LEO（近地轨道）
LEO（Low Earth Orbit），即近地轨道或低地球轨道，是指距离地球表面约160至2000公里高度范围内的轨道区域，是人造卫星、空间站和载人航天器运行的主要空间区域。
定义与特征
近地轨道是航天领域最常用的轨道类型之一。根据国际电信联盟（ITU）和主要航天机构的定义，LEO通常指距地表160公里至2000公里的轨道高度范围。这一区域位于大气层之上，但远低于地球同步轨道（GEO，约35786公里）的高度。
在近地轨道运行的航天器具有显著的运动特征。由于轨道高度较低，航天器需要保持较高的轨道速度以抵消地球引力，通常速度约为每秒7.8公里。完成一圈绕地飞行的时间称为轨道周期，LEO卫星的轨道周期通常在90分钟至120分钟之间，这意味着它们每天可以绕地球飞行12至16圈。
轨道参数
高度分类
近地轨道根据具体高度可进一步细分为不同类别：
轨道倾角
近地轨道卫星可以采用不同的轨道倾角。极地轨道（倾角接近90度）使卫星能够覆盖全球任何地点，适合气象卫星和侦察卫星。赤道轨道（倾角接近0度）则适合覆盖低纬度地区。中等倾角轨道则在覆盖范围和发射效率之间取得平衡。
应用领域
卫星通信
近地轨道是卫星互联网星座的首选区域。SpaceX的星链（Starlink）、亚马逊的Kuiper项目、OneWeb等商业卫星星座都部署在LEO。相比地球同步轨道卫星，LEO通信卫星具有更低的信号延迟（通常20-40毫秒），能够提供接近地面光纤网络的用户体验。
对地观测
由于距离地表较近，LEO卫星能够获取高分辨率的地球影像。遥感卫星、气象卫星和地球观测卫星大多运行在这一轨道。较低的轨道高度使得卫星能够捕捉到地表细节，分辨率可达亚米级。
载人航天
国际空间站（ISS）运行在约400公里的近地轨道上，中国空间站（天宫）也位于类似高度。LEO为载人航天提供了相对安全的环境，既能避免大气阻力，又能在一定程度上受到地球磁场的保护，减少宇宙射线的危害。
科学研究
众多科学卫星在LEO开展天文观测、地球科学、空间物理等研究。著名的哈勃空间望远镜就运行在约540公里的近地轨道上。
优势与挑战
主要优势
近地轨道具有多方面的优势。首先是发射成本较低，由于轨道高度低，所需的火箭推力和燃料相对较少，降低了发射成本。其次是信号传输延迟小，对于通信应用尤为重要。第三是观测分辨率高，适合对地观测任务。此外，LEO卫星的制造成本通常也低于高轨道卫星，可以采用更小型化的设计。
面临挑战
近地轨道也存在显著挑战。大气阻力是主要问题之一，即使在LEO高度，仍存在稀薄大气，会逐渐降低卫星轨道高度，需要定期进行轨道维持。覆盖范围有限是另一个问题，单颗LEO卫星只能覆盖地球表面的一小部分，需要建立大规模星座才能实现全球覆盖。
空间碎片问题在LEO尤为严重。由于这一区域卫星密度高，空间碎片的碰撞风险增加。凯斯勒综合征（Kessler Syndrome）警告，碎片的连锁碰撞可能使某些轨道区域无法使用。因此，LEO卫星通常设计有离轨能力，在寿命结束后主动降低轨道，在大气层中烧毁。
发展现状
近年来，近地轨道迎来了商业航天的爆发式增长。截至2024年，运行在LEO的活跃卫星数量已超过8000颗，其中大部分属于卫星星座。SpaceX的星链项目已发射超过5000颗卫星，计划最终部署超过12000颗。
小卫星和立方星技术的发展降低了进入LEO的门槛。许多初创公司、大学和研究机构都能够发射自己的卫星。可重复使用火箭技术的成熟进一步降低了发射成本，使LEO成为最活跃的太空区域。
各国政府和商业公司都在LEO部署各类应用。除了通信和遥感，太空制造、太空旅游、在轨服务等新兴产业也在LEO展开。中国、美国、欧洲、印度等都在积极发展LEO卫星能力。
未来展望
近地轨道的未来发展呈现多元化趋势。巨型星座将继续扩张，预计未来十年内LEO卫星总数可能超过50000颗。这将带来前所未有的全球连接能力，但也对轨道管理和频谱协调提出更高要求。
可持续发展成为关键议题。国际空间站等机构正在制定LEO环境保护准则，要求卫星运营商采取措施减少空间碎片。主动碎片清除技术、在轨维修和卫星寿命延长服务正在开发中。
技术创新将推动LEO应用深化。激光通信、星间链路、人工智能在轨处理等技术将提升LEO系统性能。商业空间站、太空工厂等设施可能在LEO建立，开启太空经济新时代。
近地轨道作为人类太空活动的前沿阵地，将继续在通信、导航、遥感、科研和商业等领域发挥关键作用，成为连接地球与更深远太空的重要枢纽。
