常用衛星軌道劃分

2021-01-19 Ham Radio
理論上，衛星設計者可以通過各種軌道參數的組合得到無數多個衛星軌道。但在實際中，通信、遙感以及科學研究這些最常用的衛星應用領域所涉及的衛星軌道卻有限。在地球附近的宇宙空間中存在著由高能粒子聚集而成的高能輻射層，高能輻射層在赤道附近呈環狀繞著地球，並向極地彎曲，這一輻射層通常被稱為範 艾倫輻射帶。它是由地球磁場俘獲太陽風中的帶電粒子形成的。範 艾倫輻射帶分為內外兩層，內帶粒子密度高，輻射強且穩定，外帶輻射相對較弱且界限模糊。這些高能粒子的輻射會破壞衛星的電子器件，因此衛星軌道應該避開兩個範 艾倫輻射帶。一般認為，內帶高度為距地面2000

~ 8000 km,外帶高度為距地面15 000~20 000 km，根據此高度可以劃分衛星軌道。

1.低軌道(LEO)

LEO的典型軌道高度為500~2000 km,位於內層範●艾倫輻射帶之下。LEO衛星有著對地球終端的損耗低和採用小口徑天線等明顯優勢，因此對移動通信應用極其重要，全球移動衛星通信系統Iridium採用的便是此軌道。

2.中軌道(MEO)

MEO衛星一般的軌道高度為20 000 km左右，在外層範.艾倫輻射帶之上。運行於中地球軌道的衛星大都是導航衛星，典型的MEO衛星星座有美國的GPS、中國的北鬥以及俄羅斯的GLONASS衛星系統。

3.地球靜止軌道(GEO)

GEO衛星在位於赤道上空、高度約35786km的圓軌道上運行，衛星在這條軌道上自西向東繞地球旋轉，繞地球一周的時間為23小時56分4秒，恰與地球自轉一周的時間相等，從地面看去衛星對地靜止。地球同步軌道(GSO, GeoSynchronous Orbit) 衛星與GEO衛星有相同的高度，但GSO衛星的軌道面與赤道面之間有夾角。由於GEO衛星運行在赤道面內，定點位置在選定的經度上空，因此它與地球通信觀測站有固定的相對位置和對地球的寬覆蓋能力，十分適用於通信、觀測等任務。

4.高橢圓軌道(HEO, Highly Elliptical Orbit)

HEO是軌道傾角不為零的橢圓軌道，其近地點高度較低，遠地點高度大於GEO衛星的高度。根據克卜勒第二定律，在橢圓軌道上，衛星在近地點附近運行速度較快，在遠地點附近運行速度較慢。因此，若地球站處在遠地點區域，則建立的通信鏈路可以保持較長時間。HEO衛星可以通過調整軌道傾角來實現區域通信。蘇聯的許多領土(包括俄羅斯)均處於北半球的高緯度地區，若使用GEO衛星發射信號，則其人射角較大，需要耗費許多能量。因此蘇聯的Molniya 通信衛星採用了軌道傾角為63. 4°的高橢圓軌道，其遠地點高度

為40000 km.

5.極軌道和太陽同步軌道(SSO, Sun Synchronous Orbit)

極軌道衛星的軌道傾角為90°，可以覆蓋到兩極區域。在軌道設計中，選用這種軌道往往是為了達到覆蓋全球的目的。在工程上常把傾角稍微偏離90°，但仍能覆蓋全球的軌道也稱為極軌道。氣象衛星、地球資源衛星、偵察衛星常採用這種軌道。太陽同步軌道衛星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的取向，軌道的傾角接近90」，衛星要在兩極附近通過，因此也可稱為近極地太陽同步衛星軌道。由於地球的非球形引力作用使升交點赤經產生變化，變化速率為0.9856*，即每年360°，因此為使軌道平面始終與太陽保持固定的取向，軌道平面也必須以相同速率向地球公轉方向轉動。太陽同步軌道衛星有很多性能和極軌道相似，利用它可以方便地實現對地球上某地的持續觀察和監視。

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