自从苏联发射了人类第一颗人造卫星之后，地球的的近地空间就变得不再“安宁”。人类至今为止发射的众多卫星里头，卫星的运行轨道有无数条。其中，最特殊的就是地球同步轨道和太阳同步轨道了。我为大家介绍一下关于太阳同步轨道的知识。
提到太阳同步轨道，大家就会在脑海里浮现几个问题：类比地球同步轨道，是不是太阳同步轨道就是卫星与太阳同步的？地球同步卫星的轨道还好理解，那太阳同步卫星的轨道是怎样的呢？卫星跟太阳又有什么关系？太阳同步卫星有什么特点？其有什么应用？等等。那么，请听小编一一道来。
太阳同步卫星，其实并不是说卫星与太阳是同步的，之所以称之为太阳同步卫星，那是因为这颗卫星是运行在太阳同步轨道上的。太阳同步轨道指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度（小于100度），高度在500-1000公里之间，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳同步卫星轨道。为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向，因此轨道平面每天平均向地球公转方向（自西向东）转动0.9856度（即360度/年）。
看完这张我国高分一号卫星运行的轨迹图，你能自动脑补出3D的太阳同步轨道吗？（如下图）
太阳同步轨道类似下图的极轨轨道，太阳同步轨道卫星每次都在同一时间飞越当地上空，也就是太阳都是从同一角度照射该地，因此每次拍摄的照片都是在同一照度下取得的，这样对比可以获得更多信息，这对照相侦察卫星、气象卫星、资源卫星都很有利。卫星以相同方向经过同一纬度的地方时总是相同的。地球观测卫星通常都在太阳同步轨道上定期监测地球。
图上另外一条静止卫星所在的轨道是另一种常见的卫星轨道--地球同步轨道，静止卫星将始终位于赤道某地的上空，相对于地球表面是静止的，所以这条轨道也称为静止轨道，高度3万6千公里，最近大火的遥感最佳卫星高分四号就是在这条轨道上（可参考高分四号凭什么拿遥感卫星最高成就奖）。它的覆盖范围很广，利用分布在地球赤道上的3颗这样的卫星就可以实现全球覆盖。气象卫星、通讯卫星通常都在静止轨道上定点监测地球。
太阳同步轨道属于低轨道，自然空间分辨率更高，离得越近看得越清；静止轨道属于高轨道，站得高看得远，自然覆盖范围更广。两种轨道可以互补达到最佳的监测效果，所以很多卫星星座采用这样的组合方式，比如风云卫星、比如高分系列，以此取得更高的时空分辨率。
为保持轨道平面始终与太阳保持固定的取向，在卫星随地球绕太阳公转时，轨道平面每天要自西向东作大约1°的转动。但是若地球是个均匀球体，当地球绕太阳公转时，轨道平面随地球作平动，则轨道平面不能保持与太阳有固定的取向。
事实上由于地球是个扁椭球体，这种扁椭球体上的各点对卫星的引力不等，使卫星的轨道平面绕地轴朝着与卫星运动相反方向旋转，即轨道平面的进动。若选定合适的倾角（大于90°）使卫星轨道平面的进动为1°，正好使轨道平面与太阳始终保持固定的取向。这样就实现了太阳同步轨道。
在这种轨道上的卫星以固定的地方时观测地球大气，有较固定的光照条件。对获取可用的资料、数据的接收、轨道的计算等都十分方便。 如果让卫星轨道平面在空间的转动与太阳在空间的视运动一致，则卫星轨道称为太阳同步轨道。卫星称为太阳同步卫星。（这下知道为什么叫做太阳同步卫星了吧？）这时太阳视线与卫星轨道平面的夹角不变，当卫星每次飞越某地上空时，太阳都是从同一角度照射该地，亦即，卫星每次都在同一当地时间经过该地，这对照相侦察卫星、气象卫星、资源卫星都很有利，因为每次对某地拍摄的照片都是在同一照度下取得的，通过对比，可以获得更多的信息。轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球公转方向相同、旋转角速度等于地球公转的平均角速度(0.9856度/天或360度/年）的人造地球卫星轨道。
从太阳同步轨道的半长轴、偏心率和倾角须满足的数学公式可知，该轨道的倾角大于90°，即为一条逆行轨道。（轨道倾角小于90度为顺行轨道；轨道倾角大于90度为逆行轨道；轨道倾角为0度则为赤道轨道；轨道倾角等于90度，则轨道平面通过地球南北极。由公式可以得知：太阳同步轨道的倾角必须大于90°，即它是一条逆行轨道。在圆轨道时，倾角最大为180°,所以太阳同步轨道的高度不会超过6000公里。）太阳光对于这种轨道的轨道面的入射角在一年内的变化最小。
此外，在太阳同步轨道上运行的卫星，以相同方向经过同一纬度时的当地时间（地方平太阳时）相同，因此卫星在经过同纬度地时是有相近的光照条件。大多数利用太阳能电池作为电源或带有可见光遥感器的长寿命遥感卫星都采用太阳同步轨道。
选择太阳同步轨道，能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区，这当然便于我们获得最好的太阳光条件，从而得到高质量的地面目标图像，这就是气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因。
茫茫星空，有心人会发现，有些卫星几乎总是在同一时刻出现的天空中的同一位置，奇怪吗？其实一点也不奇怪，因为它们处在地球同步轨道上。所谓地球同步轨道，就是沿这个轨道走一圈所需的时间恰好与地球自转的周期（23小时56分4秒）相同。也许有人会说，那么如果走得速度快慢不一，那得到的时间不也就不同了吗。其实，按照天体运行规律，每条轨道上运行的物体的速度是固定的。因此，不用担心会出现时间上的不一致性。
那么，地球同步轨道有什么用呢？设想一下，如果我们想每天监视地球上的同一个地方，我们的卫星该放在哪儿？当然是地球同步轨道。再如象俄罗斯，它处于高轨地区，常用的静止轨道卫星无法覆盖，如果想实现卫星通信，太阳同步轨道是再好的选择。事实上，俄罗斯的“闪电”通信卫星也正是这样选择运行轨道的
回归周期
星下点轨迹周期性出现重叠现象的人造地球卫星轨道。星下点指的是人造地球卫星在地面的投影点（或卫星和地心连线与地面的交点），用地理经、纬度表示。当卫星在星下点进行摄像时，影像的几何畸变最小。重叠现象出现的周期称为回归周期。
回归轨道和回归周期的概念其实可以跟上面说的太阳同步轨道串联着说，比如说在太阳同步轨道上运行的高分一号卫星按照预设定的轨迹运行41天后，就会再次重复之前的轨迹，依次回到各地上空，这样的轨道叫做太阳同步回归轨道。现在问题来了高分一号的回归周期是41天，那卫星绕地球转的速度会很慢吗？
物理界的苹果达人--牛顿你们肯定不陌生吧，他老早就提出物体要达到绕地球飞行作圆周运动必须达到第一宇宙速度，咱们中学时期老师就教我们了，不过我猜你们肯定忘记了。
所以我们还是从结果推导一下，下图是2016年1月18日当天的高分一号中国覆盖图
看看其中两景，注意经纬度和成像时间
两景影像纬度相同，可以近似看作卫星刚好绕地球一圈，时间用了97分钟
这样可以推算出高分一号卫星每天会绕地球转15圈
大家或许就有疑问了，卫星一天就绕地球15圈，回归周期却要41天，是41天后才能重新拍到同一个地方吗？非也非也，这里跟重返周期的概念容易混淆。
重返周期
重返周期指利用卫星的侧摆快速拍摄同一地点时所需要的最短时间。回归周期指卫星拍摄某地后，经过x天将再次回到此地上空拍摄此地的时间。
高分一号16m多光谱相机重返周期是2天，就是说卫星飞到北京上空某一点时拍摄的16m影像最快2天后就能重新覆盖了，但是卫星重新飞回这个位置却要经历41天，这都多亏了卫星的侧摆能力。
侧摆能力
侧摆成像技术,使得星载设备可在垂直于星下点轨迹的方向进行侧摆观测,增大了非星下点处地面目标观测的可能。侧摆的角度越大，响应时间越短，侧摆能力越强。
为了扩大对地观测范围,通过预先上注合理的侧摆指令进行侧摆角度设置,可以使卫星在目标可见时段内延长观测时间、增大覆盖率,从而提高卫星对地观测效率。下图是在没有侧摆的情况下4天高分一号过境的覆盖图，从此可推断，如果加上侧摆，4天覆盖全国一遍在理论上是可操作的。
降交点地方时
太空飞行器轨道倾角大于0°时，轨道地迹线与地球赤道相交产生两个交点，飞行器由北向南飞越赤道的交点称为降交点。卫星抵达降交点时当地时间成为降交点地方时。
在前面提到太阳同步轨道卫星每次都在同一时间飞越当地上空，卫星以相同方向经过同一纬度的地方时总是相同的。下面我们重新看看这两景影像验证一下
纬度相同，可为什么时间不一样呢？
注意这里的时间是北京时间，上面我们说的是地方时相同。这个时候又要说说咱们的中学常识了--地方时，相信大家忘记得七七八八了，给大家重温一下哈，中国横跨东五区-东九区，统一使用北京时间，但地方时向西一个时区(15°)，手表要拨慢1小时；向东则拨快1小时，这两景影像经度相差24.4°，所以两景影像虽然北京时间相差了97分钟，也就是卫星绕地球走了一圈的时间，但是其实地方时是相同的。
当高分一号卫星到达如上图所示位置即降交点时的地方时是上午10点30分，就是说卫星每次过境赤道都是上午10点30分，这样我们可以根据地理位置大概估计卫星过境各地的时间。
最后，关于太阳同步轨道以及太阳同步卫星的应用，大家看看这两张图就自然明白了。。。
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