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原标题:中国人造地球卫星有几种运行轨道?

浏览次数:157 时间:2018-12-31

  所谓人造地球卫星轨道就是人造地球卫星绕地球运行的轨道。这是一条封闭的曲线。这条封闭曲线形成的平面叫人造地球卫星的轨道平面,轨道平面总是通过地心的。

  人造地球卫星轨道按离地面的高度可分为低轨道、中轨道和高轨道,一般把200千米~2000千米高的轨道称之为低轨道,2000千米~20000千米高的轨道称之为中轨道,20000千米以上的轨道称之为高轨道。

  中国载人航天器和大部分对地观测卫星运行在低轨道。其中“神舟”等载人航天器运行在300~500千米高的轨道。如果再高,航天器将进入或接近地球辐射带,对航天员造成伤害;若低于300千米,则残余大气阻力明显增加,保持航天器轨道需要消耗的推进剂太多。中国“资源”卫星、“高分”卫星、“环境”卫星、“海洋”卫星和风云1号、3号极轨气象卫星等对地观测卫星一般运行在500~1000千米高的轨道,这样既能获得清晰度较高的地面图片,也有一定的覆盖范围。当然,为了卫星的提高时间分辨率,风云2号、4号,高分4号等少数对地观测卫星运行在高轨道上,以保证对某一地区进行连续监测。中国的“北斗”导航卫星大部分运行在中轨道,少数运行在高轨道,这样可兼顾导航定位和通信功能。中国大部分通信卫星都运行在高轨道,即赤道上空3.6万千米的地球静止轨道,以保证连续通信。

  按轨道形状分还可分为圆轨道和椭圆轨道;按飞行方向分可分为顺行轨道(与地球自转方向相同)、逆行轨道(与地球自转方向相反)、赤道轨道(在赤道上空绕地球飞行)和极轨道(经过地球南北极上空)。其中极轨道一般也是近圆轨道,赤道轨道一般也是高圆轨道。需要解释的是,卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角叫轨道倾角,它是确定卫星轨道空间位置的一个重要参数。轨道倾角小于90°为顺行轨道;轨道倾角大于90°为逆行轨道;轨道倾角为0°则为赤道轨道;轨道倾角等于90°,则轨道平面通过地球南北极。

  地球静止轨道。这种轨道位于地球赤道上空离地面35786千米、且轨道倾角为0处。卫星在这一轨道运行时,由于它绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同,从地面上看去它好像是静止的,所以称地球静止轨道。卫星运行在这种轨道,很适合连续通信和对地观测,但全球只有一条,所以地球静止轨道资源十分紧张。中国大部分通信卫星以及风云2号、4号和高分4号对地观测卫星都运行在地球静止轨道,

  太阳同步轨道。由于地球扁率(地球不是圆球形,而是在赤道部分隆起),卫星轨道平面绕地球自转轴旋转。如果卫星轨道平面绕地球自转轴的旋转方向和角速度与地球绕太阳公转的方向和平均角速度相同,则这种卫星轨道叫太阳同步轨道。太阳同步轨道是一条逆行轨道,轨道倾角大于90°。中国大部分陆地卫星、气象卫星和海洋卫星等对地观测卫星都运行在太阳同步轨道上,这样有利于全球观测,且每天有较好的光照条件,可使拍摄的地面目标图像最好。

  总之,中国人造地球卫星的轨道是根据其任务和应用要求来选择的。例如,对地面摄影的资源卫星常采用圆形低轨道。若为了尽量扩大空间环境探测的范围,卫星可采用扁长的椭圆形轨道,中国的一些“实践”系列卫星就运行在椭圆形轨道。为了节省发射卫星的能量,卫星常采用赤道轨道和顺行轨道。对固定地区进行长期连续的气象观测和通信的卫星,常采用地球静止卫星轨道。需对全球进行反复观测的卫星可采用极地轨道。要使卫星始终在同一时刻飞过地球某地上空,也就是说要使卫星始终在相同的光照条件下经过同一地区,则应采用太阳同步轨道。

  这些人造地球卫星由运载火箭发射入轨。从发射点到入轨点的飞行轨迹叫发射轨道。发射轨道包括垂直起飞段、程序转弯段和入轨段。垂直起飞段和程序转弯段都大同小异,但入轨段根据轨道高度的不同有直接入轨、滑行入轨和过渡转移入轨之分。

  低轨道卫星一般直接入轨,即火箭连续工作,当最后一级火箭发动机关机时,卫星就可进入预定轨道。

  中、高轨道卫星常常滑行入轨。其发射轨道由火箭发动机工作时的主动段、发动机关机后靠惯性飞行的滑行段和发动机再次工作时的加速段组成。

  比较特殊高轨道卫星,即地球静止轨道卫星常常采用过渡转移轨道入轨。它因火箭的级数不同而有差异。对于三级火箭来说,过程一般如下。

  第一二级火箭经主动段、停泊轨道段和加速段,将卫星连同火箭上面级送入200~400千米的停泊轨道。当飞经赤道上空时火箭上面级点火,把卫星送入近地点与停泊轨道高度相同,远地点为35786千米的大椭圆转移轨道。卫星在转移轨道上运行时,地面测控站要精确测量它的姿态和轨道参数,并随时调整它的姿态偏差。当卫星在预定的点火圈运行到远地点时,地面测控站发出指令,让卫星上的远地点发动机点火,使卫星提高飞行速度,并改变飞行方向,进入地球同步轨道。如要进入地球静止轨道,则需用卫星上的小推力发动机调整它的运行速度,使它慢慢地到达预定的经度上空。这一过程叫卫星定点。

  有些中国航天器,如返回式卫星、载人飞船等,在完成任务后要返回地球。从脱离运行轨道到降落地面这一段的飞行轨迹叫航天器的返回轨道。根据航天器在返回轨道上所受阻力和升力的情况,其返回轨道可分为弹道式、半弹道式。

  弹道式返回轨道。航天器脱离运行轨道进入返回轨道后,在再入大气层时只受阻力作用而不产生升力,因而速度快,空气动力过载大,落点无法调整和控制,可能产生较大的落点偏差。我国的返回式卫星采用这种返回轨道。

  半弹道式返回轨道。航天器在再入大气层后,除了阻力外,还会产生部分升力。只要适当控制它们的滚动角,就可控制升力方向,小范围地改变飞行路径,适当调整落点距离,使落点比较准确,空气动力过载也较小,一般为4g左右。中国的“神舟”载人飞船采用这种返回轨道。

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