卫星轨道可以分为哪些类型,它们各有什么特点?

卫星轨道可以分为哪些类型,它们各有什么特点?

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当运载火箭把卫星送入目标轨道后,卫星将沿着各自的轨道飞行。卫星轨道大致分为低地球轨道、中地球轨道、地球同步轨道、地球静止轨道、地球同步转移轨道、太阳同步轨道。

卫星典型轨道

低地球轨道、中地球轨道、高地球轨道分别是距离地面约200~1200km、1200~36000km、36000 km的轨道。其中,低地球轨道,也称为近地球轨道,是近圆轨道,而中地球轨道、高地球轨道是圆轨道。

低地球轨道、中地球轨道、高地球轨道示意图

卫星在高地球轨道上绕地球顺行时的运行周期,也就是它在高地球轨道上绕地球一圈的时间与地球自转周期相同。所以,高地球轨道又称为地球同步轨道,地球同步卫星就是运行在这个轨道上的。

天链一号卫星

尽管低地球轨道、中地球轨道和地球同步轨道是以地球为圆心的近圆或者圆轨道,但并不意味着这些轨道一定是平行于赤道平面上的。它们的轨道平面也许与赤道平面成一定的角度,甚至有可能垂直于赤道面。当轨道面与赤道面夹角为90°时,卫星能够飞到南北极上空,因此这种轨道也称为极地轨道。

美国极轨气象卫星DMSP

而在地球同步轨道中,轨道平面与赤道平面夹角为0°的轨道,称为地球静止轨道。地球静止轨道,也叫做地球静止同步轨道、地球静止卫星轨道、克拉克轨道。在这个轨道上运行的卫星相对于地面几乎是静止的,也就是说,在任意时刻从地球上观察地球静止轨道上运行的卫星,它都在天上的同一位置。在地球静止轨道上运行的卫星,也叫做地球静止卫星。

中国第一颗静止轨道通信卫星东方红二号

那么,地球同步轨道和地球静止轨道到底哪里不同呢?

首先,轨道倾角,也就是轨道平面与赤道平面的夹角不同。要知道,地球静止轨道是地球同步轨道中特殊的一种。应该说,当地球同步轨道的轨道倾角为0°时,这个轨道就是地球静止轨道了。而轨道倾角成其他角度时,它就只是地球同步轨道。

然后,在地球上观察时现象不同。地球同步轨道上的卫星,每天同一时间段会出现在相同方向,在观察期间,地球同步卫星可能是运动的。而运行在地球静止轨道上的卫星,每天任意时刻都位于同一位置,任何时候观察它都是静止不动的。

最后,星下点的轨迹不同。星下点,也就是卫星在地面投影点。卫星运动,加上地球自转,使得星下点在地表移动,形成星下点轨迹。地球同步卫星的星下点轨迹是条封闭的8字曲线,而地球静止卫星的星下点轨迹,是一个点。

北斗的倾斜地球同步轨道轨迹图

由于地球同步轨道距离地表约36000km,十分遥远,通常,卫星会先从停泊轨道进入地球同步转移轨道上,当卫星运行到其远地点,即刻点火加速,然后再进入地球同步轨道。地球同步转移轨道是距地面近地点约200km,远地点约36000km的椭圆轨道。

地球同步转移轨道示意图

最后要说的太阳同步轨道,它的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向,轨道倾角约97°,是距离地面约800km的圆轨道。简单理解的话,就是运行在太阳同步轨道上的卫星、太阳、地球保持三点一线,气象卫星、地球资源卫星一般采用这种轨道。

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