人造地球卫星

我们已经知道，由于地球引力的存在，抛出的物体总要落回地面。生活经验又告诉人们，抛出物的速度大些，它就可以飞行一段较长的距离才落回地面。那么，是否有可能使物体具有足够大的速度而再也不会落回地面呢？牛顿在他的著作中有一幅原理图(图 7－30)回答了这个问题。牛顿认为如果从山顶上水平抛出一个物体，速度较小时，物体将落在山脚下附近的 A 处；若抛出速度逐渐增大，则物体的落地点依次为 B、C、D 等处； 如果速度大到使它永远不会落回地面，那么，这个物体将环绕地球表面做

圆周运动，成为一个人造地球卫星。

计算人造卫星的速度需要运用万有引力定律和向心力公式。卫星环绕地球做圆周运动所需的向心力就是地球对它的引力。假设卫星的质量为m，速度为 v，运动半径(差不多等于地球的半径)为 R，地球的质量为 M， 于是

Mm G R 2 =

得到

mv²

R ，

上式表明，v 的大小决定于地球的质量和半径，而跟卫星质量大小无关。人们把这个速度叫做第一宇宙速度，又称环绕速度。将地球质量M=5.98

×1024 千克，地球半径 R=6.4×106 米，万有引力恒量 G=6.67×10-11 牛·米

2/千克 2 代入上式，可计算出第一宇宙速度 v1=7.9×103 米/秒。但在牛顿的时代，无法使物体获得如此大的速度，直到本世纪火箭发动机的发明和多级火箭技术的发展，才有可能实现人类这一理想。

1957 年 10 月，前苏联率先发射人造地球卫星获得成功。1970 年 4 月， 我国成功地发射了“东方红”人造地球卫星。20 多年来，我国已先后发射了 30 多颗用于各种不同用途的人造地球卫星(图 7－31)。

目前世界上已有十几个国家先后发射了各种人造地球卫星，地球外层空间的人造天体(包括人造卫星和空间站)总数已达数千个。人造地球卫星上装备各种不同的科学仪器，就可达到科学探测、微波通信、军事侦察、资源调查、气象预报、环境监测、控制污染、估计农作物收成、发现病虫害灾情等目的。采用发射到地球赤道上空同步轨道上互成 120°角的三颗同步卫星(又称通信卫星)(图 7－32)，就可以实现全球的电视转播。同步卫星环绕地球运动一周的时间和地球自转的周期相等，也就是说它在赤道上方跟地面保持相对静止，犹如悬在空中一样(课本彩图 15)。理论计算表明，同步卫星离地面的高度为 3.58×107 米，约为地球半径的 6 倍。同步

卫星在轨道上的运行速度是个定值，大约为 3.1×103 米/秒。