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衛星軌道

衛星在軌道運行過程中改變軌道的過程稱為變軌。衛星的軌道是橢圓的,所以節省發射火箭燃料的辦法可以是先發射到大橢圓軌道上。當衛星處於遠地點時,調整衛星上方的姿態點燃火箭,使衛星的軌道變成要求的高度。變軌可以重復,需要精確計算衛星變軌時間,由地面指令控制。受地球引力的影響,衛星和宇宙飛船(包括空間站)的軌道會以每天100米左右的速度下降。這會影響衛星和飛船(包括空間站)的正常工作。在軌道運行過程中,經常需要改變軌道。變軌除了避免“太空垃圾”帶來的傷害,主要是保證其運行壽命。

從動力學的角度來看

——當飛船發動機的噴流加速時,飛船的速度增加,圓周運動所需的向心力增加,但圓周運動提供的向心力(即重力)不變,飛船會做離心運動,軌道增加,速度降低。

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參考閱讀:

比如衛星、飛船(包括空間站)在軌道運行過程中,經常需要改變軌道。除了避免“太空垃圾”造成的損害,主要是保證其運行壽命。據介紹,由於地球引力的影響,衛星和宇宙飛船(包括空間站)的軌道會以每天約100米的速度下降。這會影響衛星、飛船(包括空間站)的正常工作,使其軌道長時間越來越低,最終墜入大氣層。據俄羅斯飛行控制中心201年2月0日淩晨宣布,國際空間站軌道當天成功提升6.2公裏,為俄羅斯載人飛船和美國航天飛機與空間站對接創造了條件。

軌道提升開始於莫斯科時間0: 015(北京時間5: 015),停靠在國際空間站“星星”號服務艙的俄羅斯貨運飛船“進步M-04m”的8臺發動機啟動並工作了1557秒。當航天器的發動機向後噴射時,它將獲得向前的加速度,航天器的姿態將發生變化。那麽如何從物理角度分析這個變軌過程呢?根據衛星運行定律,在軌運行速度V由以下公式確定:

其中g為引力常數,m為地球質量,R為衛星軌道半徑(地球半徑R+衛星離地高度h)。從上式可以看出,衛星在軌速度完全由軌道半徑決定:與其平方根成反比——軌道半徑越小,速度越大(飛近地球表面,其最大速度為第壹宇宙速度7.9km/s);軌道半徑越大,其速度越小。變軌過程中,衛星從低軌道調整到高軌道,軌道半徑增大,運行速度會比原來低。根據上面的公式,我們可以計算出衛星的運行速度(變化)隨軌道半徑增大的數據:從上表中的數據可以看出,衛星的運行速度隨著軌道半徑(離地高度)的增大越來越小。高度每增加50公裏,速度指定減少28米/秒(非線性)。這壹次,國際空間站的軌道增加了6.2公裏,運行速度僅下降了每秒3米。可能有人會對此提出質疑——顯然是飛船發動機的噴氣加速,所以在變軌過程中應該逐漸提高飛船的速度。

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