衛星是怎麼到“跑”軌道上的？還能一直沿著軌道“跑”？
每天都有超過一千顆人造衛星繞著地球轉。這些衛星在許多領域裡扮演著重要的角色，像全球數字通訊系統，天氣預報，無線電和電視信號的傳送，軍事行動還有其他各種各樣深遠影響著人類生活方式和文明的關鍵領域。
GOES-8，一顆已退役的美國天氣衛星（圖片來源：NOAA In Space Collection /維基百科）
然而，當你看洋基隊棒球比賽直播或者跟你遠在千里的朋友視頻的時候，你好奇過這一過程都是怎麼完成的嗎？人造衛星是如何被髮射到繞地球的軌道的，好讓它能夠在那停留數年甚至數十年？
人造衛星是怎麼發射的呢？
每顆人造衛星都有非常明確的目的。一些衛星是為了觀察某地區中的各種地理事件，一些是被用作為間諜衛星的，但是仍然有很多衛星是由私人組織發射來廣播全球通訊信號的。不管這些人造衛星的類型和目的是什麼，每一顆衛星都必須到達特定的軌道，即到達一條繞地（球）軌道。
繞地軌道的類型（基於高度來講）
根據這些衛星各自距離地球表面的高度來分，有四種主要的繞地軌道，近地軌道(簡稱LEO，國際空間站就在這個軌道上)、中地球軌道(簡稱MEO, 是GPS衛星所在軌道)、地球靜止軌道和高地球軌道(簡稱HEO，其中只包含少量衛星，如NASA的星際邊界探測器)。
軌道高度,不同繞地軌道的高度（圖片來源：Rrakanishu / 維基百科）
目前為止，大多數功能性人造衛星都在近地軌道LEO上運行，而其他的一些則在地球靜止軌道或者中地球軌道MEO。
一顆人造衛星需要很高的水平速度以達到其軌道。
一顆人造衛星僅憑它自身並沒有足夠的加速動力去上升，去穿過厚厚大氣層到達太空中。為了幫助它實現這一目標，它被附在運載火箭上——運載火箭能夠在它最終分離並落回地球之前使人造衛星迅速加速。
火箭發射到太空的圖解
由於一個有趣的物理現象，艾薩克·牛頓爵士第一次提出假設，火箭不是沿著直線上升，而是應該沿著彎曲的路線（軌道）進入軌道。
牛頓大炮
假設你有一個大炮可以發射你想發射的炮彈。為了讓發射出去的炮彈速度儘可能的快，你顯然需要在一處高地（這樣炮彈在它的路徑上才能沒有障礙物）發射。現在，你發射炮彈的火力越強，即炮彈的水平速度越快，它在落地之前飛的距離越遠。
如果你不斷增大炮彈的水平速度，在某一點（當水平速度到達7,300m/s時），炮彈將飛得足夠快，快到它不會落地！取而代之的是，炮彈將在某一固定軌道持續環繞著我們的地球。下面的動畫將幫助你更好地想象它：
如圖C即為水平速度為7,300m/s的軌跡
在發射人造衛星的時候也應用了同樣的原理。為了儘可能地快速穿過大氣層最厚的部分，所以是垂直髮射的。但一旦到達預定的高度，大多數火箭的驅動力就會用於增加水平速度，這樣才能讓它進入固定繞地軌道。
這就是為什麼衛星是沿著拋物線軌跡發射的而不是直線向上發射的。
一個火箭的路徑,注意火箭路徑是如何逐漸變彎曲的（圖片來源：pixabay）
由於地球引力在近地軌道是最大的，所以近地軌道上的衛星要比那些中地球軌道或對地靜止軌道的衛星受到更強的地球引力。正因如此，近地軌道衛星比那些更高軌道上的衛星“飛”得更快（也就是它們有更高的軌道速度，環繞速度更快）。
ISS（國際空間站），國際空間站就是發射在近地軌道的，它以約8千米/秒的極快速度環繞地球。為了弄進一步瞭解它到底有多快，想想看：如果你在足球場的一端開了一槍，在子彈飛出10碼（約914.4釐米）之前國際空間站將飛出一個足球場的長度！（圖源：Wikipedia）
現在我們腦海中已經有了衛星如何發射到軌道中的認識，讓我們繼續瞭解衛星是怎麼獨立在軌道上呆那麼久的。
衛星是如何在軌道上運行數年的？
這裡，又可以用牛頓大炮思想的實驗來解釋。為了衛星保持在其軌道中運行，它必須以驚人的超快速度環繞地球，這樣才不會直直掉落在地球上。如此之高的速度是由衛星在它自己的發動機的助推下實現的（在火箭被衛星投棄之後）。
請注意這些衛星實際上一直是趨向於向地面墜落的。只是因為它們的水平速度極高才使得它們持續向地面飛去的同時，地球成為在它們之下彎曲的曲面（這樣衛星就撞不到地面）。但是，（由於空氣阻力）那些近地衛星也仍會比那些運行在更高軌道的衛星更快喪失它們的高度（或經歷‘軌道衰減’）。
國際空間站每天都要經歷約100米的‘軌道衰減’。換句話說，國際空間站每24小時就會喪失100米的高度。（圖源：Wikimedia Commons）
像這樣的衛星（包括國際空間站）必須持續加速推進來維持它的運行軌道避免掉回地球墜毀。
簡而言之，衛星離地球躍進，它掉落到地球的速度越快。為了確保這一切不會發生，它必須要有很高的水平速度，這就意味著要花很多錢來為衛星裝備充足的燃料和所有必要的機件。這就是為什麼人說‘衛星業務’在你的口袋裡燒了個洞，它就是個無底洞！
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. Ashish-U_Uranus
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