別是生命短，變化快的中小尺度天氣系統(tǒng)。如果把間隔為系統(tǒng)。如果把間隔為5分鐘的圖片連接成分鐘的圖片連接成電影環(huán)，可以連續(xù)觀察天氣云系的演變電影環(huán)，可以連續(xù)觀察天氣云系的演變 。 它不能觀測(cè)南北極區(qū)。它不能觀測(cè)南北極區(qū)。由于其離地球很遠(yuǎn)，假設(shè)要得到清楚圖片，對(duì)儀器的要求很由于其離地球很遠(yuǎn)，假設(shè)要得到清楚圖片，對(duì)儀器的要求

24、很高。高。衛(wèi)星軌道有限。衛(wèi)星軌道有限。 27垂直上升垂直上升 轉(zhuǎn)彎飛行轉(zhuǎn)彎飛行 自由飛行自由飛行 衛(wèi)星入軌衛(wèi)星入軌 此段，火箭很此段，火箭很大很重及空氣大很重及空氣密度大密度大 ，大，大氣的阻力也大，氣的阻力也大，所以火箭垂直所以火箭垂直緩慢穿過大氣緩慢穿過大氣層，僅幾秒時(shí)層，僅幾秒時(shí)間；間；火箭垂直穿火箭垂直穿過稠密大氣過稠密大氣層后，制導(dǎo)層后，制導(dǎo)系統(tǒng)控制下系統(tǒng)控制下轉(zhuǎn)彎進(jìn)入轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎進(jìn)入轉(zhuǎn)彎飛行段，彎飛行段，將火箭引向?qū)⒒鸺蝾A(yù)定軌道；預(yù)定軌道；主要火箭荷主要火箭荷重已脫離，重已脫離，剩余火箭及剩余火箭及衛(wèi)星在空間衛(wèi)星在空間靠慣性自由靠慣性自由飛行，以節(jié)飛行，以節(jié)省燃料；省燃料；火箭達(dá)預(yù)定

25、高火箭達(dá)預(yù)定高度、速度，點(diǎn)度、速度，點(diǎn)燃第三燃第三 級(jí)火箭，級(jí)火箭，到衛(wèi)星軌道應(yīng)到衛(wèi)星軌道應(yīng)具有高具有高 度、速度、速度和方向，衛(wèi)度和方向，衛(wèi)星與火箭別離，星與火箭別離，進(jìn)入軌道。進(jìn)入軌道。2.3 、氣象衛(wèi)星的發(fā)射、氣象衛(wèi)星的發(fā)射 1 衛(wèi)星的發(fā)射和入軌過程衛(wèi)星的發(fā)射和入軌過程 人造衛(wèi)星是火箭技術(shù)迅速開展的結(jié)果。為人造衛(wèi)星是火箭技術(shù)迅速開展的結(jié)果。為了將衛(wèi)星送入軌道，一般采用多級(jí)火箭。了將衛(wèi)星送入軌道，一般采用多級(jí)火箭。當(dāng)?shù)谝患?jí)火箭點(diǎn)火后，整個(gè)火箭便慢慢地當(dāng)?shù)谝患?jí)火箭點(diǎn)火后，整個(gè)火箭便慢慢地離開發(fā)射臺(tái)，第一級(jí)火箭級(jí)燃料燒盡時(shí)，離開發(fā)射臺(tái)，第一級(jí)火箭級(jí)燃料燒盡時(shí)，將殼體別離拋棄，得速度將殼體別離拋

26、棄，得速度V1；然后第二級(jí)；然后第二級(jí)點(diǎn)火，第二級(jí)推進(jìn)劑燒完，又把殼體拋棄，點(diǎn)火，第二級(jí)推進(jìn)劑燒完，又把殼體拋棄，速度增量速度增量V2；接著第三級(jí)點(diǎn)火，速度增量；接著第三級(jí)點(diǎn)火，速度增量為為V3，最終速度為，最終速度為V 1十十V2十十V3。 28 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，用火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，先由火箭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，先由火箭把衛(wèi)星發(fā)射到把衛(wèi)星發(fā)射到 180-250180-250公里的低高度軌道

27、上，稱公里的低高度軌道上，稱暫定軌道暫定軌道或或初始軌初始軌道。道。 當(dāng)運(yùn)行到與赤道平面相交處，當(dāng)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)燃當(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，偏離橢圓軌道。衛(wèi)星切線速度遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)使衛(wèi)星獲得速度增量，偏離橢圓軌道。衛(wèi)星切線速度VoVo軌軌千米秒時(shí)，衛(wèi)星便進(jìn)入接近預(yù)定的圓形軌道，千米秒時(shí)，衛(wèi)星便進(jìn)入接近預(yù)定的圓形軌

28、道， 稱為稱為漂移軌道漂移軌道，也叫，也叫近靜止軌道近靜止軌道，最后用小推力噴嘴，修正最后發(fā)射誤差，把衛(wèi)，最后用小推力噴嘴，修正最后發(fā)射誤差，把衛(wèi)星送到星送到靜止衛(wèi)星軌道靜止衛(wèi)星軌道上。上。 2930氣象衛(wèi)星通常由根本衛(wèi)星系統(tǒng)和探測(cè)儀器設(shè)備系統(tǒng)兩局部組成。氣象衛(wèi)星通常由根本衛(wèi)星系統(tǒng)和探測(cè)儀器設(shè)備系統(tǒng)兩局部組成。根本衛(wèi)星系統(tǒng)的任務(wù)是保障探測(cè)系統(tǒng)正常工作，包括衛(wèi)星姿態(tài)控制，根本衛(wèi)星系統(tǒng)的任務(wù)是保障探測(cè)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(cè)設(shè)備系統(tǒng)是各種探測(cè)能源的供給，溫度控制和指令通訊系統(tǒng)。探測(cè)設(shè)備系統(tǒng)是各種探測(cè)儀器。儀器。 1、衛(wèi)星的姿態(tài)、衛(wèi)星的姿態(tài) 衛(wèi)星的姿態(tài)

29、是指衛(wèi)星在空間相對(duì)于軌道平面，地球外表或任何衛(wèi)星的姿態(tài)是指衛(wèi)星在空間相對(duì)于軌道平面，地球外表或任何坐標(biāo)系的固定取向，它決定衛(wèi)星儀器對(duì)地面的觀測(cè)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(duì)地面的觀測(cè)方式和資料的可利用性。儀器正對(duì)地面觀測(cè)，圖片對(duì)稱，比例一致。儀器斜對(duì)地面利用性。儀器正對(duì)地面觀測(cè)，圖片對(duì)稱，比例一致。儀器斜對(duì)地面觀測(cè)，圖片被壓縮或拉長，比例不一，不利于應(yīng)用。為此必須對(duì)衛(wèi)觀測(cè)，圖片被壓縮或拉長，比例不一，不利于應(yīng)用。為此必須對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)作控制。星的姿態(tài)作控制。 2.4 氣象衛(wèi)星系統(tǒng)氣象衛(wèi)星系統(tǒng)311 1自旋穩(wěn)定：衛(wèi)星圍繞自自旋穩(wěn)定：衛(wèi)星圍繞自身對(duì)稱軸以一定角速度旋轉(zhuǎn)，身對(duì)稱軸以一

30、定角速度旋轉(zhuǎn)，在沒有空氣阻力下，衛(wèi)星的角在沒有空氣阻力下，衛(wèi)星的角動(dòng)量守恒，自轉(zhuǎn)軸方向始終不動(dòng)量守恒，自轉(zhuǎn)軸方向始終不變，這種使衛(wèi)星穩(wěn)定下來的方變，這種使衛(wèi)星穩(wěn)定下來的方式稱自旋穩(wěn)定。式稱自旋穩(wěn)定。泰羅斯衛(wèi)星采用泰羅斯衛(wèi)星采用“平動(dòng)式平動(dòng)式自旋穩(wěn)定，儀器裝在衛(wèi)星底自旋穩(wěn)定，儀器裝在衛(wèi)星底部，衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)時(shí)，只部，衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)時(shí)，只有局部時(shí)間取得資料。以后有局部時(shí)間取得資料。以后的艾薩和靜止衛(wèi)星采用的艾薩和靜止衛(wèi)星采用“滾滾輪式輪式自旋穩(wěn)定，自旋軸與自旋穩(wěn)定，自旋軸與軌道平面相垂直，儀器裝在軌道平面相垂直，儀器裝在衛(wèi)星側(cè)面，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)到朝向衛(wèi)星側(cè)面，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)到朝向地面時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，衛(wèi)星能在地面時(shí)

31、進(jìn)行觀測(cè)，衛(wèi)星能在整個(gè)周期內(nèi)獲得資料。整個(gè)周期內(nèi)獲得資料。TIROS-1衛(wèi)星衛(wèi)星未來美國第未來美國第5代靜止代靜止氣象衛(wèi)星工作示意圖氣象衛(wèi)星工作示意圖32 (2)三軸定向穩(wěn)定：三軸定向穩(wěn)定：三三軸定向穩(wěn)定是衛(wèi)星在三個(gè)軸定向穩(wěn)定是衛(wèi)星在三個(gè)方向上保持穩(wěn)定。如圖，方向上保持穩(wěn)定。如圖，三個(gè)軸是：三個(gè)軸是：(a)(a)俯仰軸，與俯仰軸，與軌道平面垂直，控制衛(wèi)星軌道平面垂直，控制衛(wèi)星上下擺動(dòng)，上下擺動(dòng)，(b)(b)橫滾軸，平橫滾軸，平行于軌道平面，且與軌道行于軌道平面，且與軌道方向相一致，控制衛(wèi)星左方向相一致，控制衛(wèi)星左右擺動(dòng)，右擺動(dòng)，(c)(c)偏航軸，指向偏航軸，指向地球中心，控制衛(wèi)星沿軌地球中心

32、，控制衛(wèi)星沿軌道方向運(yùn)行。在衛(wèi)星繞地道方向運(yùn)行。在衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)一圈中，軌道方向球轉(zhuǎn)動(dòng)一圈中，軌道方向改變改變360360，偏航軸與橫滾，偏航軸與橫滾軸的方向也要改變軸的方向也要改變360360，才能保持衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定。才能保持衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定。 33(3)重力梯度穩(wěn)定：重力梯度穩(wěn)定：由于地球?qū)σ粋€(gè)物體的引力隨高度而減小，所以由于地球?qū)σ粋€(gè)物體的引力隨高度而減小，所以地球重力場(chǎng)是不均勻的，有重力梯度。當(dāng)衛(wèi)星在重力場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球重力場(chǎng)是不均勻的，有重力梯度。當(dāng)衛(wèi)星在重力場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因受重力梯度的作用，使衛(wèi)星趨向一個(gè)因受重力梯度的作用，使衛(wèi)星趨向一個(gè)平衡位置平衡位置，由此實(shí)現(xiàn)重力梯，由此實(shí)現(xiàn)重力梯度穩(wěn)

33、定。度穩(wěn)定。 2、 衛(wèi)星在靜止軌道上位置的控制衛(wèi)星在靜止軌道上位置的控制 由于地球引力的不均勻和太陽、月亮引力的作用，常使衛(wèi)星漂移靜由于地球引力的不均勻和太陽、月亮引力的作用，常使衛(wèi)星漂移靜止軌道，如不加控制，這種偏離會(huì)愈來愈大，以至衛(wèi)星超出地面接止軌道，如不加控制，這種偏離會(huì)愈來愈大，以至衛(wèi)星超出地面接收天線的波束范圍，接收不到衛(wèi)星訊號(hào)。為消除衛(wèi)星的漂移，在衛(wèi)收天線的波束范圍，接收不到衛(wèi)星訊號(hào)。為消除衛(wèi)星的漂移，在衛(wèi)星上裝有軸向和橫向兩個(gè)氣體噴射推進(jìn)系統(tǒng)，通過噴氣產(chǎn)生反作用星上裝有軸向和橫向兩個(gè)氣體噴射推進(jìn)系統(tǒng)，通過噴氣產(chǎn)生反作用力，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星漂移的力，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星漂移的修正修正。 3、 衛(wèi)星的結(jié)

34、構(gòu)和形狀衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)和形狀 衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)不僅能經(jīng)得起劇烈的力學(xué)環(huán)境，而且要做得盡量以保證衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)不僅能經(jīng)得起劇烈的力學(xué)環(huán)境，而且要做得盡量以保證星上專用設(shè)備的重量。衛(wèi)星的形狀常與其采用的姿態(tài)穩(wěn)定方式有關(guān)星上專用設(shè)備的重量。衛(wèi)星的形狀常與其采用的姿態(tài)穩(wěn)定方式有關(guān)，如，如自旋穩(wěn)定的衛(wèi)星自旋穩(wěn)定的衛(wèi)星，相對(duì)自旋軸的重量分配平衡，做成，相對(duì)自旋軸的重量分配平衡，做成圓柱形圓柱形。三軸定向穩(wěn)定的衛(wèi)星，形狀不限，三軸定向穩(wěn)定的衛(wèi)星，形狀不限，但為了利用太陽能，常將太陽電但為了利用太陽能，常將太陽電池翼板伸出。重力梯度穩(wěn)定的衛(wèi)星常做成啞鈴型。池翼板伸出。重力梯度穩(wěn)定的衛(wèi)星常做成啞鈴型。344、衛(wèi)星的電源、衛(wèi)星的電源 能否正常地向衛(wèi)星上各種儀器供電，常是衛(wèi)星成敗的重要問題，能否正常地向衛(wèi)星上各種儀器供電，常是衛(wèi)星成敗的重要問題，初期發(fā)射的衛(wèi)星，一般用蓄電池電源，但是其貯存電能有限，在短初期發(fā)射的衛(wèi)星，一般用蓄電池電源，但是其貯