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你知道吗？卫星也有上午班和下午班，甚至还有晨昏班和晚上班。这些不同的班次，是为了满足不同的观测需求，而选择了不同的轨道。今天，我们就来聊聊卫星的轨道知识，看看它们是怎么在太空中“上班”的。

什么是卫星轨道？

卫星轨道，顾名思义，就是卫星在太空中运行的路径。由于地球有引力，卫星不能随意飞行，而是要按照一定的规律绕着地球转。这个规律就是开普勒定律，它告诉我们，卫星的轨道是一个椭圆形，而地球则位于椭圆的一个焦点上。

卫星轨道的形状和大小，可以用两个参数来描述：偏心率和半长轴。偏心率是指椭圆的焦距和长轴之比，它反映了椭圆的扁平程度。偏心率越大，椭圆越扁；偏心率为0时，椭圆就变成了圆。半长轴是指椭圆的一半长轴长度，它反映了椭圆的大小。半长轴越大，椭圆越大；半长轴为地球半径时，椭圆就贴着地球表面。

除了形状和大小，我们还需要知道卫星轨道在空间中的方向和位置。这就需要用到另外三个参数：轨道倾角、升交点赤经和近地点幅角。轨道倾角是指卫星轨道平面和地球赤道平面之间的夹角，它反映了卫星轨道相对于地球赤道的倾斜程度。轨道倾角为0时，卫星轨道就与地球赤道平行；轨道倾角为90度时，卫星轨道就与地球赤道垂直。升交点赤经是指卫星由南向北穿过赤道时所在位置的经度，它反映了卫星轨道相对于地球经线的旋转程度。近地点幅角是指近地点（即卫星离地球最近的点）相对于升交点的夹角，它反映了卫星在椭圆上的位置。

有了这五个参数，我们就可以确定一个卫星在太空中运行的轨道了。当然，这些参数并不是固定不变的，因为太空中还有其他因素会影响卫星运行，比如地球自转、月球引力、太阳风等等。所以，在实际操作中，还需要对卫星进行定期的控制和校正。

卫星有哪些常见的轨道？

根据不同的观测目标和需求，人类发射了各种各样的卫星到太空中。这些卫星选择了不同类型的轨道来完成自己的任务。下面我们来介绍一些常见的卫星轨道类型。

地球同步轨道

地球同步轨道（GeosynchronousOrbit,GEO）是指卫星的轨道周期和地球的自转周期相同，都是24小时。这样，卫星就可以始终保持在地球上某一点的正上方，或者沿着一个固定的经线运行。这种轨道适合用于通信、导航、气象等领域，因为它可以实现对地球上某一区域的持续覆盖。

地球同步轨道的半长轴大约是4.2万公里，也就是地球半径的6.6倍。这意味着卫星离地球非常远，所以它受到地球引力的影响较小，但是也需要更大的发射能力和更高的运行成本。另外，由于地球不是一个完美的球体，而是有一定的赤道隆起，所以地球同步轨道必须有0度或度的轨道倾角，才能保持稳定。

太阳同步轨道

太阳同步轨道（Sun-synchronousOrbit,SSO）是指卫星的轨道平面和太阳的位置保持一个固定的夹角，这样卫星就可以始终在同一时刻通过地球上某一纬度。这种轨道适合用于遥感、科学探测等领域，因为它可以实现对地球上任何区域的周期性覆盖，并且保证每次观测时的光照条件相同。

太阳同步轨道的半长轴大约是7千公里，也就是地球半径的1.1倍。这意味着卫星离地球比较近，所以它受到地球引力的影响较大，但是也需要较小的发射能力和较低的运行成本。另外，由于地球自转和公转的影响，太阳同步轨道必须有一个特定的轨道倾角（大约是98度），才能保持与太阳位置同步。

极地轨道

极地轨道（PolarOrbit,PO）是指卫星的轨道平面和地球赤道平面垂直，这样卫星就可以从北极和南极上空通过。这种轨道适合用于遥感、科学探测等领域，因为它可以实现对地球上所有区域的覆盖，并且可以观测到极地区域。

极地轨道的半长轴可以根据需要选择不同的大小，一般在2千公里到8千公里之间。这意味着卫星离地球比较近或中等远，所以它受到地球引力的影响较大或中等。另外，由于极地轨道必须有90度的轨道倾角，所以它需要较大的发射能力和较高的运行成本。

低地球轨道

低地球轨道（LowEarthOrbit,LEO）是指卫星的轨道高度在2千公里以下的任意轨道。这种轨道适合用于人造卫星、空间站、载人飞船等领域，因为它可以实现对地球上任何区域的快速覆盖，并且可以提供高分辨率和高信噪比的观测数据。

低地球轨道的半长轴大约是6.5百公里到2千公里之间，也就是地球半径的1倍。这意味着卫星离地球非常近，所以它受到地球引力的影响非常大，但是也需要非常小的发射能力和非常低的运行成本。另外，由于低地球轨道的速度非常快，所以卫星的轨道周期非常短，一般在几十分钟到几个小时之间。

卫星的上下班时间

我们已经了解了卫星的轨道类型，那么卫星是怎么根据轨道来安排自己的工作时间呢？其实，卫星的工作时间主要取决于两个因素：太阳光照和地面站通信。

太阳光照是指卫星是否能够接收到太阳的光线。对于一些需要使用太阳能电池供电的卫星，太阳光照是必不可少的。对于一些需要观测地球表面或大气层的卫星，太阳光照也是影响观测效果的重要因素。所以，这些卫星通常会选择在有光照的时候工作，在没有光照的时候休息。

地面站通信是指卫星是否能够与地面站进行数据传输和控制指令。对于所有的卫星来说，地面站通信是保证卫星正常运行和完成任务的关键环节。所以，这些卫星通常会选择在能够与地面站建立联系的时候工作，在不能够与地面站建立联系的时候休息。

根据这两个因素，我们可以大致划分出四种卫星的工作时间类型：

上午班：这种卫星选择在每天早上有光照并且能够与地面站通信的时候工作。这种卫星通常用于观测地球表面或大气层的变化，比如土壤湿度、植被覆盖、云层分布等。一个典型的例子是美国国家航空航天局（NASA）的土壤湿度主动被动观测系统（SoilMoistureActivePassive,SMAP）卫星，它使用了一个太阳同步轨道，并且每天早上6点左右通过地球上某一纬度。

下午班：这种卫星选择在每天下午有光照并且能够与地面站通信的时候工作。这种卫星通常用于观测地球表面或大气层的变化，比如温度、压力、风速等。一个典型的例子是欧洲空间局（ESA）的风场探测器（Aeolus）卫星，它使用了一个太阳同步轨道，并且每天下午3点左右通过地球上某一纬度。

晨昏班：这种卫星选择在每天早晨或傍晚有光照并且能够与地面站通信的时候工作。这种卫星通常用于观测地球表面或大气层在日出或日落时刻的特殊现象，比如日冕、极光、闪电等。一个典型的例子是美国国家航空航天局（NASA）和法国国家航天局（CNES）合作的云气溶胶传输（Cloud-AerosolTransportSystem,CATS）卫星，它使用了一个低地球轨道，并且每天早晨或傍晚通过地球上某一纬度。

晚上班：这种卫星选择在每天晚上没有光照并且能够与地面站通信的时候工作。这种卫星通常用于观测地球表面或大气层在黑暗中的情况，比如城市灯光、火山喷发、森林火灾等。一个典型的例子是美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的可见红外成像辐射计（VisibleInfraredImagingRadiometerSuite,VIIRS）卫星，它使用了一个太阳同步轨道，并且每天晚上10点左右通过地球上某一纬度。

总结

卫星也有上下班，它们根据自己的轨道类型和观测目标，选择了不同的工作时间。有些卫星选择在早上工作，有些卫星选择在下午工作，有些卫星选择在晨昏工作，有些卫星选择在晚上工作。这些不同的工作时间，让我们能够从不同的角度和时刻，观测到地球的各种奇妙现象。

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