本专栏为Falcon-9编写，ASPT发布，有错误处请各位指出，数据截止至2020.03。如有问题可回复提问，小组成员会尽量及时解答。 文章无关时政，不考虑弹道导弹和军事武器。

【注意】这是之前的一个“烂尾”工程，做了一半就没再做，这里把这个“烂尾工程”放出来，也就别点赞什么的了，简单看看就行。

本篇目录

一、各类轨道及其应用

二、引力弹弓

一、各类轨道及其应用：

按照高度和倾角分

按照运动方向分

按照高度和倾角分

【1】亚轨道

亚轨道一般是指距地面20～100km的空域，处于现有飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道高度之间，也称为临近空间或空天过渡区，大致包括大气平流层区域、大气中间层区域和部分电离层区域。

亚轨道也可以看为：发射到着陆整个过程都无法达到第一宇宙速度的轨道。这种轨道非常适合“廉价”太空旅游（这里的廉价当然是富豪的角度），目前正在测试亚轨道飞行旅游的有蓝色起源、维珍银河等等。

【2】LEO（低地球轨道）

近地轨道（英文名称Low Earth Orbit），范围在高度100km——2000km间。这种轨道运动速度大约7.8km/s（初中的7.9km/s指的是理想贴地速度），这个轨道的卫星数是最多的。

LEO是所有轨道级运载火箭的第一步，也是所有轨道最简单的一条（不考虑亚轨道），是非0°发射场发射GTO载荷的第一步。

LEO是大多数互联网星座，试验载荷，部分探测器的所在轨道，其运动相对稳定，速度变化相对较小。

高度在300km一下==以下的LEO轨道阻力会较大，若想在此种轨道长期运行，则需要动力装置进行频繁的升轨操作以维持轨道。

【2】MEO（中地球轨道）

MEO：中地球轨道（英文名称Middle Earth Orbit），范围在2000km——35786km间，导航卫星大多在这个轨道。这种轨道高度更高，单颗卫星覆盖面积更广，更适合少数量卫星星座。

【3】GTO（地球同步转移轨道）

地球同步转移轨道（英文名称Geosynchronous Transfer Orbit），近地点在近地轨道，远地点在地球同步轨道35786km。MAX GTO（或SSTO）指超同步转移轨道，指近地点不变的情况下，远地点大于地球同步轨道35786km，这种轨道通常在火箭燃料充足的情况下多送卫星一程，减少卫星燃料的消耗。 

【4】GEO（地球同步轨道）

GEO：地球同步轨道（英文名称Geosynchronous Orbit），高度为35786km。大型通讯卫星、红外导弹预警卫星等通常在这个轨道，但这些卫星在寿命即将结束时会升高一定的高度，进入“坟场轨道”，给新的卫星留下位置。 

【5】HEO（高椭圆轨道）

高椭圆轨道（英文名称Highly Elliptical Orbit）是一种具有较低近地点和极高远地点的椭圆轨道，其远地点高度大于静止卫星的高度（35786千米）。根据开普勒定律，卫星在远地点附近区域的运行速度较慢，因此这种极度拉长的轨道的特点是卫星到达和离开远地点的过程很长，而经过近地点的过程极短。这使得卫星对远地点下方的地面区域的覆盖时间可以远远超过12小时。这种特点能够被部分通信卫星所利用。 

这种轨道也非常适合中小型间谍卫星，但为数不多，其中最著名的就是俄罗斯的“闪电轨道”。由于其远地点高的夸张，而近地点又低的吓人，其轨道形状十分扁平。在准备侦查某一地区时，可在远地点附近进行变轨。由于原地点过高，轨道周期大于12小时，所以其只需要非常非常少的燃料便可以完成幅度很大的目标切换。只有近地点时才会受到阻力，且阻力很小，所以用在维持轨道的燃料少之又少。

但并不是对间谍卫星只有好处，由于轨道很高，所以运载火箭吃力。而且到近地点时速度要比一般的SSO / LEO间谍卫星速度高不少，所以其拍摄窗口十分的紧俏。

【6】SSO（太阳同步轨道）

太阳同步轨道（英文名称Sun Synchronous Orbit）指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道的倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳同步卫星轨道。为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向，因此轨道平面每天平均向地球公转方向（自西向东）转动0.9856度（即360度／年）。所以大多数人对这个轨道有曲解，SSO并不是指绕日同步轨道，目前所有的火箭都无法将卫星送到绕日同步轨道。

为保持轨道平面始终与太阳保持固定的取向，在卫星随地球绕太阳公转时，轨道平面每天要自西向东作大约1°的转动。事实上由于地球是个扁椭球体，这种扁椭球体上的各点对卫星的引力不等，使卫星的轨道平面绕地轴朝着与卫星运动相反方向旋转，即轨道平面的进动。若选定合适的倾角（大于90°）使卫星轨道平面的进动为1°，正好使轨道平面与太阳始终保持固定的取向。这样就实现了太阳同步轨道。在这种轨道上的卫星以固定的地方时观测地球大气，有较固定的光照条件。对获取可用的资料、资料的接收、轨道的计算等都十分方便。 如果让卫星轨道平面在空间的转动与太阳在空间的视运动一致，则卫星轨道称为太阳同步轨道。卫星称为太阳同步卫星。这时太阳视线与卫星轨道平面的夹角不变，当卫星每次飞越某地上空时，太阳都是从同一角度照射该地。所以SSO才是大多数间谍卫星的所在轨道。

按照运动方向分

二、引力弹弓（奥伯特效应）

没！错！引力弹弓谁不知道，KSP玩家表示这都是基本称操作，但你真的懂引力弹弓吗？

引力弹弓其实就是动量守恒的完美体现。由于我觉得看这些专栏的有一些是航天小白，所以我就分别用不同的方式来讲述什么是引力弹弓。

【1】什么是引力弹弓

引力弹弓就是就是利用行星的重力场来给太空探测船变速，将它甩向下一个目标，也就是把行星当作“引力助推器”。利用引力弹弓使我们能探测冥王星以内的所有行星。在航天动力学和宇宙空间动力学中，所谓的引力助推（也被称为引力弹弓效应或绕行星变轨）是利用行星或其他天体的相对运动和引力改变飞行器的轨道和速度，以此来节省燃料、时间和计划成本。引力助推既可用于加速飞行器，也能用于降低飞行器速度。

【2】引力弹弓的原理

基础是动量守恒，这个就不再多说了，我们来说一下引力弹弓是怎样会给飞行器加速或减速的。以下均是特殊角度和运动较慢的引力弹弓。

①抽象板砖碰撞解释法

这或许是最暴力的解释方法了，假设一个星球是一块质量很大且不运动的板砖，而飞行器是一个乒乓球，在不考虑摩擦和空气阻力的情况下，乒乓球在碰撞板砖后基本会保持原来的速度换方向运动，如下图：

再把板砖换成星球，引力看做一条弹力绳，于是就有了下图。

因为以上都是在天体未运动的情况下讨论的，所以在经过天体后只有方向发生了改变，而速度却没有发生改变。

我们再深入一下，如果天体运动呢？回到第一张“板砖”的图，如果乒乓球以速度V撞向“板砖”，而“板砖”同时向右以速度V右运动，那么就会出现下面这种状况：

（Up你是不是物理不及格，哪来的2V右？）

相对于板砖（星球）来说，确实是V+V右，但是相对于我们（太阳或恒星），其在板砖（星球）的速度基础V右上又加了V+V右，所以是V+2V右。

再把这种情况放到第二张图，经过天体加速后，其速度就变为了V+2V右。

如果天体的运动方向相反，那么就是减去2倍天体的速度。但不知大家发现了没有，到这就可以总结了：经过天体后面会给航天器加速，经过天体前面则会给航天器减速（这里的前面指的是运动方向，后面指的是运动方向的后侧）。

以上都是极端理想状态下的图示，实际增加的速度不可能达到2倍的行星速度。

②立体解释法

如果平面图难懂的话，那我们就用引力场波浪图来解决这个问题。

我们按照老套路，小球在没有任何阻力的平面上运动，当遇到不运动的行星时，其运动会是这样的：

但如果行星运动呢？那么引力场也会随着行星运动，但这时差异也就十分显著了：

由于在中间垂直切入时和上升阶段侧壁会推小球，致使小球运动方向发生改变，而且小球受到力的作用的话小球速度也会增加，只不过不和期初小球的方向相同罢了。

但话又说回来，引力弹弓不能只加速，所以这里有三种情况（所有情况都是以垂直切入讨论，斜方向切入与之同理）：

（1）在天体运动方向后方切入（天体后方切入）：

如图：天体向左运动，探测器从后方进入引力场后，由于侧壁会把探测器向左“推”，其运动轨迹会向左偏，而且速度增加。

（2）在天体运动方向切入（天体前方切入）：

天体向左运动，探测器从前方进入引力场后，由于侧壁反而会把探测器向右“推”，其运动轨迹会向右偏，下降的高度不如爬的高度高（我也没有建模基础，不能形象表示……），从而速度减少。（也就是和（1）相反）

（3）在天体公转方向垂直处切入（90°）：

天体向左运动，探测器从前方进入引力场后，由于侧壁基本不会对小球发生作用，其运动轨迹基本不变，近似于下图，从而速度基本无变化。

但速度不变化不代表方向不变化，方向会向天体偏，也就是说，下方切入，会向上一定角度弹出，反之同理。

但以上都是垂直切入，而不是其他角度和速度，所以仅供特殊角度和速度理解，不能以偏概全。

如果把所有引力弹弓总结一下，那便是：在天体运动方向出（天体前方出）速度增加，在天体运动方向后方出（天体后方出）速度减小；越近距离掠过行星的，轨迹改变更显著。

速度对引力弹弓的影响

（以下解释均视为行星质量很大，探测器质量很轻的情况下讲述）

回到上面板砖那里，如下图：

但如果小球运动速度（V）非常快，那么板砖对它碰撞产生速度改变（2V右）就有些“微乎其微”了。

至于加速还是减速，要看弹出方向，如果弹出方向在行星运动正方向180°内，那么就会有速度加成，如果相反，则会有减速加成。转换为三维问题也是如此，从行星下方进入，那么就会给予探测器一个向上的力，反之同理。