地球同步轨道，卫星念念不忘

地球同步轨道是以地球为中心、航天器公转周期与地球自转周期均为23小时56分04秒的轨道。在这类轨道上，卫星的星下点在每天同一时刻是相同的。其中，在赤道上空的圆形轨道又称为地球静止轨道，卫星会始终位于赤道某一点的正上方，保持相对静止。此外，地球同步轨道还包括椭圆同步轨道、倾斜同步轨道、极地同步轨道等。

地球同步轨道在通信、气象、遥感、侦察等方面具有重要价值。在地球静止轨道上，通信卫星的信号覆盖区域基本固定，因此区域内任何地面站点之间可以实现24小时不间断通信。在倾斜同步轨道和极地同步轨道上，每天卫星都会经过相同的地区上空，所以在气象、侦察、科学研究等领域很受重视。尤其是极地同步轨道，对于两极地区和高纬度地区的通信效果影响很大。

不过，火箭发射卫星进入这类轨道是困难且复杂的。地球同步轨道半长轴为42164公里，对火箭运力提出了极高的要求。一般来说，卫星需要先被发射到较低的停泊轨道，再加速进入与地球同步轨道相切的地球同步转移轨道，在该轨道远地点及时调整，进入地球同步轨道，该过程称为“霍曼转移”。

此外，地球静止轨道的轨道倾角为0度，但发射场不会恰好建设在赤道上，因此航天器一般需要在霍曼转移的基础上，从地球同步转移轨道的远地点再进行一次轨道倾角修正，为此消耗的能量甚至会超过改变轨道高度。解决方法之一是应用地球超同步转移轨道，其远地点距离明显大于普通的地球同步转移轨道，因此远地点速度进一步降低，有望帮助航天器大幅节约燃料。

随着地球同步轨道的价值日益被重视且“空缺”越来越有限，其应用前景值得关注。一方面，在商业运营中，地球同步轨道卫星普遍向着小型化、定制化、低成本等发展；另一方面，大型通信卫星始终希望通信能力更强、功能更丰富。7月28日，美国猎鹰重型火箭发射了重达9.2吨的木星-3商业通信卫星，打破了地球同步轨道卫星的质量纪录。

从积极兴建低纬度发射场，到大力开发地球超同步转移轨道等空间资源，人们正在不断寻求新方法来满足对地球同步轨道的需求。随着更多创新性火箭、卫星设计涌现，相信地球同步轨道将助力航天事业迈向新高度。（作者：杨泽生）

本文首发于《中国航天报·飞天科普周刊》