太阳同步卫星为什么在同一纬度时间相同

太阳同步卫星为什么在同一纬度时间相同

太阳同步轨道（Sun-synchronous orbit 或 Heliosynchronous 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）.
[编辑本段]计算公式
轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球的公转方向相同、旋转角速度等于地球公转的平均角速度（即0.9856°/d或360°/a）的人造地球卫星轨道.太阳同步轨道的半长轴α、偏心率e和倾角 iexcl;这3个轨道要素必须满足以下关系式：
Cosi=-4.7737×10-15 (1-e)2a(7/2)
式中a的单位为km.由该式可知,太阳同步轨道的倾角必须大于90°,即它是一条逆行轨道.在圆轨道时,倾角最大为180°,所以太阳同步轨道的高度不会超过6000km.在太阳同步轨道上运行的卫星,从相同的方向经过同一纬度的当地时间是相同的（见图）.例如,卫星最初由南向北（升段）经过北纬40°上空是当地时间早晨8点.由于地球公转,即使地方时相同,不同季节的地面光照条件也有明显差别.但在一段不长的时间内光照条件可视为大致相同.选择适当的发射时间,可以使卫星经过一些地区时,这些地区始终有较好的光照条件,这样卫星在这些地区的上空始终处于太阳光的照射下,不会进入地球阴影,太阳电池可以充足供电而不会中断.倾角大于90°的太阳同步轨道还兼有极轨道的特点,可以俯瞰整个地球表面.气象卫星、地球资源卫星一般都选取太阳同步轨道,以使拍摄的地面目标图像最好.太阳同步轨道的精度要求很高.为了较长时间保持与太阳“同步”,卫星需要配备轨道控制系统,用于修正轨道误差和不断克服摄动力的影响.
[编辑本段]卫星举例
太阳同步轨道不同季节示意图太阳同步轨道卫星,轨道倾角大于90度且附近,所以也为近极轨卫星,他的轨道面与太阳的取向一致,所以叫太阳同步卫星.每天向东移动0.9856度,这个角度正好是地球绕太阳公转每天东移的角度.
下面结合当前研究内容,以ODIN卫星为例理解一下：
卫星轨道面与太阳取向一致,则卫星不像地球同步卫星一样随地球自转而转动,即卫星只有沿轨道方向速度,没有沿地球自转方向即自西向东方向旋转速度.严格地说,还是有自西向东的速度的,因为地球在自西向东公转,所以卫星要保持轨道面与太阳取向一致,必须有一个与地球公转一致的角速度,即360度/（365天）=0.9863度/天.
卫星总是在相同的地方时经过同一位置.比如,每天上午10：00经过长春上空,每天下午4：00经过武汉.ODIN卫星周期为96分钟,而一天是24*60分钟,所以卫星一天绕地球转24*60/96=15圈.如此,看来,卫星每天重复一次轨道运行,即只经过长春或武汉一次.这样,每一圈轨道观测地球不同的地方,以达到观测全球的目的,第二天上午10：00又回来观测长春.其实,这是卫星轨道没变化,地球自己转动了,卫星一圈需时96分,地球自转96/（24*60/360）=24度,地球有360/24=15个24度,于是,卫星在一天绕地球转15圈.而且,在一个短时期内,一地区太阳照射情况不会有太大变化,所以可以对一个地区相同的太阳照射情况进行多次观测.
图2 卫星轨道角、纬度、太阳天顶角对应关系ODIN卫星轨道倾角为97.8度,如图1所示,春分和秋分时,白天和黑夜分界线与赤道垂直,所以,轨道线北半球在白天,南半球在黑夜,即探测不到太阳辐射；夏至时,更是这样,而且白天时离太阳更近；冬至时,与夏至相反,卫星经过北半球是黑夜,经过南半球是白天.因为卫星轨道面与太阳取向一致,所以不会出现,同一天或同一段短时期,不会出现一会儿卫星在北半球白天南半球黑夜,一会儿又跑到北半球黑夜南半球白天的现象,必须换季才能出现这样的情况.当然,当太阳直射南半球的时候,会出现卫星在黑夜和白天分界线的位置上运行,这样卫星一直探测的是黎明或黄昏的太阳辐射了.
ODIN卫星升交点为18：00,如图2,卫星0度时在当地时太阳落山时候,90度时当地为正午,180度时为当地日出时候,270度为午夜,360又为当地太阳下山时.[1]