北斗百问丨如何给地球静止轨道上的卫星拍照?

maoxuesong

6月份即将完成组网的北斗三号卫星导航系统，一共有30颗来自三种轨道的卫星组成。其中，24颗中圆地球轨道卫星（MEO）、3颗地球静止轨道卫星（GEO）、3颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）。而即将发射升空的最后一颗“收官之星”，是地球静止轨道卫星。

01

不同的轨道有什么不一样呢？

卫星不同的轨道：

中地球轨道（MEO：Middle Earth Orbit）：

轨道高度为2000-36000公里之间，GPS、GLONASS都属于此类轨道。

地球静止轨道（GEO：Geostationary Orbit）（正圆轨道）：

当同步轨道卫星轨道面的倾角为零度，即卫星在地球赤道上空运行时，由于运行方向与地球自转方向相同，运行周期又与地球同步，因此，人们从地球上仰望卫星，仿佛悬挂在太空静止不动，所以，把零倾角的同步轨道称作静止轨道，在静止轨道上运行的卫星称作静止卫星。

倾斜地球同步轨道（IGSO：Inclined Geosynchronous Orbit ）：

倾斜同步轨道(IGSO)是指倾角不为0的地球同步轨道,其星下点轨迹是一个跨南北半球的 “8”字,其星下点轨迹与赤道相交于一点,该点常称之为交叉点。



对不同轨道的卫星进行一番了解之后，可以发现，不论是从数量上还是卫星发射的距离，发送地球静止轨道卫星有相当的难度。

就北斗三号卫星导航系统而言：

数量上：

地球同步轨道的卫星数量与中地球轨道的卫星数量是1:4.

距离上：

因为地球静止轨道距离地面很远，就相对赤道高度而言，距离已经是36000公里左右，远超于中地球轨道的距离。
*地球静止轨道（GEO）与倾斜地球同步轨道（IGSO）同属地球同步轨道；



（图片来源：科普中国）

因此，想要把卫星送入地球静止轨道，发射场应该尽可能选择接近赤道的低纬度地区。地区越接近赤道，地球自转的线速度越大，火箭就越能得到尽可能多的地球自转的推力。同理，海拔越高，线速度也越大。所以，在低纬度地区发送卫星上地球静止轨道，卫星所耗的燃料会相对中高纬度地区发射低，卫星的使用寿命就更长。

本次“收官之星”选择的西昌发射中心，位于云贵高原上，海拔高，且纬度相对较低（北纬28°），对于卫星发射难度以及卫星寿命都有很大的好处。当然相比更低纬度的文昌发射中心（北纬18°），在西昌发射卫星，还需要火箭发射后，火箭末级以及卫星本身经过数次调整才能进入静止轨道。

02

如何给地球静止轨道上的卫星拍照

首先你需要一个好天气，选择好位于地球同步卫星带上的天区。带上一台相机，一个镜头，将镜头对准该天区，设定好合适的光圈、感光度以及曝光数值，就可以拍到地球静止轨道上的卫星了。

当然，你需要知道当地纬度对应的地球同步卫星带在天空上的位置。对于北半球的观星者来说，看到的地球同步卫星带在天空的位置总会在天赤道的南边几度，这是由于视差所致。如果你在南半球，则相反。



很多地球同步卫星的星等亮度在10等-12等之间，只需使用一架4英寸口径的小型望远镜就可以找到同步卫星。对于我们来说，地球静止轨道卫星始终定点于地球赤道上空某处。

尽管从地面看地球同步卫星几乎不动，但实际上这些卫星为了跟上地球的自转速度，必须以11300千米/小时的速度绕地球公转。静止轨道卫星能保持轨道始终在地球赤道上空精确的某一点位置（术语叫轨迹保持），靠的是自身的小推力发动机不时对轨道的修正。

不同于国际空间站（ISS）和低轨道地球卫星，地球静止卫星整晚都可以观测，全年都可以观测。一天中最多也只有约70分钟可能看不到同步卫星，而这是特殊时期时，就是当地球静止卫星在春分点或秋分点前后的两周内，可能会不时落入地球的阴影内，像发生月全食一样，地球挡住了阳光，同步卫星不能被阳光照亮并反射阳光，自然就看不见了）。



更多行业动态资讯