2022年4月15日，著名的天体物理学家乔纳森·麦克道维尔发表推文称，一颗名为试验十号的卫星出现在了莫尼亚轨道上，这是中国卫星首次现身莫尼亚轨道。令人惊讶的是，这颗卫星2021年还经历过发射失控以及两周后变轨抢救成功。这是一颗怎样的神奇卫星，为何能有如此多的“奇遇”？

美国科学家发表的推文

试验十号卫星的“奇遇”

2021年9月27日下午16时，我国试验十号卫星带着探索星空的任务搭乘长征三号乙运载火箭发射升空。刚开始火箭和卫星的一切参数都很正常，卫星也正确进入了轨道。然而不久控制中心就发布了消息，称这颗卫星在和火箭分离之后工况出现了异常。

试验十号发射时的画面

目前我国的卫星发射技术比较成熟，很少有发射失败的情况，因此当试验十号卫星失控的消息传出来之后，大家都非常震惊。甚至有网友开玩笑地表示，不如用空间站的机械臂把它“捞回来”。

事后控制中心并未公布失控原因，这其实也不难理解，毕竟可能涉及到国家的机密。

正在人们为这颗卫星不能正常运行感到惋惜的时候，10月15号，西安卫星测控中心突然传来了消息：试验十号卫星利用发动机成功从距离近地点168公里和远地点40086公里的轨道，移动到了近地点450公里和远地点39927公里的轨道，这颗卫星变轨“抢救成功”了！这充分体现了中国航天的实力，要知道，卫星出现故障很正常，但要想把卫星从故障中“拉回来”，到达一个新的轨道，让它重新为人类服务，是一件非常难的事。

然而这颗卫星的奇遇还没有结束，最近，著名的天体物理学家乔纳森·麦克道维尔开始关注这颗卫星，发现了这颗卫星的怪异之处。它现在处在一个参数为1106x40092公里x 51.1°的轨道上，与它当初变轨成功时的轨道并不相同，也就是说，这颗卫星再次改变了自己的轨道！而且根据科学家的观察，这条轨道就是所谓的“莫尼亚轨道”，在这条轨道上，这颗卫星能维持数万年。

莫尼亚轨道

那么，莫尼亚轨道是一条什么样的轨道？

世界上的人造卫星有很多的运行轨道，比如我们非常熟悉的近地轨道、同步轨道等等，而莫尼亚轨道是一条非常特殊的轨道，它整体上呈椭圆形，高度为1106千米х40096米，倾角为63.4度。远地点和近地点相差如此之大，不禁让人发问，这样一条奇怪的轨道是用来做什么的？

莫尼亚轨道

这就要从人造卫星的作用说起，人造卫星主要应用于天气预报、通信、导航等等，其中通讯卫星大多设置在地球静止轨道。静止轨道的轨道倾角和轨道离心率都为零，固定在轨道上空，运行周期为23小时56分左右，和地球的自转周期基本吻合。理论上来说，静止轨道上只要有合适位置上的三颗卫星同时运转，就能够实现通讯的全球覆盖。

试验十号卫星为何能变轨到莫尼亚轨道

于是，上个世纪60年代，前苏联的科学家发现了这样一条轨道：莫尼亚轨道。这条轨道最大的特点是它的远地点在北纬63.4度的上空，运行轨迹从地球上看大致呈一个“8”字型。

莫尼亚轨道俯瞰图

离心率大对这条轨道来说是一个非常大的优点，这导致了从这条轨道上发射卫星的话，卫星到达南半球上空的时候，正处在近地点附近，因此运动速度非常的快；而卫星到达远地点附近的时候，运动速度会变得很慢，所以卫星对于俄罗斯、北欧等国家和地区都有着很好的可见度，能够满足高纬度地区的通讯要求。

有了这样一条轨道，前苏联就能够很好的保证国家的通讯了。1965年4月23日，前苏联第一次成功发射了卫星到这条轨道。而这条轨道被发现之后，又被开发出了更多的用途，比如军事通讯、天气监测、传感技术等。

试验十号卫星为何能变轨到莫尼亚轨道

那么，我国这颗试验十号卫星是如何成功变轨到莫尼亚轨道的呢？虽然具体原因官方还未公布，但我们可以进行一些推测。

这颗卫星当时“复活”之后，轨道近地点非常低。每次卫星移动经过近地点的时候，会因为大气层和地球引力的影响而降低自己的轨道，最终卫星完成任务之后，会逐渐坠入大气层。然而我们这颗卫星极有可能利用离子发动机技术，慢慢抬高了自己的轨道，改变了倾角，最终进入了莫尼亚轨道。

离子发动机

所谓离子发动机，又被称为太阳能电火箭，是一种用于反作用推进的仪器。在茫茫的太空中，最充裕的就是太阳能，离子发动机利用光电转换装置将收集的太阳能转换为电能，产生电磁场。

电磁场产生之后，离子发动机采用一定的方法将燃料的原子分解成电子和离子，其中离子在静电场的作用下加速向后喷出，来获得向前的作用力。这样一来，卫星就能慢慢实现变轨了。

目前主要应用的离子发动机有两种，静电式离子发动机和霍尔式离子发动机。它们的主要优点在于非常节省燃料，而且可以长期使用。

我国的“试验十号”卫星此次实现变轨可以说是我国卫星发射领域的一大进步，在莫尼亚轨道上，只要稍稍改变倾角，就能够实现很多静止轨道上的卫星难以实现的作用，试验十号的远地点甚至可以覆盖到美国和加拿大的一些地区。同时，这也展现出了我国在离子发动机技术方面实力的增强，相信这项技术未来一定能够发挥更大的作用，助力我国实现航天强国的梦想。

参考资料：

【1】 新京报 试验十号卫星入轨后工况异常 2021-09-28

【2】 国防科技大学学报 离子发动机关键技术分析 2014-03-05

作者：余温 审核：小羊 校稿编辑：李子