【正文】 位置。摘自：衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 3常用衛(wèi)星軌道簡介A 衛(wèi)星軌道分為許多類，按照衛(wèi)星軌道參數(shù)劃分為前進(jìn)軌道（傾角小于90176。）、后退軌道、赤道軌道以及極地軌道。前進(jìn)軌道衛(wèi)星順地球自轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)，反之，后退軌道逆地球自轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)。赤道軌道衛(wèi)星傾角為0176。或者180176。，衛(wèi)星在赤道上空運(yùn)行極地軌道衛(wèi)星傾角90176。，衛(wèi)星通過南北兩極。由于地球自轉(zhuǎn)，這一軌道可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。按照衛(wèi)星高度劃分為低高度短壽命軌道，主要適合在軍事衛(wèi)星中高度長壽命軌道，高度3501500km，壽命在1年以上。既有較高的地面分辨率，又有較長的壽命，目前大多數(shù)民用遙感衛(wèi)星都采用這類軌道。高高度長壽命靜止衛(wèi)星運(yùn)行高度35800km，衛(wèi)星壽命在幾年以上，主要用于氣象、廣播、通訊領(lǐng)域。按照衛(wèi)星軌道形狀又可劃分為園軌道和橢圓軌道。圓軌道對于衛(wèi)星軌道預(yù)告和資料定位十分方便。B近極地太陽同步軌道衛(wèi)星的軌道平面與太陽始終保持固定的取向，軌道傾角接近90176。，有時(shí)又簡稱近極地太陽同步軌道或者極地軌道。衛(wèi)星幾乎以同一地方時(shí)經(jīng)過世界各地?？紤]到地球繞太陽公轉(zhuǎn)的因素，必須使衛(wèi)星軌道平面每天自西向東旋轉(zhuǎn)1176。利用地球扁率引起的衛(wèi)星軌道攝動(dòng)來實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道，衛(wèi)星高度越高，實(shí)現(xiàn)太陽同步軌道的傾角也越大。對于TIROSN系列，衛(wèi)星高度870km，176。太陽同步軌道的有點(diǎn)：利用地球自轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)全球觀測，尤其能夠觀測極區(qū) 在觀測時(shí)有合適的照明，可以得到穩(wěn)定的太陽能，保障衛(wèi)星正常工作。但該軌道時(shí)間分辨率低，對某個(gè)地區(qū)的觀測時(shí)間間隔長，一顆極地太陽同步軌道衛(wèi)星每天只能對同一地區(qū)觀測兩次，不能監(jiān)視生命史短、變化快的過程。而且相鄰兩條軌道的觀測資料不是同一時(shí)刻的，需要進(jìn)行同化。C 地球靜止衛(wèi)星軌道軌道傾角為0176。，衛(wèi)星在赤道上面運(yùn)行。衛(wèi)星周期等于地球自轉(zhuǎn)周期。由靜止衛(wèi)星周期T=23h56m04s，可以計(jì)算衛(wèi)星高度 H＝35860km，,衛(wèi)星在軌道運(yùn)行速度V＝：衛(wèi)星高度高、視野廣，一顆靜止衛(wèi)星可以觀測地球南北緯度70176。東西經(jīng)度140176。約占地球表面1/3的面積衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 可以對某個(gè)地區(qū)進(jìn)行連續(xù)觀測，時(shí)間分辨率高但是，不能觀測兩極，而且由于衛(wèi)星高度高，對傳感器靈敏度以及分辨率能力要求高，對衛(wèi)星定位要求高：失之毫厘，差之千里。另外，由于靜止衛(wèi)星只能位于赤道上空，其上能夠容納的衛(wèi)星數(shù)量是有限的。因此，在設(shè)計(jì)靜止衛(wèi)星時(shí)，必須考慮富余設(shè)計(jì)，在衛(wèi)星工作生命到期時(shí)用推力火箭將衛(wèi)星推向更高高度成為宇宙垃圾，騰空原來衛(wèi)星軌道！D 軌道選擇原則從理論上來說，遙感衛(wèi)星的空間軌道可以是任意的。具體到遙感應(yīng)用的具體任務(wù)需求，卻要求選擇最有利的空間軌道。有時(shí)候，軌道選擇對實(shí)現(xiàn)遙感任務(wù)是具體來說，選擇衛(wèi)星軌道應(yīng)該遵循如下原則：減小地球大氣磨擦，H200km 全球覆蓋性的地球觀測－極軌或者近極軌 保持恒定光照－太陽同步軌道 連續(xù)觀測－靜止軌道 地面高分辨率－低軌道盡量選用圓軌道，方便軌道預(yù)報(bào)和衛(wèi)星定位。關(guān)于前蘇聯(lián)在1965年4月23日發(fā)射第一顆試驗(yàn)通訊衛(wèi)星閃電1A成功進(jìn)入一個(gè)繞地的獨(dú)特軌道。其高度變化在600km－39650km之間。西方專家認(rèn)為蘇聯(lián)原計(jì)劃發(fā)射同步衛(wèi)星，由于這樣那樣的原因未能達(dá)到預(yù)定軌道。事實(shí)上，這個(gè)軌道是有意選擇的，對于處于高緯度地區(qū)的蘇聯(lián)來說它是最適合的軌道。蘇聯(lián)人機(jī)智地應(yīng)用了第二運(yùn)動(dòng)定律（越高越慢），把衛(wèi)星發(fā)射在與赤道成65176。傾角的橢圓軌道上，這樣既能照顧到蘇聯(lián)北部又能顧及南部。當(dāng)衛(wèi)星在赤道以北時(shí)，遠(yuǎn)離地球，這樣，在衛(wèi)星繞地一周12小時(shí)內(nèi)有8小時(shí)在蘇聯(lián)上空，這真是一個(gè)聰明的解決辦法。 衛(wèi)星技術(shù)衛(wèi)星遙感是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，衛(wèi)星作為遙感傳感器的空間承載平臺(tái)，與地面平臺(tái)截然不同，需要一些專門的技術(shù)以保障正常的觀測活動(dòng)能夠順利進(jìn)行。衛(wèi)星姿態(tài)控制問題：在太空中，如何保持姿態(tài)穩(wěn)定？引：宇航員在太空中如何把一個(gè)香蕉傳給同伴？兒童常玩的陀螺衛(wèi)星對地觀測，通常要求傳感器保持某種固定的對地姿態(tài)。比如，一般來說要求正對衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 地面觀測，但有些特殊的衛(wèi)星觀測項(xiàng)目，比如臨邊、掩星觀測則要求某些特殊的取向。因此衛(wèi)星遙感中姿態(tài)控制是最基本的衛(wèi)星技術(shù)。比如，我國早期的風(fēng)云衛(wèi)星在上天10多天后姿態(tài)控制就出了問題，衛(wèi)星發(fā)生翻滾，導(dǎo)致整個(gè)衛(wèi)星報(bào)廢！在太空中，衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定采用陀螺原理。早期采用自旋穩(wěn)定，衛(wèi)星繞自身旋轉(zhuǎn)，自旋軸在軌道平面內(nèi)平動(dòng)，儀器裝在衛(wèi)星底部，則在一個(gè)衛(wèi)星周期內(nèi)只有部分時(shí)間能夠進(jìn)行觀測，后來采用滾輪式自旋穩(wěn)定，自旋軸與衛(wèi)星軌道平面垂直，儀器裝在衛(wèi)星側(cè)面，當(dāng)儀器轉(zhuǎn)向朝向地面時(shí)進(jìn)行觀測，這樣在整個(gè)周期內(nèi)都能觀測?，F(xiàn)在的衛(wèi)星大都采用三軸穩(wěn)定：俯仰軸，與軌道平面垂直，控制衛(wèi)星上下擺動(dòng)橫滾軸，平行軌道平面且與軌道方向一致，控制衛(wèi)星左右擺動(dòng) 偏航軸，指向地心，控制衛(wèi)星沿軌道方向運(yùn)行。在衛(wèi)星繞地一圈中，偏航軸與橫滾軸改變360176。才能保持姿態(tài)穩(wěn)定。衛(wèi)星電源衛(wèi)星需要龐大的電能為通訊系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及傳感器提供電力供應(yīng)。衛(wèi)星的供電能力是限制衛(wèi)星載荷的一個(gè)重要因素。早期一般采用化學(xué)電池，容量有限，適合返回衛(wèi)星。目前大都采用太陽能帆板電池。但是在通訊衛(wèi)星上，考慮可能出現(xiàn)的衛(wèi)星蝕，衛(wèi)星上面必須配備蓄電池。衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 2101***TIME調(diào)制過程 通訊衛(wèi)星一旦進(jìn)入軌道，通訊系統(tǒng)是地面與衛(wèi)星之間進(jìn)行聯(lián)系的唯一途徑。衛(wèi)星接收各種控制指令和發(fā)送各種狀態(tài)，實(shí)時(shí)傳輸型遙感衛(wèi)星，傳感器獲得的資料也必須借助通訊系統(tǒng)發(fā)回地面。通訊系統(tǒng)負(fù)責(zé)對衛(wèi)星源數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，生成調(diào)制波，地面接收調(diào)制波，再經(jīng)解調(diào)還原數(shù)據(jù)。通訊系統(tǒng)能力是制約衛(wèi)星遙感的一大因素，特別是目前越來越突出。在有些衛(wèi)星上面，特別是極軌衛(wèi)星，當(dāng)衛(wèi)星不再地面接收區(qū)之外時(shí)還需要另外的資料暫存系統(tǒng)保存數(shù)據(jù)，在衛(wèi)星再次飛臨地面站上空時(shí)發(fā)送。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)由于受到運(yùn)載火箭發(fā)射能力的限制，衛(wèi)星設(shè)計(jì)要求采用高強(qiáng)度、輕重量的材料，在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)盡可能減輕自身重要，以便盡可能多增加負(fù)載容量。另外，衛(wèi)星在太空保持姿態(tài)穩(wěn)定的需要，通常都設(shè)計(jì)成某種對稱結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代衛(wèi)星都有一對長長的太陽能帆板,以及固定指向的通訊天線。除此之外，現(xiàn)代衛(wèi)星對空間電磁環(huán)境，空間熱輻射的嚴(yán)格要求，也是衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮的因素。衛(wèi)星在運(yùn)行過程中，向陽面溫度高，背陰面溫度低，衛(wèi)星的這種溫差可以達(dá)到200℃。另外，用電功耗大的儀器會(huì)發(fā)熱，需要將熱量散發(fā)出去，處于低溫環(huán)境的設(shè)備需要保溫或加溫，這些都要靠熱控措施來解決。衛(wèi)星的熱控措施有被動(dòng)熱控和主動(dòng)熱控之分。被動(dòng)熱控就是為被控設(shè)備選擇合適的表面涂層或隔熱保溫材料進(jìn)行保溫，或用散熱好的材料散熱。而主動(dòng)熱控則是以電控方法采用加熱或通風(fēng)的辦法達(dá)到升溫或降溫的目的，以保證星上設(shè)備具有正常的溫度環(huán)境。衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 5軌道攝動(dòng)與軌道維護(hù)除了地球引力外，高空稀薄大氣阻力，日月及其它天體引力，太陽光壓，電磁力等因素都會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星偏離預(yù)定開普勒軌道。在衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行的整個(gè)階段，必須時(shí)刻監(jiān)測衛(wèi)星的軌道運(yùn)行狀態(tài)。另外，在衛(wèi)星業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中，出于某種目的需要變更衛(wèi)星軌道－比如改變觀測計(jì)劃（TRMM升軌），報(bào)廢靜止衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移等。衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展趨勢材料科學(xué)和電子科學(xué)的飛速進(jìn)步極大地促進(jìn)了衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步。納米級的電子元器件、微米以至納米級的微機(jī)電裝置、星上信息處理技術(shù)、星間激光信技術(shù)、超輕型材料和充氣式結(jié)構(gòu)、高效太陽能空間電源系統(tǒng)和電推進(jìn)系統(tǒng)等 ,將推動(dòng)衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。高強(qiáng)度輕型材料的發(fā)展，可以大幅度地降低結(jié)構(gòu)重量，大大提高有效載荷重量； 電路的高度集成化和微處理器執(zhí)行指令速度的大大提高 ,電子系統(tǒng)的體積、重量和能耗都會(huì)大大下降，性能指標(biāo)則大大提高。高效太陽能空間電源系統(tǒng)有望使得能源供應(yīng)容量成倍提高，為荷載更多傳感器提供便利。風(fēng)云一號(hào)D星外觀作業(yè)：衛(wèi)星軌道與衛(wèi)星技術(shù)－教案－2004/09 1 風(fēng)云一號(hào)D星是我國自行研制的第一代太陽同步軌道氣象衛(wèi)星的第四顆星。該星總質(zhì)量為958千克，軌道高度為870公里。另據(jù)報(bào)道，風(fēng)云一號(hào)D環(huán)繞地球飛行第二圈時(shí)，５月１5北京時(shí)間上午１１時(shí)４４分３６秒，烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站成功接收到第一張從“風(fēng)云一號(hào)D”傳回地面的云圖。查找烏魯木齊的地面經(jīng)緯度，估算風(fēng)云一號(hào)D星的軌道升交點(diǎn)赤度。美國國家大氣海洋局發(fā)射的NOAA－6衛(wèi)星近地點(diǎn)797km，遠(yuǎn)地點(diǎn)813公里，試估算該衛(wèi)星的在軌速度。