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卫星轨道

卫星飞行的水平速度叫第一宇宙速度,即环绕速度。卫星只要获得这一水平方向的速度后,不需要再加动力就可以环绕地球飞行。这时卫星的飞行轨迹叫卫星轨道。

如果我们把地球看成一个均质的球体,它的引力场即为中心力场,其质心为引力中心。那么,要使人造地球卫星(简称卫星)在这个中心力场中作圆周运动,通俗地说,就是要使卫星飞行的离加加速度所形成的力(离心惯性),正好抵消(平衡)地心引力。卫星轨道平面通过地球中心。如果速度稍大一些,则形成椭圆形轨道,如果达到逃逸速度,则为抛物线轨道,那时它将绕太阳飞行成为人造行星;如果达到第三宇宙速度,则为双曲线轨道,与太阳一样而绕银河系中心飞行了。 [1]

就人造地球卫星来说,其轨道按高度分低轨道和高轨道,按地球自转方向分顺行轨道和逆行轨道。这中间有一些特殊意义的轨道,如赤道轨道、地球同步轨道、对地静止轨道、极地轨道和太阳同步轨道等。

卫星轨道的形状和大小是由长轴和短轴决定的,而交点角Ω、近地点幅角ω和轨道倾角i则决定轨道在空间的方位。这五个参数称为卫星轨道要素(根数)。有时还加过近地点时刻tp,合称为六要素。有了这六要素,就可知道任何时刻卫星在空间的位置。

卫星轨道六要素:长轴、短轴、交点角Ω、近地点幅角ω、轨道倾角i、过近地点时刻tp。

高低轨道没有明确的划分界限,一般把离地面几百公里的卫星轨道称为低地球轨道。

轨道倾角为零,轨道平面与地球赤道平面重合。这种轨道叫赤道轨道。

轨道高度为35786公里时,卫星的运行周期和地球的自转周期相同,这种轨道叫地球同步轨道;如果地球同步轨道的倾角为零,则卫星正好在地球赤道上空,以与地球自转相同的角速度绕地球飞行,从地面上看,好像是静止的,这种卫星轨道叫对地静止轨道,它是地球同步轨道的特例。对地静止轨道只有一条。

轨道倾角为90度时,轨道平面通过地球两极,这种轨道叫极地轨道。

如果卫星的轨道平面绕地球自转轴的旋转方向、角速度与地球绕太阳公转的方向和角速度相同,则它的轨道叫太阳同步轨道。太阳同步轨道为逆行轨道,倾角大于90度。 [2]

按照轨道倾角大小,卫星的轨道可分为:赤道轨道、极地轨道、倾斜轨道(分顺行轨道和逆行轨道)。

1、赤道轨道:倾角为0度,卫星轨道平面 与地球赤道平面重合,卫星始终在赤道上空飞行。

2、极地轨道:倾角为90度,卫星轨道平面与地球赤道平面垂直,卫星飞跃南北两极上空。它的星下点轨迹可以覆盖全球,是观测整个地球的最合适的轨道。气象卫星、资源卫星、侦查卫星经常采用这种轨道。

3、倾斜轨道:轨道倾角既不是0度又不是90度,统称倾斜轨道,分为顺行轨道和逆行轨道。

顺行轨道:倾角大于0度小于90度,卫星自西向东顺着地球自转的方向运动。

逆行轨道:倾角大于90度而小于180度,卫星自东向西逆着地球自转的方向运动。

卫星轨道参数是用来描述在太空中卫星运行的位置、形状和取向的各种参数。太空中的卫星在地球引力等各种力的作用下做周期运动,一阶近似就是一个开普勒椭圆轨道。由于其他力的存在(比如地球的形状,大气阻力,其他星球的引力等等),实际的轨道和理想的开普勒轨道有偏离,这个在航天里称为“轨道摄动”。

同义词: 卫星轨道根数。

倾角:赤道平面与卫星轨道平面间的夹角,具体计算是在卫星轨道升段时由赤道平面反时针旋转到轨道平面的夹角。

高度:卫星离地球表面的距离。

星下点:卫星与地球中心连线在地球表面的交点。

升交点:卫星由南往北飞行轨迹在赤道上的交点。

周期:卫星绕地球一周需要的时间。

截距:卫星绕地球一周,地球转过的度数。

偏心率:焦距与轨道半长轴之比。

近地点角:在轨道平面内升交点和近地点与地心连线间的夹角。

平均近点角:若卫星通过近地点的时刻为tp,卫星的平均角速度为 n,则任一时刻的平均近点角M=n(t-tp)。 [3]

随着时代发展,人类已经进入太空资源的开发邻域。人造卫星的数量逐年增加。卫星只要获得这一水平方向的速度后,不需要再加动力就可以环绕地球飞行,而每颗卫星都有自己的特定轨道,为了防止卫星在空间中发生相撞,所以要对卫星轨道进行管理和划分。


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