答：衛星變軌與X-O有什麼關係？

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空少問答

小課堂

第四十五期

7

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一

衛星變軌與X-O有什麼關係？

上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！

想要查看原問題背景介紹的朋友們可以點擊《問：衛星變軌與X-O有什麼關係？》~下面就讓我們來看看空少的解答吧！

空少正解

答:此次發射的中星9A衛星是一顆基於東方紅四號衛星平台的地球同步靜止軌道通信衛星，它定點於東經101.4度，將滿足我國廣播電視，新媒體和直播產業發展的新需求。早在2008年它便啟動研製，那時它還是「鑫諾4號」。啟動研製2年後，受市場因素影響，它便被封存了6年，直到最近它以新的名字——「中星9A」再次回到了人們的視野中來。

對於一顆提供實時直播信號的通信衛星來說，地球同步靜止軌道（GSO）無疑是首選。如何將衛星發射到此軌道上來，這會是一個相當複雜的過程，目前主要有兩種方式可供選擇。

第一種就是先利用火箭將衛星送入低高度的停泊軌道（LEO），隨後加速進入地球同步轉移軌道（GTO），最後依靠衛星自身動力逐步調整定點到地球同步靜止軌道（GSO）。將衛星發射進入地球同步轉移軌道（GTO）的火箭一般分為三級，在第一級和第二級火箭的助推下，衛星被送入高度大約為200-400公里的圓形停泊軌道（LEO）。

隨後，第三級火箭在近地點不斷加速，組合體運行軌道最終被拉成一個橢圓的地球同步轉移軌道（GTO），軌道近地點高度保持不變，但遠地點高度卻爬升至35000多公里，此時火箭任務完成，星箭分離。

在地球同步轉移軌道上（GTO），當衛星運行到遠地點時，它依靠自身攜帶的發動機不斷點火加速，將近地點的軌道高度拉伸至接近正圓，同時不斷對衛星的運行速度和軌道進行微調，最後進入預定軌道實現定點。歐空局的「阿里安」五號運載火箭和美國宇航局已經退役的太空梭便是採用這個方式將衛星送入地球同步靜止軌道。

第二種方法就是利用火箭直接將衛星送至地球同步靜止軌道（GSO），然後不斷對軌道進行微調以實現衛星定點。這種方法無疑對火箭的推力要求更高，俄羅斯「質子」號運載火箭就擁有如此強大的運載能力，它擁有先進的「微風M」上面級，可以在衛星進入入軌點後，連續多次點火，持續飛行24小時，直接把衛星送入地球同步靜止軌道（GSO）。

這裡我們簡單介紹一下，什麼是「上面級」？運載火箭頂部一級的發動機也被稱為「上面級」，由於變軌需要在特定的位置進行點火加速，它要求火箭最頂部一級動力具有多次啟動和長時間的待機能力，以便能消耗最少的燃料直接將衛星送入最終軌道。

目前，國際主流的「上面級」都是以液氧液氫為推進劑的氫氧發動機，它具有比沖高和重量輕等特點。

再回到地球同步靜止軌道（GSO）衛星的發射，相比第一種方法，第二種方法省去了 LEO-->GTO-->GSO的繁瑣步驟，一步到位的衛星僅需對軌道進行微調便能實現定點，同時進入預定軌道的時間也由兩三天縮短至一天以內，極大地提高了發射效率。

承擔此次中星9A衛星發射任務的 「長征三號乙」運載火箭便採用了第一種方法將衛星送入預定軌道，「長征三號乙」運載火箭是我國目前地球同步轉移軌道（GTO）運載能力最大的運載火箭，可將質量5500千克的有效載荷送入標準地球同步轉移軌道（GTO）。

儘管因第三級火箭故障未能進入預定軌道，但依靠衛星自身發動機的推進不斷調整軌道高度，衛星最終還是成功進入預定軌道。

中星9A的自救示意圖

說起衛星的自救，除了依靠自身攜帶燃料進行變軌外，還有一種更加經濟實惠的方法，就是藉助月球的「引力彈弓」效應。無疑這種方法對軌道的計算和控制要求更高，但它確實為衛星自救開闢了一條有效的途徑。

最後也祝願歷經重重磨難的中星9A後續任務一切順利!

留言區·精選

@ 大聖

衛星首先在原軌道運行至近地點（PE），點火開啟發動機，把遠地點（AP）提升至3.6萬千米的GTO軌道，發動機關機，然後衛星運行GTO軌道的AP點，調整合適姿態，發動機再次點火，把軌道傾角變為0，同時將PE點提升至3.6萬千米，進入近圓的GEO目標軌道

@ 雷神

衛星的軌道抬升要在近地點進行，因為此時衛星受到地球引力的影響，速度和加速度都比遠地點大，由此變軌使所消耗的燃料就相比遠地點少很多就能提高衛星的運行速度。 它與X-O的關係則是由近地軌道到同步軌道的變化，由於高度的不同所要求的宇宙速度也是不一樣，在近地點變軌是的加速度及地球引力會發生很大變化。變軌的高度變化也就相對很難。

@梔子花開遇見你

衛星最開始近地點高度問題不大，遠地點遠了些，在近地點點火加速把軌道一步步往上推，推到遠地點36000km左右，近地點暫時在200km高度的大橢圓同步轉移軌道，然後在遠地點再次點火加速把近地點抬到36000km左右的地球准同步軌道，軌道一圈與地球自轉時間一致，但是有傾角，最後再經過幾次點火，消除軌道傾角，最後定點在一個地點，也就是地球同步軌道或靜止軌道。正常情況下，長征三號系列前兩級和第三級火箭的第一次點火把衛星送進一個大約400km（報道的數據是200km，難道我記錯了？）高度的近圓形停泊軌道，然後第三級火箭的第二次點火把衛星送進遠地點36000km左右的有一定傾角的大橢圓轉移軌道，火箭的任務就到此完成了，最後在遠地點衛星依靠自己動力把近地點提升到36000km左右，最後經過幾次變軌消除傾角，完成定點，進入靜止軌道。當然這次衛星依靠自己完成本來應該由第三級火箭完成的任務，所以用於維持軌道的燃料損失很大，必然折損壽命。

@^_^

x應該是低軌道與橢圓軌道、橢圓軌道與高軌道相切點，o應該是低軌道或高軌道運行軌跡。變軌是低軌道在低軌道與橢圓軌道近相切點加速，橢圓軌道運行；橢圓軌道近遠點與高軌道切點時再次加速，直到目標高軌道[呲牙]

感謝大家的支持，我們下期再見！

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