太空轨道：人造天体与自然天体运动永恒的共同法则

太空轨道，是一个抽象概念。当火箭速度超过第一宇宙速度7.9公里/秒后进入太空，失去动力后，由于没有空气阻力，它仍能按固定的速度飞行。当飞行时产生的离心力相当于地球的地心引力时就会按一定的高度围绕地球作圆周运动，这个运行轨迹就称为太空轨道。

可以看出，太空轨道是人造天体运动时无法摆脱的桎楛，它必须遵循这个基本的物理法则。

但是，另一方面，由于太空轨道严格的数学属性，是极为宝贵的资源与财富，它会使空间航行呈现最佳路线，这样会直接降低了能源的消耗。

作为人造天体的飞行遵循轨道，而作为自然天体的星体、星云等等，也同样按照轨道行进。

形象化的轨道，凸显了太空轨道的基本形态

那么，在人类已知的空间物理方面，都有什么样的太空轨道？

本次，“历史脉动”将以一个专辑的方式，对这种陌生的领域作一个简要的梳理。

地球静止轨道

地球静止轨道与国际空间站、哈勃太空望远镜和铱星星座轨道的全球定位系统、格洛纳斯、伽利略和罗盘（中地轨道）卫星导航系统轨道以及地球的名义尺寸的比较。月球的轨道比地球静止轨道大9倍（半径和长度）。

中心分类

银河中心轨道：围绕星系中心的轨道。太阳沿着这类绕银河系中心的轨道运行。

日心轨道：围绕太阳的轨道。在太阳系中，所有的行星、彗星和小行星都在这样的轨道上，许多人造卫星和太空碎片也是如此。相比之下，月球不是在日心轨道上，而是在其母天体的轨道上运行。

地心轨道：环绕地球的轨道，如月球或人造卫星的轨道。

同心轨道：环绕火星的轨道，如其卫星或人造卫星的轨道。

月球轨道（亦称月心轨道）：围绕地球月球的轨道。

赫莫西中心轨道：围绕水星的轨道。

天体中心轨道（亦称天体中心轨道）：围绕金星的轨道。

以木星为中心的轨道（也叫天心轨道）：围绕木星的轨道。

土星中心轨道（也叫克罗诺斯中心轨道）：围绕土星的轨道。

橘心轨道：围绕天王星的轨道。

波塞冬中心轨道：围绕海王星的轨道。

地心轨道的高度分类

近地轨道：地心轨道，高度从160到2000公里（100-1240英里）。

中地轨道：高度从2000公里（1240英里）到略低于地球同步轨道35786公里（22236英里）的地心轨道。也称为中间圆轨道。它们“最常见于20200公里（12600英里），或20650公里（12830英里），轨道周期为12小时。”

地球同步轨道和地球静止轨道：都是与地球侧面自转周期相匹配的绕地轨道。所有地球同步轨道和地球静止轨道的半长轴为42164公里（26199英里）。这可计算出35786公里（22236英里）的高度。所有的地球同步轨道也是地球同步轨道，但并非所有的地球同步轨道都是地球同步轨道。地球静止轨道正好位于赤道上方，而地球同步轨道可能会南北摇摆，以覆盖更多的地球表面。每恒星日都完成一个完整的地球轨道（相对于恒星，而不是太阳）。

高地球轨道：高于地球同步轨道35786公里（22240英里）高度的地心轨道。

按比例缩放的各种地球轨道；最里面的红色虚线表示国际空间站的轨道；青色表示低地球轨道，黄色表示中地球轨道，黑色虚线表示地球同步轨道。绿色虚线代表全球定位系统卫星的轨道。

倾斜度分类

倾斜轨道：相对于赤道平面倾斜不为0的轨道。

• 极地轨道：每转一圈，在地球两极以上或接近两极的轨道。因此，它的倾斜度（或非常接近）为90度或−90度。
• 极地太阳同步轨道：几乎是极地的轨道，每次经过都在同一太阳时间经过赤道。对于拍摄卫星图像很有用，因为每次经过时阴影都是一样的。

非倾斜轨道：相对于某个参考平面，其倾角等于零的轨道。

• 黄道轨道：相对于黄道不倾斜的轨道。
• 赤道轨道：相对于赤道的非倾斜轨道。

近赤道轨道：相对于赤道平面倾角接近零的轨道。这个轨道允许近赤道地面的快速重访时间（对于单轨道航天器）。

偏心率分类

有两种轨道，闭合（周期）轨道和开放（逃逸）轨道。圆轨道和椭圆轨道是闭合的。抛物线和双曲线轨道是开放的。径向轨道可以是开放的，也可以是封闭的。

圆轨道：偏心率为0的轨道，其路径跟踪一个圆。

椭圆轨道：偏心率大于0小于1的轨道，其轨道轨迹为椭圆的路径。

• 地球静止轨道或地球同步轨道转移轨道：一个椭圆轨道，其中近地点位于低地球轨道的高度，远地点位于地球静止轨道的高度。
• 霍曼转移轨道：利用两个发动机脉冲将航天器从一个圆轨道移动到另一个圆轨道的轨道机动。这个轨道是以沃尔特·霍曼的名字命名的。

沃尔特·霍曼

• 弹道捕获轨道：比霍曼转移轨道更低的能量轨道，比目标天体以更低的轨道速度移动的航天器被插入到类似的轨道中，使行星或月球朝着它移动，并在引力作用下使其进入围绕天体的轨道。
• 共准星轨道：两个或更多航天器的相对参考，通常指同一平面上轨道上的卫星。”共准线轨道可以定义为共面和共焦两种轨道。共准星轨道的一个特性是，无论它们在轨道中的位置如何，对齐的半径向量之间的大小差几乎相同。由于这一点和其他原因，在[航天器]交会中，共准线轨道是有用的。

抛物线轨道：偏心率等于1的轨道。这样的轨道也有一个等于逃逸速度的速度，因此将逃逸行星的引力。如果抛物线轨道的速度增加，它将变成双曲线轨道。

• 逃逸轨道：一个抛物线轨道，物体有逃逸速度，并直接远离行星。
• 捕获轨道：一个抛物线轨道，物体有逃逸速度，并直接向行星移动。

双曲线轨道：偏心率大于1的轨道。这样一个轨道的速度也超过了逃逸速度，因此，它将逃逸行星的引力，并继续无限地运行，直到它被另一个具有足够引力的物体所作用为止。

径向轨道：角动量为零，偏心率为1的轨道。这两个物体以直线直接向对方移动或相互远离。

• 径向椭圆轨道：物体以小于逃逸速度运动的闭合椭圆轨道。这是一个椭圆轨道，半短轴=0，偏心率=1。虽然偏心率为1，但这不是抛物线轨道。
• 径向抛物线轨道：物体以逃逸速度运动的开放式抛物线轨道。
• 径向双曲线轨道：一个开放的双曲线轨道，物体以大于逃逸速度的速度运动。这是一个双曲线轨道，半短轴=0，偏心率=1。虽然偏心率为1，但这不是抛物线轨道。

衰减轨道衰减轨道是两个物体之间的最小距离，随着时间的推移，由于大气阻力等因素而减小。常用于处理垂死的人造卫星或气制动行星际飞船。

从北天极看地球静止轨道。在旋转地球上的一个观察者看来，红色和黄色卫星分别在新加坡和非洲上空静止不动

同步性分类

同步轨道：一个轨道，其周期是被轨道物体平均旋转周期的合理倍数，并且与该物体的旋转方向相同。这意味着从中心物体上看，卫星的轨道将在一定数量的轨道后重复。在实践中，只有1:1比率（地球同步）和1:2比率（半同步）是常见的。

地球同步轨道：一个围绕地球的轨道，其周期等于一个恒星日，即地球的平均旋转周期为23小时56分4.091秒。对于近圆形轨道，这意味着高度约为35786公里（22236英里）。轨道的倾角和偏心率不一定是零。如果倾角和偏心率都为零，那么卫星将看起来在地面上静止不动。如果不是这样，那么每天卫星都会在天空中找到一个8字曲线（即“8字形”），从地面上看就是这样。当轨道是圆的且转动周期为零倾斜时，轨道也被认为是对地静止轨道。也被称为”克拉克轨道“后作家阿瑟·C·克拉克。

大名鼎鼎的科幻泰斗阿瑟·C·克拉克

• 地球同步轨道：倾斜度为零的圆形地球同步轨道。对于地面上的观察员来说，这颗卫星似乎是天空中的一个固定点。”所有地球同步轨道都必须是地球同步轨道，但并非所有地球同步轨道都是地球同步轨道。
• 苔原轨道：一个同步但高度椭圆的轨道，有明显的倾斜（通常接近63.4°），轨道周期为一个恒星日（23小时，地球为56分钟）。这种卫星大部分时间都在地球的指定区域。这种特殊的倾向使得近地点的移动很小。

半同步轨道：轨道周期等于被轨道物体平均旋转周期的一半，且与被轨道物体的旋转方向相同的轨道。对于地球来说，这意味着如果轨道是圆的，那么在大约20200公里（12544.2英里）的高度上的一段时间不到12小时。

• 莫利尼亚轨道：苔原轨道的半同步变化。对于地球来说，这意味着轨道周期不到12小时。这种卫星大部分时间都在地球的两个指定区域。通常使用63.4°的倾角来保持近地点移动的小。

超同步轨道：卫星或天体的轨道周期大于包含轨道重心的天体的旋转周期的轨道。

次同步轨道：接近但低于地球同步轨道/地球同步轨道的漂移轨道，卫星将向东漂移。

墓地轨道：卫星在运行结束时进入地球同步轨道几百公里以上的轨道。

• 处置轨道：墓地轨道的同义词。
• 垃圾轨道：墓地轨道的同义词。

同步轨道：环绕火星的同步轨道，轨道周期等于火星的恒星日，24.6229小时。

静止轨道：赤道平面上的圆形同步轨道，距火星表面约17000公里（10557英里）。对于火星上的观察者来说，这颗卫星在天空中看起来是一个固定点。

星系或星系模型中的轨道

盒子轨道：三轴椭圆星系中的一个轨道，它填充了一个大致呈盒子形状的区域。

金字塔轨道：位于三轴星系中心的大黑洞附近的轨道。轨道可以描述为开普勒椭圆，由于来自三轴星系的扭矩，它以两个正交方向围绕黑洞进动。椭圆的偏心率在金字塔的四个角达到统一，使得轨道上的恒星非常接近黑洞。

电子管轨道：在轴对称星系中心一个巨大黑洞附近的轨道。类似于金字塔轨道，只是轨道角动量的一个分量是守恒的；因此，偏心率永远不会统一。

延时摄影可以得到由于地球旋转而产生的星体运行轨迹

特殊分类

太阳同步轨道：高度和倾角相结合的轨道，卫星在同一太阳时间通过行星表面的任何给定点。这样的轨道可以将卫星放置在恒定的阳光下，对成像、侦察和气象卫星很有用。

冻结轨道：通过仔细选择轨道参数，使由于中心物体的形状而产生的自然漂移最小化的轨道。

月球轨道：月球的轨道特性。平均海拔384403公里（238857英里），椭圆倾斜轨道。

超低地球轨道和超低地球轨道：是一类较低地球轨道能量更远或需要插入日心轨道的广泛轨道，作为可能分别需要多个轨道插入的旅程的一部分。

门轨道：从一个行星到另一个行星的最佳圆形偏离轨道。

近直线晕轨道：目前计划在顺月球空间的一个轨道，可以作为2018年美国航空航天局概念中未来任务的集结地。一个提议的轨道大约是月球极地，周期约为6天。

远逆行轨道：一个可能的网关轨道，在EML1和L2之外。

显示两体系统中5个拉格朗日点的图表，其中一个物体比另一个物体（如太阳和地球）要大得多。在这样一个系统中，L3-L5虽然出现在这个小比例的图中，但仍略位于二级轨道之外。

伪轨道分类

马蹄形轨道：在地面观察者看来是围绕某一行星运行，但实际上是与该行星共轨的轨道，比如小行星3753“克鲁斯”和2002AA29。

外轨道：航天器在外轨道上的一种机动方式，即航天器达到由于大气阻力而不稳定的轨道。

月球转移轨道：通过月球转移注入完成。

前向轨道：倾角小于90°的轨道，或与主轨道旋转方向相同的轨道。

逆行轨道：倾角超过90度的轨道，或与行星旋转方向相反的轨道。除了太阳同步轨道上的卫星外，很少有卫星进入逆行轨道，因为发射它们所需的燃料量远远大于前进轨道。这是因为当火箭在地面上发射时，它已经有了一个向东的速度分量，这个分量等于在发射纬度上行星的旋转速度。月球周围的重力辅助可以降低燃料费。

远逆行轨道：一个稳定的圆形逆行轨道。稳定性意味着远逆行轨道中的卫星不需要使用保持发射药在轨道上的空间站。月球远逆行轨道是一个高月球轨道，半径约为61500公里。

火星转移轨道，也称为跨火星注入轨道

晕圈轨道和利萨如曲线轨道：它们是围绕“拉格朗日点”的轨道。拉格朗日点如图所示，靠近这些点的轨道允许航天器保持恒定的相对位置，而很少使用燃料。围绕L1点运行的轨道被那些希望能持续观察太阳的航天器所使用，比如太阳和日光层天文台。围绕L2运行的轨道被总是希望地球和太阳都在其后面的任务所使用。这使得一个防护罩能够阻挡来自地球和太阳的辐射，从而使敏感仪器能够被动冷却。例子包括“威尔金森微波各向异性探测器”和即将到来的“詹姆斯·韦伯太空望远镜”。L1、L2和L3是不稳定轨道，这意味着小的扰动将导致轨道飞行器在没有周期性修正的情况下偏离轨道。

P/2轨道，一个高度稳定的2:1月球共振轨道，将于2018年首次用于航天器凌日系外行星测量卫星。

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