太陽同步軌道衛星

太陽同步軌道（Sun-synchronous orbit 或 Heliosynchronous orbit）指的就是衛星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的取向，軌道的傾角（軌道平面與赤道平面的夾角）接近90度，衛星要在兩極附近通過，因此又稱之為近極地太陽同步衛星軌道。為使軌道平面始終與太陽保持固定的取向，因此軌道平面每天平均向地球公轉方向（自西向東）移動0.9856度（即360度/年）。

軌道平面繞地球自轉軸旋轉的方向與地球的公轉方向相同、旋轉角速度等於地球公轉的平均角速度（即0.9856°/d或360°/a）的人造地球衛星軌道。太陽同步軌道的半長軸α、偏心率e和傾角¡這3個軌道要素必須滿足以下關係式：

Cosi=-4.7737×10-15(1-e)2a(7/2)

式中a的單位為km。由該式可知，太陽同步軌道的傾角必須大於90°，即它是一條逆行軌道。在圓軌道時，傾角最大為180°，所以太陽同步軌道的高度不會超過6000km。在太陽同步軌道上運行的衛星，從相同的方向經過同一緯度的當地時間是相同的（見圖）。例如，衛星最初由南向北（升段）經過北緯40°上空是當地時間早晨8點。由於地球公轉，即使地方時相同，不同季節的地面光照條件也有明顯差別。但在一段不長的時間內光照條件可視為大致相同。選擇適當的發射時間，可以使衛星經過一些地區時，這些地區始終有較好的光照條件，這樣衛星在這些地區的上空始終處於太陽光的照射下，不會進入地球陰影，太陽電池可以充足供電而不會中斷。傾角大於90°的太陽同步軌道還兼有極軌道的特點，可以俯瞰整個地球表面。氣象衛星、地球資源衛星一般都選取太陽同步軌道，以使拍攝的地面目標圖像最好。太陽同步軌道的精度要求很高。為了較長時間保持與太陽“同步”，衛星需要配備軌道控制系統，用於修正軌道誤差和不斷克服攝動力的影響。

下面結合當前研究內容，以ODIN衛星為例理解一下：

衛星軌道面與太陽取向一致，則衛星不像地球同步衛星一樣隨地球自轉而轉動，即衛星只有沿軌道方向速度，沒有沿地球自轉方向即自西向東方向旋轉速度。嚴格地說，還是有自西向東的速度的，因為地球在自西向東公轉，所以衛星要保持軌道面與太陽取向一致，必須有一個與地球公轉一致的角速度，即360度/（365天）=0.9863度/天。

衛星總是在相同的地方時經過同一位置。比如，每天上午10：00經過長春上空，每天下午4：00經過武漢。ODIN衛星周期為96分鐘，而一天是24*60分鐘，所以衛星一天繞地球轉24*60/96=15圈。如此，看來，衛星每天重複一次軌道運行，即只經過長春或武漢一次。這樣，每一圈軌道觀測地球不同的地方，以達到觀測全球的目的，第二天上午10：00又回來觀測長春。其實，這是衛星軌道沒變化，地球自己轉動了，衛星一圈需時96分，地球自轉96/（24*60/360）=24度，地球有360/24=15個24度，於是，衛星在一天繞地球轉15圈。而且，在一個短時期內，一地區太陽照射情況不會有太大變化，所以可以對一個地區相同的太陽照射情況進行多次觀測。

ODIN衛星軌道傾角為97.8度，如圖1所示，春分和秋分時，白天和黑夜分界線與赤道垂直，所以，軌道線北半球在白天，南半球在黑夜，即探測不到太陽輻射；夏至時，更是這樣，而且白天時離太陽更近；冬至時，與夏至相反，衛星經過北半球是黑夜，經過南半球是白天。因為衛星軌道面與太陽取向一致，所以不會出現，同一天或同一段短時期，不會出現一會兒衛星在北半球白天南半球黑夜，一會兒又跑到北半球黑夜南半球白天的現象，必須換季才能出現這樣的情況。當然，當太陽直射南半球的時候，會出現衛星在黑夜和白天分界線的位置上運行，這樣衛星一直探測的是黎明或黃昏的太陽輻射了。

ODIN衛星升交點為18：00，如圖2，衛星0度時在當地時太陽落山時候，90度時當地為正午，180度時為當地日出時候，270度為午夜，360又為當地太陽下山時。