卫星靠什么改变轨道的（卫星是怎么进入轨道的）

卫星是怎么到“跑”轨道上的？还能一直沿着轨道“跑”？

每天都有超过一千颗人造卫星绕着地球转。这些卫星在许多领域里扮演着重要的角色，像全球数字通讯系统，天气预报，无线电和电视信号的传送，军事行动还有其他各种各样深远影响着人类生活方式和文明的关键领域。

GOES-8，一颗已退役的美国天气卫星（图片来源：NOAA In Space Collection /维基百科）

然而，当你看洋基队棒球比赛直播或者跟你远在千里的朋友视频的时候，你好奇过这一过程都是怎么完成的吗？人造卫星是如何被发射到绕地球的轨道的，好让它能够在那停留数年甚至数十年？

人造卫星是怎么发射的呢？

每颗人造卫星都有非常明确的目的。一些卫星是为了观察某地区中的各种地理事件，一些是被用作为间谍卫星的，但是仍然有很多卫星是由私人组织发射来广播全球通讯信号的。不管这些人造卫星的类型和目的是什么，每一颗卫星都必须到达特定的轨道，即到达一条绕地（球）轨道。

绕地轨道的类型（基于高度来讲）

根据这些卫星各自距离地球表面的高度来分，有四种主要的绕地轨道，近地轨道(简称LEO，国际空间站就在这个轨道上)、中地球轨道(简称MEO, 是GPS卫星所在轨道)、地球静止轨道和高地球轨道(简称HEO，其中只包含少量卫星，如NASA的星际边界探测器)。

轨道高度,不同绕地轨道的高度（图片来源：Rrakanishu / 维基百科）

目前为止，大多数功能性人造卫星都在近地轨道LEO上运行，而其他的一些则在地球静止轨道或者中地球轨道MEO。

一颗人造卫星需要很高的水平速度以达到其轨道。

一颗人造卫星仅凭它自身并没有足够的加速动力去上升，去穿过厚厚大气层到达太空中。为了帮助它实现这一目标，它被附在运载火箭上——运载火箭能够在它最终分离并落回地球之前使人造卫星迅速加速。

火箭发射到太空的图解

由于一个有趣的物理现象，艾萨克·牛顿爵士第一次提出假设，火箭不是沿着直线上升，而是应该沿着弯曲的路线（轨道）进入轨道。

牛顿大炮

假设你有一个大炮可以发射你想发射的炮弹。为了让发射出去的炮弹速度尽可能的快，你显然需要在一处高地（这样炮弹在它的路径上才能没有障碍物）发射。现在，你发射炮弹的火力越强，即炮弹的水平速度越快，它在落地之前飞的距离越远。

如果你不断增大炮弹的水平速度，在某一点（当水平速度到达7,300m/s时），炮弹将飞得足够快，快到它不会落地！取而代之的是，炮弹将在某一固定轨道持续环绕着我们的地球。下面的动画将帮助你更好地想象它：

如图C即为水平速度为7,300m/s的轨迹

在发射人造卫星的时候也应用了同样的原理。为了尽可能地快速穿过大气层最厚的部分，所以是垂直发射的。但一旦到达预定的高度，大多数火箭的驱动力就会用于增加水平速度，这样才能让它进入固定绕地轨道。

这就是为什么卫星是沿着抛物线轨迹发射的而不是直线向上发射的。

一个火箭的路径,注意火箭路径是如何逐渐变弯曲的（图片来源：pixabay）

由于地球引力在近地轨道是最大的，所以近地轨道上的卫星要比那些中地球轨道或对地静止轨道的卫星受到更强的地球引力。正因如此，近地轨道卫星比那些更高轨道上的卫星“飞”得更快（也就是它们有更高的轨道速度，环绕速度更快）。

ISS（国际空间站），国际空间站就是发射在近地轨道的，它以约8千米/秒的极快速度环绕地球。为了弄进一步了解它到底有多快，想想看：如果你在足球场的一端开了一枪，在子弹飞出10码（约914.4厘米）之前国际空间站将飞出一个足球场的长度！（图源：Wikipedia）

现在我们脑海中已经有了卫星如何发射到轨道中的认识，让我们继续了解卫星是怎么独立在轨道上呆那么久的。

卫星是如何在轨道上运行数年的？

这里，又可以用牛顿大炮思想的实验来解释。为了卫星保持在其轨道中运行，它必须以惊人的超快速度环绕地球，这样才不会直直掉落在地球上。如此之高的速度是由卫星在它自己的发动机的助推下实现的（在火箭被卫星投弃之后）。

请注意这些卫星实际上一直是趋向于向地面坠落的。只是因为它们的水平速度极高才使得它们持续向地面飞去的同时，地球成为在它们之下弯曲的曲面（这样卫星就撞不到地面）。但是，（由于空气阻力）那些近地卫星也仍会比那些运行在更高轨道的卫星更快丧失它们的高度（或经历‘轨道衰减’）。

国际空间站每天都要经历约100米的‘轨道衰减’。换句话说，国际空间站每24小时就会丧失100米的高度。（图源：Wikimedia Commons）

像这样的卫星（包括国际空间站）必须持续加速推进来维持它的运行轨道避免掉回地球坠毁。

简而言之，卫星离地球跃进，它掉落到地球的速度越快。为了确保这一切不会发生，它必须要有很高的水平速度，这就意味着要花很多钱来为卫星装备充足的燃料和所有必要的机件。这就是为什么人说‘卫星业务’在你的口袋里烧了个洞，它就是个无底洞！

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Ashish-U_Uranus

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