人造地球卫星轨道的卫星入轨的方式

卫星在入轨点进入运行轨道有不同方式，我们归纳了如下三个基本类型：

1、直接入轨：将卫星直接送到预定的运行轨道。它是通过运载火箭各级发动机的接力工作，最后一级发动机工作结束后，卫星搭帆进入预定轨道。这种入轨方式适合发射低轨道的卫星。

2、滑行入轨：这种入轨方式是指，运载火箭各级发动机工悉盯作结束，脱离卫星后，卫星会依靠惯性自由飞行一段的入轨方式。滑行入轨分为发射段、自由飞行段和加速段三部分组成，适用于中高轨道和高轨道卫星的发射。

3、过渡入轨：这种入轨方式是指，运载火箭各级发动机工作结束，脱离卫星后，卫星会有一段时间处于“停泊”的状态，然后通过加速，过渡到预定的轨道。这种入轨方式称为过渡入轨。过渡入轨分为发射段、停泊轨道段（通常知陆雹“停泊”在距地球表面200公里左右的圆轨道上）、加速段、过渡轨道段（远地点距离地球表面36000公里的椭圆轨道）和远地点加速段组成。这种入轨方式适用于发射同步轨道卫星。

上文中出现了远地点的术语，大家可能会疑惑？卫星的轨道如图1所示。看图大家就非常容易理解了。

图1 卫星的轨道

卫星的变轨过程一般分成近中稿地点加速和远地点加速两个过程。

近地点加速之后卫星从圆轨道进入一个椭圆转移轨道，这时它的近地点在低轨道上，近地点速度大于环绕速度；远地点在高轨道上，远地点速度小于环绕速度。

远地点加速后，卫星的远地点速度慧培漏等于环绕速度，这时近地点被抬高，轨道从椭圆轨道变成圆前烂轨道。

以发射同步卫星为例，火箭先进入高度为200千米的圆轨道，这时速度大约7790米/秒。

然后三级火箭二次点火，速度加速到大约10240米/秒，卫星进入近地点200千米，远地点36000千米的大椭圆轨道。

第三步，卫星运行到远地点时，这时速度下降到1600米/秒左右。远地点发动机点火将卫星速度加速到大约3075米/秒，这时卫星进入高度为36000千米的圆轨道。

人造地球卫星由运载火箭发射入轨。从发射点到入轨点的飞行轨迹叫发射轨道。发射轨道包括垂直起飞段、程序转弯段和入轨段。垂直起飞段和程序转弯段都大同小异，但入轨段根据轨道高度的不同有直接入轨、滑行入轨和过渡转移入轨之分。

低轨道卫星一般直接入轨，即火箭连续工作，当最后一级火箭发动机关机时，卫星就可进入预定轨道。

中、高轨道卫星常常滑行入轨。其发射轨道由火箭发动机工作时的主动段、发动机关机后*惯性飞行的滑行段和发动机再次工作时的加速段组成。

地球静止轨道卫星常常采用过渡转移轨道入轨。它因火箭的级数不同而有差异。对于三级火箭来说，过程一般如下。

第一、二级火箭红主动段、停泊轨道和加速段，将卫星连同火箭上面级送入200-400千米的停泊轨道。当飞经赤道上空时火箭上面级点火，把卫星送入近地点与停弯禅泊轨道高度相同、远地点为35786千米的大椭圆转移轨道。卫星在转移轨道上运行时，地面测控站要精确测量它的姿态和轨道参数，并随时调整它的姿态偏差。当卫星在预定的点火圈运行到远地点时，地面测控站发出指令，让卫星上的远地点发动机点火，使卫星提高飞行速度，并改变飞行方向，进入地球同步轨道。如要进入地球静止轨道，则需用卫星上的小推力发动机调整它的运行速度，使它慢慢地到达预定的经度上空。这一过程叫卫星定点。 飞向太阳系其他天体的航天器叫行星控测器。行星控测器的飞行轨迹叫航线（或轨道）。要飞向其他天体，必须达到摆脱地球引力的第二宇宙速度，航行器以抛物线轨迹飞离地球，然后在太阳引力作用下以圆轨道绕太阳飞行。仿镇如它大于第二宇埋大尘宙速度而小于第三宇宙速度，又是沿地球公转方向飞行，由于它比环绕太阳飞行所需要的速度大，因而在近日点入轨后，便在地球轨道外侧的椭圆轨道绕太阳飞行。速度愈大，椭圆轨道愈扁长，到达的距离就愈远。因此，选择不同的初速度，可使探测器到达火星、木星……冥王星等地外行星及其卫星。如果是沿地球公转相反的方向飞行，控测器在远日点入轨后，将在太阳引力作用下在地球轨道内侧的椭圆轨道上绕太阳飞行，可与金星、水星等地内行星相遇。如果达到第三宇宙速度，则它以双曲线轨道飞离地球，而以抛物线轨迹飞离太阳。选择适当的发射时间，它也可与地外行星相遇。

由上可知，飞向太阳系其他天体的航线（轨道）不只一条。由于各种轨道所要求的初始速度不同，而初始速度最小则能量最省，因而初始速度最小的轨道被称为能量最省轨道。

飞向行星的能量最省航线只有一条，这就是与地球轨道及目标行星轨道同时相切的双切椭圆轨道。它是奥地利科学家霍曼在1925年首先提出来的，因而又叫“霍曼轨道”。霍曼轨道以太阳为一个焦点，远日点（或近日点）和近日点（或远日点）分别位于地球轨道和目标行星轨道上。轨道的长轴则等于地球轨道半径与目标行星轨道半径之和。

用能量最省航线飞向远距离行星的时间太漫长，如飞向冥王星约需46年。为节省时间，需采用其他航线，或者在航程中用自备动力加速，或者借助其他行星的引力加速，但这样一来，其轨迹不再是单纯的椭圆、抛物线或双曲线了。飞向月球的航线与飞向行星的航线类似。

在实际应用中，为了克服火箭发射场地理位置的局限，飞向月球和行星的探测器一般先进入绕地球飞行的过渡轨道，然后在合适的方位上加速进入预定航线。 有些航天器，如返回式卫星、载人飞船和航天飞机等，在完成任务后要返回地球。从脱离运行轨道到降落地面这一段的飞行轨迹叫航天器的返回轨道。

根据航天器在返回轨道上所受阻力和升力的情况，其返回轨道可分为d道式、半d道式和滑翔式（升力式）。

d道式返回轨道。航天器脱离运行轨道进入返回轨道后，在再入大气层时只受阻力作用而不产生升力，因而速度快，空气动力过载大，落点无法调整和控制，可能产生较大的落点偏差。美苏早期的飞船和我国的返回式卫星采用这种返回轨道。

半d道式返回轨道。航天器在再入大气层后，除了阻力外，还会产生部分升力。只要适当控制它们的滚动角，就可控制升力方向，小范围地改变飞行路径，适当调整落点距离，使落点比较准确，空气动力过载也较小，一般为4～5g。苏联的联盟号飞船和美国的双子星座号飞船都是采用这种返回轨道。

滑翔式返回轨道。航天飞机等有很大机翼的飞行器，它们在再入大气层后，会产生很大的升力，因而可以调节纵向和横向距离，准确地降落在跑道上，空气动力过载很小，只有2g左右。

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