人造卫星为什么沿椭圆轨道飞行?

理论上,所有的轨道在物理定义上都属于椭圆轨道,所谓的圆轨道其实只是椭圆轨道的一种极端特殊情况,即当椭圆轨道的两个焦点距离非常接近、几乎重合时,其轨迹在视觉上呈现为圆形。

虽然理论上可以变轨,但如果在椭圆轨道的高点上强行实现变轨进入圆轨道,这个过程需要消耗非常高的能量,所以除了某些应用有特殊需求外,工程师们通常会尽量避免变轨,因为能耗是发射成本的关键因素,越低越好。

在实际发射过程中选择椭圆轨道,主要是因为考虑到能耗问题,因为发射卫星的轨道越高,火箭需要提供的能量就越大,所以在发射初期卫星会采取类似阿基米德螺旋式上升的方式,主动段结束后,卫星依靠惯性形成的轨道基本就是椭圆轨道。

尽管椭圆轨道在发射阶段有节能优势,但就目前的实际应用情况来看,大部分卫星因为功能需求的限制,最终都运行在圆轨道上,例如我们熟知的GPS系统、铱星、资源卫星以及气象卫星等,基本上都采用的是圆轨道。