地球同步軌道（英文名：geostationary orbit; GEO）是衛(wèi)星的軌道面與地球赤道面重合，衛(wèi)星運行周期與地球在慣性空間的自轉(zhuǎn)周期相同（23時56分4秒），且運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致的圓形軌道。又稱地球赤道同步軌道。
地球靜止軌道的軌道高度為35786千米，其上運行的航天器角速度與地球自轉(zhuǎn)角速度相同，因此在地面觀測者看來，這樣的航天器在地球上空是靜止不動的。地球靜止軌道的主要優(yōu)點是可以在地面站與衛(wèi)星之間建立永久的通信聯(lián)系，或可連續(xù)對同一地區(qū)進(jìn)行觀測。多數(shù)通信衛(wèi)星、廣播電視衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和輔助定位衛(wèi)星運行在地球靜止軌道上。利用衛(wèi)星相對于地球固定不動的特性，地面測站天線只要對準(zhǔn)衛(wèi)星的定點位置就可以通信；而氣象衛(wèi)星也可以24小時監(jiān)測特定區(qū)域的天氣變化情況；中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的空間星座中也包括5顆地球靜止軌道衛(wèi)星，分別定點于東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°和160°。這些地球靜止軌道衛(wèi)星增加了亞太地區(qū)用戶定位時的可見衛(wèi)星數(shù)目，是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重要的組成部分。
基本資料
地球同步軌道（Geostationary 地球 Orbit）
衛(wèi)星的軌道周期等于地球在慣性空間中的自轉(zhuǎn)周期（23小時56分4秒），且方向亦與之一致，衛(wèi)星在每天同一時間的星下點軌跡相同，當(dāng)軌道與赤道平面重合時叫做地球靜止軌道，即衛(wèi)星與地面的位置相對保持不變。
轉(zhuǎn)軸傾角為零的圓形地球同步軌道稱為地球靜止軌道，因為在這樣的軌道上運行的衛(wèi)星將始終位于赤道某地的上空，相對于地球表面是靜止的。這種軌道衛(wèi)星的地面高度約為3.6萬千米。它的覆蓋范圍很廣，利用均布在地球赤道上的3顆這樣的衛(wèi)星就可以實現(xiàn)除南北極很小一部分地區(qū)外的全球通信。
要實現(xiàn)地球靜止軌道，得滿足下列條件：
要將同步衛(wèi)星發(fā)射到同步軌道上，卻是相當(dāng)困難和復(fù)雜的。因為受火箭運載能力的限制和發(fā)射場一般不處于赤道上的影響，多數(shù)的運載火箭不能將衛(wèi)星直接送到同步軌道上，必須分為三個階段才能入軌。第一步，運載火箭將衛(wèi)星送到距地面200---300千米的停泊軌道；
第二步，以停泊軌道的第一宇宙速度將衛(wèi)星加速送到轉(zhuǎn)移軌道與同步軌道相切處，即轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點；
第三步，在遠(yuǎn)地點上點燃發(fā)動機，使衛(wèi)星進(jìn)入地球同步軌道，并用衛(wèi)星上的小發(fā)動機調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)，使衛(wèi)星完全進(jìn)入同步軌道。
運行情況
地球同步衛(wèi)星即地球同步軌道衛(wèi)星，又稱對地靜止衛(wèi)星，是運行在地球同步軌道上的人造衛(wèi)星。所謂同步軌道衛(wèi)星，是指：衛(wèi)星距離地球的高度35786km，衛(wèi)星的運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同、運行軌道為位于地球赤道平面上圓形軌道、運行周期與地球自轉(zhuǎn)一周（恒星日，非太陽日）的時間相等，即23小時56分4秒，衛(wèi)星在軌道上的繞行速度約為3.07公里/秒，等于地球自轉(zhuǎn)的角速度。在地球同步軌道上布設(shè)3顆通訊衛(wèi)星，即可實現(xiàn)除兩極外的全球通訊。
衛(wèi)星分類
地球同步衛(wèi)星分為同步軌道靜止衛(wèi)星、傾斜軌道同步衛(wèi)星和極地軌道同步衛(wèi)星。當(dāng)同步軌道衛(wèi)星軌道面的轉(zhuǎn)軸傾角為零度，即衛(wèi)星在地球赤道上空運行時，由于運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，運行周期又與地球同步，因此，人們從地球上仰望衛(wèi)星，仿佛懸掛在太空靜止不動，所以，把零傾角的同步軌道稱作靜止軌道，在靜止軌道上運行的衛(wèi)星稱作靜止衛(wèi)星。
靜止衛(wèi)星
靜止衛(wèi)星上的天線所輻射的電波，對地球的覆蓋區(qū)域基本是穩(wěn)定的，在這個覆蓋區(qū)內(nèi)，任何地球站之間可以實現(xiàn)24小時不間斷通信。因此,同步軌道靜止衛(wèi)星主要用于陸地固定通信，如電話通信、電視節(jié)目的轉(zhuǎn)播等，但也用于海上移動通信，不過，它不象陸上蜂窩移動通信那樣有那么多的基站，只有衛(wèi)星是一座大的基站，移動業(yè)務(wù)交換中心依然設(shè)在岸上（稱為岸站），海上移動終端之間（即船舶與船舶之間）的通信，需經(jīng)衛(wèi)星兩跳后才能實現(xiàn)，例如，如果甲船需同乙船聯(lián)系，那么，甲船將信號發(fā)至衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星一跳到達(dá)岸站上的移動業(yè)務(wù)交換中心，然后，岸站又將信號發(fā)至衛(wèi)星，再經(jīng)衛(wèi)星一跳到達(dá)乙船。傾斜軌道和極地軌道同步衛(wèi)星從地球上看是移動的，但卻每天可以經(jīng)過特定的地區(qū)，因此，通常用于科研、氣象或軍事情報的搜集，以及兩極地區(qū)和高緯度地區(qū)的通信。
同步衛(wèi)星
地球同步衛(wèi)星常用于通訊、氣象、廣播電視、導(dǎo)彈預(yù)警、數(shù)據(jù)中繼等方面，以實現(xiàn)對同一地區(qū)的連續(xù)工作。在遙感應(yīng)用中，除了氣象衛(wèi)星外，一個突出的應(yīng)用就是通過地球同步軌道上的4顆跟蹤和中繼衛(wèi)星系統(tǒng)高速率地傳送中低軌道地球觀測衛(wèi)星或航天飛機所獲取的地球資源與環(huán)境遙感數(shù)據(jù)。世界上第一顆地球同步衛(wèi)星是1964年8月19日美國發(fā)射的“辛康”（syncom）3號。中國于1984年4月8日、1986年2月1日和1988年3月7日分別發(fā)射3顆用于通信廣播的地球同步衛(wèi)星。
極軌道
極軌道（polarorbit）：軌道傾角為90°的人造衛(wèi)星軌道。又稱極地軌道。在極軌道上運行的衛(wèi)星，每一圈內(nèi)都可以經(jīng)過任何緯度和南北兩極的上空。由于衛(wèi)星在任何位置上都可以覆蓋一定的區(qū)域，因此，為覆蓋南北極，軌道傾角并不需要嚴(yán)格的90°，只需在90°附近就行。在工程上常把傾角在90°左右，但仍能覆蓋全球的軌道也稱為極軌道。近地衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如美國海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)）為提供全球的導(dǎo)航服務(wù)采用極軌道。許多地球資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星以及一些軍事偵察衛(wèi)星采用太陽同步軌道，它們的轉(zhuǎn)軸傾角與90°只相差幾度，所以也可以稱其為極軌道。還有一些研究極區(qū)物理的科學(xué)衛(wèi)星也采用極軌道。
發(fā)射情況
地球同步軌道衛(wèi)星的發(fā)射很困難，技術(shù)很復(fù)雜。但如果一個國家的衛(wèi)星發(fā)射場建在地球的赤道上，那這種衛(wèi)星的發(fā)射就簡單多了，在赤道上由西向東發(fā)射，達(dá)到要求的軌道高度，在適當(dāng)?shù)奈恢枚c，問題就解決了。可惜的是，許多發(fā)射衛(wèi)星的國家不在赤道上，也不可能在赤道上建立衛(wèi)星發(fā)射場。這樣給衛(wèi)星的發(fā)射帶來了許多的困難，要經(jīng)過幾次的軌道變換才能成功?，F(xiàn)在我們結(jié)合下面的圖來看看地球靜止軌道衛(wèi)星是如何發(fā)射的。
為了便于說明和理解，首先假設(shè)從赤道面發(fā)射衛(wèi)星，如圖l所示?；鸺痫w后達(dá)到一定的高度時，一級火箭熄火并自動分離，火箭攜帶衛(wèi)星爬升一段時間，即圖中的慣性飛行，然后末級火箭點火工作，當(dāng)達(dá)到一定的軌道高度，火箭熄火。接著再看圖2，這時衛(wèi)星進(jìn)入一個距離地球很近的軌道，我們稱它為初始軌道。當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)初始軌道的遠(yuǎn)地點時，發(fā)動機再次點火工作，把衛(wèi)星加速到一個大橢圓軌道?(轉(zhuǎn)移軌道)上，這時大橢圓軌道的近地點就是初始軌道的遠(yuǎn)地點，而大橢圓軌道的遠(yuǎn)地點要正好是36000千米的高度，這時火箭的末級與衛(wèi)星分離。當(dāng)衛(wèi)星再次轉(zhuǎn)到大橢圓軌道的遠(yuǎn)地點時，衛(wèi)星上的遠(yuǎn)地點發(fā)動機點火工作，把衛(wèi)星推入36000千米的圓軌道，這就進(jìn)入了地球同步軌道。
我們再看看圖3，由于大多數(shù)國家的發(fā)射場不在赤道上，所以實際上衛(wèi)星發(fā)射時的軌道面和地球的赤道面總是有一個夾角，即軌道傾角。從圖上可看出，衛(wèi)星的軌道面和地球的赤道面不重合，因此首要要的任務(wù)就是使衛(wèi)星進(jìn)入赤道平面，即要改變它的運動方向。因此在衛(wèi)星的遠(yuǎn)地點發(fā)動機點火之前，首先要調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)，使發(fā)動機的軸線和軌道面成--定的角度。這時，當(dāng)衛(wèi)星飛經(jīng)赤道上空時，恰好遠(yuǎn)地點發(fā)動機點火工作，給衛(wèi)星一個沿發(fā)動機軸線方向的附加速度，如圖中的v1而衛(wèi)星在原來軌道上飛行時有一個軌道速度，如圖中的v。;這兩個速度就按照力學(xué)的速度合成原理，合成一個新速度。這個新速度的方向是兩個速度組成的平行四邊形的對角線方向，如圖中的v2。這個v2，速度是非常關(guān)鍵的，它的速度方向一定要剛好沿著地球的赤道方向，這時衛(wèi)星才能在赤道上空飛行。此后，衛(wèi)星還有一個定點的任務(wù)，還要經(jīng)過姿態(tài)的調(diào)整和精確的姿態(tài)修正。這是因為當(dāng)衛(wèi)星的遠(yuǎn)地點發(fā)動機熄火后，產(chǎn)生各種誤差的原因往往使衛(wèi)星的實際位置與要求的定點位置不一致。衛(wèi)星定點實際上是衛(wèi)星的軌道微調(diào)。衛(wèi)星上除了裝有遠(yuǎn)地點發(fā)動機外，在它的各個特定方向還裝有成對的小發(fā)動機，按不同的誤差起動不同的小發(fā)動機來進(jìn)行軌道控制，精確修正軌道，使它慢慢貼近靜止軌道并且停止漂移，這時衛(wèi)星就完全定點于預(yù)定的地點上空了。但即使衛(wèi)星已經(jīng)定點很準(zhǔn)了，當(dāng)工作時間一長，由于地球形狀的影響(地球不是正圓)、地磁場的影響，以及太陽甚至月亮的引力都使得衛(wèi)星的位置發(fā)生變化?(軌道攝動)，所以時不時的還要進(jìn)行軌道修正，要隨時控制它的狀態(tài)和位置，這種修正我們稱為衛(wèi)星的軌記保持。
從以上的介紹，我們可以看出發(fā)射地球同步軌道衛(wèi)星比發(fā)射一軌道衛(wèi)星要復(fù)雜得多，而中國多成功地發(fā)射了地球靜止軌道的通信衛(wèi)星，充分說明中國已經(jīng)完全掌握了它的發(fā)射和定點技術(shù)。
參考資料 >
地球同步軌道.中國大百科全書.2024-03-13