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TUhjnbcbe - 2023/4/29 20:03:00

就像剧院里不同的座位为观众提供不同的视角,不同地球轨道也给卫星带来观察地球的不同视角。有些卫星看上去停留在一个地方,为观察某个点提供不变的视角;而另一些则在一天中环绕地球,在不同的地方穿梭。

现在给大家介绍一下,地球上空的卫星都有哪些运行轨道。

为我们提供独特视角的国际空间站

人造地球卫星分类

就人造地球卫星来说,其轨道按高度分为三种类型:高地球轨道(HEO,地球同步轨道GEO也是一种高地球轨道)、中地球轨道(MEO)近地球轨道(LEO)。

近地球轨道从大气层顶部开始,而高地球轨道大约从地月距离的十分之一开始。

卫星轨道高度与运动速度有关系吗?

地球轨道卫星的运动主要由地球的引力控制,卫星轨道越高,它移动的越慢。随着卫星离地球越来越近,引力的拉力越来越大,而卫星移动的速度也越快。例如NASA的Aqua卫星(轨道高度约Km)需要大约99分钟完成绕地一周运行;而距离地球表面公里的气象卫星需要23小时56分4秒完成一次绕地运行;在距离地球中心,公里的地方,月球在28天内完成了一个轨道。

大家可以想一想,如果一个卫星操作员想要增加卫星的轨道速度,他/她应该怎么办呢?

怎样解决这个问题呢?

如果简单地启动推进器加速卫星,会增加其轨道高度,从而减慢卫星的轨道速度。所以实际上想要增加卫星的轨道速度,需要先让卫星减速,使得卫星进入较低轨道,才能增加卫星的前进速度。

影响卫星轨道形状的另外两个因素就是偏心率和倾角了。

偏心率表示轨道与完美的圆之间的偏差。圆轨道的偏心率是0,高度偏心的轨道接近(但总是小于)1。

倾角是轨道与地球赤道的角度。一颗直接在赤道上空运行的卫星的倾斜度为零。如果一颗卫星从地理北极转到地理南极,其倾角为90度。

不同偏心率的轨道

轨道倾角示意图

卫星进入轨道所需能量因素有哪些?

将一颗卫星送入轨道所需的能量取决于发射场地的位置,以及轨道的高度和倾斜程度。在高地球轨道上的卫星需要更大的能量才能到达目的地。在高度倾斜轨道上的卫星,如极地轨道,比环绕地球赤道的卫星需要更多的能量。低倾角的卫星可以利用地球的自转推动它进入轨道;一颗极地轨道卫星从地球的动量中得不到任何帮助,因此需要更多的能量到达同样的高度。

卫星进入轨道需要不断调整吗?

卫星进入轨道,需要不断调整,才能保持各自的轨道的主要原因三个:引力不平衡、大气阻力和太空垃圾。

1.由于地球不是一个完美的球体,它的重力在一些地方比其他地方更强。这种不平衡,加上太阳、月亮和木星(太阳系最大行星)的引力,将改变卫星轨道的倾斜度。

2.低地球轨道上的卫星被大气层拖出轨道。虽然低地球轨道上的卫星穿越大气层的最上层(最薄层),但空气阻力仍然强大到足以拖曳它们,使它们靠近地球。当太阳活动变强时,大气阻力会更强。这是因为当太阳给大气层增加额外的能量时,大气会上升和膨胀,卫星就会穿过更厚的大气层,面临更多的阻力。当太阳安静的时候,低地球轨道上的卫星每年要增加大约四次轨道来弥补大气的阻力。当太阳活动达到最大时,卫星可能每2-3周就需要机动一次。

3.避免可能在卫星轨道上的太空垃圾和轨道碎片。年2月11日,美国公司Iridium旗下的一颗通讯卫星与一颗丧失功能的俄罗斯卫星相撞,造成两颗卫星解体,产生了至少件碎片。据小编从美国分析图形有限公司(AGI公司是为航天工业界提供商用成品卫星分析软件的主导厂商)的网站统计数据得知,目前在轨有效载荷约为多个,轨道碎片却达到了多片。

最后大家展示一下部分地球周围运行的有效载荷和碎片的实时分布图。图片均来自美国分析图形有限公司(AGI)网站。

1.高地球轨道

2.中地球轨道

3.低地球轨道

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