2、卫星轨道与发射方法解析

卫星轨道与发射方法解析

1. 引言

卫星绕地球运行遵循着与行星绕太阳运动相同的规律。早期，通过对行星运动的仔细观测，人们积累了大量知识。约翰内斯·开普勒（1571 - 1630）根据这些观测结果，凭经验归纳出了描述行星运动的三大定律。后来，在1665年，艾萨克·牛顿（1642 - 1727）从他自己的力学定律推导出了开普勒定律，并发展了万有引力理论。

开普勒定律普遍适用于通过引力相互作用的任意两个天体。在这两个天体中，质量较大的被称为主天体，另一个则被称为次天体或卫星。

2. 开普勒第一定律

开普勒第一定律指出，卫星绕主天体运行的路径是一个椭圆。椭圆有两个焦点，分别用F1和F2表示。两体系统的质心，即重心，总是位于其中一个焦点上。在地球 - 卫星系统中，由于地球和卫星的质量差异巨大，质心与地球中心重合，因此地球中心总是位于其中一个焦点上。

椭圆的半长轴用a表示，半短轴用b表示。偏心率e的计算公式为：
[e = \frac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a}]

偏心率和半长轴是描述绕地球运行卫星轨道的两个参数。对于椭圆轨道，0 < e < 1。当e = 0时，轨道变为圆形。偏心率的几何意义以及椭圆的其他一些几何性质在相关附录中有详细阐述。

3. 开普勒第二定律

开普勒第二定律表明，在相等的时间间隔内，卫星在其轨道平面上以重心为焦点所扫过的面积相等。假设卫星在1秒内分别移动了S1和S2米，那么对应的面积A1和A2相等。由于面积相等定律，S2处的速度小于S1处的速度。这意味着卫星离地球越远，通过给定距离所需的时间就越长。利用这一特性，可以增加卫星在地球