仰望星空北斗璀璨

環繞地球的衛星為什么掉不下來？靜止軌道衛星是怎么回事？衛星靠什么能源工作？衛星如何發射和接收信號？我國北斗衛星導航系統中的北斗定位儀如何使用？

帶著這些疑問，北京市海淀區中關村第二小學（以下簡稱中關村二小）星云社的隊員們，組成項目式探究小組，通過實驗深入了解了北斗衛星導航系統中向心力、靜止軌道、太陽能、信號發射與接收以及北斗定位儀的相關知識。

靜止軌道衛星的秘密

由于靜止軌道衛星位于赤道平面，而且與地球同步運轉，因此，易慕白選取了3 顆地球靜止軌道衛星開展運動關系研究實驗。他通過使用圓球、木板、燈泡、微電機等材料設計制作地球靜止軌道衛星模型，模擬地球的自轉和衛星的同步運轉。靜止軌道衛星的秘密環繞地球的衛星為什么掉不下來？靜止軌道衛星是怎么回事？衛星靠什么能源工作？衛星如何發射和接收信號？我國北斗衛星導航系統中的北斗定位儀如何使用？帶著這些疑問，北京市海淀區中關村第二小學（以下簡稱中關村二小）星云社的隊員們，組成項目式探究小組，通過實驗深入了解了北斗衛星導航系統中向心力、靜止軌道、太陽能、信號發射與接收以及北斗定位儀的相關知識。實驗顯示，隨著地球轉動，三束照在地球上的光點位置沒有發生任何變化。從地球上看，由于衛星位置固定，更容易接收和發送信號，這也是靜止軌道是通信、氣象、導航等衛星常用軌道的原因。

衛星“掉不下來”的秘密

林渤凡設計了“云霄飛車”實驗，用小鋼珠、塑料珠、防撞條和KT 板來探究衛星“掉不下來”的秘密。他通過在不同高度起始點釋放小鋼珠和在同一高度起始點同時釋放小鋼珠和塑料珠，對照觀察不同高度、不同質量小球通過圓形軌道的情況。實驗結果表明：小鋼珠隨高度增加，動力也不斷增加；塑料球因質量較小，無法順利通過圓形軌道，也進一步說明衛星能夠穩定圍繞地球作勻速圓周運動，與物體的速度和質量都有關系。

衛星信號的發射和接收

北斗衛星導航系統通過無線電波與地面設備進行通訊，因此，崔岳霖制作了無線電發射器和接收器，用來測試無線電的使用特性。他通過簡易裝置實驗發現：當兩者距離在1～5 米內，可收到信號——蜂鳴聲響起，紅色信號燈亮起；當距離擴大到6 米以上，則無法收到信號。本次設備的有效距離為5 米。除距離外，實驗還發現無線電信號傳輸與材質有關：當裝置被封裝在金屬材質內，無線電信號會被完全阻斷，而墻體、玻璃、人體等不會產生影響。

北斗定位儀的使用

徐駿逸同學通過使用北斗定位儀觀測北斗衛星，探究了在空曠地帶和室內使用北斗定位儀接收到的衛星信號。他在空曠地帶使用定位儀收到了14 顆北斗衛星信號，最強的信號為25 號星，衛星信號質量很好。在室內，定位儀則收到了12 顆北斗衛星信號，最強信號為37 號星。通過室內和空曠地相比，發現收星數下降14.3%，平均信號值下降53.3%，說明在室內衛星信號的質量下降非常明顯，直接影響定位結果的精確性。

衛星運行中的能源供應

太陽能電池板可以為衛星提供能源，保證采集數據、信息傳輸、設備控制和科學實驗時的能量供應。馬本碩的實驗研究了太陽能電池板與太陽光角度的關系，他使用太陽高度角測量儀進行了太陽高度角的測定，借助米尺、秒表和樂高積木制作了簡易的可調節角度的太陽能電池裝置：通過調節太陽能電池板的角度，測出太陽光入射角度與小車速度的關系。他發現在相同實驗條件下，太陽光與電池板的角度太陽高度角測量以及太陽能板與水平面的角度測量越接近垂直，小車速度越快，說明電池板發電最多。所以在太空中，要想最大程度利用太陽能，需要時刻調節太陽能電池板的角度，讓它們和陽光保持垂直。