这里对12种常见的航天器轨道进行简单介绍，重点介绍太阳同步轨道和地球同步轨道：

近地轨道 (LEO)

太阳同步轨道（SSO）

中地球转移轨道（MTO）

中地球轨道 (MEO)

高椭圆轨道（orbit，简称HEO）

地球同步转移轨道（轨道，简称GTO）

超同步转移轨道（Super-orbit，简称SSTO）

地球同步轨道（轨道，简称GSO）

倾斜地球同步轨道（US Orbit，简称IGSO）

地球静止轨道（orbit，简称GEO）

跨月球 (TLI)

跨火星 (TMI)

(1)近地轨道

低地球轨道（LEO）是指航天器处于低于地面高度的轨道。 近地轨道没有普遍接受的严格定义。 一般而言，轨道高度低于100°的近圆形轨道可称为近地轨道。

近地轨道仍存在稀薄的大气层，航天器会遇到微弱的大气阻力，轨道高度会逐渐降低，在500km以下最为明显。 为了使航天器能够长期在设计高度运行，航天器需要进行定期或不定期的轨道维护。

典型航天器：载人航天器、空间站、对地观测卫星以及一些新型通信卫星系统等。

国际空间站轨道

(2) 太阳同步轨道

太阳同步轨道（Sun-orbit，简称SSO），又称近极太阳同步轨道，典型的太阳同步轨道高度约为600-800km，周期在96-100范围内分钟，倾角约为98°，满足任务需要。 它的轨道平面始终与太阳保持固定的方向。 轨道平面自西向东保持0.9856°/天的进动。 轨道平面绕地球自转轴旋转，方向与地球公转方向相同。

典型航天器：气象卫星、光学遥感卫星等。

太阳同步轨道每天0.9856°的神秘进动的原因：

简而言之，地球不是一个完美的球体。 由于地球的自转，它变成一个扁球体，赤道处有一个凸起。 此外，其质量分布不均匀。 它们为航天器产生额外的重力，导致其轨道平面在惯性空间中不断变化。

航天器的轨道参数共有6个，分别是决定轨道位置的倾角(i)、升交点赤经(Ω)、近地点幅角(w)、偏心率(e)决定轨道形状、半长轴长度 (a) 和近地点时间 (τ)。

卫星轨道参数示意图

地球引力场非中心项的摄动对卫星的倾角、半长轴长度和偏心率没有影响。 主要作用是产生轨道面的进动，随之而来的是椭圆轨道面长轴的旋转（稍后会再次讨论闪电轨道到达）。

轨道面进动方程用升交点赤经变化率Ω表示，ae为地球半径，J2项代表地球扁率，常称为地球扁率摄动，J2值为1.08263× 10∧-3, J2 该项为主项：

轨道平面进动方程

怎么理解呢？ 当轨道倾角i>90°时，地球赤道的凸起对卫星产生额外的吸引力，相当于在轨道平面上增加了一个力矩。 当旋转物体受到垂直于其自转轴的外力矩作用时，其自转轴向外力矩的正方向靠拢，形成轨道面进动。 然而，进动的方向与轨道倾角有关。 下图中，当卫星从东北向西南飞行时，它被拉向赤道上方的东南方向，如绿色箭头所示，因此轨道平面向东进动。 当i=90时，卫星轨道与地球赤道引力核球重叠，因此轨道面不会发生进动。 当我

太阳同步轨道卫星上的力

适当调整卫星的倾角、轨道高度和偏心率，可以使卫星轨道面的进动角速度每天向东前进0.9856°，正好等于地球绕太阳公转的日平均角速度。 令上式Ω=0.9856，代入J2=1.08263×10-3的数值，即可得到具有较大应用价值的圆形太阳同步轨道倾角公式：

太阳同步轨道倾角公式

从这个公式可以看出，在圆形轨道上，最大倾角为180°，因此太阳同步轨道的高度不会超过。

太阳同步轨道的倾角i、高度a、偏心率e之间的关系如下：

太阳同步轨道倾角i、高度a和偏心率e之间的关系

典型的太阳同步轨道高度为600-800公里，周期为96-100分钟。 根据偏心率的不同，轨道倾角大约为98°左右。

具体的太阳同步轨道高度必须根据星载遥感器的地面宽度要求来选择。 如果太阳同步轨道的轨道周期为96分钟，选择合适的高度，使两个遥感地宽无缝拼接，卫星一天内连续扫描十五次即可扫描整个地球（高纬度、它可能会受到轨道倾角的影响，成为部分毫无价值的盲点）。

另外，选择太阳同步轨道可以保证卫星每天在特定时间经过指定区域，即同一时间经过同一纬度时当地时间（当地平均太阳时）相同。方向。 因此，卫星经过同一纬度时，具有相似的光照条件，在可见光或红外波长下获得一致光源的地球图像，从而获得高质量的地面目标图像。

子午/正午轨道是一种特殊的太阳同步轨道，在当地时间午夜或正午穿过赤道； 晨/晚轨道在日出或日落时穿过赤道，其轨道平面接近暮光线。 晨/暗轨道上的航天器可以全天接收阳光，完美满足主动雷达卫星的工作需求。 对于一些测量受照明影响或限制的无源仪器，黎明/黑暗轨道还允许仪器始终处于背光状态。

(3) 中型地球转移轨道

中地球转移轨道（MTO）是霍曼转移轨道的应用之一。 近地点大多在下方，远地点在两者之间。 一般来说，中地转移轨道的近地点高度没有特殊限制，但通常不超过400km，以减少对ΔV（速度增量）的需求。

中地转移轨道一般仅作为中地轨道的过渡轨道。

(4) 中地球轨道

中地球轨道（MEO），轨道高度在 之间。 美国GPS系统、俄罗斯系统、欧盟伽利略系统和中国北斗系统均采用倾角约为20000~55°的中地球轨道。

美国 GPS 星座

(5) 高椭圆轨道

高椭圆轨道（orbit，简称HEO）是近地点较低、远地点很高的椭圆轨道，其远地点高度大于。 该轨道上的卫星可以覆盖远地点以下的地面区域12小时以上。 通信卫星可以利用这一特性。

最著名的是闪电轨道，也称为莫尼亚轨道。 其最初的目的是为前苏联的闪电通信卫星解决高纬度地区的军民通信广播需求。 与地球静止轨道相比，将卫星发射到闪电轨道需要更少的能量。 但缺点是地面站需要可调天线来跟踪卫星，而且卫星经常经过含有高能辐射的范艾伦辐射带。

地球的扁率导致轨道长轴在轨道平面内进动。 自转角速率表示为近地点幅角的变化率。 当倾角小于63.4°或大于116.6°时，近地点幅角均匀增加。 它在 63.4° 和 116.6° 之间均匀减小。 当等于63.4°或116.6°时，不旋转。 63.4°和116.6°称为临界倾角。 选取苏联“闪电”通信卫星的倾角作为避免远地点移动的临界角，使远地点始终位于苏联境内上空，长期维持苏联国内的通信时间。

闪电轨迹

(6) 地球同步转移轨道

地球同步转移轨道（轨道，简称GTO），霍曼转移轨道的应用之一。 近地点大多在下方，远地点在下方。 一般来说，对地静止转移轨道的近地点高度没有特殊限制，但通常不超过400km，以减少对ΔV（速度增量）的需求。

地球同步转移轨道一般仅用作地球同步轨道的过渡轨道。

地球静止转移轨道

(7) 超同步转移轨道

超轨道（SSTO）是指远地点远大于地球远地点的特殊地球同步转移轨道。

日前发射的亚太6C卫星也已进入超同步转移轨道（239×）。

亚太6C卫星初始入轨参数

SSTO和普通GTO的区别在于远地点比普通GTO大很多。 SSTO的优点是可以节省航天器变轨至GEO所需的燃料，从而延长航天器的使用寿命。 缺点是运载火箭需要为航天器提供更高的速度，因此运载能力降低，位置精度也受到影响。

卫星通过将轨道从 SSTO 更改为 GEO 可以节省燃料，原因有两个：

一般来说，由于GTO倾角不为0，因此从GTO到GEO的轨道变化属于非共享轨道变化。 速度变化幅度和方向大，油耗高。 速度越低，变轨所需能量消耗越小； 因为航天器在远地点时速度最小，而远地点距离地球越远，速度越小。 航天器在远离地球的 SSTO 远地点改变轨道。 改变轨道倾角可以显着节省燃料。

如果不考虑轨道倾角的变化，单纯从速度上来说，SSTO需要两次变轨，一次在远地点加速，增加近地点高度到GEO，第二次在新近地点减速，降低近地点高度。到 GEO 的远地点高度。 。

(8) 地球同步轨道

地球同步轨道（orbit，简称GSO），轨道周期等于地球自转周期1恒星日（23小时56分4秒），轨道高度为，轨道倾角为i

地球同步轨道推导：

地球同步轨道推导

(9) 倾斜地球同步轨道

倾斜地球同步轨道（US Orbit，简称IGSO），即轨道倾角i≠0°的地球同步轨道。 其星下点轨迹为“8”字形闭合曲线。 中国北斗卫星导航系统的三颗卫星位于倾斜地球同步轨道，倾角为55°。

倾斜地球同步轨道星下点

(10) 地球静止轨道

地球静止轨道（轨道，简称GEO）是轨道倾角i=0°的地球同步轨道，卫星与地面的相对位置保持不变。 主要用于通信、对地观测、导航、预警、气象等民用和军用卫星。

对地静止轨道是地球同步轨道的特例。 两者之间存在一些差异。 地球静止轨道卫星每天在同一时间经过同一地点，而地球静止轨道卫星相对于地面相对静止。

对地静止轨道仅分布在赤道以上高度左右。 在此高度，轨道线速度为3.07km/s，轨道周期与地球自转周期一致。 因此，地球静止轨道只有一个。

地球静止轨道

轨道稳定性：

首先，由于太阳、月球的引力以及地球扁率的叠加影响，其轨道面会持续进动。 轨道进动周期约为53年，轨道倾角初始变化率约为0.85°/年。 每26.5年轨道倾角将达到最大值15°。 为了纠正这种轨道扰动，航天器需要定期或不定期地进行轨道维护。 每年用于修正轨道的ΔV（速度增量）约为50m/s。

第二个要考虑的是固定点经度的漂移。 这是因为地球赤道不是一个完美的圆形，而是一个椭圆形。 地球静止轨道上有两个稳定平衡点（东经75.3°和西经104.7°）和两个不稳定平衡点（东经165.3°和西经14.7°）。 位于平衡点之间的航天器在没有任何机动的情况下会缓慢地向两个稳定的平衡点漂移，这会导致固定点的经度发生周期性变化。 为了纠正经度漂移效应，地球静止轨道航天器每年需要大约2m/s的ΔV（速度增加）来维持定点经度。

太阳风和光压也会对航天器施加微小的力，导致航天器随着时间的推移逐渐发生漂移。

在缺乏地球维护和加油的情况下，航天器为修正轨道而携带的燃料限制了其使用寿命。 近年来在新型通信卫星中越来越流行的纯电动推进系统和混合推进系统采用了效率更高的霍尔效应推进器。 航天器携带的燃料可减少至15%以下，显着提高航天器的效能。 加载。

(11)地月转移轨道

跨月（TLI）一般是指从远离地球加速到靠近月球制动的轨道段。 它是从地球到月球消耗能量最少的轨道。 以地球为参考点，其轨道大致呈未闭合的“S”形。

BFR 的地月转移轨道

(12)地面火力转移轨道

跨火星（TMI）一般是指从加速远离地球到近火制动的轨道段。 它是从地球到火星消耗能量最少的轨道。

离开地球前是双曲线轨道，离开地球后是绕太阳霍曼转移轨道。

中国火星探测器轨道