太空交通委提醒您：

轨道千万条，适合第一条，飞行不规范，太空两行泪。

如今的太空中有不下五千颗卫星，其中一千八百多颗正在使用。

卫星发射的高频化已成为趋势，越来越多的卫星，该如何避免太空车祸，彼此和平相处、各展其能呢？

火箭升空

卫星轨道应运而生。不仅为卫星提供了各具特色的工作环境，而且最大程度地规范了卫星飞行，避免太空车祸的发生。

卫星轨道形状主要由卫星运行速度决定。根据形状不同，卫星轨道可以分为圆轨道、椭圆轨道、抛物线轨道和双曲线轨道。

飞行速度与轨道形状的关系

比如地月转移，当卫星驾驶速度等于第一宇宙速度，它正在圆轨道上，绕地/绕月飞行；当卫星加速，超过第一宇宙速度，又没到达第二宇宙速度，它在椭圆轨道上；当卫星驾驶速度超过了第二宇宙速度，它就实现了变道，中间的地月转移轨道（LTO）即双曲线轨道。

地月转移轨道示意图

根据轨道高度不同，又可以分为低轨轨道、中轨轨道和高轨轨道。

低地球轨道（LEO）高度普遍只有几百到一千公里，我们熟知的轨道空间站和哈勃望远镜都在这里运行。低轨道的优势是离得近，看得清，为获取地球信息提供了良好的平台，成为了侦查、测绘等卫星的理想家园。

中轨（MEO）上则汇聚了北斗、GPS、格洛纳斯、伽利略等大家耳熟能详的导航卫星们。

各种信息传输类卫星则是占据了高度足足有三万五千多公里的地球静止轨道。优势是站得高，看得远。像Inmarsat只用四颗卫星就可以覆盖全球范围。

但需要注意的是，这些卫星并不是完全遍布整个外层空间的。地球外还有一个不适宜卫星生存的恐怖地带：范·艾伦带。

太阳风与地磁相互作用

范·艾伦带是由太阳风吹来的大量带电粒子与地球磁场相作用后形成的高能粒子辐射带。辐射带不光对人体有较大危害，连哈勃望远镜经过它时都要关机来保护观测元件。

范·艾伦带

除了根据形状、高度划分外，轨道按照轨道倾角大小，又可分为顺行轨道、极地轨道、逆行轨道、赤道轨道等。

在这里就不过多赘述，下面小太带你详细了解一下几种我们经常听到的典型轨道。

地球同步转移轨道（GTO）：近地点一千公里以下，远地点近三万六千公里的这个椭圆轨道，由于其出色的近地点速度快与远地点高度高的条件，使得很多卫星在轨道转移时都选择从这个轨道上甩出去。

地球同步轨道（GEO）：是指卫星在顺行轨道上绕地球运行时，其运行周期与地球自转周期相同的轨道。

在众多GEO轨道中，有一条特殊的轨道，堪称轨道里的黄金地段——地球静止轨道。它绕地球运行的角速度与地球自转角速度相同，从地面上看去好像是静止的，其星下点轨迹就是一个点。

其轨道高度接近三万六千公里，在上面均匀放置三颗卫星便可以实现除南北极一小部分地区外的全球覆盖，不愧是轨道界的黄金地段。

太阳同步轨道（SSO）：SSO最大的特点就是守时，假如卫星在今天中午十二点拜访了你，那么明天中午十二点它一定也准时到访。这种“守时性”使得卫星每次对地观测某一指定纬度区域时，该地区都有大致相同的光照条件，以便于对比每次的观测结果。

倾斜地球同步轨道（IGSO）：其星下点轨迹是一个“8”字形，可以着重观测地球某一区域的情况。像我国的北斗卫星，想要加强对我国地区的覆盖，就是通过增设这样的倾斜地球同步轨道卫星来实现的。

IGSO轨道星下点轨迹

回归轨道：每经过一个回归周期，卫星重新依次经过各被观测地上空。也就是指星下点轨迹周期性重复。这样可以发现这一段时间内目标的变化情况。

冻结轨道：卫星在过同一地区时有尽可能相同的高度和速度，可以使得在不同时刻得到的同一地区的遥感图片具有相同的几何特征。

此外还有中地球转移轨道（MTO）、超同步转移轨道（SSTO）等等。他们在太空中的大体方位形状如下图所示：

典型轨道

轨道千万条，合适最重要。不同用途的卫星，该如何选择轨道呢？

有时为了对目标实施详细侦查需要获取更高分辨率的图像时，卫星高度还会降到约160km，完成摄像后再上升至正常轨道。

如果需要对一片区域进行长时观测，那么卫星的大椭圆轨道会更合适。大椭圆轨道可以让其在指定区域上空滞留长达十几个小时，方便获取更详细的数据。

有时，为实现某些功能，不同轨道的多个卫星会组成星座，协调配合，共同完成目标任务。

例如导航卫星：GPS的24颗星，均匀分布在20-200km的六个轨道平面内，而北斗除中轨外还设计了地球同步轨道（GEO）和倾斜同步轨道（IGSO）卫星用于加强亚太地区的定位服务。

北斗卫星导航系统实现全球覆盖

卫星的轨道对卫星是如此重要，但要维持卫星在其轨道运行，却不是个容易的事。

因此科学管理卫星、合理利用外太空资源显得尤为重要。这不仅有助于我们更加科学地认识世界，而且还可以帮助我们更有效地改造世界。

“悟空”“慧眼”求真求实探索宇宙的奥秘，“资源”“北斗”便民利民推动经济的发展。在未来，守护好轨道的整洁，和平开发利用太空，共同创造和维护一个良好的太空环境是每个大国的责任与担当。

作者简介：

冯昊，就职于北京跟踪与通信技术研究所，主要从事轨道动力学方面工作。

来源 | 我们的太空

作者 | 冯 昊

编辑 | 江程杰

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