卫星轨道的5种分类方式

低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、地球同步轨道（GEO）、地球同步转移轨道（GTO）、太阳同步轨道（SSO）。

卫星轨道的5种分类方式：低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、地球同步轨道（GEO）、地球同步转移轨道（GTO）、太阳同步轨道（SSO）。

1、低地球轨道（LEO）：又称近地轨道，距地面约200-1200公里的圆轨道。

2、中地球轨道（MEO）：距地面约1200-36000公里的圆轨道。

3、地球同步轨道（GEO）：又称高地球轨道，距地面约36000公里的圆轨道。

4、地球同步转移轨道（GTO）：距地面近地点约200公里，远地点约36000公里的椭圆轨道。

5、太阳同步轨道（SSO）：卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星飞行时经过两极附近，距地面约800公里的圆轨道。

如果我们把地球看成一个均质的球体，它的引力场即为中心力场，其质心为引力中心。那麽，要使人造地球卫星（简称卫星）在这个中心力场中作圆周运动，粗俗地说，就是要使卫星飞行的离加加速度所形成的力（离心惯性），正好抵消（平衡）地心引力。这时，卫星飞行的水平速度叫第一宇宙速度，即环绕速度。反过来说，卫星只要获得这一水平方向的速度后，不需要再加动力就可以环绕地球飞行。这时卫星的飞行轨迹叫卫星轨道。卫星轨道平面通过地球中心。如果速度稍大一些，则形成椭圆形轨道，如果达到逃逸速度，则为抛物线轨道，那时它将绕太阳飞行成为人造行星；如果达到第三宇宙速度，则为双曲线轨道，与太阳一样而绕银河系中心飞行了。 就人造地球卫星来说，其轨道按高度分低轨道和高轨道，按地球自转方向分顺行轨道和逆行轨道。这中间有一些特殊意义的轨道，如赤道轨道、地球同步轨道、对地静止轨道、极地轨道和太阳同步轨道等。 卫星轨道的形状和大小是由长轴和短轴决定的，而交点角Ω、近地点幅角ω和轨道倾角i则决定轨道在空间的方位。这五个参数称为卫星轨道要素（根数）。有时还加过近地点时刻tp，合称为六要素。有了这六要素，就可知道任何时刻卫星在空间的位置。 高低轨道没有明确的划分界限，一般把离地面几百公里的卫星轨道称为低地球轨道。 轨道倾角为零，轨道平面与地球赤道平面重合。这种轨道叫赤道轨道。 轨道高度为35786公里时，卫星的运行周期和地球的自转周期相同，这种轨道叫地球同步轨道；如果地球同步轨道的倾角为零，则卫星正好在地球赤道上空，以与地球自转相同的角速度统地球飞行，从地面上看，好像是静止的，这种卫星轨道叫对地静止轨道，它是地球同步轨道的特例。对地静止轨道只有一条。 轨道倾角为90度时，轨道平面通过地球两极，这种轨道叫极地轨道。 如果卫星的轨道平面绕地球自转轴的旋转方向、角速度与地球绕太阳公转的方向和角速度相同，则它的轨道叫太阳同步轨道。太阳同步轨道为逆行轨道，倾角大于90度。 卫星轨道主要分为地球同步及太阳同步两种。 地球同步卫星：此类卫星之轨道其绕行地球一周之时间与地球自转一圈之时间一样，从地面上观察此卫星，在任何时间此卫星相对于地表之位置永远不变。 太阳同步卫星 (Sun Synchronous) ：此轨道之特性是太阳相对于卫星轨道面之角度为固定，因此卫星通过同一地理纬度上空的“当地时间 (Local Time) ”保持不变。大部分的资源探测卫星属于太阳同步卫星。 B 卫星高度 (Satellite Altitude) ：指卫星距离地表之高度，资源探测卫星多属低轨道卫星，其高度多在 400-1000 公里。 C 轨道倾角 (Orbit Inclination) ：为轨道面在赤道处与赤道面之夹角，资源探测卫星为监测全球，飞行方向为近南北方向，一般轨道倾角约在 95~100 度之间。 D 倾斜观测方式： 大部分资源探测卫星都有倾斜观测之设计，其目的主要有二，一是为了提供卫星从不同轨道拍摄同一地点之观测能力，以提高重复拍摄之时间解析度；二是借此得到立体影像，以便进行立体观测或制作数值地形模型。倾斜观测之方式主要有两种，一是镜头旋转，二是卫星本体旋转 (Body Rotation) 。 例如 SPOT 卫星每一感测器可借由改变反射镜位置，使卫星改变观测方向，最大可达左右 27 度，其间共有 91 个角度位置，每一角度位置相差 06 度。因此使得 SPOT 卫星可在同一轨道扫瞄左右各约 400 余公里范围内选择所欲观测之目标，同样的也可在不同轨道拍摄同一地点之影像。 FORMOSAT-2 、 EROS-A 、 IKONOS 、 Quickbird 等卫星其感测器是固定在卫星主体上，因此倾斜观测是采用本体旋转方式进行。 E 轨道周期 (Orbit Period) ：指卫星绕地球一圈所需的时间。例如 SPOT 卫星绕地球一圈为 1014 分钟，一天可绕地球 14 又 5/26 圈，回到同一轨道之周期为 26 天。而 FORMOSAT-2 之轨道周期为 10286 分钟，一天可绕行地球刚好 14 圈，回到同一轨道之周期为 24 小时，也就是一天内会通过同一轨道两次。此轨道周期之设计关系到两相邻轨道之距离，以 SPOT 卫星而言，全球共有 369(=14 x 26 + 5) 个轨道，因此在赤道两相邻轨道之距离为 108 公里 (40

000/369) ，当采用 Twin Mode 拍摄时其最大像幅宽度在像底点位置为 117 公里。也就是说，当 SPOT 卫星在 26 天内采用 Twin Mode 拍摄模式完成 369 个轨道之拍摄计画后，其拍摄区域即可涵盖全球。而 FORMOSAT-2 全球只有 14 个轨道，因此在赤道两相邻轨道之距离为 2857 公里，当使用最大倾斜观测角度 (45 度 ) 进行倾斜摄影时，可观测之最远距离约为 960 余公里，因此有些地区将无法拍摄得资料。对于可拍摄得资料之地区，卫星在不同时期拍摄时所使用之观测角度也几乎相同，因此若因为地形因素而造成遮蔽效应之地区，亦无法获得资料。 F 成像方式 ：被动式卫载光学感测系统之感测器，主要分为撢扫式 (Whisk-broom) 与推扫式 (Push-broom) 两种。例如 Landsat MSS 卫星及 Landsat TM 卫星均是使用撢扫式感测器，其 CCD 排列方向与飞行方向平行，卫星飞行取样时持续旋转镜子左右来回扫瞄。而现今光学遥测系统则多采用推扫式感测器，例如 SPOT 、 FORMOSAT-2 、 IKONOS 、 Quickbird 、 EROS 等等，其 CCD 排列方向与飞行方向垂直，因此其成像几何在飞行方向为近似平行投影，在垂直飞行方向则为透视投影，亦简称为半透视投影。 G 取样方式： 主要分为同步取样与非同步取样两种，两者主要差别在卫星飞行路径长度是否与拍摄取样之长度相同。「非同步取样」时 影像取样速度较卫星飞行速度慢，可增加感测器对同一个目标区的曝光时间， 增加进入感测器之辐射能量，提升讯号杂讯比 (Signal-to-Noise Ratio) 以 提高其空间解析度。此种取样过程中，对同一扫瞄线而言，卫星必须同时旋转卫星本体以拍摄相同地表物，因此容易造成模糊效应而降低影像辐射品质。「同步取样」时，卫星飞行长度与所拍摄之地表长度相同，拍摄时卫星本体或感测器观测角并未改变，因此相对而言所获取之影像品质比「非同步取样」佳。 例如 EROS-A 是采非同步取样方式， 而 SPOT 则采用同步取样方式。 SPOT-1~4 一张全幅影像在 9 秒钟之内连续扫瞄 6000 条线，因此每扫瞄线之取样时间固定为 00015 秒，而 SPOT-5 则在 9 秒钟之内扫瞄 12000 条线，因此取样时间为 000075 秒。 H 立体成像方式 ：主要分为同轨与异轨两种。例如 SPOT-1~4 卫星可以在不同时间及不同轨道 ( 异轨 ) ，如图 B19(a) 所示，以倾斜摄影来获得左右重叠之立体对影像。其缺点为两个不同时所拍摄之影像，容易因为地物改变、云或阴影位置不同、大气状况不同等因素，造成两影像灰度值之差异，而增加后续自动化影像匹配之困难度。而同轨立体对影像 ( 如图 B19(b) 所示 ) 因为两张影像拍摄时间差距很小，通常在数分钟以内。因此影像灰度值相似，在自动化处理中可减少影像匹配之错误率，进而减少人工编修的工作。可进行同轨立体摄影的卫星有 EROS-A 、 FORMOSAT-2 、 IKONOS 、 SPOT-5 HRS 、 Quickbird 等。

那位抄人的飞鹏连楼主的问都不理解就乱抄一通，这些人的质素真的低得令人惊奇。再答楼主的问题，其实轨道的计算很复杂，外国的大学有四年制学士课程专门研究轨道学，所以如何计算轨道不是三言两语能表达出来的。不过很简单来说，轨道其实是任人定的，只要你计出卫星的近地点(perigee)和远地点(apogee)，然后将卫星以一定的速度进入上述任何一点就可令卫星在太空运行。所以，计算轨道并不是最重要的工作，反而决定卫星采用那种轨道才是关键所在。 卫星的轨道有很多种类，其实在天上有无数条任意高度，任意方向的轨道，而它们大致可分为以下几类，包括极地轨道、地球同步轨道、太阳同步轨道等。 极地轨道是指卫星会经过南北两极，这种卫星通常每九十分钟环绕地球一周，并每天会通过地球同一地方两次(白天一次，夜晚一次)，由于这特性，所以很多间谍卫星会使用极地轨道。 地球同步轨道是指该卫星的运转周期和地球的自转一样，所以它会静止在一个地方的上空不动。只有赤道上空36

000公里高的轨道才有此特性，由于这些卫星不动，又在极高空，所以有很多通讯卫星都在那条轨道上，但由于这特性太好用，所以多年来有不少国家将卫星发射到这轨道上，令这条轨道现在非常挤迫。 太阳同步轨道和极地轨道相似，都是卫星南北走向运行，它的特点是每天会在一个地方的同一个时间经过那里，正如飞鹏的引文所说，资源探测卫星多会用这种轨道，但这种定时出现的特性也很适合间谍卫星，所以不少间谍卫星都用这种轨道。 其实在这三种轨道以外还有无限条轨道以不同的倾角，不同高度的远地点和近地点的形式出现。大部份卫星都会使用高度在400公里以下的低轨道，因为发射到这种轨道的成本较低。而且像间谍卫星或气象卫星等都要仔细观察地表的变化，所以它们都不能放得太高。 至于像导航卫星(包括GPS)，通讯卫星等都会选择高轨道，因为够高可以接触更广大的范围，而且高轨道可完全避免卫星和高大气层的摩擦及太空垃圾的撞击，这样卫星就能长期待在天空上。一般这些卫星都会在几千至几万公里高空，我以前甚至听说过有军用通讯卫星会放在十万公里高。要发射这些卫星的成本比低轨道卫星高得多，因为需要额外的燃料去将卫星送入预定轨道，而且更需要极精密的导航才能保证入轨成功，所以高轨道卫星发射一向都是太空科学中的先进领域，只有少数国家才有此能力。

当地球施于人做卫星的力

等于人造卫星环绕地球的向心力

人造卫星就会维持在轨道上 所需向心力是:mv^2/r 地心吸力是:mg 因此只要mg=mv^2/r =>g=v^2/r 只要符合如此条件

人造卫星就会维持在轨道上 (v 是与地心成90度角的velocity

r是地球与人造卫星的距离) 2007-05-09 04:37:25 补充： 飞鹏抄人d文当自己

唔注明出处

有无搅错

佢d野个出处是big5cast/gate/big5/appcpst/kjmc/2002_08/1029138388 2007-05-09 04:46:46 补充： 飞鹏抄人d文

佢下半文的出处是csrsrncuedu/chinver/c3t&s/proper_noun 2007-05-09 04:51:29 补充： 我想补充

我所指的r是由地球核心至人造卫星核心的距离

不是地球表面至人造卫星表面的距离

一、人造地球卫星轨道的确定：

卫星在轨道上绕地球卫星主要是由发射时提供的能量，给了卫星相应的速度，这个速度的大小和方向决定了轨道的高度，另外卫星也可以携带燃料，在绕地球运行的过程中进行变轨制动，以改变速度的方式改变轨道高度。

二、人造卫星在轨道上运行的原理：

卫星之所以会按即定的轨道运行，主要原理是万有引力提供其绕地球运行的向心力，而这些数据都是提前计算好的。

人造卫星的轨道分类：

低轨道：卫星飞行高度小于1000公里；

中高轨道：卫星飞行高度在1000公里到20000公里之间；

高轨道：卫星飞行高度大于20000公里。

一般低轨道的卫星由于受大气阻力的影响较大，寿命就会比较短。高轨道卫星则寿命较长。地球的自然卫星——月球，已绕地球运行了几十亿年。

进行陆地测控航天测控的基本组成是遍布全球的陆地测控站为确保对航天器轨道的有效覆盖并获得足够的测量精度,通常利用在地理上合理分布的若干航天测控站组成航天测控网因此根据测控区域的要求,陆地测控站分布范围很广,航天测控网可以建在本国境内,也可以建在全球任何适于测控的地方

地面测控是一件非常重要非常精细和非常复杂的工作卫星的地面测控由测控中心和分布在各地的测控台站(测量船和飞机)进行在卫星与运载火箭分离的一刹那,测控中心要根据各台站实时测得的数据,算出卫星的位置速度和姿态参数,判断卫星是否入轨入轨后,测控中心要立即算出其初轨根(参)数,并根据各测控台站发来的遥测数据,判断卫星上各种仪器工作是否正常,以便采取对策这些工作必须在几分钟内完成

卫星在整个工作过程中,测控中心和各测控台站还有许多繁重的工作要做其一是不断地对其速度姿态参数进行跟踪测量,不断地精化其轨道根数;其二是对星上仪器的工作状态进行测量分析和处理;其三是接收卫星发回的科学探测数据;其四是由于受大气阻力地球形状和日月等天体的影响,卫星轨道会发生振动而离开设计的轨道,因此要不断地对卫星实施轨道修正和管理

对于返回式卫星,在返回的前一圈,测控中心必须计算出是否符合返回条件如果符合,还必须精确地计算出落地的时间及落点的经纬度这些计算难度很大,精度要求很高,因为失之毫厘,将差之千里返回决定作出后,测控中心应立即作出返回控制方案,包括向卫星发送各种控制指令的时间条件等

卫星进入返回圈后,测控中心命令有关测控台站发送调整姿态反推火箭点火抛掉仪器舱等一系列遥控指令在返回的过程中,各测控台站仍需对其进行跟踪测量,并将数据送至测控中心由此可见,为使卫星正常地工作,必须有一个庞大的地面测控系统日以继夜地紧张工作

卫星测控中心是这个系统的核心计算大厅是测控中心的主要建筑之一,那里聚集着众多的大型计算机除了看得见的硬件外,还有许多看不见的软件--对卫星进行管理的程序系统,包括管理程序信息收发程序数据处理程序轨道计算程序遥测遥控程序和模拟程序等这些硬件和软件,既有计算功能,又有控制功能,它们是测控系统的大脑测控中心还有它的神经网络,即通信系统,它通过大量的载波电路专向无线电线路各向都开通的高速率数据传输设备,把卫星发射场回收场以及各测控台站等四面八方联系起来

航天测控站的任务是直接对航天器进行跟踪测量遥测遥控和通信等,它将接收到的测量遥测信息传送给航天控制中心,根据航天控制中心的指示与航天器通信,并配合控制中心完成对航天器的控制

陆地测控站通常由跟踪测量设备遥测设备遥控设备计算机通信设备监控显示设备和时间统一设备组成随着无线电技术的发展,测控设备也在不断发展,独立的跟踪测量设备遥测设备和遥控设备已逐步被共用一路载波信道的统一测控系统所代替

由于数据处理和控制指令生成主要由航天控制中心完成,故航天测控站的计算机以小型或微型计算机为主,履行数据录取信息交换和测控设备的自动化监控等任务选择陆地测控站站址的要求是:遮蔽角小,电磁环境良好,通信和交通方便美国在全球各地有数十个固定和机动的测控站俄罗斯的测控站也非常多,主要分布在原苏联境内,其中拜科努尔发射场就有4个测控站,其它地方的太空跟踪系统和测控站也不下20个

目前,陆地测控站正在向高功能国际联网测控和综合利用方向发展但由于受到地理经济政治等条件的限制,一个国家不可能通过在全球各地建立测控站的方式来满足所有的航天测控需求,即使目前最大的陆地测控网,也只能覆盖大约15%的测控范围为此,各国发展了其它的测控方式,以弥补陆地测控站无力触及的测控盲区

进行海洋测控世界上第一艘航天远洋测量船是美国的“阿诺德将军号”,1962年下水第二年,不甘落后的前苏联也造出了“德斯纳号”海上测量船是对航天器及运载火箭进行跟踪测量和控制的专用船它是航天测控网的海上机动测量站,可以根据航天器及运载火箭的飞行轨道和测控要求配置在适当海域位置其任务是在航天控制中心的指挥下跟踪测量航天器的运行轨迹,接收遥测信息,发送遥控指令,与航天员通信以及营救返回溅落在海上的航天员;还可用来跟踪测量试验d道导d的飞行轨迹,接收d头遥测信息,测量d头海上落点坐标,打捞数据舱等

航天测量船可按需要建成设备完善功能较全的综合测量船和设备较少功能单一的遥测船它们除具有船舶结构,控制导航动力等系统外,还装有相应的测控系统综合测量船测控系统一般由无线电跟踪测量系统光学跟踪测量系统遥测系统遥控系统再入物理现象观测系统声呐系统数据处理系统指挥控制中心船位船姿测量系统通信系统时间统一系统电磁辐射报警系统和辅助设备等组成

目前,美国现役的测量船有“红石”号“靶场哨兵”号和“观察岛”号3艘;俄罗斯现役的测量船有“加加林”号“柯玛洛夫”号“克雷洛夫”号等21艘,其中,“加加林”号满载排水量535万吨,是世界上吨位最大的测量船为适应航天技术发展的需要,美俄等国正不断为测量船增添性能更可靠精度和自动化程度更高的测控设备中国是继美俄法之后第四个拥有航天远洋测量船的国家,远望一号和远望二号都是在1977年下水的虽然时间上比其它3个国家晚了十几年,但在测量和控制的技术水平上却毫不逊色

1990年,中国首次为国外公司发射了“亚洲一号”卫星,当时,休斯公司要求中方必须在卫星发射后半小时内向美方专家提供卫星的初轨根数结果,远望号只用了8分钟就完成了发现锁定目标并发出初轨根数的一系列工作,而且,测出的初轨精度比休斯公司所要求的准确了好几倍海上测控有许多困难,其中之一就是在船动测控仪器动目标也动的状况下,如何保证测量精度

中国的测控人员在这方面摸索出了一整套的解决方案比如选择测量海况较为平静的海域;在天线上安装陀螺稳定装置,在船体上配装减摇鳍以有效地消除和减少船摇;在数学方法上,他们则考虑了各种动态因素,能够精确地计算出测量时的雷达中心位置在测量精度上,远望号航天远洋测量船完全可以和国外的陆上航天测量站相媲美

进行飞机测控测量飞机是航天测控网中的空中机动测控站,可部署在适宜的空域,配合和补充陆上测控站和海上测量船的工作,加强测控能力测量机上装载天线,遥测接收记录时统通信数据处理等设备及控制台;有的在靠近机头的外侧有专用舱,以安装光学跟踪系统测量飞机的作用灵活而多样,具体来说在d道式导d和运载火箭的主动段,可接收记录和转发遥测数据,弥补地面遥测站因火焰衰减收不到某些关键数据的缺陷;装备光学跟踪和摄影系统的飞机可对多级火箭进行跟踪和拍摄各级间分离的照片;在航天器再入段,可有效地接收遥测数据并经通信卫星转发;装备紫外光可见光和红外光谱测量仪的飞机可测量导d再入体的光辐射特性;在载人航天器的入轨段和再入段,可保障天地间的双向话音通信,接收和记录遥测数据,并实时转发给地面接收站,必要时给航天器发送遥控指令测量飞机的发展趋势是选用更高性能的运输飞机,并用相控阵天线取代抛物面天线,对多目标进行跟踪和数据采集,提高其测控能力

进行卫星测控天基测控卫星主要是利用通信卫星和跟踪与数据中继卫星系统,跟踪与数据中继卫星系统是一种可跟踪地球轨道飞行器并将数据传回地面站的空间中继站,该系统主要用于实时中继传输各类低轨航天器用户的信息

卫星在太空中“站的高看的远”,具有其它测控方式无可比拟的优势,天基测控卫星的使用大大拓展了航天测控网的覆盖范围工作在地球静止轨道上的通信卫星和跟踪与数据中继卫星组成星座,便可覆盖地球上除南北极点附近盲区以外的全球所有区域;如果与极地轨道的卫星相配合,即可实现全球覆盖

美国的第一代天基测控网由7颗跟踪与数据中继卫星组成,可同时覆盖25颗中低轨道卫星,数据传输速率可达300Mb/s,可为12种航天器提供服务目前正在部署的第二代天基测控网功能更加先进,一颗跟踪与数据中继卫星可同时接收5个航天器传来的信号,并同时向一个对象发送信号,可以实时传输各类航天器的数据信息,传输速率将增至12Gb/s~2Gb/s,实现对中低轨道的全部覆盖

目前,美国欧盟和日本都在发展新一代跟踪与数据中继卫星系统,数据传输码速率越来越高,通信频段正向着Ka频段和光学频段发展随着新一代测控卫星陆续投入使用和性能的提高,天基测控将成为未来航天测控的重要发展方向

卫星在轨期间自主改变运行轨道的过程称为变轨。卫星轨道是椭圆，节省发射火箭燃料的方法，可以先发射到大椭圆轨道，卫星处于远地点的时候，卫星上面的姿态调整火箭点火，这样卫星的轨道变成需要的高度。变轨可以多次，这就需要精确计算卫星变轨的时间，由地面指令控制。受地球引力影响，人造卫星、宇宙飞船（包括空间站）运行轨道会以每天 100米左右的速度下降。这样将会影响人造卫星、宇宙飞船（包括空间站）的正常工作。在轨道运行的过程中，常常需要变轨。变轨除了能规避“太空垃圾”对其的伤害外，主要是为了保证其运行的寿命。

从动力学角度分析

——当飞船发动机喷气加速，飞船的速度增加，作圆周运动所需的向心力增加，但是圆周运动所提供的向心力（即万有引力）不变，飞船将会作离心运动，其运行轨道将提升，速度将会减小。

从能量角度分析

——在这里我们来作以下的估算：设人造卫星的质量为2吨，原轨道半径为3428公里，现变轨到349公里。该人造卫星的重力势能增加值为（假设该过程中重力加速度值无变化，且值为10米/秒2）在这个过程中该人造卫星的动能减少值为（万有引力恒量G = 667×10－11牛米2/千克2，地球质量M = 598×1024千克）

由以上估算可以看出——该人造卫星在变轨（由低轨道升至高轨道）的过程中，重力势能增加值远远大于动能减少值。也就是说，在变轨过程中，发动机消耗的能量E主要是为了增加人造卫星的重力势能。据能量守恒关系，有 E + ΔEK = ΔEP，也就是说人造卫星调整到高轨道是以动能的损失和发动机消耗能量为代价来增加其重力势能。

变轨之后，飞船做匀速圆周运动的轨道半径增大！

卫星轨道是由发射时提供的能量，给了卫星相应的速度，这个速度的大小和方向决定了轨道的高度形成的，另外卫星也可以携带燃料，在绕地球运行的过程中进行变轨制动，以改变速度的方式改变轨道高度。

人造卫星的轨道分类：

1、低轨道：卫星飞行高度小于1000公里；

2、中高轨道：卫星飞行高度在1000公里到20000公里之间；

3、高轨道：卫星飞行高度大于20000公里。目前绝大多数通过卫星的电视转播和转发通信是由静止通信卫星实现的。

人类希望揭开天空的奥秘，拜访当空的明月，探索闪闪烁烁的星斗。古往今来，这种想法绵延不断。我国民间传说的嫦娥奔月和七仙女下凡，正是古代人渴望天地间往来而编织成的美丽故事。但是，直至现代科学的建立，特别是天体力学、数学和计算技术的发展，人类飞向太空的愿望才有了实现的可能。20世纪初，前苏联著名科学家齐奥尔科夫斯基大胆提出了到月亮、星球旅行的科学设想，而且提出具体实现办法。他指出，用液体燃料作推进剂的多级火箭可能实现这种宇宙航行，并推导了著名的齐奥尔科夫斯基公式，对太空飞行做了科学的、精确的计算，为现代宇宙航行奠定了一定的理论基础。

发射人造地球卫星是星际旅行的第一步。那么怎样才能使一个物体像月亮一样成为地球的卫星呢？现代科学证明，必须满足两个条件：一是该物体应具有一定的速度；二是要有一个向心力。对于环绕地球运行的卫星来说，向心力就是时刻都存在的卫星重量，即地球对它的引力。靠这种向心力的作用，地球力图将卫星吸回地面。关键是卫星必须获得一定大小的速度，这个速度称作第一宇宙速度。其含义是这样的：在不考虑空气阻力的情况下，在地面将物体以79千米/秒的速度沿水平方向抛出去，它就会沿着以地心为圆心的圆形轨道运转起来。

卫星在地球引力作用下环绕地球运行的规律，符合行星在太阳引力作用下绕太阳公转的开普勒三定律和牛顿的万有引力定律。归纳起来有三点：

第一，当卫星速度大于环绕速度时，其运行轨道是一个椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上，卫星速度越大，椭圆轨道也就拉得越长、越扁；当卫星速度恰好等于环绕速度时，其运行轨道才是一个圆，地球位于这个圆的圆心；当卫星速度小于第一宇宙速度时，卫星在地球引力作用下将坠落地面。

第二，卫星在椭圆轨道上运行的速度是变化的，在离地球最远的一点即远地点时速度最小；反之，在离地球最近的近地点上速度达到最大。这就是说，地球对卫星的引力，随卫星的高度增加而减小，环绕速度也相应变小。例如，离地36000千米高度处的环绕速度，不再是79千米/秒，而只有3千米/秒。卫星离地越高，环绕速度越小，可是发射卫星所需能量并不减少，反而增加。

第三，卫星绕椭圆轨道一周的时间与短轴无关而与半长轴的3／2次方成正比。因为人造地球卫星的质量远远小于地球质量，这个数学关系是严格成立的。但是，椭圆轨道的半长轴应是卫星离地最远距离再加上地球的平均半径即6371千米。

如果人造地球卫星的速度不断加大，会出现什么情况这时的椭圆轨道也就越来越长、越扁，当速度增大到某一个限度时，卫星终于摆脱地球的引力飞离地球而去，像地球一样绕太阳运行，成了人造行星。这个使卫星脱离地球而去的速度，称作第二宇宙速度，其大小是112千米/秒。如果卫星要离开太阳系，就必须克服太阳的引力。太阳的质量远比地球大，需要的脱离速度就更大。为此，除了借助地球绕太阳约30千米/秒的速度外，还要再加一个约167千米/秒的速度，这个速度叫做第三宇宙速度。

发射人造地球卫星，除了上面所介绍的理论外，还要考虑其他因素。地球被一层厚厚的空气包围着，其厚度大约有1000千米；不过离地越远，空气越稀薄，真正浓密的大气层只有几十千米。大家知道，空气会对运动物体产生阻力，物体运动速度越大，阻力也越大。人造卫星脱离火箭以后，在地球的引力场内作椭圆绕地运动，由于大气阻力，它的速度会变小，其结果是飞行高度逐渐下降；如果高度降低到进入了地球浓密大气层，和空气产生的摩擦非常剧烈，会产生几千度高温将卫星烧毁。为避免卫星过早烧毁并使它能在空间长时间运行，就必须把卫星送到离地一定的高度。人造卫星的轨道高度，根据工作需要通常在数百千米到数万千米之间。

要把人造卫星送上那么高的高度并达到环绕速度，不是一件易事。运载卫星的火箭速度是最关键的问题。所以发展威力强大的多级运载火箭，是发射人造地球卫星和其他人造天体的首要条件。

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