人造地球衛(wèi)星的軌道似乎有各種形狀，但你仔細(xì)觀察以后，會發(fā)現(xiàn)它們主要呈現(xiàn)圓形和橢圓形兩種，其中圓軌道是橢圓軌道的特殊情況。衛(wèi)星的軌道形狀與人造地球衛(wèi)星入軌時的速度和方向有關(guān)，究竟采用哪種形狀的軌道，則是由人造地球衛(wèi)星的功能和用途決定的。

1 運行軌道形狀與航天器速度有關(guān)

人造地球衛(wèi)星軌道是人造地球衛(wèi)星繞地球運行的軌道。它呈一條封閉的曲線。這條封閉曲線形成的平面叫人造地球衛(wèi)星的軌道平面，軌道平面總是通過地心的。

衛(wèi)星與火箭分離示意圖

要回答人造地球衛(wèi)星的軌道形狀問題，首先應(yīng)該了解三個宇宙速度的基本概念。眾所周知，航天器（包括人造地球衛(wèi)星、載人航天器、空間探測器）要離開地面進入太空需達(dá)到一定速度，才能克服地球的引力而不落到地面。理論和實踐都已證明，在航天器的飛行速度達(dá)到7.9km/s時，它可以環(huán)繞地球運轉(zhuǎn)。一般把航天器在地球圓軌道飛行的速度叫環(huán)繞速度，7.9km/s也叫第一宇宙速度。當(dāng)航天器的飛行速度達(dá)到11.2km/s時，它就可以脫離地球軌道，成為圍繞太陽運行的人造行星，或者飛向太陽系的其他星球上去。一般脫離地球軌道的速度叫逃逸速度,11.2km/s也叫第二宇宙速度。如果航天器的飛行速度達(dá)16.6km/s, 它就可以脫離太陽系，到其他恒星世界去，16.6km/s也叫第三宇宙速度。所以，人造地球衛(wèi)星的速度至少要達(dá)到7.9km/s，才能繞地球運轉(zhuǎn)。

航天器與發(fā)射它的運載火箭分離后入軌點的軌道速度叫入軌速度。入軌點的位置確定后，入軌速度的大小和方向就決定了人造地球衛(wèi)星的軌道形狀。如果航天器入軌速度在環(huán)繞速度和逃逸速度之間時，軌道為橢圓；當(dāng)航天器入軌速度等于環(huán)繞速度而且是水平方向時，軌道為圓形；當(dāng)入軌速度等于逃逸速度時，軌道為拋物線形；當(dāng)入軌速度大于逃逸速度時，軌道為雙曲線形。另外，入軌速度大小相同而方向不同時，航天器的軌道形狀也會有很大差異。

2 人造地球衛(wèi)星軌道的高低與用途

人造地球衛(wèi)星有的運行在圓軌道,有的運行在橢圓軌道：它們還有高低之分：距地面200～2000km的軌道叫低軌道，距地面2000～20000km的軌道叫中軌道，距地面20000km以上的軌道叫高軌道，為了完成預(yù)定任務(wù)，不同的衛(wèi)星在軌道形狀、高低等方面有明顯差異。

運行在大橢圓軌道的我國實踐－1衛(wèi)星示意圖

由探測－1、2組成的中國地球空間雙星探測星座示意圖。為了科研需求，探測－1運行在大橢圓形赤道軌道，探測－2運行在橢圓形極軌道

例如，采用圓形軌道有同地球表面保持等距離的優(yōu)點，所以用于觀察地球、通信廣播、導(dǎo)航定位和大地測量的衛(wèi)星常采用這種軌道；但也有一些衛(wèi)星采用橢圓軌道，例如，俄羅斯的“閃電”通信衛(wèi)星運行在大橢圓軌道，這是因為俄羅斯國土緯度較高，如果使用地球靜止軌道衛(wèi)星不能覆蓋高緯度地區(qū)，而“閃電”通信衛(wèi)星軌道的遠(yuǎn)地點高度為40000km，近地點在470km，傾角63°，即遠(yuǎn)地點在北半球上空。這樣衛(wèi)星可緩慢經(jīng)過俄羅斯境內(nèi)，與地面控制站失去聯(lián)系的時間很短。不過，為了保證提供俄羅斯境內(nèi)不間斷通信，需要多顆“閃電”衛(wèi)星協(xié)作。另外，如果是為了科學(xué)研究(研究地球不同高度上磁場的強度，大氣壓力、溫度、密度，宇宙空間輻射的強度分布……)，使探測范圍更大些，可以選擇扁的軌道。我國1971年3月3日發(fā)射的實踐－1科學(xué)衛(wèi)星，其軌道的近地點是266km，遠(yuǎn)地點是l826km。

3 幾種常用的人造地球衛(wèi)星軌道

按飛行方向分，人造地球衛(wèi)星軌道可分為順行軌道（與地球自轉(zhuǎn)方向相同）、逆行軌道（與地球自轉(zhuǎn)方向相反）、赤道軌道（在赤道上空繞地球飛行）和極軌道（經(jīng)過地球南北極上空）等。人造地球衛(wèi)星還有以下幾種特殊軌道。

人造地球衛(wèi)星在順行軌道上繞地球運行時，其運行周期（繞地球一圈的時間）與地球的自轉(zhuǎn)周期相同的軌道叫地球同步軌道。

如果運行在地球同步軌道的衛(wèi)星正好在地球赤道上空離地面35786km的軌道上繞地球運行，由于它繞地球運行的角速度與地球自轉(zhuǎn)的角速度相同，所以從地面上看去它好像是靜止的，這種衛(wèi)星軌道叫地球靜止衛(wèi)星軌道。地球靜止衛(wèi)星軌道是地球同步軌道的特例，它只有一條。大多數(shù)通信衛(wèi)星都采用這種軌道，以便地面與衛(wèi)星能連續(xù)通信。

還有一種特殊軌道叫太陽同步軌道。由于地球扁率（地球不是圓球形，而是在赤道部分隆起），衛(wèi)星軌道平面繞地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。如果衛(wèi)星軌道平面繞地球自轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向和角速度與地球繞太陽公轉(zhuǎn)的方向和平均角速度相同，則這種衛(wèi)星軌道叫太陽同步軌道。氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星等對地觀測衛(wèi)星都采用這種軌道，其優(yōu)點是不僅可以使衛(wèi)星能俯瞰包括地球兩極地區(qū)在內(nèi)的整個地球表面，而且在衛(wèi)星每次經(jīng)過特定地區(qū)時，其光照條件基本不變，從而有利于獲取高質(zhì)量地面目標(biāo)的圖像。

我國“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星星座由地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星組成

鏈接：

2010年8月14日，美國首顆“先進極高頻”軍用通信衛(wèi)星升空。但由于該衛(wèi)星上天后遠(yuǎn)地點發(fā)動機出現(xiàn)異常，結(jié)果不得不使用星上氙離子流體霍爾推進器執(zhí)行了500多次點火來變軌，直到2011年10月24日，這顆衛(wèi)星才在耗時14個月后進入了預(yù)定的地球靜止軌道。

4 衛(wèi)星升空后多久才算進入最終軌道？

因為不同種類的人造地球衛(wèi)星運行在不同的軌道上，所以它們在升空后進入最終的工作軌道所花的時間有很大差異，有的能馬上進入最終的工作軌道，有的則需要幾十天甚至幾個月。這是為什么呢？

由于種種原因，用運載火箭發(fā)射人造地球衛(wèi)星時，其入軌點的速度和方向會與預(yù)定的軌道稍有偏差，因而常常不能一下把衛(wèi)星送入預(yù)定的軌道。例如，運行在距地面250km高的衛(wèi)星，如果速度大小有千分之一的誤差，或方向角有半度誤差，都會使衛(wèi)星的軌道高度偏離50km。因此，衛(wèi)星上天后需要變軌，對軌道進行修正，才能進入預(yù)定軌道。

如果不在地球赤道上的地點發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星，那么由于衛(wèi)星最初進入的軌道平面是通過發(fā)射地點和地心的，因此就會使軌道平面和地球赤道之間形成一個夾角。要讓軌道面和地球赤道面重合，就需要改變衛(wèi)星軌道平面的傾角。

一般發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星分為兩步：第一步是用火箭把衛(wèi)星送入一個遠(yuǎn)地點在赤道上空35786km，近地點為幾百千米的大橢圓軌道，它也叫地球同步轉(zhuǎn)移軌道；第二步是在衛(wèi)星運行到遠(yuǎn)地點時，啟動衛(wèi)星上的遠(yuǎn)地點發(fā)動機3～4次，逐漸提高衛(wèi)星飛行速度，改變飛行方向，消除軌道傾角，把衛(wèi)星的近地點高度提升到35786km，速度的方向朝正東的水平線，從而使衛(wèi)星運行在地球靜止軌道。