地球上空軌道會不會因為人造衛星太過密集而無法發射新的衛星?

隨著越來越多的國家向太空發射衛星,以當前的速度,太空(圍繞著地球的一圈)終究成為垃圾堆一樣。那在往上發射該怎麼處理。

換個說法,軌道資源是怎麼分配的?太空是否需要一個規劃組織,以便於統治衛星的管轄。避免垃圾的聚集,為了更好的未來。說的有點過激,。。


首先,衛星真的不少,截止2012年,大約有1046顆在軌衛星:

仔細看這張圖,在距離地球很近的位置,一片黃色的小點,這樣的低軌衛星佔到全部衛星的多數。當壽命終了時,低軌和中軌衛星一般用剩餘燃料將衛星推入大氣層,所以結局很悲慘,火化!

再看下面這張圖:

這張圖是在地球靜止軌道上的通信衛星分布圖,而且還僅僅是Ku頻段的衛星。由於地球靜止軌道是一個很特殊的軌道,軌道高度必須是36000km,軌道周期與地球自轉相同,軌道傾角為0。所以地球靜止軌道相當的稀缺,再考慮到衛星之間不肯能像停車場那麼一個挨著一個的停車,相互之間要有一個保護間隔,避免無線電干擾,所以實際能夠容納的衛星數量就是一個基本固定的數量。打個比方,大概相當於北京市的車牌子,你首先要買得起車,然後還要能有牌照。這個牌照是誰發的呢?自然是聯合國。聯合國首先按照每個會員國平等的原則,再考慮面積、人口等因素,固定的每個國家分配幾個軌道位置。每個軌道位置是按照先到先得的原則申請,但是申請完必須在規定的時間把衛星發射上去。實際上分配給中國的軌道位置是很少的,所以肯定不夠用。怎麼辦呢?買!向誰買?湯加之類的島國本身有一些軌道位置,他們又不用,所以就可以拿出來賣,真是一筆好生意,只可惜這筆生意不是誰都能做的。(話說可以考慮買下一個太平洋小島,然後弄到軌道資源,然後賣掉,問題是你首先要獲得聯合國的認可,也不容易啊!)

言歸正傳,靜止軌道距離地球這麼遠,當衛星壽命終了時,很難進入大氣層燒毀,所以會留一點燃料,把失效衛星推離原來的位置,這種死法叫做進入墳墓軌道。

所以結論就是,衛星有兩種死法:一種是火化,一種是土葬。

補充一下:其實還有一種特殊的死法,事情太敏感,大家搜索一下美帝對中國空間碎片的指責就知道了。我不知道這種死法該怎麼起名字,反正不是火化也不是土葬,有點像CS里地鞭屍吧。

布置個課後作業:

根據圖2,分析一下哪裡是歐洲、美帝、哪裡是非洲、哪裡是天朝?

————————————————————————20140607————————

知乎真是一個神奇的地方,隨手寫的一個問題,沒想到大家如此有興趣而且認真,原圖不清楚,所以重新上傳。另外,實際上圖中左側已經標註出是東經,右側是西經。

感謝大家的認真,認真就贏了!


感謝邀請。這個問題恐怕我無法給出很好的答案,因為我對這方面的研究實在太少了。@張拯寧先生已經給出了一個比較好的答案,我在他的基礎上給一點點補充吧。算是狗尾續貂。

首先談談衛星軌道的種類,一般我們根據衛星的軌道高度將衛星的軌道分為地球靜止軌道(GEO)、中軌道(MEO)、低軌道(LEO)和長橢圓軌道(HEO)。其劃分方法是以環地球赤道延伸至南北緯40°至50°的高能輻射帶為界,如下圖

這個圖中有兩個帶,叫做范艾倫帶(Van Allen Belt),內帶在1500到8000公里,外帶在15000到25000公里。帶內是由地球磁場俘獲的太陽風中高能電子和質子組成,會給衛星的電子儀器設備造成很大損害,帶內防護很困難,所以衛星需要避開這兩個帶。根據這兩個帶分出了相應的低軌、中軌和高軌衛星。

另外一個比較特殊的軌道長橢圓軌道一般是用來覆蓋南北極,因為地球靜止軌道衛星覆蓋這裡有困難。這種衛星比較少,如俄羅斯的「閃電」衛星。近地點約500公里高,遠地點約40000公里高度。

不同的軌道高度是根據需求來制定的。如低軌衛星一般可以用來偵察探測和通信,其通信的時間長度受到很大的限制,因為軌道高度越低,過境時間越短,如果需要覆蓋大範圍的通信則需要大量數量的衛星進行組網,成本上升不少。但是用來偵察和遙感則效果不錯,因為離地面比較近,可以有效的進行探測,多次反覆過境探測可以擴大探測範圍。

地球靜止軌道衛星是高軌衛星,其優點是對地靜止,適合作為通信衛星,但是其軌道容量有限,單個衛星功率以及通信容量受到限制。

折衷一下兩種軌道的特點,我們可以通過構建一種數目少於低軌衛星星座方案但覆蓋範圍很大的中軌衛星星座。比如海事衛星系統Inmarsat-P,還有奧德賽(Odyssey)系統。另外,導航衛星系統GPS和北斗都屬於中軌衛星系統。

從理論上來講,地球外的衛星數目應該是可以近乎無限的,但這是基於軌道高度不限的情況。實際從應用需要和工程角度出發,衛星軌道資源是有限的。對於低軌衛星來說,情況好一些,因為低軌衛星的壽命都不長,而且在壽命結束後一般都會慢慢受到大氣的摩擦降低速度從而墜毀。但是對於地球靜止軌道衛星情況就不同了。

由於各種攝動因素的影響,每顆衛星都在經度方向上分配有一定的漂移範圍(一般為正負0.1°左右),以一定的周期進行位置保持"按這樣的分配方法,靜止軌道所能容納的衛星的數目是非常有限的。為了解決大量需求和有限資源之間的矛盾,近年來對在同一個名義定點位置上共位保持由多顆衛星組成的衛星群的研究越來越受到重視"歐洲在這方面的研究一直處於領先地位,並且已經有了在東經19°上空共位保持四顆衛星的工程經驗。這就是多星共位技術。

要在靜止軌道上定點保持共位衛星群,不僅要求衛星群在長期運行過程中不越出給定的軌道窗口(正負0.1°/E/W),而且必須保證它們彼此保持一定的相對距離而避免發生碰撞,同時必須避免各顆衛星之間的相互遮擋以保證正常的通信、測控。
正負0.1°/E/W的軌道窗口也就是軌道弧段上的士70km,這一距離乍看起來似乎足夠容納多顆衛星並使其在運行過程中不發生碰撞、遮擋或干擾。但是,由於地球靜止軌道衛星都設計得非常相似,所以它們會佔用相同的優化軌道而可能發生碰撞、遮擋或干擾。因此,必須採取一定的隔離策略才能實現衛星的共位運行,防止衛星發生碰撞或遮擋。

圖中是熱鳥(hotbird)系列的通信衛星,其中6、8、9、10號都分布在東經13°的軌道上。
另外,目前最急迫的還不是軌道容量的問題,是頻譜容量的問題,由於目前衛星系統採用的頻段都比較一致,因此電磁干擾成了一個需要國際間進行協調的重要事情。否則還不等軌道容量滿了,頻譜容量就先溢出了。所以,國際電聯(ITU)規划了星地、星間的各種通信頻段,制訂了通信保護帶範圍。近年來,隨著幾個大國的通信技術的發展,器件製造的成熟,衛星通信的頻段也在不斷提高(如30GHZ,60GHZ左右),從而避開傳統的星地通信頻帶。


目前有管理軌道資源的國際組織。例如國際電聯(ITU)管理地球同步軌道的資源分配問題。
太空垃圾問題的確在變得日益嚴重,但這並不意味著軌道資源會有一天密集到無法發射衛星的地步。目前處理報廢衛星有兩種方式,一是將即將報廢的衛星推向較少被使用的高軌道,從而騰出有價值的中低軌道資源;二是將即將報廢的衛星推向大氣層,讓其在大氣層中燃燒掉。
其實太空垃圾不會永遠留在地球上空軌道中。一是因為太空中有稀薄的大氣分子,衛星會受到一定的大氣阻力而慢慢地降低速度,然後進入大氣層燃燒掉;二是地球並不是規則的球體,如果不對衛星進行主動的控制的話,衛星或太空垃圾會慢慢地被不規則的地球引力場拉入大氣層或者推離地球(攝動效應)。
但上述變化過程都是很慢的,即太空垃圾還是會在一定長度的時間段內停留在有價值的地球軌道上,因此我們依然需要認真對待太空垃圾問題!


上面已經說得很全面了。


以遙感衛星為例,SPOT、WorldView、GeoEye等高解析度遙感衛星的軌道大約是800KM左右,而Google要收購的Skybox、以及Planet Labs等新型的小衛星,軌道低至400KM左右。更重要的是,這些小衛星的操作模式與以往完全不同,Planet Labs去年12月一次性發射了28顆衛星(每顆大小比筆記本電腦還要小)上去,2014年底更是要達到100顆!

沒錯,這一堆就是Planet Labs首次發射的28顆衛星。

所以說,以目前科技發展的速度,衛星對於軌道的要求會逐漸降低,衛星發射的成本也會繼續降低。現在有很多企業都在籌劃自己發衛星,相信人造衛星會更智能,並且一星多用,這會很好的解決空間的問題。


1 GEO存在這個問題,但主要是頻率干擾問題,不是空間不夠的問題;
2 MEO LEO不存在這個問題,一顆衛星最大只有一輛汽車的大小,想像一下,地球表面可以放多少台汽車。不同軌道高度相對於不同的地球表面,並且表面積比地球表面大很多。


不會。參考土星「草帽」

根據@張拯寧 的說法,因技術原因,某些熱點位置可能會有限額。隨技術的發展,熱點可能不再熱,同一空間容納衛星數也會增加。


天上的衛星真的很少!但是,最寶貴的是靜止軌道資源!得靠聯合國分配,中國的這個資源比較少。現在還有一個嚴重的問題是各種殘留在太空中的航天器屍體,由於失去控制,它們的軌道會因為地球攝動而變的不可控,要知道在太空這些屍體的速度很快,拳頭大小的碎片足夠摧毀一個衛星,要避開這些碎片,資源又少了一點,不過中軌和高軌資源還是灰常多的!


衛星可以設為不同高度運行,例如,我國正在發展的BEIDOU二代系統,就有三種不同類型的衛星組成,MEO衛星高度大致為22000公里,而IGSO,GEO衛星高度則大致為35000公里,這樣可以有效避免因人造衛星太過密集而無法發射新的衛星。


衛星都有使用壽命,空間不夠用了就等衛星『死亡『,然後除了自己國家的軌道可以發射,其他的去搶~


這個問題恐怕我無法給出很好的答案,因為我對這方面的研究實在太少了。@張拯寧先生已經給出了一個比較好的答案,我在他的基礎上給一點點補充吧。算是狗尾續貂。

首先談談衛星軌道的種類,一般我們根據衛星的軌道高度將衛星的軌道分為地球靜止軌道(GEO)、中軌道(MEO)、低軌道(LEO)和長橢圓軌道(HEO)。其劃分方法是以環地球赤道延伸至南北緯40°至50°的高能輻射帶為界,如下圖


這個問題確實存在,而且問得很專業,空間法現在是個問題,只是國際上各國之間出於自身利益考慮,達不成共識。


會,但是也能清理的


外層空間的空間總比地球表面積大吧,只有極少數衛星的體積是比較大的。地球上的車還是開的下的,何必擔心衛星在外層空間擠不下呢


數學家用模型來模擬運行軌道,應該不用擔心。


地球上垃圾怎麼處理,正如太空中。


推薦閱讀:

為什麼同步軌道衛星發射一般在低緯度發射場執行,但太陽同步軌道衛星的發射一般在高緯度發射場?
北斗導航系統會不會被他國劫持?
為什麼 GPS 衛星不提升功率來消除 GPS 信號不良影響?
印度PSLV XL火箭為何是4級,是不是運載能力更強?
為什麼微納衛星越來越火卻沒多少人擔心由此產生的太空垃圾問題呢?

TAG:天然衛星 | 航天 |