主题：聊聊传输型遥感卫星 -- 温雅颂

传输型遥感卫星中的光学遥感卫星，所使用的轨道与一般其它卫星有明显区别。虽然因为没有统计而不敢百分之百确定，但基本上所有的传输型光学遥感卫星都使用太阳同步轨道。

那么，什么是“太阳同步”轨道呢？

地球同步轨道大家可能都比较清楚，就是位于地球赤道上方，卫星围绕地球的公转时间与地球自转时间相同，因此从地球上看，卫星好似在赤道上空静止不动一般。卫星“静止”在赤道上空的好处很多，所以地球同步轨道卫星也非常多，一般主要是通讯卫星和气象卫星。

所谓的太阳同步轨道，指的是卫星飞经地球某地时，总是在同一个时刻，比如某颗遥感卫星，每次飞经北京上空的时间总是上午十点。显然，这个时间对拍摄照片非常有利，地形地物会有一定量的阴影，有利于目视判读，而阴影面积又不是太大。试想：如果卫星飞经某地的时间不固定，有清晨，有中午，有黄昏，有黑夜，拍摄出的照片彼此差异太大，显然对判读是很不利的。

那么让卫星轨道保持与太阳同步又是怎么实现的呢？

我们都知道地球一年围绕太阳绕一圈，同时地球自身还有自转，24小时一个昼夜。需要注意到是，地球上的一个昼夜，并不是地球自转360度，而是地球自转360度再加上365分之一度。因为地球在24小时内绕着太阳转了365分之一度，所以地球也需要多自转这么多才能使太阳达到与前一天相同的方位角。

我们都知道陀螺仪旋转起来后，其旋转平面会在空间中保持稳定。地球的自转轴始终指向北极星，不会因着地球绕太阳公转而改变。那么对卫星来说，卫星绕地球旋转的轨道平面，在宇宙空间中也应该保持它的稳定性，它的法线也应该指向宇宙中的某个特定方向。

在这张图中，品红色的轨道为非太阳同步轨道，青绿色的轨道为太阳同步轨道。品红色轨道平面法线始终朝向左上方，而青绿色轨道平面法线则始终朝向太阳。

让卫星的轨道平面不停地旋转，显然需要对卫星施加一定的侧向的外力，使卫星在飞行过程中发生偏转。但这个外力的方向又不能是恒定的，因为如果这个外力始终来自卫星飞行方向的一侧，卫星轨迹就不会是一个圆周，而变成了一条像弹簧一样的螺旋线。

显然，这个外力需要不断变换方向，当卫星在北半球时，让卫星飞行轨道向左偏转，当卫星在南半球时，让卫星轨道向右偏转。这样一来，卫星每次经过赤道时，都会发生向东的偏移。为了方便描述和理解，我们这里暂且假设地球没有自转。那么假如卫星的起始点为经度零度，飞越北半球时向左偏转，那么当卫星再次经过赤道时，其经度就不是180度，而可能是西经179.5度。这时卫星开始在南半球飞行并向右偏转，再次回到赤道时的经度就会是东经1度。这样就实现了卫星轨道平面的旋转，在专业术语中，我们称之为轨道的“进动”。

下面紧接着的一个问题就是：这个外力从哪来？用卫星姿控火箭侧推肯定是可以的，但如果卫星每圈都要这么推两次，用不了多久卫星燃料就会耗尽，所以显然不能这么办。事实上，卫星工程师们想出了一个绝妙的办法：利用地球自身的引力。

由于地球本身并不是一个理想的球体，而是一个近似的椭球体。地球由于自转，离心力导致地球的赤道地区比两极地区要高。根据目前广泛使用的地球椭球体数学模型，地球的长半径为6378137米，短半径为6356752米，两者相差20多公里。赤道地区隆起，就意味着赤道地区的质量比两极大，也就意味着引力大。当卫星在北半球飞行时，离赤道近的一侧就会受到更大的引力，就会导致卫星朝赤道偏移。如果卫星沿经线飞行，也就是所谓的“极轨卫星”，卫星在北半球向北飞时，赤道地区的引力大于北极，卫星就会越飞越慢。经过北极开始向南飞时，就会越飞越快。如果卫星进入北半球时的方向是西北方向，卫星在北半球时因为左边距离赤道更近，就会不断向左偏移。

这里需要提醒一下：卫星围绕地球飞行的方向是在不断变化的。经过赤道进入北半球时，如果方向是西北，在卫星到达北纬最高纬度的时候，卫星就是在自东向西飞，然后转成自东北向西南飞。经过赤道进入南半球时，飞行方向依然是自东北向西南飞，直到达到南纬最高纬度时，方向就又变成了自东向西。

在这张图里，地球被展开成一个平面，这在地图学上称之为圆柱投影或墨卡托投影。在这样的地图上，一般的卫星飞行轨迹就近似一种正弦曲线。如果卫星顺着地球自转飞，在北半球时右侧离赤道近，卫星就会向右偏转；在南半球飞时，左侧离赤道近，就会向左偏转。一圈下来，卫星的轨道平面就会朝西“进动”。因为地球绕太阳公转的方向与地球自转方向相同，卫星轨道需要朝东“进动”才能保持与太阳同步，所以太阳同步轨道必然是一个逆地球自转的轨道，也就是卫星轨道与赤道的夹角要大于90度。

对于普通卫星来说，发射时都会尽量利用地球的自转，所以发射场离赤道越近越合算。而传输型遥感卫星则相反，不仅不能利用地球的自转，反而还要额外付出来抵消地球的自转。所以就有一个非常有趣的现象：传输型光学遥感卫星的发射，要尽可能选择高纬度发射场。我们知道：中国的卫星发射场有西昌、酒泉、太原，还有在建的海南。中国的传输型光学遥感卫星，全部是从太原发射场（实际位置在太原北边的五寨县）发射的。为什么不从酒泉发射我不知道，但我可以肯定不会从西昌和海南发射。如果哪天大家从新闻里看到听到国家又发射了一颗“科学实验卫星”，是从太原发射场发射的，那基本就可以肯定是一颗传输型光学遥感卫星。又因为只笼统地称为“科学实验卫星”，则十有八九是军事侦察卫星。

雷达遥感卫星不受日照影响，因此没必要采用太阳同步轨道。