人造卫星在轨寿命顾名思义,卫星在轨寿命是指卫星在轨道上存留的时间,是从卫星进入轨道到陨落为止的时间间隔。卫星在轨寿命的影响因素有很多,最主要的因素就是地球大气的阻碍作用,卫星与大气之间的摩擦使卫星动能逐渐损失,导致轨道不断衰减进而陨落。此外,卫星面质比、运行姿态、空间环境等因素也会对卫星在轨寿命产生影响。
我们知道,地球周围是厚厚的大气层,它从地球表面往外延伸至约1000km的高度,像襁褓一样给了地球上的生命婴儿般的保护。它是地球的保温层,使地表温度维持在相对稳定的状态;它吸收了大部分紫外线辐射,因此地球上的生命免于灭绝的危险;外太空不时有陨石坠向地球,也正是因为有大气层的保护才得以化解了大部分的灾难。
但是,大气层的作用并非尽如人意。对于陨石而言,大气层产生的摩擦阻力可以使其迅速坠毁,但对于人造地球卫星而言,这个阻力却是卫星在轨寿命的隐形杀手。随着高度的增加,大气密度呈指数式衰减。卫星运行高度越低,大气密度就越稠密,卫星在轨寿命也就越短。
轨道高度最低的卫星莫过于侦查卫星,它们有的甚至能达到120km左右的高度,但这些带着特殊任务的卫星其寿命往往都很短,它们要么很快陨落,要么就携带大量燃料进行一次次的变轨制动,维持在轨状态。比如1959年2月美国发射的人类历史上第一颗侦查卫星“发现者1号”,其近地点高度约114km,在轨寿命仅有3天。除了大气密度之外,卫星自身的物理参数也会对在轨寿命产生很大的影响,其中非常重要的一个参数就是卫星的面质比,它是卫星质量与横截面积的比值。
卫星质量越大,表示卫星的惯性越大,横截面积越小,表示卫星受到的大气阻力越小,因此面质比越小表示卫星的在轨寿命越长,反之越短。综上所述,影响卫星在轨寿命的主要因素是大气密度,而大气密度与卫星高度和空间环境状况有着密切的联系,此外,卫星面质比和运行姿态也是非常重要的因素。若能正确的考虑这几个因素的影响,则可以大致估计出卫星的在轨寿命。
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