什么是太阳同步轨道？为啥长征六号改要和长征八号抢活儿

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长征六号改发射成功，运力一下达到了长征八号的水平，两个火箭都是主要发射太阳同步轨道卫星。有同学要问了，到底什么是太阳同步轨道啊？为啥长征六号和长征八号都要争夺这个市场呢？今天咱们就来科普一下太阳同步轨道，顺便对比一下长征六号和八号。我是东城观星，欢迎新老朋友批评指正。

一、什么是太阳同步轨道
地球同步轨道，大家应该并不陌生，就是在地球赤道正上方36000公里高处的轨道，在这条轨道上稳定运行的卫星，围绕地球旋转一圈的时间刚好是地球自转一周的时间。严格来说最常用的地球同步轨道应该是地球静止卫星轨道，在这条轨道上的卫星看起来就像稳定挂在天上一动不动一样。这样的卫星一旦就位，就可以24小时不间断地为地球上相同区域提供服务，尤其是通讯卫星和导航卫星。
太阳同步轨道，顾名思义，是不是卫星跟着太阳一起升降呢？不是！太阳同步轨道卫星，根本不是从东边升起，到西边落下的。这类卫星是从北往南飞的，更准确点说应该是往南偏西的方向飞。之所以叫太阳同步轨道，是因为如果你站在地球上某一个位置不动，每天白天都能至少看到一次这个卫星，或者卫星每天都能至少看到你一次，而且卫星每天从你头顶飞过的时间点是一样的。今天八点它悄悄飞过，明天还是八点，今天十二点飞过，明天还是十二点，明年的任何一天也是一样。它会像太阳一样准时，所以叫太阳同步轨道。

当然，还有更专业的说法。这类卫星几乎不随着地球的自转而旋转，你可以想一下地球仪上的那段圆弧架子，不管地球怎么转，卫星的轨道不动。你可以把轨道理解成一面圆形或椭圆形镜子的边缘。所谓太阳同步轨道，就是一年四季，不管地球怎么转，这面镜子始终以固定的角度冲着太阳。正面对着太阳的镜子，一年四季都会正面对着太阳，斜着朝向太阳的镜子，一年四季都是斜着的，就像一个人一辈子只用侧脸对着你的那种感觉。
地球静止卫星轨道可以认为只有一条，太阳同步轨道却有无数条，只要符合太阳同步的条件就可以。不仅面向太阳的角度可以变化，距离地球的高度也可以变化。但是这里有一个非常重要的限制条件。就像我刚才提到的，卫星南北飞行的轨道就像是地球仪上的圆弧框架，不管地球怎样自转，轨道的位置是不变的。如果是这样的轨道，还挺麻烦的。要知道地球是围着太阳公转的，如果轨道永远不变的话，那随着地球公转的进行，轨道面向太阳的角度，每天都会发生变化，完全不符合太阳同步轨道的要求。
为了满足要求，卫星必须每天自己调整轨道的角度，一年需要调整360度，每天需要调整将近1度。据测算，如果真让卫星自己调整角度的话，每年需要大量燃料来调整轨道，卫星的燃料根本用不了多长时间。好在，地球不是一个标准的球体，赤道的半径要比南北极半径大一些，也就是说地球是个有点胖的球。虽然胖的不太明显，但是足以让地球的引力不够均匀，南北方向飞行的卫星会受到一个来自赤道方向的引力。
如果卫星轨道完全垂直于赤道，则这个力的方向跟卫星运动的方向一样，不会旋转轨道平面。如果轨道跟赤道的角度大于90度，也就是卫星往西南方向飞过赤道的话，来自赤道方向的引力会把卫星往东拽，飞到地球另一边的时候也类似。这样就会让卫星的轨道平面，也就是我们刚才说的那个镜子往东旋转一个角度。太阳同步轨道一年需要旋转360度，也就是每天需要旋转0.9856度。只要科学设计卫星轨道，就可以靠来自地球赤道的那点引力帮着卫星每天旋转轨道平面，而且满足每天旋转0.9856度的要求。比如我们常说的700千米太阳同步轨道，跟赤道的夹角就是98度左右。有了地球的帮助，卫星所在的那条轨道，就可以一直用固定的角度面对太阳了，而且不用消耗自己的燃料来调整角度，这就是来自数学的力量。

为了满足这样的要求，太阳同步轨道不仅有角度限制，还有高度限制，飞得太高了，地球引力帮不上忙了，卫星就很难维持轨道平面的角度了，需要自己烧燃料来维持，也就不划算了。
当然，太阳同步轨道还会给火箭发射带来一些困难。我们知道，很多时候我们发射火箭都是先垂直发射，飞到一定高度以后再程序转弯，从垂直飞改成水平飞。水平飞的时候往东飞是最省力的，因为地球有个自西向东的自转，火箭可以借助地球自转的速度，再适当加点油就可以达到目标速度，从而进入轨道。但是太阳同步轨道是往西南方向飞的，不仅不能借助地球自转获得速度，还需要消耗一些燃料抵消地球自转的速度。
因此，大家都会发现，虽然太阳同步轨道高度只有700公里，但是很多火箭往这个轨道上发射的运力却往往偏低。比如长征七号起飞重量590吨，普通近地轨道运力为14吨，同属近地轨道的700公里太阳同步轨道运力大约5.5吨，长征七号甲起飞重量大约570吨，地球同步转移轨道运力可以达到7吨，要知道地球同步轨道高度会达到36000公里，火箭运力应该远低于近地轨道。再比如，印度的PSLV火箭，700公里太阳同步轨道运力1.75吨，地球同步转移轨道运力1.425吨。可见太阳同步轨道发射难度还是不小的。
二、太阳同步轨道的好处
以700公里太阳同步轨道来说，卫星每天围着地球转15圈，每一圈路过的地方都不一样，第二天还能回到原点再来一遍。只要照相机给力，拍照宽度合理，卫星每天围着地球15圈，就可以给地球来一个全身照片。特别适合遥感卫星、地球资源卫星等对地观测卫星。
第二个好处，每天路过同一地点的时间是一样的，在相同纬度上方时，太阳高度也差不多，也就是太阳光强度差不多，非常有利于观测比较，对于间谍卫星来说，隔一段时间一比较，地面建筑的变化可以一目了然。大型舰船的建造，很难躲过卫星的监控。
第三个好处，如果卫星轨道设计到晨昏线附近，就是在地球一边时是早晨，在另一边时是傍晚，这样的轨道平面就相当于完全正对太阳的一面镜子，卫星几乎不会被地球的阴影给挡住，太阳能电池板可以不停的发电，卫星可以全天候满功率工作。

正是因为太阳同步轨道优势非常多，世界上多数卫星都会选择这样的轨道。换句话说，如果火箭主要服务于这类轨道，市场潜力是最大的。所以，中国的长征八号、长征六号、印度的PSLV、甚至韩国的世界号火箭，都是瞄准这个轨道设计的，希望能抢占国际商业航天市场。
三、长征六号和长征八号都要抢占太阳同步轨道市场
长征六号和长征八号虽然都是中国设计生产，但实际上并不是同一家单位的产品。长征六号是航天八院的产品，跟长征四号是一家。长征八号和长征五号、长征七号是相同的设计单位。两个单位虽然可以使用相同的发动机和芯片等零部件，但设计思路并不一样。
这两款火箭都是针对太阳同步轨道优化设计的火箭。长征六号本身面向的是快速响应的小卫星市场，太阳同步轨道运力还不到一吨，但第一次发射就把二十枚卫星送上了太空。长征八号主要面向较大质量的太阳同步轨道卫星，运力达到4.5吨，对于长征六号无法发射的中型卫星，可以用长征八号来发射。可以说两款火箭具有一定的互补性。

长征六号改火箭大幅增加了长征六号家族的运力，把700公里太阳同步轨道运力提高到了4吨左右，跟长征八号差不多了，这样一来似乎有跟长征八号抢活的意思了。但是长征六号改通过改进第二级火箭和加装固体助推器，与长征六号实现了更好的运力衔接，形成运力梯度，可以承担各种不同的任务，执行任务更加灵活。就算两者运力有交叉的地方，正如前面所说，太阳同步轨道的市场足够大，长征六号和长征八号一起服务，也不愁没有饭吃。
从设计理念上来说，长征六号侧重的是快速响应能力。从最初的型号开始，长征六号就选择了三平测发模式。也就是我们前面一个视频提到的长征八号将要采用的躺平转运模式。这种发射模式，最大的特点就是准备速度快，缩短发射周期。同时，长征六号因为体型比较小，还专门规划了海上发射模式，将来可以更加灵活地进行发射。

长征六号改继续发扬快速反应的特性，用上了国人期待已久的固体助推器。要知道固体助推器可以提前装好火药，无需现场加注燃料，可以大大缩短火箭的准备时间。我2020年第一个视频，就有点羡慕人家日本和印度火箭可以使用固体助推器，现在中国的火箭终于也用上固体助推器了。
此外，长征六号只使用液氧煤油发动机，除了固体助推器以外，只使用一种燃料，降低了燃料加注难度，也减少了火箭的复杂程度。相对来说长征八号第二级使用液氢液氧发动机，跟一级和助推器的燃料是不一样的，相对更复杂一些，成本也更高一些。

长征八号也有自己的优势，除了低成本、短周期以外，还特别强调要验证垂直回收技术，通过垂直回收来降低发射成本。关于这一点，我在前面的视频中有所介绍，欢迎大家去观看。目前长征六号还没有回收的计划。
当然，不管是长征八号，还是长征六号，很多技术都是共享的。比如一级火箭的发动机，都是YF-100液氧煤油发动机。再比如，专门为长征八号设计的在线故障诊断与自适应重构技术，已经用到了长征六号改火箭上。这种技术可以让火箭在面对故障的时候，有更灵活的自主选择性，即使无法进入目标轨道，也可以重新选择一条与目标最近的轨道，而不是放弃发射，这比以前的长征火箭都更加智能。
好了，今天的介绍就到这里吧，希望对大家有用。我是东城观星，咱们下周再见。

leontu

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没搞清楚，是不是某个拉格朗日点？

lhl428

转发了

tibet4254

拉格朗日点就是太阳同步轨道。可以说是非常稳定的轨道。

芃斐

封锁太阳的电波放大功能[看]

lihuaxun88

转发了

kallfang

谢谢科普。原先我以为像地球同步卫星那样，是一颗“同步行星”。

风履

L1

xjbhrt

涨姿势了

我的AE86

太深奥了