为什么空间站轨道都在赤道夹角45°左右的位置?

谢邀

首先,国际空间站的轨道倾角应该是51.65度,它成为这个倾角有着诸多原因,

1. 轨道选择

国际空间站常年维持在400公里附近,这个高度是维持效率与寿命的折衷:太高了补给之类的难度略大,太低了存在空气会缓慢降低轨道。事实上,每次给空间站运送物资的飞船都会留点能量,都要给空间站往更高轨道上推一推,要不早就下来了。

正所谓站得越高看得越远,而400公里高度不足以观测到很大的范围,这就好比坐车的视野和坐飞机的视野差距。那么解决办法就是保有轨道倾角,51度就已然可以实现地球面积的85%左右覆盖了。中国的两个天宫也在350-400公里之间。

两极附近面积小,城市和土地都很少,且没什么值得观看的东西。看不到就算了。

更何况如果倾角过大,接近极地轨道,暴露在太阳光下的时间就略长。虽然太阳能电池板能收集到更多能量,但国际空间站表示不在乎,因为更重要的是温控。毕竟长期暴露在太阳光下,国际空间站太容易升温了,在真空中散热难度太大了。

而电力嘛,反正失重环境中无重量压力,电力不够,电池板来凑啊。

你们看看国际空间站的电池板有多壮观,一张就几十米啊!

因此40-50度是比较理想的各国空间站理想轨道倾角。

2.火箭发射效率问题

这是更重要的原因,这个主要取决于俄罗斯。

对于火箭发射而言,不仅要克服强大的地球重力和空气阻力将航天器送入指定高度,还必须将卫星/航天器送入目标轨道。在这个过程中,火箭最多的能量消耗在刚发射的几分钟,它要从0开始加速、突破声障、克服大量空气阻力,但这是在任何一个地方发射都必须面对的。

那剩下最难的就是改变轨道倾角了,吃力不讨好,非常耗能量,远远超过改变轨道高度。

最理想的情况是直接因地制宜,采用最适合当地的轨道倾角-当地纬度。可以简单理解为:从赤道(纬度0)发射的,最好沿着赤道飞(0度倾角);从两极(纬度90)发射的,轨道自然也就90了;以此类推。

国际空间站是美国、俄罗斯几乎各占一半股份,其他小弟跟着混的节奏。而在建设过程中,就已经注定了是俄罗斯绝对的建设主力:彼时美国的航天飞机确实牛,但价格实在太高太高了,5亿-10亿美元左右一次发射成本,太恐怖了。相比而言,俄罗斯的联盟飞船便宜的多。

所以要以俄罗斯的发射场为主。

世界三大载人航天中心,咱们看看坐标(纬度)

美国卡纳尔维拉尔角,~北纬28.5度

俄罗斯/哈萨克斯坦拜科努尔,~北纬46度

中国酒泉,~北纬41度

补充小知识:中国的两个空间实验室,天宫一号和二号,就在42.8度轨道上,非常接近41。

美国跟俄罗斯合作,美国的东西贵、运力大(航天飞机运力远超联盟号)不在乎轨道倾角变化,自然就以拜科努尔的为主,那咱就选46度么?

当然不行!

3. 政治原因

美国和俄罗斯合作搞国际空间站,带了前前后后三十个小弟,连马来西亚、南非这种辣鸡航天国家都带上了,就是不给中国面子。中国申请了好多次,美国都以阻止航天技术扩散为由给无情拒绝了。那好吧,你如果从拜科努尔发,它和中国的地理位置关系是这样的,

用STK做了一个国际空间站的轨迹仿真,

上图:绿色是国际空间站的地面轨迹图,蓝色是中国边境,红色是拜科努尔以及假设的某次发射上升段火箭轨迹

大家可以看到,基本上这条轨迹刚好擦过中国新疆以北的地区。

火箭发射过程中,会掉火箭一级、助推器、整流罩、逃逸塔啥的,中国只允许它们落在哈萨克斯坦和俄罗斯境内,砸到新疆就和你拼命。

事实上,火箭残骸一直都是个各国需要考虑的问题,美国的发射场在大西洋边上,中国的往自己国内砸(基本陕西附近),俄罗斯的就得看中国了,而国际空间站,显然让兔子不开心,绝对不允许落一点渣渣进来。

更何况我们还有反卫星的东西可以用来作为真理在关键时刻说服别人。

所以啊,搞航天都是要动脑子的,斗智斗勇。

来源:知乎 http://www.zhihu.com

作者:太空精酿

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