大气对卫星运行移动的阻力

赵孔儒

2010年3月

当卫星的轨道低得足以被地球大气阻力影响时，卫星会减速。一个环绕地球的低轨道卫星，经常要放置在略高于地球大气层的轨道上﹙图1﹚，那处几乎没有空气阻碍卫星移动和降低它的速度。例如，哈勃太空望远镜（HST）在一个周期为 97分钟和离地面高度610 公里的低空轨道运行。

图1︰低轨道卫星的轨道（图中物件并不依比例）

太阳黑子第24个周期已经在2010年1月开始，太阳活动将逐渐增加。当激烈的太阳活动把强烈的太阳风带到地球时，地球的上层大气会变热升温膨胀扩大，将一些在低轨道运行的地球卫星包围住（图2），对卫星的运动产生较大摩擦阻力。

图2︰激烈的太阳活动使地球的大气膨胀（图中大气层被夸大以便于说明）

阻力将减低卫星在轨道上的速度，使它离开轨道，并且在地球引力作用下下坠，降低高度，最终在返回地球的旅途中，堕落在大气层内烧掉。如果卫星有足够燃料，可提前重新启动引擎推进，提升高度，以保持它的运行轨道，延长它的工作期限。

此外，在更低层的大气里，除太阳活动以外，空气密度和组成，也依当地的时间日夜变更。科学家发现在大气层内，高度低于200 公里的大气，密度在夜间较高。因此，运行在非常低轨道的卫星，夜间将会遇到更大的大气摩擦阻力。

参考资料：
[1] "Satellite Drag and the Hubble Space Telescope", NASA.
[2] "An Upper Atmospheric Model for Solar Minimum Conditions", by V.P. Bhatnagar and A.P. Mitra, Journal of the Atmospheric Sciences, Volume 23, Issue 2 (March 1966) pp. 233244.
[3] "Solar Cycle 24 Begins", NASA.