NASA 的 Aqua 衛星在 705 公里高的地方,99 分鐘繞地球一圈。導航衛星在兩萬公里外,繞一圈要 12 個小時。
兩者都叫「在軌道上」,但它們幾乎是兩種不同的生意。高度不只是一個數字,它同時決定了這顆衛星能看到多大範圍、訊號來回要多久、要花多少錢送上去,以及它報廢之後會在天上待多久。
這一章要回答的問題是:軌道怎麼挑。
越高,繞得越慢
上一章說過,入軌的門檻是速度而不是高度。把這句話往下推一層,就會撞上這一章最反直覺的事實:軌道越高,衛星飛得越慢,繞一圈的時間也越長。
NASA 的分類是這樣的。低地球軌道(LEO)貼著大氣層頂,Aqua 在 705 公里、99 分鐘一圈;中地球軌道(MEO)大約落在 20,200 到 26,560 公里之間,那裡的常見軌道繞一圈要 12 小時,住的是導航與區域監測衛星;再往外,地球同步軌道位在距地心 42,164 公里處,約當地表以上 36,000 公里,繞一圈的時間是 23 小時 56 分 4 秒。
最後那個數字就是它存在的全部理由:那正好是地球自轉一圈的時間。衛星轉得跟腳下的地面一樣快,從地面看它就固定在同一個位置不動——這是通訊與氣象衛星要的東西,也是為什麼你家的小耳朵裝好之後就不必再轉。

高度是一個一路連動的取捨。飛得低,離地面近、訊號快、送上去便宜,但每顆衛星只看得到腳下一小塊,而且會被稀薄的大氣持續拖著;飛得高,一顆就能覆蓋半個地球、幾乎不必對抗空氣,但你得多花很多力氣把它推上去,訊號來回也變慢。
星鏈為什麼非得擠在低軌
星鏈(Starlink)最初申請的高度是 1,100 到 1,300 公里。2021 年 4 月,美國聯邦通訊委員會(FCC)核准了 SpaceX 的第三次修改申請,把 2,824 顆衛星的操作高度整批下修到 540 至 570 公里。
理由是光速。訊號從地面上去再下來,路程越短,延遲越低。以純光程粗算:36,000 公里的地球同步軌道,一來一回光本身就要走掉約 0.24 秒;550 公里只要約 0.004 秒。這還不含地面設備與網路本身的處理時間,但兩者差了將近兩個數量級,足以決定一個網路能不能拿來打視訊、玩線上遊戲。FCC 在裁決裡認可了這一點:較低的高度與較低的天線仰角讓使用者體驗更好,速度與延遲都改善。
代價寫在數量上。飛得越低,一顆衛星照顧的地表範圍越小,要無縫覆蓋全球就得堆數量。同一份 FCC 命令核准的構型是:1,584 顆在 550 公里、1,584 顆在 540 公里、720 顆在 570 公里、另有 520 顆在 560 公里的高傾角軌道面上。這不是一顆大衛星的生意,是一張必須不斷補件的網。
第二個理由比較少人講,但同樣關鍵:低軌會自己打掃。
在 540 到 570 公里這一帶,大氣阻力夠強,即使一顆衛星壞掉、完全無法機動,它也會自己掉下來——SpaceX 提交的資料是大約五年,符合國際上「任務結束後 25 年內須離軌」的慣例。SpaceX 還刻意把新衛星先放在約 350 公里的低處,萬一一入軌就失能,幾個月內就會自然再入。同樣一顆壞掉的衛星如果留在 1,100 公里,會在那裡待上非常久。
當然,會自己掉下來的另一面,是活著的衛星得一直往上爬。NASA 的說法是,在太陽活動平靜期,低軌衛星大約每年要抬升軌道四次;太陽活躍時,可能每兩三週就得機動一次。低軌不是免費的,只是把成本從「送上去」挪到了「待著」。
這個高度是被人吵出來的
值得一提的是,星鏈今天的高度不是單純從物理推導出來的結果,而是一份被公開辯論過的行政決定。
SpaceX 提出降軌申請後,近兩百份文件湧進 FCC 的檔案系統。Viasat 主張 SpaceX 沒有拿出分析證明延遲真的改善了;Kuiper 認為就算降軌對原本那批衛星有好處,把 2,824 顆塞進本來就擁擠的 540 至 570 公里也是淨傷害;OneWeb 則抱怨這會逼 SpaceX 大幅增設地面關口站,惡化 Ka 頻段的干擾環境。
FCC 最後逐項駁回這些反對,核准了修改。你抬頭看到的那條星鏈列車之所以在那個高度,是因為一群競爭者在文件上吵過一輪,然後一個監理機關做了決定。軌道高度從來就不只是工程題。
太陽同步軌道:為了每天同一個時間拍照
還有一種軌道,選的不是高度,而是時間。
太陽同步軌道(SSO)的定義是:無論衛星什麼時候、在哪裡通過赤道,地面的當地太陽時永遠一樣。NASA 的 Terra 衛星每次過赤道都是當地時間早上 10 點半左右。
為什麼要這麼講究?因為對地觀測最怕光線不一致。同一片森林,早上八點拍和下午四點拍,影子的長度與方向完全不同,兩張圖沒辦法直接比較。把過境時間鎖死,今年的影像才和五年前的影像是同一把尺。
這件事要靠高度與傾角精準配合才成立,而且得靠定期修正才維持得住。它也直接影響到發射:SpaceX 的用戶指南寫明,傾角 55 度以下的低軌任務通常從東岸射場飛;55 到 65 度之間也飛得了,但要做一個「狗腿」轉向,運力要打折;更高傾角與太陽同步任務則以范登堡為基準。傾角是有價格的,而且這個價格早在選發射場的時候就付了。
GTO:火箭只送你到半路
最後回到最遠的那一層。
要去 36,000 公里外的地球同步軌道,火箭通常不會直接把你送到定位,而是丟進一條又扁又長的橢圓軌道:近地點壓得很低,遠地點拉到地球同步軌道的高度。這就是地球同步轉移軌道(GTO)。SpaceX 的標準 GTO 近地點基準是 185 公里。

剩下那一段,衛星得自己走。它會在遠地點點燃自己的推進器,把橢圓的另一側也抬起來、變成正圓。這就是為什麼通訊衛星要背那麼多推進劑——出廠重量有相當一部分,是為了完成火箭沒做完的那一半旅程。
這條路貴到什麼程度,看同一枚火箭的兩個數字最清楚。獵鷹 9 號官方公布的運力,LEO 是 22,000 公斤,GTO 只有 8,300 公斤。同一台機器、同一次點火,只因為終點不同,能帶的東西就掉到不足四成。
飛行剖面也看得出來。SpaceX 用戶指南給的 GTO 範例時程裡,二級在 T+484 秒第一次熄火之後,會安靜地滑行將近二十分鐘,到 T+1636 秒才再次點火,把遠地點推到位,最後在 T+1996 秒放衛星。看 GTO 任務的直播,中間那段什麼都沒發生的空白不是訊號斷了,那是這條軌道的形狀。
所以,軌道怎麼挑
把整章壓成一句:軌道不是規格表上的一個選項,它就是任務本身。
要低延遲,你被綁在低軌,代價是衛星數量與持續維持軌道;要固定不動的視角,你得付出到 36,000 公里的力氣,還要接受訊號來回的零點幾秒;要每天同一個時間拍同一個地方,你得同時鎖死高度與傾角,而且從選發射場那一刻就開始付錢。
下一章談火箭的解剖:級數、引擎與推進劑的取捨。
現在就能做的事
打開發射日曆,挑兩場即將到來的任務,看它們的目標軌道分別是什麼。找一場星鏈任務和一場同步軌道通訊衛星任務並排比,你會發現它們幾乎是兩種不同的飛行:一場二十分鐘就結束,另一場中間有一大段安靜的滑行。知道那段安靜是在等遠地點,直播就從一個畫面變成一個故事。
