地球同步軌道，衛(wèi)星念念不忘

地球同步軌道是以地球?yàn)橹行?、航天器公轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期均為23小時(shí)56分04秒的軌道。在這類軌道上，衛(wèi)星的星下點(diǎn)在每天同一時(shí)刻是相同的。其中，在赤道上空的圓形軌道又稱為地球靜止軌道，衛(wèi)星會(huì)始終位于赤道某一點(diǎn)的正上方，保持相對靜止。此外，地球同步軌道還包括橢圓同步軌道、傾斜同步軌道、極地同步軌道等。

地球同步軌道在通信、氣象、遙感、偵察等方面具有重要價(jià)值。在地球靜止軌道上，通信衛(wèi)星的信號覆蓋區(qū)域基本固定，因此區(qū)域內(nèi)任何地面站點(diǎn)之間可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷通信。在傾斜同步軌道和極地同步軌道上，每天衛(wèi)星都會(huì)經(jīng)過相同的地區(qū)上空，所以在氣象、偵察、科學(xué)研究等領(lǐng)域很受重視。尤其是極地同步軌道，對于兩極地區(qū)和高緯度地區(qū)的通信效果影響很大。

不過，火箭發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)入這類軌道是困難且復(fù)雜的。地球同步軌道半長軸為42164公里，對火箭運(yùn)力提出了極高的要求。一般來說，衛(wèi)星需要先被發(fā)射到較低的停泊軌道，再加速進(jìn)入與地球同步軌道相切的地球同步轉(zhuǎn)移軌道，在該軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)及時(shí)調(diào)整，進(jìn)入地球同步軌道，該過程稱為“霍曼轉(zhuǎn)移”。

此外，地球靜止軌道的軌道傾角為0度，但發(fā)射場不會(huì)恰好建設(shè)在赤道上，因此航天器一般需要在霍曼轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，從地球同步轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)再進(jìn)行一次軌道傾角修正，為此消耗的能量甚至?xí)^改變軌道高度。解決方法之一是應(yīng)用地球超同步轉(zhuǎn)移軌道，其遠(yuǎn)地點(diǎn)距離明顯大于普通的地球同步轉(zhuǎn)移軌道，因此遠(yuǎn)地點(diǎn)速度進(jìn)一步降低，有望幫助航天器大幅節(jié)約燃料。

隨著地球同步軌道的價(jià)值日益被重視且“空缺”越來越有限，其應(yīng)用前景值得關(guān)注。一方面，在商業(yè)運(yùn)營中，地球同步軌道衛(wèi)星普遍向著小型化、定制化、低成本等發(fā)展；另一方面，大型通信衛(wèi)星始終希望通信能力更強(qiáng)、功能更豐富。7月28日，美國獵鷹重型火箭發(fā)射了重達(dá)9.2噸的木星-3商業(yè)通信衛(wèi)星，打破了地球同步軌道衛(wèi)星的質(zhì)量紀(jì)錄。

從積極興建低緯度發(fā)射場，到大力開發(fā)地球超同步轉(zhuǎn)移軌道等空間資源，人們正在不斷尋求新方法來滿足對地球同步軌道的需求。隨著更多創(chuàng)新性火箭、衛(wèi)星設(shè)計(jì)涌現(xiàn)，相信地球同步軌道將助力航天事業(yè)邁向新高度。（作者：楊澤生）

本文首發(fā)于《中國航天報(bào)·飛天科普周刊》