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近地轨道

近地轨道(Low-earth orbit)又称低地球轨道,是指航天器距离地面高度较低的轨道。通常把高度在500千米以下的航天器轨道称为低轨道,500至2000千米高的轨道称为中轨道,中、低轨道合称为近地轨道。

卫星轨道高度低于160千米时,由于大气阻力的作用,飞行器会急剧下降,并坠入大气层,因此低地球轨道通常在160千米以上。低地球轨道卫星的在轨运行速度通常在7~8千米/秒,绕地运行一周的时间通常在90~130分钟。低地球轨道容易受大气阻力摄动的影响,导致卫星轨道不断降低、变圆,因此卫星需携带额外的燃料修正轨道的衰减;低地球轨道对地运动速度较快,单颗卫星的可视时间较短,用户在通信过程中会经历频繁的卫星间和波束间的切换。

近地轨道主要用于对地观测卫星、通信卫星、部分导航卫星以及国际空间站(ISS)和天宫二号等。对地观测卫星如海洋卫星、地球环境卫星及气象卫星;通信卫星如全球星通信系统(Globalstar);导航卫星如子午卫星系统。

轨道环境

辐射环境

能够到达近地轨道的银河宇宙射线(GCR)粒子几乎包括了元素周期表的所有原子的核和电子,而前28个元素是低轨道辐射的主要组成部分。其中丰度最大的是质子,约为85%;其次是α粒子,约为14%;其余为重离子。当发生太阳质子事件时,会有大量高能带电粒子进入近地轨道,其中绝大部分是质子,其次是α粒子及少量重离子和电子。带电粒子的能量范围一般在10~105MeV。

太空垃圾

太空垃圾就是空间碎片,是人类空间活动的产物,包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间的碰撞产生的碎块等,是空间环境的主要污染源。大多数太空垃圾都身处距离地球表面322公里至483公里高的低地球轨道上,而在位于逾3.2万公里高的地球同步轨道上,有数百万块太空碎片,其中包括被遗弃的宇宙飞船和失灵的卫星、脱落的火箭外壳、太空舱碰撞和对接过程中产生的金属碎片、螺丝螺母螺栓、丢落的工具、冻结的火箭燃料块等。

美国航空航天局2004年的一份报告显示,俄罗斯是太空垃圾的最大来源国,其次是美国。俄罗斯“和平”号空间站虽为人类太空探索作出过重大贡献,但也在运行过程中产生了200多包垃圾。1965年,美国第一位太空行走者怀特在他第一次进行太空行走时掉了一副备用手套。从那时开始,宇航员已经由于不小心而在环绕地球的太空轨道中丢下了近10万件不同寻常的太空垃圾。由于空间碎片与航天器之间的相对速度很大,一般为每秒几千米至几万米,因此,两者即使是轻微碰撞,也会造成航天器的重大损坏。一块仅有阿司匹林药片大的残骸就能将人造卫星撞成“残废”。

使用情况

地球轨道主要用于对地观测卫星、通信卫星、部分导航卫星以及空间站等。

对地观测卫星,如CHAMP、GRACE、GOCE等重力卫星,Topex/Poseidon、Jason系列、海洋系列等海洋卫星,Landsat系列、资源系列等地球环境卫星,以及NOAA、风云系列等气象卫星。

通信卫星,如星系统(Iridium)、全球星通信系统(Globalstar)和轨道通信系统(Orbcomm)等。

导航卫星,如子午卫星系统(Transit,被GPS系统代替)。

空间站,如国际空间站(ISS)和天宫二号

中国用长征一号、风暴一号两种运载火箭发射的科学技术试验卫星,用长征二号、二号丙、二号丁3种运载火箭发射的返回式遥感卫星以及用长征二号F运载火箭发射的神舟飞船,都是从酒泉发射中心起飞被送入近地轨道运行的。通过长征三号甲运载火箭发射的北斗导航试验卫星也是被送入近地轨道。

相关轨道

中地球轨道(MEO): 距地面约1200 - 36000公里的圆轨道。

地球同步轨道 (GEO) : 距地面约36000公里的圆轨道。其特点有:卫星的运行方向与地球自转方向相同,运行轨道为位于地球赤道平面上的圆形轨道,运行周期与地球自转一周(恒星日)的时间相等,即23小时56分4秒,卫星在轨道上的绕行速度等于地球自转的角速度

地球静止轨道 (GSO): 轨道倾角为0度的地球同步轨道。

地球同步转移轨道(GTO):距地面近地点约200公里,远地点约36000公里的椭圆轨道

太阳同步轨道(SSO):卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向,轨道倾角(轨道平面与赤道平面的夹角)接近90度,卫星飞行时经过两极附近,距地面约800公里的圆轨道。

参考资料

低地球轨道.中国大百科全书.2024-03-08

卫星倾角.中国大百科全书.2024-03-02

近地轨道辐射环境.中国大百科全书.2024-03-02

卫星轨道.中国航天科技集团有限公司.2024-03-03

英法卫星公司合并,向马斯克和贝佐斯发起挑战.今日头条.2023-12-26

航天近地轨道.中国政府网.2024-03-03

太空垃圾至少有3000吨 危害严重成航天器天敌.央视网.2024-03-08

地球同步轨道.中国大百科全书 .2024-03-13