全面解析衛(wèi)星軌道類型和定義

可以使用許多不同的衛(wèi)星軌道。最受關(guān)注的是使用的地球靜止軌道，因?yàn)樗鼈冹o止在地球上的特定點(diǎn)上方。

為衛(wèi)星選擇的軌道取決于其應(yīng)用。用于直播電視的那些，例如衛(wèi)星電視使用地球靜止軌道。許多通信衛(wèi)星同樣使用地球靜止軌道。

其他衛(wèi)星系統(tǒng)，例如用于衛(wèi)星電話的衛(wèi)星系統(tǒng)，可能使用低地球軌道系統(tǒng)。同樣，用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星系統(tǒng)，如Navstar或全球定位（GPS）系統(tǒng)，占據(jù)了相對(duì)較低的地球軌道。還有許多其他類型的衛(wèi)星，從氣象衛(wèi)星到研究衛(wèi)星等等。根據(jù)其應(yīng)用，每個(gè)軌道都有自己的軌道類型。

此外，新的立方體衛(wèi)星或立方體衛(wèi)星也使用相對(duì)較低的軌道，因?yàn)樗鼈兛梢詡鬏數(shù)墓β仕胶驮试S的路徑損耗。

選擇的實(shí)際衛(wèi)星軌道將取決于各種因素，包括其功能以及它所服務(wù)的區(qū)域。在某些情況下，低地球軌道 LEO 的衛(wèi)星軌道可能低至 100 英里（160 公里），而其他近地軌道 GEO 的衛(wèi)星軌道可能超過(guò) 22 000 英里（36000 公里）。衛(wèi)星甚至可能有一個(gè)橢圓形而不是圓形的軌道。

重力軌道和衛(wèi)星軌道

當(dāng)衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)，它們會(huì)被引力場(chǎng)拉回。如果它們沒(méi)有任何自己的運(yùn)動(dòng)，它們就會(huì)落回地球，在大氣層的上游燃燒。相反，圍繞地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)具有與之相關(guān)的力，將其推離地球。對(duì)于任何給定的軌道，都有一個(gè)速度，在這個(gè)速度下，重力和離心力相互平衡，衛(wèi)星保持在穩(wěn)定的軌道上，既不增加高度也不失去高度。

顯然，衛(wèi)星繞地球運(yùn)行得越低，引力就越強(qiáng)，這意味著衛(wèi)星必須以更快的速度飛行才能抵消這種引力。更遠(yuǎn)的地方，引力場(chǎng)較小，衛(wèi)星速度也相應(yīng)較小。對(duì)于大約 100 英里的極低軌道，需要每小時(shí)約 17500 英里的速度，這意味著衛(wèi)星將在大約 90 分鐘內(nèi)繞地球運(yùn)行。在22000英里的高度，需要低于每小時(shí)7000英里的速度，從而實(shí)現(xiàn)約24小時(shí)的軌道時(shí)間。

圓形和橢圓軌道定義

衛(wèi)星在兩種基本軌道類型之一中繞地球運(yùn)行。

圓形衛(wèi)星軌道：對(duì)于圓形軌道，與地球的距離始終保持不變。

橢圓衛(wèi)星軌道：橢圓軌道改變了到地球的距離

衛(wèi)星軌道

有許多定義與各種不同類型的衛(wèi)星軌道有關(guān)：

地質(zhì)中心 ：當(dāng)衛(wèi)星以圓形或橢圓形軌道繞地球運(yùn)行時(shí)，衛(wèi)星軌道形成一個(gè)穿過(guò)地球重心或地心的平面。

繞地球旋轉(zhuǎn)的方向：衛(wèi)星軌道有兩種分類方式：

正姿：當(dāng)?shù)厍虻淖赞D(zhuǎn)方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同時(shí)，繞地球的自轉(zhuǎn)被稱為正軌。

逆行：當(dāng)繞地球的自轉(zhuǎn)方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，稱其為逆行

地面軌道：衛(wèi)星的地面軌道是地球表面的點(diǎn)，衛(wèi)星在繞地球移動(dòng)時(shí)直接在頭頂上。這形成了一個(gè)以地心為中心的圓。值得注意的是，地球靜止衛(wèi)星是一個(gè)特例，因?yàn)樗鼈円恢敝苯映霈F(xiàn)在地球的同一點(diǎn)上。這意味著它們的地面軌道由地球赤道上的一個(gè)點(diǎn)組成。同樣，對(duì)于具有赤道軌道的衛(wèi)星，地面軌道沿赤道。

對(duì)于這些軌道，通常發(fā)現(xiàn)每個(gè)軌道的地面軌道都向西移動(dòng)，因?yàn)榈厍蛟谛l(wèi)星下方向東旋轉(zhuǎn)。

軌道節(jié)點(diǎn)：這些是地面軌道從一個(gè)半球傳遞到另一個(gè)半球的點(diǎn)。對(duì)于任何非赤道軌道，都有兩個(gè)：

升序節(jié)點(diǎn)：這是地面軌道從南半球傳遞到北半球的節(jié)點(diǎn)。

降序節(jié)點(diǎn)：這是地面軌道從北半球到南半球的節(jié)點(diǎn)。

衛(wèi)星高度：對(duì)于許多軌道計(jì)算，有必要考慮衛(wèi)星在地心上方的高度。這是地球上方的高度加上地球的半徑。這通常被認(rèn)為是 3960 英里或 6370 公里。

軌道速度：對(duì)于圓形軌道，它總是一樣的。然而，在橢圓形的情況下，情況并非如此，因?yàn)樗俣葧?huì)根據(jù)軌道中的位置而變化。當(dāng)它最接近地球時(shí)，它達(dá)到最大值，它必須對(duì)抗最大的引力，當(dāng)它最遠(yuǎn)時(shí)，它處于最低速度。

仰角：仰角是衛(wèi)星出現(xiàn)在水平面上方的角度。如果角度太小，那么如果天線不是很高，信號(hào)可能會(huì)被附近的物體阻擋。對(duì)于那些視野暢通無(wú)阻的天線，仰角小仍然存在問(wèn)題。原因是信號(hào)必須穿過(guò)更多的地球大氣層，因此會(huì)受到更高水平的衰減。通常認(rèn)為五度角是令人滿意的操作的最小角度。

傾斜角度：并非所有衛(wèi)星軌道都遵循赤道 - 事實(shí)上，大多數(shù)近地軌道都不遵循赤道。因此，有必要確定衛(wèi)星軌道的傾斜角度。下圖定義了這一點(diǎn)

衛(wèi)星軌道的傾斜角度

其他衛(wèi)星軌道注意事項(xiàng)

為了使衛(wèi)星可用于通信目的，地面站必須能夠跟蹤它，以便接收其信號(hào)并傳輸回它。自然，只有當(dāng)通信可見(jiàn)時(shí)才有可能，并且根據(jù)軌道的不同，它可能只能在短時(shí)間內(nèi)可見(jiàn)。為確保在最長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行通信，可以使用多種選項(xiàng)：

第一種是使用橢圓軌道，其中遠(yuǎn)地點(diǎn)位于計(jì)劃的地球站上方，以便衛(wèi)星在最長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持可見(jiàn)。

另一種選擇是發(fā)射多顆具有相同軌道的衛(wèi)星，這樣當(dāng)一顆衛(wèi)星從視野中消失并且通信丟失時(shí)，另一顆衛(wèi)星就會(huì)出現(xiàn)。通常需要三顆衛(wèi)星來(lái)保持幾乎不間斷的通信。然而，從一顆衛(wèi)星到另一顆衛(wèi)星的切換給系統(tǒng)帶來(lái)了額外的復(fù)雜性，并且至少需要三顆衛(wèi)星。

圓形衛(wèi)星軌道定義

圓形軌道有多種分類方式。諸如低地球軌道、地球靜止軌道等術(shù)語(yǔ)詳細(xì)說(shuō)明了軌道的獨(dú)特元素。下表給出了圓形軌道定義的摘要：

在某些應(yīng)用中，可能需要高地球軌道。對(duì)于這些應(yīng)用，衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的時(shí)間將超過(guò)24小時(shí)，路徑長(zhǎng)度可能會(huì)變得非常長(zhǎng)，從而導(dǎo)致從地球到衛(wèi)星和返回的往返行程的額外延遲，并增加路徑損耗的水平。

衛(wèi)星軌道的選擇將取決于其應(yīng)用。雖然地球靜止軌道在直接廣播或衛(wèi)星電視等應(yīng)用以及通信衛(wèi)星中很受歡迎，但GPS等其他軌道甚至用于移動(dòng)電話的衛(wèi)星要低得多。即使是新的立方體衛(wèi)星，由于其尺寸、發(fā)射功率和產(chǎn)生的路徑損耗，也使用相對(duì)較低的軌道。

這樣，衛(wèi)星的功能與要求和允許的路徑損耗相結(jié)合，決定了必須將其放置在的軌道上。

審核編輯：黃飛