人造衛(wèi)星是如何按預(yù)定軌道運行的?
妙凡郎
運載火箭要使人造衛(wèi)星獲得較高的速度,靠慣性飛行。同時要掌握好衛(wèi)星進(jìn)入軌道那一瞬間的方向和速度,火箭與衛(wèi)星分離時的飛行方向也是人造衛(wèi)星進(jìn)入軌道的方向。它們分離后,受地心引力和慣性作用衛(wèi)星會按一定的軌道繼續(xù)運行。
人造衛(wèi)星不能像載人飛船那樣,飛行軌道由航天員操縱控制,它是無人航天器,只有靠自動控制或者跟蹤遙控的方式,讓它按預(yù)定的軌道運行。
要想達(dá)到預(yù)定目的,首先要精確地送入預(yù)定的軌道,此時的運載火箭就擔(dān)任了最高任務(wù),要使人造衛(wèi)星獲得較高的速度,靠慣性飛行。同時要掌握好火箭和衛(wèi)星分離,在進(jìn)入軌道那一瞬間的方向和速度。運載火箭的推力決定了人造衛(wèi)星的大小。各種衛(wèi)星的運行軌道高度因為功能和用途的不同存在很大差別,火箭要精準(zhǔn)地把衛(wèi)星發(fā)射到或高或低的軌道。比如:當(dāng)衛(wèi)星在250千米高的軌道運行,和軌道高度誤差不能超過10千米,這就要求進(jìn)入軌道的衛(wèi)星角度誤差小于2.3,速度誤差小于2/10000。
當(dāng)火箭與衛(wèi)星分離時的飛行方向也是人造衛(wèi)星進(jìn)入軌道的方向。它們分離后,受地心引力和慣性作用衛(wèi)星會按一定的軌道繼續(xù)運行。地面要想知道衛(wèi)星是否沿預(yù)定的軌道飛行,只要通過衛(wèi)星的跟蹤測軌的系統(tǒng)就可以知道了。
測量跟蹤衛(wèi)星常用方法有兩種:光學(xué)方式測量,在地面利用光學(xué)經(jīng)緯儀、激光測距儀、高速攝影機、電影經(jīng)緯儀和望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器對衛(wèi)星實施跟蹤測量。這種方法只是記錄、觀測衛(wèi)星的運動情況,不需要衛(wèi)星的配合。這種方法現(xiàn)在很少使用,因為光學(xué)測量會受到衛(wèi)星表面反射特征和衛(wèi)星的大小、天氣好壞的限制,不利于隨時觀測或者觀測不到位。
無線電信號進(jìn)行跟蹤導(dǎo)航,要想在地面跟蹤衛(wèi)星,首先要利用接收到的衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號,用多普勒頻率變化和延遲時間,確定衛(wèi)星相對于地面的速度和距離。根據(jù)這些數(shù)據(jù)能計算出衛(wèi)星預(yù)定軌道與實際軌道的偏差、位置和飛行速度,從而引導(dǎo)衛(wèi)星沿著正確的軌道飛行。
無線電波可以實現(xiàn)全天候跟蹤測量,不受天氣影響,進(jìn)行遠(yuǎn)距離定位。雖然發(fā)射前就設(shè)計好人造衛(wèi)星的理論軌道,但衛(wèi)星上天后的理論軌道和實際軌道有偏差。所以,當(dāng)火箭與衛(wèi)星分離進(jìn)入軌道時,要及時跟蹤測量,并根據(jù)掌握的衛(wèi)星軌道參數(shù),整個的運行軌道都要計算出來,使衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道運行。這一切是通過調(diào)整衛(wèi)星軌道的推進(jìn)系統(tǒng)與導(dǎo)航系統(tǒng)完成的。