人造衛(wèi)星運行軌道的分類

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從1970年4月24日到2000年10月31日,我國發(fā)射了74個航天器,它們覆蓋了地球所擁有的4種軌道。其中有國產(chǎn)的實驗飛船1艘,國產(chǎn)的人造衛(wèi)星47顆,外國制造的衛(wèi)星26顆,F(xiàn)以47顆國產(chǎn)衛(wèi)星為主,簡要介紹一下它們的運行軌道。

順行軌道

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

我國用長征一號、風暴一號兩種運載火箭發(fā)射的8顆科學技術(shù)試驗衛(wèi)星,用長征二號、二號丙、二號丁3種運載火箭發(fā)射的17顆返回式遙感衛(wèi)星以及用長征二號F運載火箭發(fā)射的神州號試驗飛船,都是用順行軌道。它們都是從酒泉發(fā)射中心起飛被送入近地軌道運行的。通過長征三號甲運載火箭發(fā)射的1顆北斗導航試驗衛(wèi)星也是采用順行軌道。

逆行軌道

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

由于地球表面不是理想的球形,其重力分布也不均勻,使衛(wèi)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漲,對衛(wèi)星產(chǎn)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(guān)。當軌道傾角大于90度時,力矩是逆時針方向,軌道平面由西向東進動。適當調(diào)整衛(wèi)星的軌道高度、傾角和形狀,可使衛(wèi)星軌道平面的進動角速度每天東進0.9856度,恰好等于地球繞太陽公轉(zhuǎn)的日平均角速度,這就是應(yīng)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(wèi)星,可在相同的時間和光照條件下觀察衛(wèi)星云層和地面目標。氣象、資源、偵察等應(yīng)用衛(wèi)星大多采用這類軌道。我國用長征四號火箭發(fā)射的2顆風云一號氣象衛(wèi)星和2顆測量大氣密度的地球衛(wèi)星,用長征四號2火箭發(fā)射的1顆風云一號氣象衛(wèi)星、1顆中國和巴西合制的資源一號衛(wèi)星、1顆中國資源二號衛(wèi)星、1顆實踐五號科學試驗衛(wèi)星,都采用這種軌道。它們都是從太原發(fā)射中心升空的。長四乙火箭在發(fā)射資源一號衛(wèi)星時,還用1箭雙星的方式把1顆巴西小型科學應(yīng)用衛(wèi)星送入太陽同步軌道。

赤道軌道

赤道軌道的特點是軌道傾角為0度,衛(wèi)星在赤道上空運行。這種軌道有無數(shù)條,但其中的一條地球靜止軌道具有特殊的重要地位。由于衛(wèi)星飛行速度隨距地面的高度而變化,軌道越高,速度越小,環(huán)繞周期越長,故由計算可知,當其在赤道上空35786公里高的圓形軌道上由西向東運行1周的時間,恰好是23小時56分4秒,正與地球自轉(zhuǎn)一周的時間相同,這條軌道就被稱為地球靜止軌道。因為衛(wèi)星環(huán)繞周期等于地球自轉(zhuǎn)周期,兩者方向又一致,故相互之間保持相對靜止。從地面上看,衛(wèi)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(wèi)星即可進行全球通信的科學設(shè)想早已變?yōu)楝F(xiàn)實。世界上主要的通信衛(wèi)星都分布在這條軌道上。有的氣象衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星也被送入靜止軌道。我國用長征三號火箭先后發(fā)射了1顆試驗衛(wèi)星、5顆東方紅二號系列通信衛(wèi)星、2顆風云二號氣象衛(wèi)星、用長征三號甲火箭發(fā)射了1顆實踐四號探測衛(wèi)星、2兩顆東方紅三號通信衛(wèi)星、1顆中星22號通信衛(wèi)星,這些衛(wèi)星中有10顆進入靜止軌道預(yù)定位置。發(fā)射這類衛(wèi)星,星上要攜帶遠地點發(fā)動機,運載火箭把衛(wèi)星送入大橢圓同步轉(zhuǎn)移軌道后,地面再發(fā)出指令,讓星上遠地點發(fā)動機點火,將衛(wèi)星移入靜止軌道。
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