遥感卫星在轨全景 · 3D 轨道互动地图

介绍

这不是示意图，是一张按真实轨道参数在「运行」的图。

打开它，你会看到一颗完整的 3D 地球，29 颗正在工作的对地观测卫星绕着它飞。它们的位置不是随手撒的，而是从 CelesTrak 公开发布的 TLE（两行根数）出发，逐颗反算出轨道高度、倾角、周期，再按开普勒运动实时推算出来的。

这 29 颗星分成三支队伍，一眼就能看出它们「干活方式」的根本差别：

• 太阳同步轨道（19 颗）——倾角都在 98° 上下，斜着绕过两极。随着地球自转，它们一圈圈把整个地球扫过去。高分一号到高分六号、资源三号、风云三号、Landsat、Sentinel，都在这支队里。
• 地球静止轨道（7 颗）——钉在赤道上空 3.6 万公里处，相对地面一动不动，永远盯着同一片大陆。风云四号、高分四号、葵花 9 号、GOES-19。
• 倾斜 / 特殊轨道（3 颗）——专门盯着某件事：风云三号 G 用 50° 倾角只测热带降水，海洋二号与哨兵 6A 不拍照，只量海面高度。

真正有意思的是「刈幅」。选一颗星，地面上会画出它这一次成像扫过的宽度：MODIS 一次扫 2330 公里，Landsat 只有 185 公里，WorldView-3 更是只有 13 公里。看得越清，就必然看得越窄。 点「扫一天」，把这颗星一整天的刈幅全叠起来——极轨卫星会织出一张覆盖全球的条纹网，静止卫星始终只有同一个圆盘。

先把口径说清楚

• 轨道根数是真的，位置是科普精度。 高度、倾角、周期由 TLE 的平均运动反算，静止轨道的定点经度由历元相位反算（高分四号算出东经 105.7°，与官方公布的 105.6° 一致）。运行时按圆轨道开普勒运动叠加 J2 项升交点进动推算，没有用完整 SGP4 摄动模型。用来理解「卫星在哪、怎么飞」足够精确，不要拿去做过境预报或任务规划。
• 太阳同步这件事，本图是算出来的，不是画出来的。 19 颗极轨星算出的轨道面进动率落在 0.96–1.03°/天，Landsat 9 是 0.988°/天——这正是「轨道面每天追着太阳转」所需的 0.9856°/天。倾角小于 90° 的卫星则反向西退：风云三号 G 是 −5.16°/天，哨兵 6A 是 −2.08°/天，静止轨道是 −0.01°/天。
• 轨道高度做了非线性压缩。 真实的地球静止轨道在 6.6 个地球半径外，按真比例画会跑到画面之外。本图把极轨段（400–1000 km）线性铺开保留相对高低，1000 km 以上对数压缩，静止轨道落在 1.55 倍地球半径。所以极轨层之间能看出谁高谁低，但静止轨道的实际距离被大幅拉近了。
• 太阳跟随镜头，不体现真实昼夜。 本图讲轨道而非昼夜，故让光源跟随观察方向、可见半球恒定受光。否则选中的卫星若落在夜半球，刈幅带与视场就看不见了。
• 分辨率 / 刈幅 / 重访是公开资料标称值。 实际成像受侧摆角、云覆盖、任务编排影响，宽幅模式与精细模式的刈幅可以差十几倍（如高分一号 2 米模式 60 公里、16 米宽幅 800 公里，本图标注宽幅值）。
• 零外网依赖。 轨道根数、地球贴图、Three.js 运行库全部自托管，运行时不请求任何外部接口。本图不绘制任何国界。

功能特点

• 29 颗真实卫星，三色分组：青色 = 太阳同步轨道（极轨扫描），琥珀 = 地球静止轨道（定点凝视），紫色 = 倾斜 / 特殊轨道。可单独开关任意一组，看清各类轨道的几何形态。
• 真实轨道线：每颗星的轨道是一条闭合曲线，并随 J2 进动缓慢转动。极轨的近乎南北走向，静止的退化成赤道面上的一个圆。
• 刈幅带：选中卫星后，地面画出它当前这一刻成像扫过的宽度，跟着卫星跑。这是理解「覆盖能力」最直观的方式。
• 扫一天：把一整天的刈幅叠成覆盖图。极轨卫星织出全球条纹网，静止卫星只有一个圆盘——两种工作方式的差别一眼可见。
• 刈幅比例尺：详情卡里把刈幅画成一条对比尺，满格是地球周长 40075 公里。VIIRS 占 7.5%，WorldView-3 只占 0.03%。
• 时间倍速：1× / 60× / 600× / 3600×，默认 60 倍。调到 3600 倍，一分钟看完一整天的扫掠。UTC 时钟实时读数，可一键回到此刻。
• 卫星档案：点任意一颗星，看它的轨道类型、高度、倾角、周期、速度、轨道面进动率、定点经度（静止星）、分辨率、重访周期与一句话看点。
• 静止卫星视场圆盘：选中静止卫星会自动转过去，画出它凝视的地面范围，并显示定点经度。

使用教程

1. 打开后地球缓慢自转、卫星沿轨道流动。拖拽自由旋转，滚轮 / 双指缩放。
2. 先点左侧「三支队伍」里的开关，只看太阳同步轨道——19 条近乎南北走向的轨道会同时浮现，这是全球扫描队。
3. 只看地球静止轨道：7 颗星全在赤道面上，相对地球不动。点「赤道侧视」预设看得最清楚。
4. 在卫星名单里点「陆地卫星 9 号」，看它的刈幅带——窄窄一条。再点「特拉」，刈幅一下宽了十几倍。这就是分辨率与覆盖的取舍。
5. 点「扫一天」：Landsat 9 一天织出 14 圈条纹，相邻两圈间隔很大，所以单点要 16 天才能重访；而 MODIS 刈幅 2330 公里，一天两圈基本盖满全球。
6. 点「高分四号」：镜头会转到东经 105.7°，地面上出现它凝视的圆形范围。它 2015 年发射，是人类第一次从 3.6 万公里外拿到 50 米分辨率的地球影像。
7. 把倍速调到 3600×，看极轨卫星如何在几十秒内把整个地球扫一遍。

常见问题 FAQ

Q: 为什么遥感卫星的倾角都是 98°，而不是 90° 正南北？

因为要「太阳同步」。地球不是正球，赤道鼓起一圈（J2 项），会拽着轨道面慢慢转动。倾角正好略大于 90°（逆行轨道）时，这个进动是向东的，速率刚好约 0.9856°/天——与地球绕太阳公转的角速度相同。于是轨道面始终和太阳保持固定夹角，卫星每天在同一地方时经过同一纬度。对光学遥感至关重要：光照条件一致，今天的影像才能和三个月前的对比。本图 19 颗极轨星的进动率算出来在 0.96–1.03°/天，正是这个机制。

Q: 静止卫星为什么「不动」？它真的静止吗？

它在 35786 km 高度、周期 1436 分钟（23 小时 56 分），正好等于一个恒星日，且轨道在赤道面上、方向与地球自转一致。于是它和地面保持相对静止——不是不飞，是飞得刚好跟上地球自转。代价是只能看到固定约三分之一的地球，且纬度越高越变形、极区完全看不到。好处是能连续凝视：风云四号 B 全圆盘 15 分钟一次，中国区域 5 分钟一次，看台风生消过程就得靠它。

Q: 刈幅和分辨率为什么不能兼得？

刈幅是「一次成像扫多宽」，分辨率是「一个像素代表地面多大」。两者乘起来大致受探测器像元数限制：像元数固定时，想让每个像元更小（分辨率高），能覆盖的宽度必然变窄。WorldView-3 做到 0.31 米，刈幅就只剩 13 公里；MODIS 要一天盖满全球，刈幅 2330 公里，分辨率就退到 250 米。所以卫星设计永远在取舍——宽幅普查用中分辨率（高分一号 16 米 / 800 公里），精细详查用亚米级窄幅（高分二号 0.8 米 / 45 公里）。

Q: 为什么 Landsat 要 16 天才能重访同一个地方？

它一天绕地球约 14.5 圈，相邻两圈的地面轨迹在赤道处相隔约 2750 公里，而刈幅只有 185 公里——中间有大片空白要靠后续圈次补。轨道设计成 16 天 233 圈后轨迹开始重复，于是每个地方每 16 天被正对扫一次。想缩短重访，只有两条路：加宽刈幅（Sentinel-2 的 290 公里），或者多放几颗星（Sentinel-2A/2B 相位差 180°，压到 5 天；高分一号与高分六号组网压到 2 天）。

Q: 雷达卫星（SAR）和光学卫星有什么不同？

光学卫星是被动接收太阳反射光，云一挡就没辙、夜里也看不见。SAR 自己发射微波再接收回波，不依赖光照，穿云透雨、昼夜都能成像；微波对地表粗糙度、含水量、形变敏感，两次成像的相位差还能量出地面几毫米的沉降（InSAR）。代价是图像不像照片、解译门槛高。本图里高分三号（C 波段，1 米）、高分十二号、哨兵 1A 都属于这一族。

Q: 卫星名单为什么以国产为主？

高分专项（高分辨率对地观测系统）与风云气象系列构成了中国民用遥感的主力，从 2013 年高分一号到 2023 年风云三号 G，覆盖了光学、雷达、高光谱、大气成分、立体测绘、静止凝视等全部门类。本图收录 16 颗国产 / 合作卫星，并以 Landsat、Sentinel、MODIS、WorldView 等 13 颗国际经典作参照，便于横向比较轨道设计与载荷指标的差异。

一点解读

看这张图，最值得停下来的是「重访」这件事的代价。

我们习惯了手机随手拍——想看什么，抬起手机就有。但卫星不行。Landsat 9 在 705 公里高、每秒 7.5 公里地飞，一天绕地球 14 圈半，可它一次只看得见 185 公里宽的一条。整个中国的东西跨度约 5000 公里，它要扫 27 条挨着的带子才能拼完一遍。更麻烦的是，第 1 圈扫的是东经 100°，第 2 圈因为地球自转，已经挪到西经 75° 了——等到轨迹重新回到东经 100°，是 16 天以后。

所以「全球每天看一遍」从来不是一颗星能干的活。它是个系统工程：MODIS 和 VIIRS 用两三千公里的超宽刈幅换每天覆盖，代价是 250 米的粗分辨率；Sentinel-2 用两颗星错开相位把 10 米数据的重访压到 5 天；高分一号和六号组网压到 2 天。而当你真的需要看清一辆车，就只能等 WorldView-3 那样的星侧摆过来——它一次只看 13 公里宽，一颗星、一个瞬间。

再看静止轨道那 7 颗。它们放弃了对全球的覆盖，换来的是另一种能力：时间。风云四号 B 每 5 分钟看一次中国区域，一个台风从生成到登陆的全过程，它能给出连续几百帧。极轨卫星一天路过两次，看到的是两个瞬间；静止卫星看到的是整部电影。

这两条路没有优劣，只有分工。真正在用的遥感系统，从来都是把两支队伍编在一起：极轨负责「看清楚」，静止负责「看不停」。

相关资源

• 星链环绕地球：同一套 3D 引擎，看数千颗通信卫星组成的 Walker 星座网格。
• 全球夜间灯光地图：本图「苏奥米 NPP」那颗星，正是夜间灯光数据的来源。
• 历史影像存档：从太空看 2014—2026 年的地表变化。
• 火星模拟器：3D 引擎的另一颗天体，从奥林匹斯火山到祝融号落点。