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為什么空間站軌道都在赤道夾角45°左右的位置?

時(shí)間:2017年02月09日 信息來(lái)源:知乎 點(diǎn)擊:9790 字體:

首先,國(guó)際空間站的軌道傾角應(yīng)該是51.65度,它成為這個(gè)傾角有著諸多原因。


1. 軌道選擇

國(guó)際空間站常年維持在400公里附近,這個(gè)高度是維持效率與壽命的折衷:太高了補(bǔ)給之類(lèi)的難度略大,太低了存在空氣會(huì)緩慢降低軌道。事實(shí)上,每次給空間站運(yùn)送物資的飛船都會(huì)留點(diǎn)能量,都要給空間站往更高軌道上推一推,要不早就下來(lái)了。

正所謂站得越高看得越遠(yuǎn),而400公里高度不足以觀測(cè)到很大的范圍,這就好比坐車(chē)的視野和坐飛機(jī)的視野差距。那么解決辦法就是保有軌道傾角,51度就已然可以實(shí)現(xiàn)地球面積的85%左右覆蓋了。中國(guó)的兩個(gè)天宮也在350-400公里之間。

兩極附近面積小,城市和土地都很少,且沒(méi)什么值得觀看的東西??床坏骄退懔?。

更何況如果傾角過(guò)大,接近極地軌道,暴露在太陽(yáng)光下的時(shí)間就略長(zhǎng)。雖然太陽(yáng)能電池板能收集到更多能量,但國(guó)際空間站表示不在乎,因?yàn)楦匾氖菧乜?。畢竟長(zhǎng)期暴露在太陽(yáng)光下,國(guó)際空間站太容易升溫了,在真空中散熱難度太大了。

而電力嘛,反正失重環(huán)境中無(wú)重量壓力,電力不夠,電池板來(lái)湊啊。

你們看看國(guó)際空間站的電池板有多壯觀,一張就幾十米??!

因此40-50度是比較理想的各國(guó)空間站理想軌道傾角。


2.火箭發(fā)射效率問(wèn)題

這是更重要的原因,這個(gè)主要取決于俄羅斯。

對(duì)于火箭發(fā)射而言,不僅要克服強(qiáng)大的地球重力和空氣阻力將航天器送入指定高度,還必須將衛(wèi)星/航天器送入目標(biāo)軌道。在這個(gè)過(guò)程中,火箭最多的能量消耗在剛發(fā)射的幾分鐘,它要從0開(kāi)始加速、突破聲障、克服大量空氣阻力,但這是在任何一個(gè)地方發(fā)射都必須面對(duì)的。

那剩下最難的就是改變軌道傾角了,吃力不討好,非常耗能量,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)改變軌道高度。

最理想的情況是直接因地制宜,采用最適合當(dāng)?shù)氐能壍纼A角-當(dāng)?shù)鼐暥???梢院?jiǎn)單理解為:從赤道(緯度0)發(fā)射的,最好沿著赤道飛(0度傾角);從兩極(緯度90)發(fā)射的,軌道自然也就90了;以此類(lèi)推。

國(guó)際空間站是美國(guó)、俄羅斯幾乎各占一半股份,其他小弟跟著混的節(jié)奏。而在建設(shè)過(guò)程中,就已經(jīng)注定了是俄羅斯絕對(duì)的建設(shè)主力:彼時(shí)美國(guó)的航天飛機(jī)確實(shí)牛,但價(jià)格實(shí)在太高太高了,5億-10億美元左右一次發(fā)射成本,太恐怖了。相比而言,俄羅斯的聯(lián)盟飛船便宜的多。

所以要以俄羅斯的發(fā)射場(chǎng)為主。

世界三大載人航天中心,咱們看看坐標(biāo)(緯度)

美國(guó)卡納爾維拉爾角,~北緯28.5度

俄羅斯/哈薩克斯坦拜科努爾,~北緯46度

中國(guó)酒泉,~北緯41度


補(bǔ)充小知識(shí):中國(guó)的兩個(gè)空間實(shí)驗(yàn)室,天宮一號(hào)和二號(hào),就在42.8度軌道上,非常接近41。


美國(guó)跟俄羅斯合作,美國(guó)的東西貴、運(yùn)力大(航天飛機(jī)運(yùn)力遠(yuǎn)超聯(lián)盟號(hào))不在乎軌道傾角變化,自然就以拜科努爾的為主,那咱就選46度么?

當(dāng)然不行!


3. 政治原因

美國(guó)和俄羅斯合作搞國(guó)際空間站,帶了前前后后三十個(gè)小弟,連馬來(lái)西亞、南非這種航天國(guó)家都帶上了,就是不給中國(guó)面子。中國(guó)申請(qǐng)了好多次,美國(guó)都以阻止航天技術(shù)擴(kuò)散為由給無(wú)情拒絕了。那好吧,你如果從拜科努爾發(fā),它和中國(guó)的地理位置關(guān)系是這樣的,

用STK做了一個(gè)國(guó)際空間站的軌跡仿真,

上圖:綠色是國(guó)際空間站的地面軌跡圖,藍(lán)色是中國(guó)邊境,紅色是拜科努爾以及假設(shè)的某次發(fā)射毛新愿



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