卫星轨道距地球多远

3．5．1　人造地球卫星

目前人类发射的航天器中90%以上是人造地球卫星．卫星在轨道上运行除了卫星上的仪器要正常运转外，最重要的就是卫星的轨道和姿态控制．

当卫星被火箭送到一定的高空后进入轨道，此时入轨的速度与方向就决定了卫星的运行轨迹——卫星运行轨道．圆形轨道上的运行速度称为环绕速度，抛物线轨道上的运行速度称为逃逸速度．对不同高度，卫星的环绕速度与逃逸速度是不一样的，如表3－2所示，表中R＝6 378km表示地球半径，H＝5．6R＝35 800km为地球同步轨道，在此环绕轨道上环绕一圈刚好是一昼夜（24h）．

表3－2　不同高度的卫星其环绕速度和逃逸速度不一样

在太空中运行的人造卫星，不仅受到地球引力的作用，还受到像月球引力、太阳引力、大气阻力和太阳光辐射压力等其他摄动力的作用．尽管这些摄动力远小于地球引力，但卫星长期受摄动力的作用会偏离原先轨道，甚至发生卫星坠毁或逃逸事故．在研究人造卫星轨道时，科学家们往往仅考虑卫星与地球间的质点引力，根据牛顿定律得到所谓的理想二体轨道，这种考虑得到的轨道虽然和实际卫星运行的轨道偏离不大，但也是出于无可奈何．因为要得到更精确的卫星轨道，就要考虑多个物体间的相互作用力，那么轨道方程就变成了N体问题．对多体问题，其方程是非线性动力学系统，求解尚存在数学上的困难．因此，我们一般只对开普勒（二体）轨道应用摄动方法进行修正，并对卫星的运行轨迹进行跟踪，若发现其轨道偏离就及时用卫星上的小喷气发动机进行轨道控制，如图3－40所示．当卫星上的喷气发动机的能源用完了以后，就不能纠正卫星的轨道偏离，最后卫星将陨落．卫星从开始在太空中运行直至陨落，这段时间称为轨道寿命．

图3－40　卫星轨道位置控制示意

对有些卫星，特别是应用卫星，如气象卫星和通讯卫星等（如图3－41所示），它们的正常工作不仅取决于运行轨道，而且还和卫星的姿态密切相关．我国第一次发射的“风云一号”气象卫星就是因为姿态控制失败而最终报废．姿态控制在卫星研制时就必须建立力学模型进行分析，并采取一系列措施保证卫星姿态的稳定．卫星姿态的控制方法主要有：自旋稳定法，让卫星围绕自身对称轴不停旋转，像陀螺仪一样稳定；重力梯度稳定法，利用转动物体在重力场作用下会达到平衡的原理，使卫星某一面始终朝向地球；磁力稳定法，利用地球磁场对卫星上磁性体的吸引力使卫星稳定；三轴稳定法，在卫星上安装反向作用轮、姿态传感器和气体喷嘴，使卫星达到高精度稳定．

图3－41　“风云二号”气象卫星和“东方红三号”通信卫星