什么？衛(wèi)星怎么還排上午班下午班啊？

??8 月 3 日，咱們的風(fēng)云 3 號(hào) 06 星成功發(fā)射升空。在很多相關(guān)的新聞報(bào)道中，我們可能會(huì)看到，它被稱作“太陽(yáng)同步上午軌道衛(wèi)星”。“上午”軌道衛(wèi)星是怎么個(gè)意思？還有下午衛(wèi)星、晚上衛(wèi)星什么的嗎？
 

這些其實(shí)主要與衛(wèi)星的軌道及功能有關(guān)，今天咱們就來(lái)簡(jiǎn)單聊聊。
 

上午下午算什么

衛(wèi)星還有早班呢

?既然這次發(fā)射的是氣象衛(wèi)星，咱就先拿氣象衛(wèi)星舉個(gè)例子。根據(jù)氣象衛(wèi)星的業(yè)務(wù)特色，它們的運(yùn)行軌道一般有兩種：一是地球靜止軌道，二是近極地太陽(yáng)同步軌道，也叫做極地軌道。

?我們最關(guān)心自家的天氣，需要有個(gè)衛(wèi)星時(shí)時(shí)刻刻盯著中國(guó)看，所以從地面看來(lái)，這顆衛(wèi)星始終懸在我們上空一動(dòng)不動(dòng)。我們又知道地球在自轉(zhuǎn)，所以這顆“靜止”在我國(guó)上空的衛(wèi)星，實(shí)際上是隨著地球的自轉(zhuǎn)周期，同步一起轉(zhuǎn)。我們的風(fēng)云衛(wèi)星里雙號(hào)的（如 2 號(hào)、4 號(hào)）都是這類的靜止衛(wèi)星，它們的衛(wèi)星云圖永遠(yuǎn)展示中國(guó)所在的這面地球。
天下一家，中國(guó)的天氣不是孤立的，所以我們還需要極地軌道衛(wèi)星掃描全球。極軌衛(wèi)星穿梭于南北極之間，不但能看到地球的另一面，還可以彌補(bǔ)靜止衛(wèi)星觀測(cè)不到極地的缺點(diǎn)。
氣象衛(wèi)星所在的極地軌道叫做“近極地太陽(yáng)同步軌道”，就是說(shuō)，不論地球轉(zhuǎn)到太陽(yáng)的哪個(gè)方位，衛(wèi)星軌道和晝夜分界線的夾角總是固定的。這樣，衛(wèi)星每次運(yùn)行到白晝這一面時(shí)，它下方的地面總在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，光照視角永遠(yuǎn)相同，可以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的一致性。我們的風(fēng)云單號(hào)（1 號(hào)、3 號(hào)）都是這樣的近極地太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星。
 

那么為什么要有“上午星”和“下午星”呢？因?yàn)樘鞖獬３：蜕舷挛缑芮邢嚓P(guān)。
舉個(gè)實(shí)際的例子：青藏高原的云常常和人類一樣“上下班”，早晨從地面蒸騰起來(lái)，中午形成濃云，下午到傍晚再降回地面。就算在大平原上，大家也會(huì)察覺(jué)到，強(qiáng)對(duì)流天氣一般發(fā)生在午后到傍晚，很少出現(xiàn)在早晨或上午。所以，極軌氣象衛(wèi)星分為上午星和下午星，可以用來(lái)觀測(cè)上午和下午不同時(shí)間段的天氣現(xiàn)象。當(dāng)上午星出現(xiàn)在地球的白天一面時(shí)，它正下方的那個(gè)地區(qū)，總是當(dāng)?shù)厣衔?，而下午星則在下午。
而中國(guó)的風(fēng)云 3 號(hào) E 星，則有些特殊，它是全球首發(fā)民用“晨昏星”，也稱“黎明星”，它運(yùn)行在晝夜分界線（也稱晨昏線）上空，彌補(bǔ)了國(guó)際上民用氣象衛(wèi)星只有上下午軌道衛(wèi)星的空白，并且它所在的軌道一直位于陽(yáng)光下，除了觀察地球，更是可以不間斷地觀測(cè)太陽(yáng)天氣，對(duì)耀斑、冕洞等太陽(yáng)活動(dòng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警具有重要意義。
 

軌道選什么，功能說(shuō)了算

讀到這里，大家想必也悟到了：衛(wèi)星的軌道部署，要和它的功能相應(yīng)。
確實(shí)如此。例如，中國(guó)的羲和號(hào)太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星，為了持續(xù)研究太陽(yáng)大氣動(dòng)力學(xué)，運(yùn)行在晨昏線上空的太陽(yáng)同步軌道上（有點(diǎn)像氣象晨昏星）。美國(guó)的韋布太空望遠(yuǎn)鏡，為了躲避紅外線的干擾，飄蕩在背離太陽(yáng)和地球的第二拉格朗日點(diǎn)，還拉起一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大且有 5 層的遮陽(yáng)罩，把太陽(yáng)和地球方向過(guò)來(lái)的輻射擋得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。
再比如空間站，我們一起來(lái)想一想，如果讓我們來(lái)設(shè)計(jì)空間站軌道，應(yīng)該把它放在哪里好？我們要考慮到空間站是個(gè)住人的地方，所以它周圍的空間條件不能有太強(qiáng)的電離輻射。我們平時(shí)在地面上，被地球磁場(chǎng)和大氣保護(hù)，總覺(jué)得太空只是荒涼而已，出艙活動(dòng)只需要保溫保壓就行了。
其實(shí)，離地 640～58000 千米的高處，有一圈范艾倫輻射帶，里面充斥著被地球磁層捕獲的高能帶電粒子，顆顆都是滿滿的惡意。所以，空間站的軌道要避開這片區(qū)域，中國(guó)空間站和國(guó)際空間站的高度都只有 400 千米左右，也就是西安到鄭州的直線距離。

 從范艾倫輻射帶的剖面圖還可以看出，在地球的高緯度地區(qū)，輻射帶更貼近地面。我們也都知道，極光就是太陽(yáng)風(fēng)轟擊地球大氣形成的。既然地球兩極附近的空間環(huán)境很差勁，那么空間站除了高度低之外，緯度也要低。中國(guó)空間站只在南北緯 42° 之間運(yùn)行，國(guó)際空間站由于要從俄羅斯的拜科努爾發(fā)射場(chǎng)上人上貨，所以不得已選擇了較大的 52° 傾角。
再比如導(dǎo)航衛(wèi)星，如北斗和 GPS，在包括兩極在內(nèi)的全球各地，我們都需要隨時(shí)看到至少三到四顆衛(wèi)星以便定位導(dǎo)航。所以它們中間的大多數(shù)既要?jiǎng)悠饋?lái)，又不能像空間站那樣貼著地飛。它們的理想位置在離地 2 萬(wàn)千米附近的“中地球軌道”上。
衛(wèi)星做什么，空間環(huán)境怎樣，決定了它怎么飛。我們把這個(gè)思路推而廣之，還可以理解一些派往別的星球的深空探測(cè)器看似奇怪的軌道。例如在木星附近做大氣研究的朱諾號(hào)，按說(shuō)，既然要研究大氣，那么貼著木星臉飛就好了。但朱諾號(hào)的軌道實(shí)際上是個(gè)很扁的橢圓，近時(shí)離木星表面只有 4200 千米，遠(yuǎn)時(shí)卻要飛到 800 萬(wàn)千米開外。為什么呢？因?yàn)槟拘怯袀€(gè)極其強(qiáng)大恐怖的磁層，一直待在里面的話，會(huì)死。所以朱諾號(hào)只能采取這種“摸一下就跑” 的策略，每次疾速飛掠一下，然后趕緊逃到遠(yuǎn)處，在安全的地方，慢慢整理數(shù)據(jù)發(fā)回地球。

衛(wèi)星軌道，這樣區(qū)分

文章開頭我們說(shuō)過(guò)，氣象衛(wèi)星分為兩種軌道，一種是靜止軌道，一種是極地軌道。我們現(xiàn)在就來(lái)學(xué)習(xí)一個(gè)小技能：當(dāng)我們看到一幅云圖時(shí)，怎樣識(shí)別它是哪種軌道的氣象衛(wèi)星拍出來(lái)的呢？
你放心，絕無(wú)公式定理，也不需要摁計(jì)算器，只需要看視野，定高度。
比如下面這幅全球云圖。我們知道，靜止軌道衛(wèi)星和地球同步轉(zhuǎn)動(dòng)，中國(guó)上空的永遠(yuǎn)只看中國(guó)這個(gè)半球，所以，既然看到了全球，那么它一定不是靜止軌道衛(wèi)星的作品，而是由極地衛(wèi)星一次次飛掠掃描的圖像拼接而成。事實(shí)上，我們可以看到海洋上空特別明顯的，規(guī)律的一道道“掃描”痕跡（模糊的平行白?。?，那正是極地軌道衛(wèi)星掠過(guò)海洋時(shí)拍到的洋面反光。

 再比如下面這幅地球云圖。靜止衛(wèi)星的軌道極高（距地面大約 36000 千米），從它的位置才能看到這么一個(gè)球體，大約相當(dāng)于整個(gè)地球的 1/3，又稱作“圓盤圖”。相比之下，極地軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星只能看到地球上一片很小的局部。

 總結(jié)一下，如果你看到了個(gè)球體，那就是靜止衛(wèi)星拍的，如果看起來(lái)跟掛在墻上的世界地圖神似，那就是極地衛(wèi)星拍的啦！

本文轉(zhuǎn)自于  新浪航天