抬頭看天的時候你可能完全感受不到，但頭頂上方兩萬公里的太空中，幾十顆導(dǎo)航衛(wèi)星正在有條不紊地沿著各自預(yù)定軌道高速飛行。它們可不是隨機(jī)散布在那里的，每一顆衛(wèi)星都有精確的軌道編號、固定的運(yùn)行高度和嚴(yán)格計算的飛行速度。

GPS衛(wèi)星的軌道高度統(tǒng)一設(shè)計在兩萬零兩百公里左右，這個位置在天文學(xué)上被歸類為中地球軌道。選擇這個高度不是拍腦袋想出來的，而是工程師們反復(fù)權(quán)衡和計算的結(jié)果。如果軌道高度降得太低，每顆衛(wèi)星能覆蓋的地面面積就會大幅縮小，為了達(dá)到全球無死角覆蓋的目標(biāo)就需要發(fā)射更多衛(wèi)星，建設(shè)和維護(hù)成本將成倍增長。反過來如果升得太高，信號傳輸?shù)降孛鏁r衰減會非常嚴(yán)重，地面接收設(shè)備就得配更大的天線和更高的功耗，民用終端根本承受不了。兩萬公里恰好是信號強(qiáng)度和覆蓋效率的最佳折中。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)記載，每顆GPS衛(wèi)星繞地球飛完一整圈需要11小時58分鐘，一天剛好轉(zhuǎn)兩圈。六個軌道平面均勻分布，每個平面四顆衛(wèi)星，二十四顆的經(jīng)典配置就從數(shù)學(xué)上保證了地球上任何一個角落、任何一個時刻抬頭都能看到至少四顆衛(wèi)星。實(shí)際在軌數(shù)量通常維持在三十一顆左右，多出來的作為冗余備用。一顆衛(wèi)星的設(shè)計壽命一般七到十五年，退役后會被推入更高的墳?zāi)管壍馈?span lang="EN-US">

最有趣的是，衛(wèi)星上的原子鐘因?yàn)橄鄬φ撔?yīng)走得比地面時鐘快，每天會多出38微秒。如果不做修正，gps定位器定位誤差將累積到十幾公里。這是相對論在日常生活里最直接的應(yīng)用之一。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)是幾代航天工程師智慧的結(jié)晶，了解了它的運(yùn)行規(guī)律之后，每次抬頭看天可能都會多一分不同的感受。這種精密的人造星座是人類航天技術(shù)最成功的應(yīng)用之一，確實(shí)值得我們多了解一些。

轉(zhuǎn)自：互聯(lián)網(wǎng)