近地轨道空间是个“大宝藏”『太空科普』( 二 )


太阳同步轨道是另一种宝贵的空间资源 。 地球并非完美的球体 , 这个椭球的扁率导致卫星轨道倾角会缓慢变化 。 如果通过设计轨道让倾角本身受地球引力的影响 , 与地球围绕太阳自然进动保持一致 , 那航天器路过地球上某一地点时的当地时间就基本固定下来 。 例如 , 航天器每次穿过赤道某一点时 , 都是当地时间的下午两点钟 。 因而 , 这种轨道得名太阳同步轨道 , 高度为600~800公里 , 轨道倾角约98度 。
太阳同步轨道航天器飞过某地时总是有稳定的照明环境 , 这对光学遥感、气象探测和资源勘探等卫星的意义极大 , 能够稳定反复遍访以获取最有价值的信息 。 如果更精细设计轨道 , 让航天器永远沿着地球晨昏线运动 , 可实现雷达干涉等非常耗费能量的对地观测 , 也可用于长期稳定的太阳观测 。
以上两大主导轨道 , 占据了近地轨道资源开发的绝对优势 。
此外 , 还有一些轨道是在此基础上的特殊应用 , 如极地轨道会稳定经过两极上空 , 在地球自转的效应下 , 可以实现对地球的无死角覆盖 。 赤道上空等低倾角的轨道能覆盖地球上人口最为稠密的区域 , 商业价值更高 。
开发显现加速度
近地轨道 , 一直是人类开发强度最大和收获最多的空间资源 。 无论是礼炮系列、和平号、天空实验室、航天飞机、国际空间站和天宫空间站等人类重大载人航天工程 , 还是各类气象、遥感、地学和天文学等卫星 , 都将近地轨道作为首选目的地 。 但是 , 随着低轨互联网通信卫星的大量发射 , 近地空间开始变得越来越拥挤 。
近地轨道空间是个“大宝藏”『太空科普』
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近地轨道赋予人造卫星广阔空间
以美国SpaceX公司正在建设的星链卫星星座为例 , 凭借可复用猎鹰9火箭的技术和成本优势 , 星链卫星正在快速占据近地空间轨道资源 。 如果再综合考虑一网、亚马逊、空客、三星等企业推出的庞大低轨卫星星座 , 这意味着:仅在低轨道范围 , 全球就将在未来10~20年内发射数万颗卫星 , 远远超过此前60年内的卫星积累 , 而这仅是卫星互联网一个领域 。
表面来看 , 近地轨道资源几乎是无穷的 , 对于现有的人类航天器数量级而言 , 依然“空旷无比” 。 但太空也是充满风险的 , 近地轨道上的每个航天器都在以超过7公里/秒的速度运动 , 这几乎是高速公路120公里/小时限速的200多倍 。
在这种情况下 , 任一物体都动能极大 , 破坏力惊人 。 因此 , 运行中的航天器可能存在诸多偶发风险 。 一旦发生航天器之间或与空间碎片的碰撞 , 太空碎片数量更会骤然增加 , 如果不加以控制而放任太空垃圾随意增长 , 在可以想象的将来 , 地球将被太空垃圾所覆盖 , 因此 , 人类必须想办法保持近地轨道环境的清洁 。
最好的解决方案是治本 。 一方面 , 从一开始就杜绝卫星成为太空垃圾的可能 。 在卫星和火箭设计时留有一定余量 , 让它们携带足够的推进剂 , 在卫星接近寿命时 , 利用最后的动力 , 脱离轨道 , 重返大气层焚毁 。 另一方面 , 世界各国要统一制定太空交通规则 , 防止潜在的碰撞风险 , 共同和平开发太空资源 。