我國衛星沿著哪條軌道走

2020-11-23 光明網

從1970年4月24日到2000年10月31日,我國發射了74個太空飛行器,它們覆蓋了地球所擁有的4種軌道。這些太空飛行器中,有試驗飛船1艘,人造地球衛星47顆,外國製造的衛星26顆。現以47顆國產衛星為主,簡要介紹一下它們的運行軌道。

順行軌道

順行軌道的特徵是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小於90度。在這種軌道上運行的衛星,絕大多數離地面較近,高度僅為數百公裡,故又將其稱為近地軌道。我國地處北半球,要把衛星送入這種軌道,運載火箭要朝東南方向發射,這樣能夠利用地球自西向東自轉的部分速度,從而可以節約火箭的能量。地球自轉速度可以通過赤道自轉速度、發射方位角和發射點地理緯度計算出來。不難想像,在赤道上朝著正東方向發射衛星,可利用的速度最大,緯度越高能用的速度越小。

世界各國早期發射的衛星和後來發射的大部分衛星都是採用這種軌道。我國用長徵一號、風暴一號兩種運載火箭發射的8顆科學技術試驗衛星,用長徵二號、二號丙、二號丁3種運載火箭發射的17顆返回式遙感衛星以及用長徵二號F運載火箭發射的神州號試驗飛船,都採用順行軌道。它們都是從酒泉發射中心起飛,被送入近地軌道運行的。通過長徵三號甲運載火箭從西昌發射的1顆北鬥導航試驗衛星也是採用順行軌道。

逆行軌道

逆行軌道的特徵是軌道傾角大於90度。欲把衛星送入這種軌道運行,運載火箭需要朝西南方向發射,不僅無法利用地球自轉的部分速度,而且還要付出額外能量克服地球自轉。因此,除了太陽同步軌道外,一般都不利用這類軌道。

由於地球表面不是理想的球形,其重力分布也不均勻,使衛星軌道平面在慣性空間中不斷變動。具體地說,地球赤道部分有些鼓脹,對衛星產生了額外的吸引力,給軌道平面附加了1個力矩,使軌道平面慢慢進動,進動方向與軌道傾角有關。當衛星軌道傾角大於90度時,力矩是逆時針方向,軌道平面由西向東進動。適當調整衛星的軌道高度、傾角和形狀,可使衛星軌道平面的進動角速度每天東進0.9856度,恰好等於地球繞太陽公轉的日平均角速度,這就是應用價值極大的圓形太陽同步軌道。

在太陽同步軌道上運行的衛星,可在相同的時間和光照條件下觀察衛星雲層和地面目標,氣象、資源、偵察等應用衛星大多採用這類軌道。我國用長徵四號火箭發射的2顆風雲一號氣象衛星和2顆測量大氣密度的地球衛星,用長徵四號2火箭發射的1顆風雲一號氣象衛星、1顆中國和巴西合制的資源一號衛星、1顆中國資源二號衛星、1顆實踐五號科學實驗衛星,都採用這種軌道。它們都是從太原發射中心升空的。長四乙火箭在發射資源一號衛星時,還用1箭雙星的方式把1顆巴西小型科學應用衛星送入太陽同步軌道。

赤道軌道

赤道軌道的特徵是軌道傾角為0度,衛星在地球赤道上空運行。這種軌道有無數條,但其中的一條地球靜止軌道具有特殊的重要地位。由於衛星飛行速度隨距地面的高度而變化,軌道越高,速度越小,環繞周期越長,故由計算可知,當其在赤道上空35786公裡高的圓形的軌道上由西向東運行1周時,恰好是23小時56分4秒,正與地球自轉1周的時間相同,這條軌道就被稱為地球靜止軌道。因為衛星環繞周期等於地球自轉周期,兩者方向又一致,故互相之間保持相對靜止。從地面上看,衛星猶如固定在赤道上空某一點。在靜止軌道上均勻分布3顆通信衛星即可進行全球通信的科學設想早已變為現實。世界上主要的通信衛星都分布在這條軌道上,有的氣象衛星、預警衛星也被送入靜止軌道。我國用長徵三號火箭先後發射了1顆試驗衛星、5顆東方紅二號系列通信衛星、2顆風雲二號氣象衛星,用長徵三號甲火箭發射了1顆實踐四號探測衛星、2顆東方紅三號通信衛星、1顆中星22號通信衛星,這13顆衛星中有10顆進入靜止軌道預定位置。發射這類衛星,星上要攜帶遠地點發動機,運載火箭把衛星送入大橢圓同步轉移軌道後,地面再指令星上遠地點發動機點火,將衛星移入靜止軌道。由於長三火箭發生故障未能將試驗衛星和第六顆東方紅二號通信衛星送入地球同步轉移軌道,故這兩顆衛星沒有進入靜止軌道。至於長三甲發射實踐四號探測衛星,達到了進入地球同步轉移軌道的要求,發射取得圓滿成功。

長三火箭發射的香港亞洲一號通信衛星、香港亞太一號通信衛星、香港亞太一號A通信衛星,長三乙火箭發射的菲律賓馬部海通信衛星、香港亞太2R通信衛星、中衛一號通信衛星、鑫諾一號通信衛星,都被送入地球同步轉移軌道。這些衛星都依靠自身攜帶的遠地點發動機,最終移入靜止軌道。

就衛星的軌道類型來說,還有一種軌道傾角為90度的極地軌道,它是因軌道平面通過地球南北兩極而得名。在這種軌道上運行的衛星可以飛經地球上任何地區上空。我國雖未研製運行於此類軌道的衛星,但發射過此類軌道的衛星。長徵二號丙改進型火箭以1箭雙星的方式6次從太原起飛,把12顆美國銥星送入太空,就屬於這種發射方式。

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