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长征五号为什么要把实践二十号卫星送入远地点这么高的轨道?

这里很多人可能会感到惊讶,地球静止轨道高度是35786公里。在正常的同步卫星发射过程中,火箭通常会将卫星送入远地点为35786公里的同步转移轨道。卫星在远地点点燃一次,就足以进入同步轨道并投入运行。那么这次为何要送入同步轨道卫星呢?那么远地点那么高的轨道呢?

长征五号药三运载火箭发射升空。来源:新华社

其实原因很简单——节省卫星燃料

为什么将卫星送入远地点那么高的轨道可以节省卫星的燃料?

首先我们要明确的是,地球同步轨道位于赤道上方,轨道倾角为0。然而,目前世界上还没有恰好位于赤道上的航天发射场。法属圭亚那的库鲁航天中心是距离赤道最近的航天中心。也位于北纬5。

所有同步轨道卫星在发射时都会有一定的倾角。将轨道倾角调整到0所需的能量是巨大的。为了节省能量,一般同步卫星会选择最慢的轨道速度。它在远地点点火,消耗一定量的燃料将倾角调整为0,同时将近地点提升至35786公里,进入预定同步轨道进行工作。

美国阿特拉斯5号火箭GTO轨道示意图。黄色平面是发射时的初始轨道平面。倾斜角度为28,最终将被修正为0。

同时,根据开普勒定律,我们可以得出一个结论:在绕地球运行的椭圆轨道上,卫星距离地球越近,其相对于地球的速度就越快。简而言之:卫星在近地点最快,在远地点最慢。此外,速度越慢,调整轨道倾角所需的能量就越少。

方便调整远地点速度慢+速度慢的倾斜角度——。将轨道远地点设置得更高不是更容易吗?

于是超同步转移轨道/SSTO出现了。

美国阿特拉斯5号火箭通过SSTO发射同步轨道卫星示意图。可以看出,卫星在超过同步轨道高度时,倾角减小。

简单来说,超同步转移轨道是指火箭将卫星送入近地停留轨道后,在赤道附近点火,将卫星送入远地点在赤道上方的轨道,倾角等于发射场的尺寸,除了远地点远超过35,786公里,通常为50,000-60,000公里,最远可达80,000公里。这样就可以节省大量的卫星燃料,用于在服役期间维持轨道,从而延长卫星的工作寿命。

为了用更通俗的方式解释为什么SSTO相比GTO可以省油,我通过一个游戏——坎巴拉太空计划给大家解释一下。安装一些模块后,这款游戏可以更加真实地模拟地球环境。卫星发射。并且可以通过速度增量(Delta V/dV)来定量评估卫星的燃料。

长征五号为什么要把实践二十号卫星送入远地点这么高的轨道?

以去年底发射的实践二十号卫星为例。首先,我们需要在游戏中制造一颗重约8吨的卫星,并将其送入近地轨道(LEO)。

模拟卫星进入近地轨道

首先模拟传统的地球静止转移轨道(GTO)

现实中,同步卫星从GTO进入GEO需要经过多次操作才能准确到达指定的经度固定点。为了简化操作,这里采用了最简单的方法,在远地点点火,同时绕轨道+修正倾角为0。

星箭分离后,可以看出卫星自身的速度增量为2733m/s,规划的圆形轨道+修正倾角为0需要的总速度增量为1645.5m/s,这意味着卫星进入同步轨道后卫星本身还剩下1087.5m/s的速度增量。

假设进入同步轨道,卫星还剩下约1090m/s的速度增量。

当然,因为我设计的卫星燃料太多,所以剩下的太多了。超过1000m/s的dv足以让卫星维持轨道运行20年。

如果使用超同步转移轨道(SSTO)会怎样?

我们来学习一下长征五号运三号二十轨道的发射实践。最高地点是68,000公里。这里,需要进行更多的操作。首先如前所述,在远地点68000km点火,将近地点升高到35786km,并将倾角调整为0,然后在近地点35786km处减速,将远地点降低到35786km,使有效载荷可以进入GEO轨道并开始工作。

火箭二次点火将卫星送入远地点68000公里的SSTO轨道。此时卫星自身的dv为2743m/s。

利用卫星自身动力将近地点提升至到达同步轨道所需的35786km,同时将倾角修正为0

降低远地点并进入35786公里同步轨道开始工作

从上面的截图可以看出,使用SSTO轨道进入同步轨道时总共使用了1530m/s dv,比GTO方案节省了115.5m/s dv。

用户评论


一纸愁肠。

这确实让我一头雾水! 远地点轨道比近地点轨道要更高的吗?这样是不是发射成本更高啊,而且传输信息会不会特别慢呢?

    有17位网友表示赞同!


孤岛晴空

也许是为了更好地观测地球或是对太空的探索吧!毕竟空间环境和条件复杂多变,高高的轨道能避开部分干扰,让卫星工作更稳定、数据更精准。

    有8位网友表示赞同!


看我发功喷飞你

发射到远地点轨道的卫星一般周期很长。为了能够保证长时间运行需要考虑很多因素,比如燃料供应、设备耐用度,甚至空间环境对卫星的影响等,这些都可能决定了发射到远地点的必要性。

    有11位网友表示赞同!


?亡梦爱人

感觉像是在打太极拳一样,看似缓慢的动作里面却蕴藏着巨大的深思!

    有6位网友表示赞同!


面瘫脸

其实啊,卫星的轨道高度和任务目标可是息息相关的。为了什么用途发射的呢?如果是用于通信、遥感等等领域的应用,那么远地点轨道的选择说不定更合适呢!

    有13位网友表示赞同!


花开丶若相惜

我一点儿都不懂这些复杂的技术,不过看得出中国航天技术确实很厉害呀!每次都让人满目惊叹!

    有12位网友表示赞同!


封心锁爱

为什么不把卫星直接送入地球轨道附近呢?感觉这样更方便吧!远地点轨道要耗费多少能量啊?这得花多少钱啊。

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罪歌

距离远的轨道就意味着传输数据的延迟会更大吧!这么高的轨道,信号强度也会受到影响吧?会不会因为这些原因而导致传报困难的困扰?

    有15位网友表示赞同!


ゞ香草可樂ゞ草莓布丁

其实卫星发射到远地点轨道的“道理”很复杂,需要考虑很多技术因素比如轨道周期、通信能力等等。这跟我们每天的生活场景不一样,只能说航天领域真是充满了未知和挑战!

    有8位网友表示赞同!


单身i

感觉这个标题太专业了。其实很多普通人,像我一样,并不知道长征五号火箭到底是一个什么样子,也不清楚中国什么时候开始发射卫星。

    有15位网友表示赞同!


ok绷遮不住我颓废的伤あ

这回又要把我们送上了天啦!中国航天技术确实让人越来越期待!希望未来可以让我们更多地了解宇宙!

    有12位网友表示赞同!


折木

我觉得这很可能是为了科学研究啊!科学家们想要进一步探秘宇宙奥秘,需要更广阔的观察视角,而高轨道卫星可以更好地实现这一点。

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温柔腔

这个轨道为什么不能用其他火箭发射呢?是不是长征五号只有这个能力呢?难道有别的特殊意义吗?

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漫长の人生

太复杂了,我一个普通的吃货完全不懂!我只想问这颗卫星能看到地球上好吃的吗?

    有14位网友表示赞同!


心安i

中国航天确实越来越强大了! 期待以后能够看到更多令人惊叹的科技成就!

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旧爱剩女

远地点轨道应该对长时间运行的监测和观测更有优势,才能更好地发挥作用吧!

    有8位网友表示赞同!


迷路的男人

我很好奇这种高度会有什么特殊的影响? 能否对卫星本身造成什么后果呢?希望能有详细的解释!

    有5位网友表示赞同!


断秋风

每次看到中国航天发新的探测器还是会感到激动!未来还有很多未知领域等着我们探索!

    有5位网友表示赞同!

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