太阳同步轨道卫星

太阳同步轨道卫星

太阳同步轨道卫星，轨道倾角大于90度且在两极附近通过，所以也为近极轨卫星，它的轨道面与太阳的取向一致，所以叫太阳同步卫星。每天向东移动0.9856度,这个角度正好是地球绕太阳公转每天东移的角度。

简介

太阳同步轨道(Sun-synchronous orbit 或Heliosynchronous orbit)指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道的倾角(轨道平面与赤道平面的夹角)接近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳同步卫星轨道。为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向，因此轨道平面每天平均向地球公转方向(自西向东)(即360度/年)。

计算公式

轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球的公转方向相同、旋转角速度等于地球公转的平均角速度(即0.9856°/d或360°/a)的人造地球卫星轨道。太阳同步轨道的半长轴α、偏心率e和倾角¡这3个轨道要素必须满足以下关系式:

Cosi=-4.7737×10-15 (1-e)2a(7/2)

式中a的单位为km。由该式可知，太阳同步轨道的倾角必须大于90°，即它是一条逆行轨道。在圆轨道时，倾角最大为180°，所以太阳同步轨道的高度不会超过6000km。在太阳同步轨道上运行的卫星，从相同的方向经过同一纬度的当地时间是相同的(见图)。例如，卫星最初由南向北(升段)经过北纬40°上空是当地时间早晨8点。由于地球公转，即使地方时相同，不同季节的地面光照条件也有明显差别。但在一段不长的时间内光照条件可视为大致相同。选择适当的发射时间，可以使卫星经过一些地区时，这些地区始终有较好的光照条件，这样卫星在这些地区的上空始终处于太阳光的照射下，不会进入地球阴影，太阳电池可以充足供电而不会中断。倾角大于90°的太阳同步轨道还兼有极轨道的特点，可以俯瞰整个地球表面。气象卫星、地球资源卫星一般都选取太阳同步轨道，以使拍摄的地面目标图像最好。太阳同步轨道的精度要求很高。为了较长时间保持与太阳"同步"，卫星需要配备轨道控制系统，用于修正轨道误差和不断克服摄动力的影响。

卫星举例

下面结合当前研究内容，以ODIN卫星为例理解一下:

卫星轨道面与太阳取向一致，则卫星不像地球同步卫星一样随地球自转而转动，即卫星只有沿轨道方向速度，没有沿地球自转方向即自西向东方向旋转速度。严格地说，还是有自西向东的速度的，因为地球在自西向东公转，所以卫星要保持轨道面与太阳取向一致，必须有一个与地球公转一致的角速度，即360度/(365天)=0.9863度/天。

卫星总是在相同的地方时经过同一位置。比如，每天上午10:00经过长春上空，每天下

午4:00经过武汉。ODIN卫星周期为96分钟，而一天是24*60分钟，所以卫星一天绕地球转24*60/96=15圈。如此，看来，卫星每天重复一次轨道运行，即只经过长春或武汉一次。这样，每一圈轨道观测地球不同的地方，以达到观测全球的目的，第二天上午10:00又回来观测长春。其实，这是卫星轨道没变化，地球自己转动了，卫星一圈需时96分，地球自转96/(24*60/360)=24度，地球有360/24=15个24度，于是，卫星在一天绕地球转15圈。而且，在一个短时期内，一地区太阳照射情况不会有太大变化，所以可以对一个地区相同的太阳照射情况进行多次观测。

ODIN卫星轨道倾角为97.8度，如图1所示，春分和秋分时，白天和黑夜分界线与赤道垂直，所以，轨道线北半球在白天，南半球在黑夜，即探测不到太阳辐射;夏至时，更是这样，而且白天时离太阳更近;冬至时，与夏至相反，卫星经过北半球是黑夜，经过南半球是白天。因为卫星轨道面与太阳取向一致，所以不会出现，同一天或同一段短时期，不会出现一会儿卫星在北半球白天南半球黑夜，一会儿又跑到北半球黑夜南半球白天的现象，必须换季才能出现这样的情况。当然，当太阳直射南半球的时候，会出现卫星在黑夜和白天分界线的位置上运行，这样卫星一直探测的是黎明或黄昏的太阳辐射了。

ODIN卫星升交点为18:00，如图2，卫星0度时在当地时太阳落山时候，90度时当地为正午，180度时为当地日出时候，270度为午夜，360又为当地太阳下山时。