太阳同步轨道

此条目介绍的是与地球有关的一种轨道。关于环绕太阳的轨道，请见“太阳同步轨道 (太阳)”。

太阳同步轨道（Sun-synchronous orbit或简写成SSO，有时被错误的称为另一种 heliosynchronous orbit）是一种结合高度和倾角的近地轨道，使这个物体无论在升交点、降交点或轨道上任何的一点，在地球表面同一个点的上方时都在相同的平太阳时，即表面每次都接近相同的照明角度。这种在可见光或红外线波长上有着一致光源的地球影像（例如气象和间谍卫星）和其它的遥测卫星（例如携带遥测海洋和大气，需要阳光的遥测仪器卫星）是有用的卫星特征。例如，一颗太阳同步卫星一天可以在升交点越过地球赤道12次，而每次都约在地方平时15:00经过。这获得一个相对于地球在天球上环绕着太阳公转的平面每天向东约一度的进动（旋转）密切的轨道^[1]。

图表显示太阳同步轨道 (绿色) 在一年中四个位置点的方向。非太阳同步轨道 (洋红色) 也显示供参考。

太阳的角度通过交点退行的调节获得一致性－轨道自然的进动－每年完整的绕行一圈。因为地球自转，它稍微有一点扁（相较于一个理想的球体，赤道稍微长一点），同时接近赤道的多余质量造成太空船倾角轨道的进动：轨道在太空中相对于遥远的恒星不是固定的，但是慢慢的绕着地轴旋转，进动的速度取决于轨道的高度和卫星的倾角。通过这两种效应的平衡，是可能与进动的速率匹配。典型的太阳同步轨道高度大约在600至800公里，周期在96至100分钟，倾角大约在98度（也就是轻微的逆转，与地球自转的方向比较，0度代表是赤道的轨道，90度是极轨道。）^[1]。

子/午轨道是一个特殊的太阳同步轨道，大约在地方平时的中午或子夜时分在经线上穿越赤道；晨/昏轨道则是在日出或日落时分穿越赤道经线的轨道，所以卫星都在分割白天和夜晚的日夜境界线上飞越。在日夜境界线上飞越对于主动雷达卫星是非常有用的，因为卫星的太阳能电池板能始终被阳光照到，不会进入地球的影子内。对于一些测量的结果会受到阳光影响或限制的被动式仪器，它也很有用处，可以让仪器始终朝向地球夜晚的方向。晨/昏轨道曾经使用在阳光卫星、TRACE和日出卫星等观测太阳的科学卫星，使它们几乎能持续不停的连续观测太阳。

对其它的行星，例如火星，也可以有太阳同步轨道。

技术细节

在轨道摄动分析 (太空船)这篇文章中的方程式 (20) 给绕行扁球体行星的轨道进动率是：

${\displaystyle -2\pi \ {\frac {J_{2}}{\mu \ p^{2}}}\ {\frac {3}{2}}\ \cos i\,}$

每个轨道弧。

当太空船的轨道周期是${\displaystyle 2\pi {\sqrt {\frac {a^{3}}{\mu }}}\,}$，并且当${\displaystyle a\approx p\,}$是圆或接近圆轨道，并且只有在这种情况下他遵循的是太阳同步轨道：

${\displaystyle \cos i=-{\frac {2\rho {\sqrt {\mu }}}{3J_{2}}}\ a^{7 \over 2}\,}$

此处

${\displaystyle \rho \,}$是地球绕太阳轨道的平均运动 (${\displaystyle 1.99106\times 10^{-7}{\text{ rad}}/{\text{s}}\,}$)

${\displaystyle \mu \,}$是地球的标准重力参数，又称为地球引力常数(${\displaystyle 398600.440{\text{ km}}^{3}/{\text{s}}^{2}}$)，该值是引力常数${\displaystyle G}$和地球质量${\displaystyle M}$的乘积。(${\displaystyle \mu =GM}$)

${\displaystyle J_{2}\,}$ 二阶纬度系数项 (${\displaystyle 1.7555\times 10^{10}{\text{ km}}^{5}/{\text{s}}^{2}\,}$)

例如：轨道半长轴 = 7,200公里 (在地球表面上空800公里)的太阳同步轨道，以上是可以得到其太阳同步轨道的倾角为${\displaystyle 98.696^{\circ }}$。

相关条目

• 日行迹
• 地球同步轨道
• 地球静止轨道
• 轨道列表（英语：List of orbits）
• 极轨道
• 世界大地测量系统 (World Geodetic System)

参考资料

1. Boain, Ronald J. The A-B-Cs of Sun Synchronous Orbit Design (PDF). Space Flight Mechanics Conference. 2004-02 [2011-05-27]. （原始内容 (PDF)存档于2007-10-25）.

延伸阅读

• Sandwell, David T., The Gravity Field of the Earth - Part 1 (2002)（页面存档备份，存于互联网档案馆） (p. 8)
• Sun-Synchronous Orbit dictionary entry（页面存档备份，存于互联网档案馆）, from U.S. Centennial of Flight Commission
• NASA Q&A（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Boain, Ronald J. The A-B-Cs of Sun Synchronous Orbit Design (PDF). Space Flight Mechanics Conference. February 2004 [2011-05-27]. （原始内容 (PDF)存档于2007-10-25）.

外部链接

• List of satellites in Sun-synchronous orbit