CN204463691U - 地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，涉及航天知识教学领域，用于解决现有人造地球卫星的常规展示无法直观展示不同服务类型的卫星在地球表面的信号覆盖面积等问题，该动态演示装置包括地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置和余辉发光系统；余辉发光系统包括分别安装在地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中的地球静止卫星模型与极轨卫星模型上的LED灯光系统，以及涂敷于地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中地球模型表面的辉光涂层；辉光涂层为余辉发光材料。上述方案中，可以清晰直观地观察地球静止卫星与极地轨道卫星的运行及覆盖范围。

Description

地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置

技术领域

本实用新型涉及航天知识教学领域，特别是指地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置。

背景技术

人造卫星是发射数量最多，用途最广，发展最快的航天器，其运行轨道(除近地轨道外)通常有三种：地球同步轨道，太阳同步轨道和极轨轨道。地球同步轨道是运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道，卫星的轨道周期等于地球的自转周期，且方向亦与之一致，即卫星与地面的位置相对保持不变，故这种轨道又称为静止卫星轨道。但其中有一种十分特殊的轨道，叫地球静止轨道。这种轨道的倾角为零，在地球赤道上空35786千米。一般通信卫星，广播卫星，气象卫星选用这种轨道比较有利。地球同步轨道有无数条，而地球静止轨道只有一条。极地轨道是倾角为90度的轨道，在这条轨道上运行的卫星每圈都要经过地球两极上空，可以俯视整个地球表面。气象卫星、地球资源卫星、侦察卫星常采用此轨道。

地球静止卫星与极轨卫星，由于运行轨道的差异，使得两种卫星具有不同的用途或服务类型。为了使人们更为直观地了解地球静止卫星与极轨卫星运行轨道的运转状态，目前已有关于人造地球卫星的展示装置，可用于科技馆或一些教学中，该种装置一般就是通过机电结构演示人造地球卫星绕地球旋转的静态模型，现有的该种装置主要由模拟地球、轨道环、卫星模型构成，观众只能静态的观察到不同卫星的运行轨道形状、角度差异等，缺少对不同种类卫星辐射电波的覆盖面积的展示，无法使观察者直观全面了解卫星的作用与服务类型差异，同时展示方式为静态，不够直观和生动，缺少情景化的互动参与，无法调动观众观看的积极性。

实用新型内容

为了解决现有的人造地球卫星的常规展示无法直观展示不同服务类型的卫星在地球表面的信号覆盖面积，无法使参观者全面理解各种卫星的作用和服务类型的差异的问题，本实用新型提供一种地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，通过该演示装置，可以清晰直观地观察地球静止卫星与极地轨道卫星的运行及覆盖范围，从而正确理解地球静止卫星与极地轨道卫星的作用或服务类型的差异。

本实用新型提供的一种地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，包括地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置，还包括余辉发光系统；所述余辉发光系统包括分别安装在所述地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中的地球静止卫星模型与极轨卫星模型上的LED灯光系统，以及涂敷于所述地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中地球模型表面的辉光涂层；所述辉光涂层材料为余辉发光材料。其中，所述LED灯光系统包括安装于地球静止卫星模型/极轨卫星模型上的LED紫外射灯，以及设置于所述LED紫外射灯出射光路上的聚光透镜；所述LED紫外射灯位于所述聚光透镜的焦点上。

其中，所述地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置包括：

包括地球模型的第一旋转机构；

包括地球静止卫星模型的第二旋转机构；

包括极轨卫星模型的第三旋转机构；

与所述第一旋转机构、第二旋转机构、第三旋转机构、余辉发光系统连接，控制所述第一、第二、第三旋转机构进入运转或退出状态，以及开启或关闭余辉发光系统的机电控制系统；

与所述机电控制系统连接的电源。

其中，所述第一旋转机构包括地球模型支架、第一旋转轴、第一电机、地球模型；所述第一电机设置于所述地球模型内部且与所述机电控制系统连接；所述第一旋转轴设置于所述地球模型的轴线上，所述地球模型和所述第一旋转轴固定连接，且所述第一旋转轴的一端与所述第一电机固定连接，另一端与所述地球模型支架点连接；所述地球模型支架设置于地球模型外部，用于通过第一旋转轴支撑所述地球模型；所述第一电机在所述机电控制系统的控制下可带动所述第一旋转轴做匀速旋转运动。

其中，所述第二旋转机构包括地球静止卫星模型、地球静止卫星支架、第二电机；所述地球静止卫星支架为一条弯曲的弧形长杆，该长杆一端连接所述地球静止卫星模型，另一端连接所述第二电机；所述第二电机与所述机电控制系统连接，所述第二电机在所述机电控制系统的控制下可带动所述地球静止卫星支架旋转以使所述地球静止卫星模型作为所述地球模型的静止卫星运动；所述LED灯光系统的LED紫外射灯在所述地球静止卫星支架的旋转轴部位通过导电滑环装置和所述机电控制系统相连。

其中，所述第三旋转机构包括极轨卫星模型、极轨卫星支架、第三电机；所述极轨卫星支架为一条弯曲的弧形长杆，该长杆一端连接所述极轨卫星模型，另一端连接所述第三电机；所述第三电机与所述机电控制系统连接，所述第三电机在所述机电控制系统的控制下可带动所述极轨卫星支架旋转以使所述极轨卫星模型作为所述地球模型的极轨卫星运动；所述LED灯光系统的LED紫外射灯在所述极轨卫星支架的旋转轴部位通过导电滑环装置和所述机电控制系统相连。

其中，所述地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置还包括语音解说模块，所述语音解说模块内预先存储有关于地球静止卫星和极轨卫星的知识的录音；所述语音解说模块与所述机电控制系统连接；所述机电控制系统在控制所述第二/第三旋转机构进入运转状态的同时控制所述语音解说模块播放关于地球静止卫星/极轨卫星的知识的录音。

其中，所述地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置还包括遮光外罩，所述第一、第二、第三旋转机构设置于所述遮光外罩内；所述机电控制系统包括一设置于所述遮光外罩外的操作台，所述操作台上设置有分别用于触发所述第二、第三旋转机构进入运转状态的第一按钮和第二按钮。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中提供的动态演示装置能使观众通过亲自动手操作，了解静止轨道卫星、极地轨道卫星两种不同类型人造地球卫星绕地球运行的状态，尤其利用余辉材料发光的特性，配合使用LED紫外光源，展示卫星绕地球运动时对地球表面信号的覆盖情况及变化，因此可以清晰直观地观察地球静止卫星与极地轨道卫星的运行及覆盖范围，通过互动演示，使人造地球卫星的服务类型更直观、更直接为观众所理解，同时也增强了参与互动和趣味性，更加吸引人。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置的优选实时结构示意图。

[附图标记说明]

1、    第三电机；

2、    第二电机；

3、    极轨卫星支架；

4、    第一电机；

5、    地球静止卫星支架；

6、    地球静止卫星模型；

7、    极轨卫星模型；

8、    地球模型支架；

9、    地球模型；

10、   第一旋转轴；

11、   遮光外罩；

12、   操作台；

13、   第一按钮；

14、   第二按钮；

15、   电机滑轨。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，包括地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置和余辉发光系统。其中，地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置可以采用现有装置，也可以采用下文中本实用新型实施例提供的地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置。余辉发光系统包括分别安装在地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中的地球静止卫星模型与极轨卫星模型上的LED灯光系统，以及涂敷于地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中地球模型表面的辉光涂层；辉光涂层材料为余辉发光材料。LED灯光系统包括安装于地球静止卫星模型/极轨卫星模型上的LED紫外射灯，以及设置于LED紫外射灯出射光路上的聚光透镜；LED紫外射灯位于聚光透镜的焦点上。

本实用新型实施例提供的上述动态演示装置首先通过地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置，实现模拟地球自转及地球静止卫星与极轨卫星围绕沿各自轨道运行的状态。然后通过分别安装在地球静止卫星与极轨卫星上的LED灯光系统，在模拟地球和卫星旋转运行的状态下，使卫星模型上的LED紫外灯光一边移动一边扫过地球模型的表面，从而激发涂敷在地球模型表面的余辉材料发光。LED紫外灯光跟随卫星模型绕地球模型旋转的过程中，地球模型表面的余辉材料受光子激发而发光，当LED紫外射灯不再照射这一区域就会逐渐变暗。涂敷在模拟地球表面的余辉材料的特性，使发光区域和发光强度随着LED紫外灯光的动态移动而不断变化，让观察者直观了解地球静止卫星与极轨卫星的信号覆盖面积的不同，从而全面了解两种卫星的作用和差异。

本实用新型实施例还提供一种地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置，包括：第一旋转机构、第二旋转机构、第三旋转机构、机电控制系统和电源。第一旋转机构包括可自转的地球模型；第二旋转机构包括一可绕所述地球模型旋转的地球静止卫星模型，且该地球静止卫星模型在运行过程中视为该地球模型的静止轨道卫星；第三旋转机构包括一可绕所述地球模型旋转的极轨卫星模型，该极轨卫星模型在运行过程中视为该地球模型的极轨卫星。机电控制系统的核心为单片机，其内置程序自动运行，判断、分析、处理数据，控制执行机构动作，机电控制系统与第一旋转机构、第二旋转机构、第三旋转机构、余辉发光系统连接，分别控制第一、第二、第三旋转机构进入运转或退出状态，即控制地球模型和两只卫星模型的转动，进入运转状态和退出的动作，以及卫星模型上LED紫外灯光的开关。电源与机电控制系统连接，用于为机电控制系统或通过机电控制系统为本地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置中需要供电的所有模块供电。

图1为本实用新型实施例提供的一种地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置的优选实时结构示意图，如图1中所示，第一旋转机构包括地球模型支架8、第一旋转轴10、第一电机4、地球模型9；第二旋转机构包括地球静止卫星模型6、地球静止卫星支架5、第二电机2；第三旋转机构包括极轨卫星模型7、极轨卫星支架3、第三电机1。

其中，第一电机4设置于地球模型9内部且与机电控制系统(图中未示出)连接；第一旋转轴10设置于地球模型9的轴线上，地球模型9和第一旋转轴10固定连接，且第一旋转轴10的一端与第一电机4固定连接，另一端与地球模型支架8点连接；地球模型支架8设置于地球模型9外部，用于通过第一旋转轴10支撑地球模型；第一电机4在机电控制系统的控制下可带动第一旋转轴10做匀速旋转运动。第一旋转机构中地球模型9的表面覆盖余辉发光材料，并画出大陆轮廓和几条经纬线，便于观察旋转状态。地球模型9在第一电机4驱动下匀速旋转，以显示地球自转。

如图1中所示，地球静止卫星支架5为一条弯曲的弧形长杆，该长杆一端连接地球静止卫星模型6，另一端连接第二电机2；第二电机2与机电控制系统连接，第二电机2在机电控制系统的控制下可带动地球静止卫星支架5旋转以使地球静止卫星模型6作为地球模型9的静止卫星运动；LED灯光系统的LED紫外射灯在地球静止卫星支架5的旋转轴部位通过导电滑环装置和机电控制系统相连，保证旋转中可以持续通电点亮。

如图1中所示，极轨卫星支架3为一条弯曲的弧形长杆，该长杆一端连接极轨卫星模型7，另一端连接第三电机1；第三电机1与机电控制系统连接，第三电机1在机电控制系统的控制下可带动极轨卫星支架3旋转以使极轨卫星模型7作为地球模型9的极轨卫星运动；LED灯光系统的LED紫外射灯在极轨卫星支架3的旋转轴部位通过导电滑环装置和机电控制系统相连，保证旋转中可以持续通电点亮。

优选地，如图1中所示，地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置还包括遮光外罩11，第一、第二、第三旋转机构(出各自的电机外)设置于遮光外罩11内；遮光外罩11上还设置有电机滑轨15，第二电机2可以在电机滑轨15上滑动，这样地球静止卫星模型6演示完成后可随第二电机2沿滑轨向外退出一段距离到图中虚线所示的第二电机2的位置，以便为极轨卫星模型7让出轨道空间。

机电控制系统还包括一设置于遮光外罩11外的操作台12，操作台12上设置有分别用于触发第二、第三旋转机构进入运转状态的第一按钮13和第二按钮14。当按下地球静止卫星按钮第一按钮13(地球静止卫星按钮)，机电控制系统控制地球模型9和地球静止卫星模型6以同样的角速度旋转，同时地球静止卫星模型6上的LED紫外射灯点亮，照亮地球模型9的一个固定区域。由于地球模型9表面的余辉发光材料会保持一定时间的亮度，所以地球静止卫星模型6上的LED紫外射灯只会亮较短时间，以便展品快速恢复初始状况进行下一次演示。当按下第二按钮14(极轨卫星按钮)，地球模型9绕第一旋转轴10匀速旋转，极轨卫星模型7沿竖直轨道旋转，照亮地球模型9上的带状区域。优选地，可以设置每按下一种按钮后该种按钮对应卫星模型的演示时间，例如每种卫星运行30秒自动停止。

优选地，地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置还包括语音解说模块，语音解说模块内预先存储有关于地球静止卫星和极轨卫星的知识的录音；语音解说模块与机电控制系统连接；机电控制系统在控制第二/第三旋转机构进入运转状态的同时控制语音解说模块播放关于地球静止卫星/极轨卫星的知识的录音。

上述方案中提供的动态演示装置能使观众通过亲自动手操作，了解静止轨道卫星、极地轨道卫星两种不同类型人造地球卫星绕地球旋转运行的状态，尤其利用余辉材料发光的特性，配合使用LED紫外光源，展示卫星绕运动时对地球表面信号的覆盖情况及变化，因此可以清晰直观地观察地球静止卫星与极地轨道卫星的运行及覆盖范围，通过互动演示，使人造地球卫星的服务类型更直观、更直接为观众所理解，同时也增强了参与互动和趣味性，更加吸引人。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，包括地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置，其特征在于，还包括余辉发光系统；

所述余辉发光系统包括分别安装在所述地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中的地球静止卫星模型与极轨卫星模型上的LED灯光系统，以及涂敷于所述地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置中地球模型表面的辉光涂层；所述辉光涂层材料为余辉发光材料。

2.如权利要求1所述的地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，其特征在于，所述LED灯光系统包括安装于地球静止卫星模型/极轨卫星模型上的LED紫外射灯，以及设置于所述LED紫外射灯出射光路上的聚光透镜；所述LED紫外射灯位于所述聚光透镜的焦点上。

3.如权利要求2所述的地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，其特征在于，所述地球静止卫星与极轨卫星绕地球运行的演示装置包括：

包括地球模型的第一旋转机构；

包括地球静止卫星模型的第二旋转机构；

包括极轨卫星模型的第三旋转机构；

与所述第一旋转机构、第二旋转机构、第三旋转机构、余辉发光系统连接，控制所述第一、第二、第三旋转机构进入运转或退出状态，以及开启或关闭余辉发光系统的机电控制系统；

与所述机电控制系统连接的电源。

4.如权利要求3所述的地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，其特征在于，所述第一旋转机构包括地球模型支架、第一旋转轴、第一电机、地球模型；所述第一电机设置于所述地球模型内部且与所述机电控制系统连接；所述第一旋转轴设置于所述地球模型的轴线上，所述地球模型和所述第一旋转轴固定连接，且所述第一旋转轴的一端与所述第一电机固定连接，另一端与所述地球模型支架点连接；所述地球模型支架设置于地球模型外部，用于通过第一旋转轴支撑所述地球模型；所述第一电机在所述机电控制系统的控制下可带动所述第一旋转轴做匀速旋转运动。

5.如权利要求3所述的地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，其特征在于，所述第二旋转机构包括地球静止卫星模型、地球静止卫星支架、第二电机；所述地球静止卫星支架为一条弯曲的弧形长杆，该长杆一端连接所述地球静止卫星模型，另一端连接所述第二电机；所述第二电机与所述机电控制系统连接，所述第二电机在所述机电控制系统的控制下可带动所述地球静止卫星支架旋转以使所述地球静止卫星模型作为所述地球模型的静止卫星运动；所述LED灯光系统的LED紫外射灯在所述地球静止卫星支架的旋转轴部位通过导电滑环装置和所述机电控制系统相连。

6.如权利要求3所述的地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，其特征在于，所述第三旋转机构包括极轨卫星模型、极轨卫星支架、第三电机；所述极轨卫星支架为一条弯曲的弧形长杆，该长杆一端连接所述极轨卫星模型，另一端连接所述第三电机；所述第三电机与所述机电控制系统连接，所述第三电机在所述机电控制系统的控制下可带动所述极轨卫星支架旋转以使所述极轨卫星模型作为所述地球模型的极轨卫星运动；所述LED灯光系统的LED紫外射灯在所述极轨卫星支架的旋转轴部位通过导电滑环装置和所述机电控制系统相连。

7.如权利要求3至6任一项所述的地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，其特征在于，所述地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置还包括语音解说模块，所述语音解说模块内预先存储有关于地球静止卫星和极轨卫星的知识的录音；所述语音解说模块与所述机电控制系统连接；所述机电控制系统在控制所述第二/第三旋转机构进入运转状态的同时控制所述语音解说模块播放关于地球静止卫星/极轨卫星的知识的录音。

8.如权利要求7所述的地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置，其特征在于，所述地球静止卫星与极轨卫星运行服务的动态演示装置还包括遮光外罩，所述第一、第二、第三旋转机构设置于所述遮光外罩内；所述机电控制系统包括一设置于所述遮光外罩外的操作台，所述操作台上设置有分别用于触发所述第二、第三旋转机构进入运转状态的第一按钮和第二按钮。