太阳同步轨道
Sun-synchronousorbit
理论定义
太阳同步轨道的理论定义是:轨道平面进动方向与地球公转方向大致相同,进动角速率等于地球公转平均角速率(0.度/日或度/年)的人造地球卫星轨道。
所谓太阳同步轨道是指卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向。由于这种轨道的倾角接近90°,卫星要在极地附近通过,所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道。其实,说简单一点,就是能保证卫星每天以相同方向经过同一纬度的当地上空的轨道。因为,我们知道,卫星运行的周期是由的处的轨道决定的,因此,这样的轨道是可以确定的。
选择太阳同步轨道,能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区,这当然便于我们获得最好的太阳光条件,从而得到高质量的地面目标图像,这就是气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因。茫茫星空,有心人会发现,有些卫星几乎总是在同一时刻出现的天空中的同一位置,奇怪吗?其实一点也不奇怪,因为它们处在地球同步轨道上。所谓地球同步轨道,就是沿这个轨道走一圈所需的时间恰好与地球自转的周期(23小时56分4秒)相同。也许有人会说,那么如果走得速度快慢不一,那得到的时间不也就不同了吗。其实,按照天体运行规律,每条轨道上运行的物体的速度是固定的。因此,不用担心会出现时间上的不一致性。
那么,地球同步轨道有什么用呢?设想一下,如果我们想每天监视地球上的同一个地方,我们的卫星该放在哪儿?当然是地球同步轨道。再如象俄罗斯,它处于高轨地区,常用的静止轨道卫星无法覆盖,如果想实现卫星通信,太阳同步轨道是再好的选择。事实上,俄罗斯的“闪电”通信卫星也正是这样选择运行轨道的。
运行要素
太阳同步轨道的半长轴、偏心率和倾角这三个轨道要素须满足下式:
cosi=-4.×10-15(1-e2)2a7/2
式中a为轨道半长轴,e为偏心率,i为倾角。
由公式可以得知:太阳同步轨道的倾角必须大于90°,即它是一条逆行轨道。在圆轨道时,倾角最大为°,所以太阳同步轨道的高度不会超过公里。
在太阳同步轨道上运行的卫星,以相同方向经过同一纬度的当地时间是相同的。例如卫星由南向北(升段)经过北纬40°上空是当地时间早晨8点,以后升段经过北纬40°都是当地时间早晨8点。由于地球公转,即使时间相同,不同季节的地面光照条件也有明显差别。但是在一段不长的日子里光照条件大致相同。选择适当的发射时间,可以使卫星经过一些地区时这些地区始终具有比较好的光照条件,并且卫星在这些地区的上空始终处在太阳光的照射下,不会进入地球阴影,这时太阳电池可以充足供电而不会中断。倾角稍大于90°的太阳同步轨道还兼有极轨道的特点,可以俯瞰整个地球表面。
气象卫星、地球资源卫星和照相侦察卫星一般都取太阳同步轨道,以使拍摄的地面目标的图像最好。太阳同步轨道对于轨道的精度要求较高,为了较长时间都能与太阳“同步”,卫星需要设有轨道控制系统,用于修正轨道误差和不断克服摄动力影响。
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