卫星如何实现“太空搬家”

中国航天科普

2024-03-18 17:40发布于北京中国航天科普网官方账号

3月15日，风云四号A星经历了10天的“太空搬家”后成功定点于东经86.5度。此次“漂星”于3月5日启动，从东经104.7度开始，在新的位置上A星将持续“发光发热”，开展观测及服务。

此前，风云四号B星从东经135度“漂星”至东经105度，接替A星在静止轨道上提供观测和数据业务服务。那么，什么是静止轨道卫星“漂星”？卫星如何通过“漂星”实现“太空搬家”？这得从静止轨道卫星、漂星两个概念说起。

什么是静止轨道卫星？

静止轨道卫星顾名思义，是指运行在静止轨道上的卫星。该轨道的卫星相对地面各点是相对静止不动的，它的轨道周期和地球自转周期相同（24小时），也就是说如果我们站在原地不动，不管何时我们去寻找静止轨道卫星，它都在我们的同一方位。并且，这条轨道运行在赤道上空约36000千米的圆轨道上。

由于静止轨道卫星的这些特点，使得卫星正下方对应的地面点(简称星下点)在赤道上是“静止不动”的，该位置通常用经度表示，我们称为卫星的定点经度（简称轨位）。

为了满足不同的居住需求，我们通常会搬家，从一个房子搬到另一个房子。同理，卫星也如此，为了满足不同的在轨任务需求，需要控制卫星从当前轨位移动到目标轨位，我们把这个“搬家”操作称之为“漂星”。

卫星如何实现“太空搬家”？

那么，卫星是如何实现“太空搬家”的？由于静止轨道卫星的特点是卫星相对于地球是静止不动的，为了改变卫星的轨位，就需要调整卫星的运动周期，使卫星轨道周期与地球自转周期不一致。

根据牛顿万有引力定律，卫星公转周期与它的轨道高度成正相关。卫星轨道越高，其运动周期越大；轨道越低，其运动周期越小。

一般来说，当卫星轨道周期大于地球自转周期时，则星下点位置往西移动，即经度位置逐渐变小；反之，当卫星轨道周期小于地球自转周期时，其星下点位置则往东移动，即经度位置逐渐增大。

风云四号B星自2月1日起漂，于2月19日定点至105度，历经18天。考虑到卫星携带燃料以及在轨寿命，研制团队制定了最优的卫星“搬家方案”：先加速抬升轨道，增大卫星轨道周期，使卫星跑得比地球慢，卫星的星下点经度逐渐缩小，待卫星星下点逐渐靠近“新家”时，再对卫星“踩刹车”，减速降低轨道，减小卫星轨道周期，使卫星与地球跑得一样快。这样卫星就可以安稳地驻扎在“新家”了。

搬家第一步，加速。用加速方向的推力器点火，给卫星加速，将卫星轨道抬高。此时，卫星将逐渐远离家的位置。

搬家第二步，减速。用减速方向的推力器点火，对卫星进行刹车，将卫星轨道降低至原始高度，卫星抵达万里之外的“新家”。

目前，风云四号A星和B星均已到达目标轨道位置，将为我国及更多“一带一路”国家和地区的天气预报、防灾减灾提供数据支撑。

来源/中国航天科技集团、航天科技集团八院509所

文/徐凯、常远、杨丽

编辑/杨斯爽

审核/穆檀

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