全面解析卫星轨道类型和定义

可以使用许多不同的卫星轨道。最受关注的是使用的地球静止轨道，因为它们静止在地球上的特定点上方。

为卫星选择的轨道取决于其应用。用于直播电视的那些，例如卫星电视使用地球静止轨道。许多通信卫星同样使用地球静止轨道。

其他卫星系统，例如用于卫星电话的卫星系统，可能使用低地球轨道系统。同样，用于卫星导航系统的卫星系统，如Navstar或全球定位（GPS）系统，占据了相对较低的地球轨道。还有许多其他类型的卫星，从气象卫星到研究卫星等等。根据其应用，每个轨道都有自己的轨道类型。

此外，新的立方体卫星或立方体卫星也使用相对较低的轨道，因为它们可以传输的功率水平和允许的路径损耗。

选择的实际卫星轨道将取决于各种因素，包括其功能以及它所服务的区域。在某些情况下，低地球轨道 LEO 的卫星轨道可能低至 100 英里（160 公里），而其他近地轨道 GEO 的卫星轨道可能超过 22 000 英里（36000 公里）。卫星甚至可能有一个椭圆形而不是圆形的轨道。

重力轨道和卫星轨道

当卫星绕地球运行时，它们会被引力场拉回。如果它们没有任何自己的运动，它们就会落回地球，在大气层的上游燃烧。相反，围绕地球旋转的卫星的运动具有与之相关的力，将其推离地球。对于任何给定的轨道，都有一个速度，在这个速度下，重力和离心力相互平衡，卫星保持在稳定的轨道上，既不增加高度也不失去高度。

显然，卫星绕地球运行得越低，引力就越强，这意味着卫星必须以更快的速度飞行才能抵消这种引力。更远的地方，引力场较小，卫星速度也相应较小。对于大约 100 英里的极低轨道，需要每小时约 17500 英里的速度，这意味着卫星将在大约 90 分钟内绕地球运行。在22000英里的高度，需要低于每小时7000英里的速度，从而实现约24小时的轨道时间。

圆形和椭圆轨道定义

卫星在两种基本轨道类型之一中绕地球运行。

圆形卫星轨道：对于圆形轨道，与地球的距离始终保持不变。

椭圆卫星轨道：椭圆轨道改变了到地球的距离

卫星轨道

有许多定义与各种不同类型的卫星轨道有关：

地质中心 ：当卫星以圆形或椭圆形轨道绕地球运行时，卫星轨道形成一个穿过地球重心或地心的平面。

绕地球旋转的方向：卫星轨道有两种分类方式：

正姿：当地球的自转方向与地球的自转方向相同时，绕地球的自转被称为正轨。

逆行：当绕地球的自转方向与地球的自转方向相反时，称其为逆行

地面轨道：卫星的地面轨道是地球表面的点，卫星在绕地球移动时直接在头顶上。这形成了一个以地心为中心的圆。值得注意的是，地球静止卫星是一个特例，因为它们一直直接出现在地球的同一点上。这意味着它们的地面轨道由地球赤道上的一个点组成。同样，对于具有赤道轨道的卫星，地面轨道沿赤道。

对于这些轨道，通常发现每个轨道的地面轨道都向西移动，因为地球在卫星下方向东旋转。

轨道节点：这些是地面轨道从一个半球传递到另一个半球的点。对于任何非赤道轨道，都有两个：

升序节点：这是地面轨道从南半球传递到北半球的节点。

降序节点：这是地面轨道从北半球到南半球的节点。

卫星高度：对于许多轨道计算，有必要考虑卫星在地心上方的高度。这是地球上方的高度加上地球的半径。这通常被认为是 3960 英里或 6370 公里。

轨道速度：对于圆形轨道，它总是一样的。然而，在椭圆形的情况下，情况并非如此，因为速度会根据轨道中的位置而变化。当它最接近地球时，它达到最大值，它必须对抗最大的引力，当它最远时，它处于最低速度。

仰角：仰角是卫星出现在水平面上方的角度。如果角度太小，那么如果天线不是很高，信号可能会被附近的物体阻挡。对于那些视野畅通无阻的天线，仰角小仍然存在问题。原因是信号必须穿过更多的地球大气层，因此会受到更高水平的衰减。通常认为五度角是令人满意的操作的最小角度。

倾斜角度：并非所有卫星轨道都遵循赤道 - 事实上，大多数近地轨道都不遵循赤道。因此，有必要确定卫星轨道的倾斜角度。下图定义了这一点
 

卫星轨道的倾斜角度

其他卫星轨道注意事项

为了使卫星可用于通信目的，地面站必须能够跟踪它，以便接收其信号并传输回它。自然，只有当通信可见时才有可能，并且根据轨道的不同，它可能只能在短时间内可见。为确保在最长的时间内进行通信，可以使用多种选项：

第一种是使用椭圆轨道，其中远地点位于计划的地球站上方，以便卫星在最长的时间内保持可见。

另一种选择是发射多颗具有相同轨道的卫星，这样当一颗卫星从视野中消失并且通信丢失时，另一颗卫星就会出现。通常需要三颗卫星来保持几乎不间断的通信。然而，从一颗卫星到另一颗卫星的切换给系统带来了额外的复杂性，并且至少需要三颗卫星。

圆形卫星轨道定义

圆形轨道有多种分类方式。诸如低地球轨道、地球静止轨道等术语详细说明了轨道的独特元素。下表给出了圆形轨道定义的摘要：

 

卫星轨道定义
轨道名称	轨道首字母缩写	轨道高度（地球表面以上公里）	详情/意见
近地轨道	狮子座	200 - 1200
中地球轨道	MEO的	1200 - 35790
地球同步轨道	GSO组织	35790	每天绕轨道运行一次，但不一定与地球自转方向相同 - 不一定是静止的
地球静止轨道	地理	35790	每天绕轨道运行一次，沿与地球相同的方向移动，因此在地球表面的同一点上方看起来是静止的。只能在赤道以上。
高地球轨道	嘿嘿	35790以上

 

在某些应用中，可能需要高地球轨道。对于这些应用，卫星绕地球运行的时间将超过24小时，路径长度可能会变得非常长，从而导致从地球到卫星和返回的往返行程的额外延迟，并增加路径损耗的水平。

卫星轨道的选择将取决于其应用。虽然地球静止轨道在直接广播或卫星电视等应用以及通信卫星中很受欢迎，但GPS等其他轨道甚至用于移动电话的卫星要低得多。即使是新的立方体卫星，由于其尺寸、发射功率和产生的路径损耗，也使用相对较低的轨道。

这样，卫星的功能与要求和允许的路径损耗相结合，决定了必须将其放置在的轨道上。

审核编辑：黄飞