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为什么有的火箭 LEO 运力很高,到了 GTO 运力衰减的很厉害?

更新时间  2022-01-14 14:03 阅读
本文摘要:熟悉航天的朋侪肯定知道,卫星运行的轨道通常可以分为近地轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)和同步轨道GEO三种,而为了将卫星送到GEO上事情,通常的措施是使用火箭将卫星送入同步转移轨道GTO,然后卫星使用自动员力进入GEO轨道开始事情。位于西昌卫星发射中心准备发射的长征三号乙运载火箭纵观世界几个航天大国,均有将卫星送入GTO轨道的能力,更有甚者可以将卫星直接送入GEO轨道,从而大大节约卫星燃料,提升其使用寿命。

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熟悉航天的朋侪肯定知道,卫星运行的轨道通常可以分为近地轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)和同步轨道GEO三种,而为了将卫星送到GEO上事情,通常的措施是使用火箭将卫星送入同步转移轨道GTO,然后卫星使用自动员力进入GEO轨道开始事情。位于西昌卫星发射中心准备发射的长征三号乙运载火箭纵观世界几个航天大国,均有将卫星送入GTO轨道的能力,更有甚者可以将卫星直接送入GEO轨道,从而大大节约卫星燃料,提升其使用寿命。

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其中俄罗斯用于发射同步转移轨道卫星的火箭是质子系列,我国则为长征三号和长征五号系列火箭。这其中质子火箭近地轨道运载能力达23吨,GTO运载能力约6吨;长征三号系列中运力最强的长征三号乙近地轨道运力约11吨,GTO运力5.5吨。这里就有个问题了,为什么长三乙和质子的LEO运力差那么多,到了GTO运力就相差无几了呢?这实际上与发射场的位置有着庞大的关系,俄罗斯质子火箭的发射场是地处哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场,经度在北纬45度,相当靠北,由此处发射的载荷与地球的最低倾角也只能是发射场的纬度,即46度,可是如果要以此偏向发射,火箭残骸就会落入中国境内,有不小的问题,所以从拜科努尔航天发射场发射的载荷多数都市向更北的偏向发射卫星,将载荷送入倾角为51度的轨道。

俄罗斯百科努尔发射场用于发射同盟火箭的工位,地处北纬45度而我国主要发射同步轨道载荷的发射场是西昌卫星发射中心,坐落于北纬28度,由此发射的载荷可以进入的最低倾角也是28度,相比拜科努尔的51度而言低了一大截。而同步轨道卫星多数坐落于赤道上空,轨道倾角是0°,由地面发射的卫星多数都市带有倾角,为了进入GEO轨道,需要将初始带有角度的轨道削减至0°,而这一历程泯灭的燃料会很是多,所以发射的时候能进入一个倾角低的轨道是很是有诱惑力的。

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图中的GSO即为35786km高的地球同步轨道有一个例子可以很是显着的体现出发射场纬度带来的运力优势,也就是天顶3系列的两个小型号在拜科努尔发射场(45°N)发射的天顶-3叫天顶-3SLB,其同步转移轨道(GTO)运载能力只有3750kg,不到4吨可是是使用同样的一级和二级,同样的Block D上面级(小型号可能略微有一些差异),在赤道海面上发射的天顶3-SL,这玩意的GTO运力直接飙升到了6160kg,起飞重量还比在拜科努尔发射的SLB轻一点由此可见发射场纬度可以对火箭的GTO运力发生不小的影响,纬度越低,借助地球自转获得的速度就越高,在发射的时候也就可以做到更大的运力。固然上面级的性能同样对GTO运力有着不小的影响,可是不如发射场纬度带来的影响那么大。这里拿长征三号乙和著(U)名(L)黑(A)店的宇宙神5为例这里我没有找到宇宙神5-500系的起飞重量数据了,或许算了下就用521(5米整流罩,俩固推,半人马上面级一台发念头)构型吧。这货的GTO运力是6475kg,而长征三号乙革新型的GTO运力只有5500kg。

这俩火箭的发射场纬度都在北纬28度左右(西昌、卡角)。这里主要就是宇宙神5用的发念头比力好了,从起飞级到上面级全面优于长三乙,此外半人马上面级的干质比也很高。综上所述,GTO运力差距多数是纬度差异导致的PS在高纬度发射场发射同步卫星,不光运力上损失大,入轨速度也是很是的慢,流程也是又臭又长。

如果质子从拜科努尔发射场起飞直送GTO,需要卫星携带很是多的燃料用于修正倾角和圆轨,经济性奇差,所以质子火箭在发射同步轨道卫星的时候通常会携带微风M上面级,使用上面级直接把载荷推入GSO,此时只能将不到4吨的货物送入轨道。质子M-微风M7小时典型同步转移轨道送货方式,需要微风M上面级焚烧4次才气将载荷送入轨道,耗时七个多小时,在进入谁人51度倾角远所在为35786km的转移轨道时已经是发射后94分钟左右了,相当折腾。欧空局的Ariane 5从法属圭亚那库鲁航天中心(5°N)发射GTO载荷的航行速度,其中H2-H3是上面级一次焚烧直接将载荷送入GTO的速度变化,由此可见发射场纬度低真的可以省许多事,二十多分钟就能把载荷推进GTO,比起质子M从拜科努尔起飞一顿操作之后才气入轨来说不要更爽。


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