与主题无关的话：我也是发帖困难户，特别是最近一年，每天除了做与课题相关的事，也没干别的。好不容易在专业上有点心得，写出来也不适合作为每个月的发帖，每个人的专业都是不同的，写出来别人未必愿意看。昨天晚上大群聊的火热，倒是提醒我可以把知识以轻科普的方式分享给愿意看的人看。说干就干，今天先聊一聊卫星在天上怎么运行。
在家的时候，有时候别人会问我，为什么卫星在天上不会掉下来？这个问题一定让很多人好奇，高中的时候我们了解到，卫星受地球引力做向心运动，卫星沿着椭圆轨道（圆是特殊的椭圆）绕着地球高速运动。
据我了解，我们很多人的好奇心就到此为止。如果事情就这么简单的话，那么未免太低估这个世界的复杂了。实际上，计算、设计卫星轨道是一门专门的学科，在我们研究所，有一个专门的研究室是专门研究计算卫星轨道的。
如果把地球和卫星看作二体问题，即把地球和卫星都看作质点，卫星不受地球引力之外的外力干扰，那么卫星就是沿着椭圆轨道运行的。
但是，卫星绕地球运行时所受的力是复杂的，因此实际情况也很复杂。把各种干扰考虑上，卫星沿着一条很复杂的曲线运动，这条曲线既不在一个平面内，也不是封闭的。
造成这种情况的原因很多，首先，地球不是一个完美的球形。在宇宙中，自然天体之间的距离与自然天体的大小相比要远大的多，因此在研究天体运动是可以把它们当作质点。但是，对于人造地球卫星来说情况完全不同，人造卫星一般都在地球附近运转，轨道高度一般只有几百上千公里，而地球平均半径6371公里，宏观来看卫星在贴地飞行。而地球是一个质量分布不均匀，形状也不规则的球体，再把地球和卫星当作质点，与实际情况就有较大出入。这时候就产生一个（摄动）力，这个力使得卫星总想偏离原来那条理想的椭圆轨道。
其次，太阳和月球对轨道也有影响，主要说太阳的影响。地球、人造卫星和太阳构成一个三体问题，与太阳相比，地球和人造卫星的质量都可以忽略不计，卫星可以当作一个无限小的质量体，太阳和地球的相对位置不因卫星的存在而变化，这是一个限制性三体问题。这时候太阳对卫星产生另一个摄动力，使得卫星偏离原来那条理想的椭圆轨道。
再一个就是大气阻力。在我们的观念中，人造地球卫星是在真空中运行的，那里没有空气。但是，实际情况是那里有非常稀薄的大气，比如在四百公里高空，大气密度大概是2.249克每立方公里，大气十分稀薄，但不是没有。有一个学科叫做稀薄气体动力学，有兴趣的可以去了解一下。有大气就会有阻力，在阻力作用下卫星速度减小，轨道降低，比较明显的表现就是卫星运行周期变化，人们借此还可以反演得到高层的大气密度呢。
除此之外还有太阳光压，实际上这是一个不能忽略的因素，别以为光照对人造卫星没有影响，实际上，在800公里往上，太阳光压摄动力将大于大气摄动阻力。特别对于那种面积大质量小的微小卫星，这种影响更加显著。
既然有各种因素使得卫星要不偏离理想轨道，要不想一头扎进地球母亲的怀抱，那么科学家是怎么使得卫星乖乖待在计算好的轨道内的呢？
首先就是要有遥测技术，科学家们首先得知道卫星在哪里。科学家们通过各种测控技术给卫星定位，知道卫星在哪里，然后才能把卫星拉回预先计算好的轨道。卫星上面有很多发动机，而且卫星也自带推进剂，一般来说，推进剂用完，卫星离寿终正寝也不远了。
卫星上面的发动机有的是姿态发动机，推力一般很小很小，主要用来调节卫星姿态的，比如测量引力波的卫星需要卫星姿态特别精准，这时候微牛级别的发动机就派上用场了。有的发动机则是用来调节轨道的，比如卫星轨道下降了就开机，给卫星加速，轨道就上去，轨道偏离了就开另一个方向的发动机冲一下，把卫星拉回来。所以，如果推进剂用完了，卫星轨道会慢慢下降，最后会冲入地球烧毁。
写在后面：我本人不是搞轨道方向的，以上的分享也是很基础的知识，参考资料是《人造地球卫星轨道摄动理论》。如果大家喜欢硬核一点的知识，我可以继续细讲。如果这样深度的就可以，那以后继续保持。本来我只打算写五百字的轻科普，但是写着写着发现五百字什么都讲不清楚。下一周我写关于月球的。由于第一次写，欢迎大家反馈批评指教！
