为什么大多通信卫星都位于地球同步轨道?

发布日期:2021-08-02 09:13
按照卫星距离地球表面的距离划分,卫星轨道分为三类:
低轨LEO:500-1500公里
中轨MEO:5000-13000公里
高轨HEO:>20000公里

之所以按照这个划分,是因为在地球附近的宇宙空间包围着高能粒子辐射带,被称为范艾伦带。它是一个类似于甜甜圈形的区域,分为内外两层,其中内层的分布范围为1500-5000公里,外层的分布范围为13000-20000公里。
带中的高能带电粒子撞击到飞入其中的航天器,会对其电子设备造成严重危害。因此,为了避免受长期影响,绝大多数卫星都会考虑部署在范艾伦带内外层的间隙空间中,卫星轨道也由此被划分为低轨、中轨和高轨。

其中,低轨卫星由于轨道高度较低,受到大气阻力的作用,卫星轨道会不断下降,需要不断消耗推进剂来保持卫星的轨道高度,因此卫星的寿命普遍较短,大约5-8年。但由于其传输延时短(双向通信约100毫秒)、路径损耗小,特别适合用于话音、互联网等业务通信。近年来随着低轨高通量卫星组网的兴起,不断出现一批全球低轨星座通信系统网络。其中最典型的有铱星、globalstar、starlink、oneweb等,国内也有航天科技的鸿雁、航天科工的虹云等系统在研制中。

中轨卫星所处的轨道高度不再受大气阻力的影响,寿命较低轨卫星长,约8-12年,传输延时(双向通信约200毫秒)和路径损耗适中,全球组网所需的卫星数量仅需数十颗。目前全球唯一成功投入商业运营的中轨卫星通信系统是SES公司旗下的O3b星座。

高轨卫星相对中低轨卫星其受地球引力的影响最小,寿命也相对较长,通常能达到12年以上。其较大的地视区面积和通信覆盖范围,有利于对地观测、信号广播以及空间中继等应用,且仅需若干颗卫星即可完成全球组网。但同时,高轨道导致高传输延时,不利于对时延敏感的业务通信。

地球同步轨道属于高轨道中是最特别的一条,其位于距地球表面为35786公里高度,是一条倾角为0的圆形轨道。处于该轨道的卫星绕地球运动的速度和地球自转的速度接近相同,从地面上看,卫星是相对静止不动的,因此地球同步轨道卫星又被称为静地卫星。理论上,一颗静地卫星可覆盖全球42.2%的表面积,三颗静地卫星即可实现全球除两极外的全覆盖。

卫星位于地球同步轨道的好处有:
1. 轨道高度高,用于轨道维持所需的推进剂可支持卫星长达15年以上的寿命;
2. 卫星寿命周期可持续性的给固定区域提供信号覆盖,无需频繁更换卫星;
3. 地面通信天线易于保持对准卫星,无需复杂的跟踪系统。
地球同步轨道位置作为国家战略资源,近年来一直受国家管理部门的重视,随着中国卫星业务发展的不断深入,国内法规对加强卫星频率和轨道资源科学规划和合理利用,维护中国卫星频率和轨道资源的合法权益,发挥着越来越重要的作用。
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