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我国卫星沿着哪条轨道走

图一:神舟号飞船在转运途中
2001-02-26 来源:光明日报 尹怀勤 我有话说

从1970年4月24日到2000年10月31日,我国发射了74个航天器,它们覆盖了地球所拥有的4种轨道。这些航天器中,有试验飞船1艘,人造地球卫星47颗,外国制造的卫星26颗。现以47颗国产卫星为主,简要介绍一下它们的运行轨道。

顺行轨道

顺行轨道的特征是轨道倾角即轨道平面与地球赤道平面的夹角小于90度。在这种轨道上运行的卫星,绝大多数离地面较近,高度仅为数百公里,故又将其称为近地轨道。我国地处北半球,要把卫星送入这种轨道,运载火箭要朝东南方向发射,这样能够利用地球自西向东自转的部分速度,从而可以节约火箭的能量。地球自转速度可以通过赤道自转速度、发射方位角和发射点地理纬度计算出来。不难想象,在赤道上朝着正东方向发射卫星,可利用的速度最大,纬度越高能用的速度越小。

世界各国早期发射的卫星和后来发射的大部分卫星都是采用这种轨道。我国用长征一号、风暴一号两种运载火箭发射的8颗科学技术试验卫星,用长征二号、二号丙、二号丁3种运载火箭发射的17颗返回式遥感卫星以及用长征二号F运载火箭发射的神州号试验飞船,都采用顺行轨道。它们都是从酒泉发射中心起飞,被送入近地轨道运行的。通过长征三号甲运载火箭从西昌发射的1颗北斗导航试验卫星也是采用顺行轨道。

逆行轨道

逆行轨道的特征是轨道倾角大于90度。欲把卫星送入这种轨道运行,运载火箭需要朝西南方向发射,不仅无法利用地球自转的部分速度,而且还要付出额外能量克服地球自转。因此,除了太阳同步轨道外,一般都不利用这类轨道。

由于地球表面不是理想的球形,其重力分布也不均匀,使卫星轨道平面在惯性空间中不断变动。具体地说,地球赤道部分有些鼓胀,对卫星产生了额外的吸引力,给轨道平面附加了1个力矩,使轨道平面慢慢进动,进动方向与轨道倾角有关。当卫星轨道倾角大于90度时,力矩是逆时针方向,轨道平面由西向东进动。适当调整卫星的轨道高度、倾角和形状,可使卫星轨道平面的进动角速度每天东进0.9856度,恰好等于地球绕太阳公转的日平均角速度,这就是应用价值极大的圆形太阳同步轨道。

在太阳同步轨道上运行的卫星,可在相同的时间和光照条件下观察卫星云层和地面目标,气象、资源、侦察等应用卫星大多采用这类轨道。我国用长征四号火箭发射的2颗风云一号气象卫星和2颗测量大气密度的地球卫星,用长征四号2火箭发射的1颗风云一号气象卫星、1颗中国和巴西合制的资源一号卫星、1颗中国资源二号卫星、1颗实践五号科学实验卫星,都采用这种轨道。它们都是从太原发射中心升空的。长四乙火箭在发射资源一号卫星时,还用1箭双星的方式把1颗巴西小型科学应用卫星送入太阳同步轨道。

赤道轨道

赤道轨道的特征是轨道倾角为0度,卫星在地球赤道上空运行。这种轨道有无数条,但其中的一条地球静止轨道具有特殊的重要地位。由于卫星飞行速度随距地面的高度而变化,轨道越高,速度越小,环绕周期越长,故由计算可知,当其在赤道上空35786公里高的圆形的轨道上由西向东运行1周时,恰好是23小时56分4秒,正与地球自转1周的时间相同,这条轨道就被称为地球静止轨道。因为卫星环绕周期等于地球自转周期,两者方向又一致,故互相之间保持相对静止。从地面上看,卫星犹如固定在赤道上空某一点。在静止轨道上均匀分布3颗通信卫星即可进行全球通信的科学设想早已变为现实。世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上,有的气象卫星、预警卫星也被送入静止轨道。我国用长征三号火箭先后发射了1颗试验卫星、5颗东方红二号系列通信卫星、2颗风云二号气象卫星,用长征三号甲火箭发射了1颗实践四号探测卫星、2颗东方红三号通信卫星、1颗中星22号通信卫星,这13颗卫星中有10颗进入静止轨道预定位置。发射这类卫星,星上要携带远地点发动机,运载火箭把卫星送入大椭圆同步转移轨道后,地面再指令星上远地点发动机点火,将卫星移入静止轨道。由于长三火箭发生故障未能将试验卫星和第六颗东方红二号通信卫星送入地球同步转移轨道,故这两颗卫星没有进入静止轨道。至于长三甲发射实践四号探测卫星,达到了进入地球同步转移轨道的要求,发射取得圆满成功。

长三火箭发射的香港亚洲一号通信卫星、香港亚太一号通信卫星、香港亚太一号A通信卫星,长三乙火箭发射的菲律宾马部海通信卫星、香港亚太2R通信卫星、中卫一号通信卫星、鑫诺一号通信卫星,都被送入地球同步转移轨道。这些卫星都依靠自身携带的远地点发动机,最终移入静止轨道。

就卫星的轨道类型来说,还有一种轨道倾角为90度的极地轨道,它是因轨道平面通过地球南北两极而得名。在这种轨道上运行的卫星可以飞经地球上任何地区上空。我国虽未研制运行于此类轨道的卫星,但发射过此类轨道的卫星。长征二号丙改进型火箭以1箭双星的方式6次从太原起飞,把12颗美国铱星送入太空,就属于这种发射方式。

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