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TUhjnbcbe - 2023/3/23 14:40:00
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问:如果我在地球静止轨道的一个平面上,在与ISS(InternationalSpaceStation国际空间站)相同的高度上,我能“正常”地走动吗?

实际上,“地球静止轨道”和“与国际空间站相同的高度”是不相容的术语,每个高度的轨道速度是特定的。地球静止轨道(或更一般的地球同步轨道)是轨道速度和轨道半径聚集在一起的高度,从而形成与一天相同长度的轨道周期。这个高度是英里(公里)。相比之下,ISS的高度约为英里(公里)。

至于这一问题的第二部分,答案也是否定的。如果我们想象在地球的轨道上存在平台,有一个宇航员站在那个平台上,那么,平台和宇航员都会自由落体。

如果你站在地面上,你会感受到重量,因为地球的重力把你拉向它的中心,你不会离开地面。而我们在轨道上的宇航员正被地球重力拉向地球中心,但平台并没有后退,因为它也在做自由落体运动。

结果是宇航员当然可以在平台上休息,但如果他们试图走路,脚对平台施加向下的力时,他们的失重会导致自身加速向上,远离平台。

这就是为什么你看到国际空间站上的宇航员进行太空行走时,他们总是抓住空间站的某个物体。如果他们没有丝毫物体可以推动他们的身体时,他们会离国际空间站越来越远。

所以,这一问题是不可能的:你不能既在地球静止轨道上,又在空间站的轨道上。这是因为地球同步轨道和国际空间站是两个不同的轨道。

澄清:

每个轨道周期,轨道卫星会围绕母星进行一次完全旋转。这一周期的确切长度取决于几个因素,即母星的质量和轨道本身的形状/半长轴(“半径”)。这会涉及到一些数学问题,未来简化模型,所以我们以圆形轨道为例。

随着圆形轨道半径的增加,轨道的周长/距离也会增加(d=2πr),这意味着围绕物体(如地球)进行完全旋转所需的距离以与我们轨道半径成正比的速度增加。

不仅如此,轨道飞行器的速度也随着我们轨道半径的增大而减小(v=GMr)。简而言之,轨道较高的航天器将以较慢的速度旅行更大的距离,这意味着随着轨道半径的增加,轨道周期也会迅速增加。例如:国际空间站每1.5小时完成一次完整的千米轨道运转,而在千米高度的探测器每2.1小时完成一次轨道运转。

地球每23小时56分钟4秒围绕地轴进行一次完全旋转,我们称其为“一天”。卫星的轨道周期会随轨道半径的增加而增加,所以一定存在一个轨道,其轨道周期正好是一天。

事实证明,这一轨道是存在的:它是一个圆形轨道,大约高度为千米。在这个高度的轨道上的航天器被称为地球同步卫星:它们每天同时通过地球上的同一个地方。如果你将这样一个轨道与0°的倾角(在任何时候都在赤道上空)结合起来,你就会得到一个地球静止轨道,在这个轨道上的卫星在任何时候都在地球上的同一地点之上(这对许多电信应用都很有意义)。地球静止轨道完全由这个高度和倾角来定义:地球卫星的一般高度是千米,倾角为0°。

国际空间站位于距离行星表面约千米的轨道上,相对较高的倾角为51.6°。并非地球静止轨道。要想位于地球静止轨道,就需要移动到适当的高度和倾斜度,这是不可行的。

在任何情况下,放置在地球静止轨道上的物体都处于微重力/零重量下,这是不会改变的。无论半径大小,这些卫星在做自由落体运动时都无法落到地球上。因此对于任何宇航员来说,引力条件都没有什么不同。

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3.quora-董美慧

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