在轨段（Orbital Phase）
本文作者：天疆说
定义
在轨段是空天飞行器在主发动机工作结束后，进入自由飞行或轨道运行状态的飞行阶段。对于弹道导弹，主动段结束后进入的自由飞行段可看作特殊的在轨段。在此阶段，飞行器主要在地球中心引力作用下做圆锥曲线运动。
核心要素
运动特性
在轨段飞行的本质是在地球中心引力作用下的圆锥曲线运动。根据主动段终点获得的能量不同，飞行器的轨迹可以是：
- 椭圆轨道：能量为负，飞行器被地球引力束缚，绕地球周期运行（人造卫星）
- 抛物线轨道：能量为零，恰好达到逃逸速度
- 双曲线轨道：能量为正，飞行器将脱离地球引力场
摄动因素
实际飞行中，飞行器还会受到多种摄动因素的作用，导致运动轨迹偏离理想的圆锥曲线：
- 地球非球形引力：地球并非完美球体，J2 项等高阶引力项导致轨道面进动和拱线旋转
- 大气阻力：低轨道飞行器受到高层大气的微小阻力，导致轨道逐渐衰减
- 日月引力：地月和太阳的引力摄动影响高轨道和深空飞行器
- 太阳光压：太阳辐射压力对大面积质量比的飞行器（如太阳帆）影响显著
轨道机动
为消除摄动影响或满足特定应用需求，飞行器需要在控制系统作用下改变运动状态，进行轨道机动。轨道机动是航天器轨道力学的核心研究内容之一。
弹道导弹的自由段
对于弹道导弹，主动段结束后进入自由飞行段（也称被动段）。若弹头不安装动力装置与控制系统，则完全依靠主动段终点处获得的能量作惯性飞行，其运动轨迹接近与地球相交的椭圆。现代弹头可在自由段进行机动飞行以提高突防概率。
应用价值
在轨段是人造卫星、空间站等航天器的主要工作阶段，也是弹道导弹飞行的关键阶段。在轨段的运动方程、轨道根数、轨道预报和轨道设计是航天器轨道力学的核心内容。
相关概念
参考文献
- 郑伟, 安雪滢, 周祥, 何睿智. 空天飞行力学[M]. 国防科技大学, 2026.
- 任萱, 肖峰. 人造地球卫星轨道力学[M]. 国防科技大学出版社.