English     CAST内部邮箱入口    

为什么空间站轨道都在赤道夹角45°左右的位置?

时间:2017年02月09日 信息来源:知乎 点击:6196 字体:

首先,国际空间站的轨道倾角应该是51.65度,它成为这个倾角有着诸多原因。


1. 轨道选择

国际空间站常年维持在400公里附近,这个高度是维持效率与寿命的折衷:太高了补给之类的难度略大,太低了存在空气会缓慢降低轨道。事实上,每次给空间站运送物资的飞船都会留点能量,都要给空间站往更高轨道上推一推,要不早就下来了。

正所谓站得越高看得越远,而400公里高度不足以观测到很大的范围,这就好比坐车的视野和坐飞机的视野差距。那么解决办法就是保有轨道倾角,51度就已然可以实现地球面积的85%左右覆盖了。中国的两个天宫也在350-400公里之间。

两极附近面积小,城市和土地都很少,且没什么值得观看的东西。看不到就算了。

更何况如果倾角过大,接近极地轨道,暴露在太阳光下的时间就略长。虽然太阳能电池板能收集到更多能量,但国际空间站表示不在乎,因为更重要的是温控。毕竟长期暴露在太阳光下,国际空间站太容易升温了,在真空中散热难度太大了。

而电力嘛,反正失重环境中无重量压力,电力不够,电池板来凑啊。

你们看看国际空间站的电池板有多壮观,一张就几十米啊!

因此40-50度是比较理想的各国空间站理想轨道倾角。


2.火箭发射效率问题

这是更重要的原因,这个主要取决于俄罗斯。

对于火箭发射而言,不仅要克服强大的地球重力和空气阻力将航天器送入指定高度,还必须将卫星/航天器送入目标轨道。在这个过程中,火箭最多的能量消耗在刚发射的几分钟,它要从0开始加速、突破声障、克服大量空气阻力,但这是在任何一个地方发射都必须面对的。

那剩下最难的就是改变轨道倾角了,吃力不讨好,非常耗能量,远远超过改变轨道高度。

最理想的情况是直接因地制宜,采用最适合当地的轨道倾角-当地纬度。可以简单理解为:从赤道(纬度0)发射的,最好沿着赤道飞(0度倾角);从两极(纬度90)发射的,轨道自然也就90了;以此类推。

国际空间站是美国、俄罗斯几乎各占一半股份,其他小弟跟着混的节奏。而在建设过程中,就已经注定了是俄罗斯绝对的建设主力:彼时美国的航天飞机确实牛,但价格实在太高太高了,5亿-10亿美元左右一次发射成本,太恐怖了。相比而言,俄罗斯的联盟飞船便宜的多。

所以要以俄罗斯的发射场为主。

世界三大载人航天中心,咱们看看坐标(纬度)

美国卡纳尔维拉尔角,~北纬28.5度

俄罗斯/哈萨克斯坦拜科努尔,~北纬46度

中国酒泉,~北纬41度


补充小知识:中国的两个空间实验室,天宫一号和二号,就在42.8度轨道上,非常接近41。


美国跟俄罗斯合作,美国的东西贵、运力大(航天飞机运力远超联盟号)不在乎轨道倾角变化,自然就以拜科努尔的为主,那咱就选46度么?

当然不行!


3. 政治原因

美国和俄罗斯合作搞国际空间站,带了前前后后三十个小弟,连马来西亚、南非这种航天国家都带上了,就是不给中国面子。中国申请了好多次,美国都以阻止航天技术扩散为由给无情拒绝了。那好吧,你如果从拜科努尔发,它和中国的地理位置关系是这样的,

用STK做了一个国际空间站的轨迹仿真,

上图:绿色是国际空间站的地面轨迹图,蓝色是中国边境,红色是拜科努尔以及假设的某次发射毛新愿



关于本院 | 联系我们 | 招聘信息
地址:北京市海淀区航天城 网站建设:北京空间科技信息研究所
Copyright © 2000-2020 WWW.CAST.CN All Rights Reserved 中国空间技术研究院版权所有
京ICP备20011260号-1