闪电轨道(Molniya orbit),又称为莫尼亚轨道,是一种为高纬度地区提供通信和遥感服务的卫星轨道。它是一种轨道倾角为63.4°,近心点辐角为270°,轨道周期约为半个恒星日的高偏心率椭圆轨道。该轨道得名于闪电卫星(Molniya satellites),即从20世纪60年代中期开始,就运用闪电轨道运行的一系列前苏联/俄罗斯的民用和军用通信卫星。
运行在闪电轨道上的卫星可以在其服务的半球区域内停留较长时间,而在另一半球内则运行速度较快。实际上,在该轨道上运行的卫星,大部分时间都在俄罗斯或加拿大上空,从而为覆盖这些高纬度地区的通信和监视卫星提供了更广阔的视角。相比之下,在赤道平面附近的对地静止卫星只能从一个较低的视角来观察这些区域,进而影响了其的性能。实际上,除了闪电轨道需要多个卫星来实现不间断的通信外,其对高纬度地区的服务效能实质和对地静止卫星对赤道区域的服务是一致的。
运行在闪电轨道上的卫星主要被用在电视广播、军事通信、中继、气象监测、预警系统等领域。
闪电轨道是20世纪60年代,由苏联科学家提出的,其主要目标是为了寻找一个能够替代地球同步轨道,且能够为高纬度地区提供较好通讯服务的卫星轨道。对于苏俄的航天器,其发射场大多位于高纬度地区,如果发射地球同步轨道卫星,并让其运行时实现轨道倾角变化,需要耗费巨大的能量。研究表明,如果使用高偏心率轨道,且令其远地点位于苏俄领地上空,就可以解决上述问题。这种轨道名称中的“闪电”,来源于在轨运行卫星在近地点时速度极快,就如同“闪电”一般。
闪电卫星族是首先运用闪电轨道的一系列卫星。然而,闪电卫星计划进展并不顺利,在1964年有两颗卫星发射失败,一颗卫星在轨运行时发生失效。第一颗成功运用闪电轨道运行的卫星是1965年4月23日发射的闪电1-1号卫星。早期的闪电1系卫星主要用于民用的电视、通信和长距离的军用通讯技术。这些初代的闪电卫星寿命大约在1.5年左右,在使用寿命结束后它们会被干扰力脱离轨道并瓦解,随后不断地被新卫星所替代。
闪电卫星的后续系列——闪电2系同时为军方和民用提供播报服务,并且用来建立横跨苏联的Orbita电视网络。这一系列卫星随后陆续被闪电3系所替代。1997年,科研人员设计出一款名为Mayak的卫星,用于替代闪电卫星,但这个项目不久便被取消了。最终,闪电3系卫星被子午线卫星系列(Meridian satellites)所替代。作为Oko系统的一部分,苏联在1967年发射了运行在闪电轨道上的受控卫星K-1预警卫星,用于监视美国的火箭发射情况。
1971年,美国的弹射座椅和小号卫星被发射进入闪电轨道,其目的很有可能是为了拦截闪电卫星为苏联提供的通信服务,但截至2019年,有关这两颗卫星的详细信息仍未公布于世。随后,美国向太空发射了由闪电轨道卫星和对地静止卫星共同组成的卫星数据系统,这些卫星用于将信号从低轨卫星中继回美国的地面站,并且自1976年以来一直处于活跃状态。1994年,俄罗斯设计了用于高纬度地区通信的Tyulpan星座,但其并未真正投入使用。2015年和2017年,俄罗斯分别将两颗苔原卫星发射进入闪电轨道,用于组建其EKS预警系统。
#卫星百科##太空探索助力计划##每日词条#
图1:闪电轨道示意图
图2:星下点轨迹
图3:闪电卫星构型
