Question

地球同步轨道有何原理，同步卫星一定在赤道上空吗？

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Answer 1

地球同步轨道指运行周期和地球自转周期相同，且方向一致的轨道；同步轨道与水平面的相对高度为35786公里，该轨道不一定在赤道上空。

在一颗星球上方的卫星，由万有引力提供向心力，随着轨道高度的增加，卫星的运行周期增长，比如近地轨道卫星的运行周期大约103分钟，38万公里外的月球公转周期为27.32天。

这样就会在近地轨道和月球轨道之间，找到一个合适的轨道高度，使得卫星的运行周期和地球自转周期相同（23小时56分4秒），经过计算，这个轨道高度为35786米。

地球同步轨道，就是指在这个高度上的轨道，同步轨道不一定要在赤道上方，可以是围绕地心的任何一个同心圆，甚至可以在某一时刻穿过极点上空，这取决于同步轨道相对于赤道平面的倾角。

（1）倾角为90°时，也就是极地轨道，卫星每天都会在南北极点上空掠过；

（2）0<倾角<90°，也就是倾斜轨道，卫星每天的同一时刻，都会在地面上同一地点的上空掠过，在地图上的投影，是一个“8”字形封闭曲线；

（3）倾角为零的地球同步轨道，又叫做地球静止轨道，由于和地球自转方向一致，所以静止卫星始终处在赤道固定点上空，在地面看来，卫星就好像静止悬挂在空中一样。

对于不同的轨道卫星，用途也不一样，地球同步轨道和属于高空轨道，对火箭的发射能力要求较高，一般会进行多次变轨后达到同步轨道；我国的长征五号运载火箭，近地轨道运载能力是25吨，地球同步轨道运载能力是14吨。

一般空间站都设在近地轨道上，比如国际空间站的高度大约为500公里；我国风云二号气象卫星，就位于地球静止轨道上；北斗导航卫星中有三颗，就位于倾斜的同步轨道上。

在地球静止轨道上，只要均匀安排三颗通讯卫星，就能做到除了两个极点外的全球通讯；地球静止轨道的作用非常大，为了避免相互干扰，静止轨道上的空间资源也是非常有限的。当然除了地球外，其他天体都存在对应的同步轨道。