剛剛過去的2020年,是我國的航天大年。除了北鬥、嫦娥等等比較耳熟能詳的大工程,我國還向外發射了多顆衛星,包括高分系列、齊魯星座計劃等等一系列的衛星,這些衛星涵蓋了氣象、通訊、測繪、農業、環保、偵察等多個領域。那麼這些衛星被運載火箭送入相對應的軌道後,在既定軌道運行工作時,在衛星的配備上還配有推進系統。
在軌的人造衛星配上推進系統,有著非常重要的作用。實際上,幾乎任意一顆衛星,推進系統都是非常重要的一環。
我們都知道,衛星的發射、入軌靠的都是不同型號的運載火箭。因此,在衛星發射前,科研人員會根據衛星的用途提前規劃好衛星的運行軌道,以便確定使用哪個型號的運載火箭以什麼速度進入預定軌道。
在運載火箭將衛星送入預定的軌道高度以及軌道傾角上後,接下來的「路」就全靠衛星的自我推進了。
這個推進系統不僅僅作用於常規的軌道衛星,對於探索外太空之類的嫦娥、天問等等的航天工程來說,其實更加需要通過對軌道機動能力來進行後續的推進。而位於低軌或者中高軌道運行的衛星,推進系統可以幫忙修正因宇宙環境造成的軌道偏移。
一般來說,宇宙環境可以造成的因素很多很複雜,包括但不限於:地球非均勻的重力場、地球附近星球的引力、稀薄大氣的阻力等等,這些都會造成衛星逐漸偏離原有的軌道,如果不通過推進系統加以修正的話,均會導致衛星無法正常在軌運行。
根據牛頓力學原理,一個物體能夠保持平衡的狀態,要麼它不受任何外力的作用,要麼所受的外力合力為零。上面的文字有提到過,在地球軌道環繞運行的衛星,必然會受到宇宙環境造成的影響。以地球的引力為例,衛星假若需要繼續保持運行的軌跡,就要找到一個與之相平衡的力。這部分的內容相對複雜,往簡單來說,就是通過推進系統保證衛星修正各種因素的影響,使衛星在環繞運行時達到平衡的狀態。
除了推進系統的作用,給人造衛星補充燃料也可以維持衛星的軌道穩定。
*題外話,加注燃料把持推進系統的運行可以避免衛星彼此之間或者是與太空垃圾相撞。我們在新聞中常常看到的國際空間衛星站緊急調整軌道的新聞,便是國際空間衛星站要避免與在軌運行的衛星以及太空垃圾的相撞。
一般來說,地球的大氣層從下到上依次分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。不同衛星或者太空飛行器所處的區域所受的空氣阻力不一樣,所需加注的燃料也不一樣。
對於國際空間站來說,一般國際空間站高度在330公裡左右,屬於散逸層的範圍,對空間站會有一定程度的阻力作用,因此空間站需要不定期加注燃料保持正常運行。
對於低軌衛星來說,空氣阻力也相對較大,推進系統需要更定期的燃料加注保持軌道的運行。
對於中高軌衛星來說,由於軌道所處區域的大氣非常稀薄,因此受到的阻力會相對較少。但是在更高的軌道受到不穩定宇宙因素會更多,所以會採用如預置一定量的星載燃料、使用陀螺動量輪等方式保證衛星功能的正常發揮。
因此,從修正宇宙環境對衛星造成的影響以及空氣阻力等等的原因來看,衛星配備的推進系統是必須而且是十分重要的!