地球卫星运行的特点（卫星运行轨道科普）

来源B站up主黑店ula

全系列共3篇，本文为第一篇。

LEO（近地轨道）

近地轨道没有公认的严格定义。一般轨道高度在2000km以下的近圆形轨道都可以称之为近地轨道。

由于近地轨道卫星离地面较近，大多数对地观测卫星、测地卫星、空间站以及一些新的通信卫星系统都采用近地轨道。近地轨道上运行着的国土普查、气象、资源、通信等各种用途的卫星，在人类生活中发挥着巨大的作用。

在近地轨道上仍有稀薄的大气，在近地轨道上运行的航天器受到大气阻力的作用，轨道会逐步衰减，即轨道高度会逐步降低，为了使它能在设计的高度上运行，需要对航天器定期或不定期进行轨道维持。

在LEO的天宫一号与神舟九号

LEO-ISS（国际空间站轨道）

国际空间站轨道为近地点400.2km，远地点409.5km，倾角51.64度，轨道周期92.65min/圈的近地轨道。

该轨道上主要运行的是国际空间站，或者将于其对接/从国际空间站撤离的飞船等，以及从国际空间站发射的卫星（对，国际空间站可以发射卫星，主要是从希望号实验舱发射，或是宇航员出舱手动“扔”出。主要为小型或微型卫星）。

国际空间站

PO（极地轨道）

轨道平面与赤道夹角（即倾角）为90度的近地轨道。卫星运行时能到达南北极区上空，即卫星能飞经全球范围的上空。需要在全球范围内进行观测和应用的气象卫星、地球资源卫星等都采用这种轨道。

SSO（太阳同步轨道）

太阳同步轨道是LEO的一种，属于逆行轨道。在此轨道运行的卫星的星下点通过行星表面的任何给定地点时，都在相同的当地太阳时的轨道。（注意！很多人将太阳同步轨道与日心轨道弄混。太阳同步轨道的卫星依然绕地球运行，而日心轨道则是绕太阳运行）

什么意思呢？比如说，卫星在当地时间下午3点整通过某地上空。当该卫星再次飞经该地上空时，和上次一样，还是下午3点。

本质上就是利用了地球的质量分布不均匀的这种特性，通过轨道高度和倾角的组合，刚好每天向东转动0.9863°，恰巧与地球-太阳系统的运行特征相一致的轨道。

太阳同步轨道的倾角并不总是在98°，而是随着轨道高度的不同，有不同的取值，小到96°，大到135°甚至更大。

↑图源即水印

方便记忆的数据：

400公里高度，对应97°

650公里高度，对应98°

900公里高度，对应99°

1100公里高度，对应100°

2000公里高度，对应105°

图源即水印

应用：譬如，当我们需要知道某火箭的长度是，发射架高度是已知的，我们通过测量发射架的影子长度和导弹影子的长度，按照相似三角形的关系，就能推算出导弹的长度了。太阳同步轨道的轨道属性，能够把这种观测手段发挥到极致，能够常年在类似的光照条件下对指定区域进行观测。这样，对于植被的生长情况、冰盖的变化情况等等，就能够实施不间断地观测了。（本段文字来源于微信公众号@小火箭）以及气象卫星、资源卫星、海洋卫星、遥感（侦查）卫星等。

在SSO运行的FY-3

逆行轨道（找不到缩写）

逆行轨道，即轨道倾角大于90度，小于或等于180度的地球轨道。（不限轨道高度）

MEO（中地球轨道）

中轨道地球是指轨道距离地球表面2000～20000km的地球轨道。在该轨道的卫星主要用于全球个人移动通信功能，兼具静止轨道和低轨道的优点。主要应用于导航卫星。

MTO（中地球转移轨道）

中地球转移轨道即为近地点180km～300km（不定），远地点2000km～20000km（不定）的大椭圆轨道。该轨道主要是MEO卫星的临时轨道，卫星不会再次停留很长时间，抵达远地点后卫星或上面级点火，转移进入MEO。（注意！卫星在此轨道不意味着它将进入MEO，可能只是一个大椭圆轨道）

HEO（高椭圆轨道）

高椭圆轨道是一种具有较低近地点和极高远地点的椭圆轨道，其远地点高度大于静止轨道卫星的高度（36000千米）。

根据开普勒定律，卫星在远地点附近区域的运行速度较慢。因此这种轨道的特点是卫星到达和离开远地点的过程很长，而经过近地点的过程极短。这使得卫星对远地点下方的地面区域的覆盖时间可以超过12小时。这种特点能够被通信卫星所利用。

MO（闪电轨道，又称莫尼亚轨道）

闪电轨道是倾角为63.4度的高椭圆轨道（北半球北纬），轨道周期为12小时。闪电轨道是自1960年起使用此轨道的苏联闪电型通讯卫星而得名。

卫星在远地点附近时，卫星对于北半球的俄罗斯、北欧、格陵兰及加拿大都有很好的可见度。为了在北半球有连续的高覆盖率，闪电轨道上至少需要三个人造卫星。

相较于地球静止轨道，到闪电轨道所需的能量较小。缺点是地面站需要一个可调整方向的天线来追踪卫星，且卫星每天需通过有高能辐射的范艾伦辐射带四次，必须要有制造抗躁能力设备的技术累积。

闪电通信卫星

GSO（地球同步轨道）

地球同步轨道运行周期等于地球自转周期（23小时56分4秒），轨道高度约35786km，偏向率为0。在此轨道运行的卫星，不考虑轨道摄动时，在地球同步轨道上运行的卫星每天相同时刻经过地球上相同地点的上空。对地面观侧者而言，每天相同时刻卫星出现在相同的方向上。（注意！地球同步轨道不等于地球静止轨道）

GEO（地球静止轨道）

地球静止轨道属于地球同步轨道，特点为轨道离心率和轨道倾角均为零。运转周期23小时56分04秒。

这意味着地面站与卫星的通信不需要不停地移动天线。由于在静止轨道运动的卫星的星下点轨迹是一个点，所以地表上的观察者在任意时辰始终可以在天空的同一个位置观察到卫星，会发现卫星在天空中静止不动，这意味着地面站与卫星的通信不需要不停地移动天线。因此许多人造卫星，尤其是通讯卫星，多采用地球静止轨道。位于该轨道的卫星，覆盖面积大（一颗卫星几乎可以覆盖40%的地球表面），且相对于地面是静止的，因此在通信、导航、预警、气象等民用和军用领域正发挥着越来越重要的作用。

运行在GEO的SJ-13

IGSO/GIO（倾斜地球同步轨道）

倾斜地球同步轨道与地球静止轨道基本相同，只是倾角为大于0的任何数，在相对地面的运动中会看到大8字形，所以又成为大8字形轨道，中心位于赤道某设定的经度上，高度与地球静止轨道卫星相同，卫星星下点24小时轨迹在本服务区内南北来回运动，也是一种利用。主要应用于导航卫星。

GTO（地球同步转移轨道）

地球同步转移轨道是指近地点低于约36000km，远地点为地球同步轨道高度（约36000公里）的椭圆轨道。是霍曼转移轨道的运用，在远地点加速后可进入GEO（定点需要额外燃料）。

SSTO（超同步转移轨道）

超同步转移轨道即远地点大于35786km的GTO。相较于GTO，可以以更少的燃料进入GEO，同时也减少了运载能力。当卫星抵达远地点后，进行一次点火将近地点抬升到约35786km，再运行到近地点后减速将远地点拉回至约35786km，最后完成定点。

———————以下全程高能——————

TO（冻原轨道或称苔原轨道）

冻原轨道是一种有着较高倾角（苏联使用的通常约63.4°）、高椭圆的地球同步轨道，轨道周期为24小时左右。这种轨道上的人造卫星会在大部分时间里处于地球上某个选定的区域中，这是被叫做“apogee dwell”（远地点驻留）的现象。冻原轨道的卫星的地面轨迹为一个闭合的“8”字形。

准天顶卫星系统轨道的地面轨迹。此卫星轨道倾角为41.0°，近地点高度为 32618 千米，远地点高度为 38950 千米。由于纬度相对较低，轨道离心率比较小。

FO（冻结轨道）

冻结轨道分为两种，一种为临界倾角轨道，另一种为非临近倾角轨道。

当轨道倾角接近约63.5度/116.5度时，轨道拱线（即连接近地点与远地点的直线）不再转动，则是在某个平衡点附近震动。这种轨道就是临界倾角轨道。（运用于闪电通信卫星）

某些对地观测卫星利用地球南北不对称性，使轨道的拱线保持不变，近地点副角、偏心率、倾角都保持不变。这就是非临界倾角轨道。故非常适用于对地观测卫星。

冻结轨道最大的特点就是轨道基本保持不变，（如轨道拱线、近地点副角、偏心率、倾角等等）主要应用于对地观测卫星等。

本文资料、数据主要来源于百度、维基百科、微信公众号@小火箭与热心网友。

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