主题：聊聊传输型遥感卫星 -- 温雅颂

我们都听说过卫星变轨这个词，也在电影里看到过卫星变轨跟踪监视地面的画面。但对于一个传输型遥感卫星来说，变轨都有哪些需要考虑到因素，一般人都不会很清楚。

遥感的变轨无非两种情况，一种是改变轨道高度，比如临时降低轨道高度以获得某个热点地区更高分辨率的图像。另一种则是改变轨道方向，使卫星能尽早到达热点地区进行拍摄。

临时降低轨道高度的变轨，对现在分辨率已经很高的卫星来说，意义已经不是很大。因为是临时变轨，且只为了某个特定地区，这种变轨实际是把一个近似圆形的轨道变成一个椭圆形轨道，将近地点设在这个地区。

从图上可以看出，为了在热点地区把轨道降低，在其它地区轨道高度就会大大提高，等于是为了这一小块区域而牺牲了所有其它的区域。对于民用遥感卫星来说是很不划算的。对军用卫星来说，这应该不是个问题。

改变轨道方向，使卫星尽早到达热点地区，问题就要复杂得多了。原因在于：遥感卫星使用太阳同步轨道，而太阳同步轨道限定了卫星的速度和轨道倾角（与赤道夹角），也限定了卫星飞经拍摄地区的时间。如果变轨，势必牵一发而动全身，将这几个重要参数全部打乱。一旦轨道参数被打乱，也就必然会丧失轨道的太阳同步特性。

比如，假设某颗卫星正常情况下的轨道倾角为100度，北京时间上午十点半飞过北京。如果西安发生了某个特殊事件，需要卫星变轨去拍摄西安。显然，卫星需要一个相当大的提前量，对卫星施加一个向左的侧向推力，从而改变卫星的飞行轨迹。但是这样一来，卫星的轨道倾角就被改变了，由原来的100可能变成了105度。如果轨道倾角变了而卫星速度未变，轨道的“进动”量也就变了，在上边这个例子中，进动量被增大，轨道朝东偏移过多。结果就是，今天十点半飞过，明天就可能是11点，后天11点半，大后天12点。不仅如此，进动量的变化也改变了轨道的设计，会使原本设计好的轨道乱套，使原本每天的轨迹都与前一天的轨迹保持一个合理的重叠量发生改变，可能由原来的10%变成了30%甚至60%。

从太阳同步轨道的设计过程就可以看出，当卫星照片幅宽（也可以说是轨道宽度）确定后，卫星的速度、轨道高度、轨道的倾角也都随之而定了，根本没有可以任意选择的余地。从卫星发射成功入轨开始，每个地区卫星经过的时间也就确定了。如果要变轨，就会破坏所有的轨道特性和拍摄图像的特性。

那么太阳同步轨道的卫星究竟应该怎样变轨才能依旧保持原有的太阳同步轨道呢？这个我认为还是有办法，而且应该不复杂。但具体怎么做我就不知道了，那是真正从事卫星轨道设计和卫星操控的人才能掌握的，而且它也应该是大国要互相保密的技术。不过这却不妨碍我在这里从原理方面做一次猜测，也许对也许不对，大家自己判断吧。

我觉得，太阳同步轨道遥感卫星的变轨，只能像计算机重启那样，放弃现在的轨道，将卫星调到一个更高或更低的轨道漫游，这样卫星的速度变了，就从时间上与原来的轨道错开了，等到合适的时间再重新入轨。用形象的语言来比喻，它有点像室内自行车团体赛中前面的自行车给后面的让道，自行车主动骑到外道，多跑点路，让后面的车超过，然后再回到内道。显然，让卫星等待多长时间是可以算出来的，那么这个“等待轨道”的参数也可以据此算出来，那么卫星“出轨”的幅度和“再入轨”的时间也就都可以算出来，变轨应该不需要很长时间。但实际上，卫星的入轨过程基本不可能一次到位，都要经过一段时间的跟踪和微调才能确认其正确入轨。遥感卫星发射后一般都要经过几天的监控才能确认成功入轨，而变轨其实就是一次再入轨，也自然需要一段时间的监控。

至于米国电影里看到的那种随时让卫星变轨监视地面，我觉得也不能说不可能，或许米国确实有很多专用军事侦察卫星，并不在太阳同步轨道上，而是平时就在天上某个任意轨道上转圈，需要的时候就临时变轨，因为不在于是否与太阳同步，因此可以直奔目标区而去。这在理论上是可能的，但问题是时间。卫星飞到目标区时未必都是白天适合照相的时间。而卫星又不可能停留在目标区上空等着天亮，而是一掠而过。由于地球的自转，下次再飞经此地就不知什么时候了。要让侦察卫星在合适的日照时间飞经目标区上空，必然得提前变轨，让卫星在一个“转移轨道”上转几圈，然后在合适的时间飞临目标区上空。显然，实用的变轨都不可能像某小学生想像的那么简单，以为卫星变轨就像偷看邻家女孩儿洗澡似的，爬上墙头把脑袋一伸就齐了。