从北斗看全球卫星分布, 无法想象的视觉震撼!

人造地球卫星: 环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器。人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的 90% 以上。

自 1957 年苏联发射第一颗人造卫星以来,人类发射的卫星超过 6600 颗,其中 3000 多颗已经损毁,还有 3000 多颗在运行,实际有用的只有 1000 多颗。而剩下的则作为太空垃圾一直漂浮在宇宙之中。

随着科学技术进一步发展,需求将越来越多,未来发射的卫星也将会越来越多,甚至是几何级的增长!

这么多的卫星如何在太空运行,如何做到有序不发生混乱出现太空“交通事故”呢?退役的卫星如何处理才不会成为太空垃圾占用空间资源呢?

回答一

每颗卫星都有自己的运行轨道,只有卫星未失控,向来是井水不犯河水。

位于太空中的卫星是非常渺小的,轨道高度 1 公里的偏差、0.1°的倾角变化,两颗卫星直接也是相距遥远!

即便是同一轨道多颗卫星,如北斗的地球静止轨道,也是有角度差的。

首先来了解一下人造地球卫星的高度分布

根据卫星运行的高度,卫星轨道大致分为:

低轨道<1000 公里;中高轨道 1000-20000 公里左右;高轨道>于 20000 公里。

实际划分并没有这么严格的界限,以上一期北斗卫星为例,21300 公里 MEO 卫星也划分为在中地轨道;以北斗为参考,下图看看三种轨道的真实对比。

平面对比

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立体对比

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一般对地观测卫星的轨道高度不算太高,属于中低轨道卫星。如我国的风云 1 号、风云 3 号气象卫星的轨道高度都在 800 多千米,资源探测卫星轨道高度在 300-500 千米,间谍卫星因为要尽可能看清地面目标,所以它们的轨道高度更低,甚至只有 100 多千米。(特别说明:近地轨道一般指高度 2000km 以内)

低轨道空间集中了大多数的地球卫星,主要原因一是发射成本较低、二是实际用途需求、三是技术实力有限,大多数小卫星、商用卫星都集中在这个空间,密密麻麻,如下图所示。

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中高轨道 20000 公里附近,集中了全球四大导航卫星系统,1000-20000km 也分布其他各类用途卫星,数量相对要少一些。

高轨道卫星一般与通讯有关,最典型的就是地球静止轨道卫星,高度 3.6 万千米,基本都是通信卫星。比静止轨道还高的卫星也有,如我国发射的双星探测卫星,远地点就有近 8 万公里,但相对数量就少很多,特殊用途;所以高轨道卫星数量相对来说最少。

再来了解一下人造地球卫星的角度分布

仅从高度来分析卫星分布显然不够,地球外太空是三维立体的,需要不同的轨道角度才能完成多角度多区域信号覆盖。

按照轨道倾角大小,卫星的轨道可分为:赤道轨道、极地轨道、倾斜轨道(分顺行轨道和逆行轨道)。

1、赤道轨道:倾角为 0°,卫星轨道平面 与地球赤道平面重合,卫星始终在赤道上空飞行。

2、极地轨道:倾角为 90°,卫星轨道平面与地球赤道平面垂直,卫星飞跃南北两极上空。它的

星下点轨迹可以覆盖全球

,是观测整个地球的最合适的轨道。气象卫星、资源卫星、侦查卫星经常采用这种轨道。

3、倾斜轨道:轨道倾角既不是 0°又不是 90°,统称倾斜轨道,分为顺行轨道和逆行轨道。

顺行轨道:0°<倾角<90°,卫星自西向东顺着地球自转的方向运动。

逆行轨道:90°<倾角<180°,卫星自东向西逆着地球自转的方向运动。

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综合不同的轨道高度和轨道角度,地球卫星在外太空的分散分布!如下图所示:

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强烈的视觉震撼!有木有!?!!

当然这只是一个概念示意图,实际上卫星每时每刻在运动,形态也会发生变化!

回答二

目前的卫星几乎都没有回收设计,一旦退役,将在太空自生自灭,大多将保持在原有轨道继续运行,随着大气的摩擦阻力慢慢降速降轨,最终坠毁在大气层里,目前已有少部分卫星坠毁。

如:东方红一号卫星的近地点高度较高,因此东方红一号卫星至今仍在轨道上。观测表明,到 2009 年 2 月,东方红一号还运行在近地点 430 千米、远地点 2075 千米的轨道上。

但人类目前没有能力去回收卫星和清理太空垃圾!主要原因三点:

1、没有足够的卫星捕捉及相关技术

2、花费太高,且不产生收益,费力不讨好

3、缺乏必要性,目前的太空空间资源还足够充足,无须清理空间

解决办法

1、增长卫星使用寿命,增加利用率

2、设计自毁程序,完成使命后降轨坠落

3、设计太空回收站,打捞清理、集中处理

4、设计太空加油站,为可继续工作的卫星补充燃料能源

5、设计太空维修站,为故障卫星体检卫星