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衛星如何變軌?

為找尋消失的MH有370中國調動了十多顆衛星進行變軌操作,衛星變軌的操作是如何實現的,變軌的成本是多大,技術難點在什麼地方


簡單地說,當衛星進入地面站上空時將變軌指令上注,變軌指令最主要包括衛星在軌道哪個位置啟動推力器進行多少時間的噴氣,這些量都是根據衛星自身質量及變軌需求等一些因素事先計算得到的,指令注入成功後,當衛星運行到合適位置就會啟動推力器進行噴氣,向後噴增加速度使軌道抬升,向前噴減速使軌道降低,如果衛星只在屁股上安裝有推力器,則向前噴的時候還需要事先進行姿態調整(轉個180度)。前後噴氣影響的是軌道的高度和偏心率,如果衛星側向噴氣,則還可以改變軌道的傾角。衛星的變軌消耗的是自身攜帶的燃料,比如肼。燃料用完了,衛星就沒辦法再變軌了,而衛星在軌運行過程中受到大氣攝動,光壓攝動等影響會使其軌道逐漸偏離原先的標稱軌道,這時候就需要進行變軌來修正,燃料用完後變軌修正無法進行,逐漸偏離任務要求的標稱軌道,任務無法順利進行,其「壽命」也就逐漸減少了。衛星攜帶的燃料一般都會超過任務期間內進行變軌修正時所需要的燃料,所以稍微拿出來用一點其實沒多大影響,也沒多大技術難點,重要的是它會影響衛星本身執行的任務,佔用任務時間,這個代價有多大就很難說了。


尋找MH370應該不用衛星變軌,而是需要對探測計划進行重新設計,在飛機可能失事的區域開機探測,然後接收數據就可以了,不用進行軌道機動。

對於一般衛星來說,軌道控制並不是難度很大的事情,也不是在衛星生命周期內只能進行一次變軌,而是根據需要進行變軌,一般對軌道精度要求不高的衛星,比如用於目標識別或者定量遙感的光學衛星,發射以後很少進行機動,只是在火箭達到自身設計的發射高度以後,衛星沒有達到預設高度,再根據自己的需要進行軌道抬高,而對軌道精度要求比較高的衛星就需要進行精密定軌。

首先,要制定一個變軌方案,這個就要根據衛星的設計情況來計算選用哪幾個推力器,一般來說衛星都會有多個推力器,不同推力器的效率不同,這要根據衛星整體情況進行綜合考慮,選擇效率較高且燃料較充足的推力器進行變軌,而且要設計好噴氣多長時間,在哪個時間點進行噴氣。

然後,就可以製作指令了,按照方案製作好指令以後上注,要進行試變軌,看一下事先設計好使用的推力器和噴氣時間將衛星抬高的高度是否和預計的一樣,這叫推力器標定,以後每圈就按照這個標定值進行噴氣,每變軌一次,下一個圈次進行一次測軌,確定軌道高度,然後繼續下一次變軌,再測軌,一直到接近預設軌道高度。如果期間有以外情況,就要修改方案。

最後,當要接近預設軌道高度的時候,要再進行計算,重新進行推力器標定,噴氣時間就要縮短,以防軌道抬高超過預設值,根據計算逐漸縮短噴氣時間,直至到達預設軌道高度。

衛星的軌道高度並不是一個確定值,而是在時刻變化的,因此衛星軌道參數有平均值和瞬時值,定軌的最終結果是根據需要進行設計的,只要保持在一個範圍內就可以了,當然,受空間攝動力的影響,衛星軌道會逐漸漂移,這就需要定期對衛星進行軌道控制,以使衛星能保持需要的高度和姿態。


衛星的變軌是使用其本身的發動機進行機動實現的,衛星所載燃料有限,每一次變軌根據幅度或多或少都會減少衛星「壽命」。
成本這個就太複雜,考究起來就要涉及到設計之初……不蛋疼么?
變軌本身沒什麼技術難點,指令的上下行而已,個人覺得難點應該在於如何高效的控制其重訪覆蓋率以及節省燃料等等……


推薦一個遊戲:《Kerbal Space Program》坎貝拉太空計劃,steam售價112,我半價入的。
玩幾個鐘頭,你會對衛星變軌乃至再入乃至登月乃至登火星的流程有感性認識,當然遊戲畢竟只是遊戲,如果你想要精確的數據比如需要多大推力需要消耗多少燃料,還是得學海繼續無涯。

不要沉迷哦~


衛星變軌是要耗費元氣的,也就是自身攜帶的燃料,由於自重限制,一般衛星生命周期內只能進行一次變軌


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