為什麼長征五號把實踐 20 號打到了 190km*68000km 這麼高的軌道？
為什麼這次長征五號遙三要把實踐20號打得這麼高？幾乎是GEO軌道的2倍了。衛星的最終軌道會是什麼樣的？
前面的回答在各種方面上已經用數據說的很清楚了，所以我就從另外一種方向上把這事的理由說清楚了吧——既然是打衛星算dV，用KSP豈不美哉！
先科普一下速增量（dV）這個概念吧，大氣層內飛行的飛行器一般都用距離來衡量它們的航程，這是因為大氣層內飛行要持續使用能量保持前進，否則都會有阻力減速，最終停止。但是太空中沒有阻力，稍微給一點點力就能一直往前跑， 所以火箭/衛星的「航程」是不用距離表示的。取而代之的是速度增量，一個速度值，一般用m/s。而不同的軌道的軌道速度不同，所以變換軌道需要改變自身的速度，常用的操作就是霍曼轉移軌道
接下來是實操。。。。。。打開了我的裝滿了亂七八糟mod的KSP，首先把一個8噸重的衛星打上天，由於我操作太菜，扔進的是一個遠地點（ap點）大約是500km，近地點（pe點）還是負數的軌道，不過對於打此次GTO來說，問題不大（
常規的同步轉移軌道（GTO）進入同步軌道（GEO）
現實中同步衛星從GTO進入GEO需要很多次操作才能精準的到達指定經度定點，在這裡為了簡（bu）化（hui）操（ding）作（dian），就採用最簡單的方式，在ap點點火同時圓化軌道+修正傾角至0度，當然，在砍星黑科技的加持下，一次點火就能搞定這兩個操作。
星箭分離，可以看到衛星自帶的速增量為2733m/s，而規劃的圓軌+修正傾角到0°一共需要1645.5m/s的速增量，也就是說進入同步軌道之後衛星自身還剩下1087.5m/s的速增量。
當然，因為我捏的衛星裝了太多燃料，剩下了太多，1000多m/s的dv足夠衛星維持20年的軌道了。。。。
如果採用超同步轉移軌道（SSTO）呢？
這裡就學CZ5-Y3發射實踐二十的軌道吧，ap點68000km，這裡需要的操作多一些，首先要用上面說過的，在ap點點火，將近地點提升至35786km的同時，把傾角修至0度，然後在pe點減速，把ap點也降到35786km，這樣就能讓載荷進入GEO軌道開始它的工作了。
從上面的截圖中可以看出，採用SSTO軌道進入GEO的話一共使用了1530m/s的dv，節約了115.5m/s的dv
這麼一看，雖然節約的dv不是很多，但是要知道同步衛星每年用於軌道維持所需的dv也才幾十m/s，這麼一頓操作之後，可以讓衛星多工作幾年，同時還能讓長5更充分發揮它的運力，兩件快樂的事情重合在一起，又能帶來更多的快樂。。。。。
這不整挺好？！
一句話版本：
在火箭「壽終正寢」之前，儘可能壓榨胖五上面級，來降低衛星接下來的燃料消耗，進而延長衛星使用壽命。
首先要明確胖五的GTO運載能力為14噸，而這次的實踐20隻有8噸，所以對於火箭來說，此次任務的燃料有較多的富餘。而與實踐20衛星上的電推不同的是，長征五號二級的燃料為液氫液氧，這類燃料都有蒸發的問題。儲存液氫液氧的罐子不能完全封閉，否則隨著溫度上升，低溫液體會不斷蒸發成氣體會導致內部壓力過大而爆炸，液氫液氧不能在火箭內長期保存，保質期很短。這導致了二級不能幫助衛星圓軌和修正傾角，所以為了節省衛星的燃料和驗證胖五的運載能力，在星箭分離前要儘可能的壓榨二級（不用白不用）。
此次飛行任務的軌道規劃為：先打上200km的圓軌道，此時二級關機，待火箭滑到赤道上方時再次點火，將衛星推入近地點200km，遠地點68000km，傾角19.543°的超轉移軌道，而後由衛星在遠地點修正傾角並抬高近地點至36000km，衛星到達近地點時再次點火，將遠地點降低至36000km。
這種發射軌道的優越性可以參考 @辣椒 的回答。
在赤道點火加速的好處是，衛星再次經過赤道上空時恰好在遠地點，此時速度最小，修正軌道傾角消耗的燃料也最小。
ps：為了演練嫦娥五號的工況，所以二次點火比正常軌道延遲了一些，升交點和遠地點相差十多度。也就是說衛星飛過赤道上空時並不是在遠地點，而是偏移了十多度，這會略微增加修正傾角所消耗的燃料。
pps：12月31日20點37分衛星完成了第四次變軌，沒有看到具體變軌細節，不過已知後續還會進行三次變軌操作來微調軌道。
ppps：說到微調軌道，實踐20搭載的LIPS-300電推進系統的流量控制相當於以3小時流完一滴水，最高比沖達到4000s。
這個說來話長了。。。
首先地球同步軌道是在赤道正上方傾角為0度的軌道，基本上科普的號都會用這一張圖來描述怎麼把衛星送入地球同步軌道。
火箭把衛星送到轉移軌道，然後在變軌點2衛星或者火箭上面級第二次點火送到同步軌道。這個第二次點火可以是衛星自己的引擎或者是火箭的上面級。
問題是上面這張圖是2D的，實際上的軌道是三維（其實是四維）的，進入同步軌道還要消除另一個很麻煩的東西，那便是傾角（inclination）。
簡而言之便是軌道面和赤道面的夾角。之前說過的同步軌道傾角是0，便是因為正好在赤道上方所以夾角是0。當然實際上由於月球引力等因素影響，同步軌道衛星會偶爾移動產生細微夾角，但那是另一個話題了。
所以說衛星進入同步軌道的變軌點2，不僅要拉高近地點，還要消除傾角。由於改變軌道傾角的燃料消耗要比拉高近地點還要多，要想提高載荷的最好方法當然是讓轉移軌道時的傾角越小越好。但軌道傾角是發射場地理緯度決定的，緯度越高傾角越大。
文昌發射場的緯度是北緯19.36度，所以這裡發射去同步軌道的衛星就要消除19.36度的傾角。
蓋亞那航天中心的緯度是北緯5.17度，所以這裡發射去同步軌道的衛星只需要消除5.17度的傾角即可，能大幅度節省燃料。
最早發現傾角問題的，是蘇聯。
由於地理位置的劣勢，蘇聯所有的發射場都比美國的緯度要高很多，直接導致蘇聯發射同步軌道衛星如果按照常規的轉移軌道，會浪費很多燃料。蘇聯為此研發了另一種節省燃料的運送方式，超同步軌道（SSTO）。
一般的發射順序是轉移軌道---變軌點2---拉高近地點/消除傾角。
SSTO的發射順序是轉移軌道---拉高遠地點高於同步軌道---遠地點消除大部分傾角---拉高近地點到同步軌道---降低遠地點---進入同步軌道消除剩餘傾角。
看上去感覺複雜了許多實際上由於調整近地點遠地點的燃料消耗遠低於節省下來的改變軌道傾角的消耗，從高緯度發射SSTO是能節省燃料的。簡而言之就像推門離門軸越遠越容易推開一樣，更高的遠地點就相當於更長的「力矩」，同樣扭力情況下力矩越大用力越小。SSTO的目的是在比同步軌道更高的遠地點來消除傾角，這樣比在同步軌道消除能節省燃料。
不只是蘇聯，獵鷹9發射的SES-8，Thaicom6等同步軌道衛星也採用了SSTO的軌道來消除卡角自帶的28.56度傾角，SES-8的更誇張是295km*80000km的超同步軌道。
那麼為啥長征5號Y3會選擇SSTO呢？這是因為這個：
還記得前面說的變軌點2的點火嘛，可以是衛星自己的引擎或者是火箭自帶上面級的。而上面級要跟著衛星到變軌點2，意味著要在滑行約6個小時後依然能再次點火。中國在多次啟動的低溫引擎和低溫燃料儲存技術上尚不成熟，不能像歐美日那樣讓火箭第二級兼職上面級，因此要想讓衛星自己剩燃料，就只能再掛上採用常溫燃料的的遠征上面級，完成變軌點2消除傾角的工作。
事實上長征5號Y1的時候，多虧遠征2號的存在挽救火箭自身的問題，讓實踐17衛星能不降低壽命成功入軌。由於本次Y3發射壓力很大，像Y-1那樣加上一個遠征2號風險太大，因而衛星不能藉助火箭來消除發射傾角。為儘可能減少實踐20號入軌消傾角所需的燃料，同時也為了儘可能測量長征5號第一級和第二級火箭的性能，才選用了遠地點68000km的超同步軌道。
沒想到有那麼多的回復，這篇文章是我更新在公眾號上的，微信公眾號：國際航天動態。
第一次用知乎回答，當時複製過來格式不太會調，照片也都沒了。我抽空再改一改。
抱歉好多天沒上知乎了，沒有一一回答評論區得問題，感謝一些熱心讀者得答覆
分割線20200110
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12月27日20時45分，在中國文昌航天發射場震天動地的轟鳴中，我國運載能力最大的火箭——長征五號，托舉我國最重衛星，同時也是東方紅五號衛星公用平台首飛試驗星——實踐二十號飛向太空，衛星隨後進入預定軌道。長征系列運載火箭圓滿完成第323次飛行，中國航天以一出「重頭戲」完美收官2019年宇航任務。
據長五火箭總設計師李東介紹，作為我國新一代運載火箭的「大力士」，長五火箭總長約57米，堪比20層樓高；火箭起飛質量約870噸，起飛推力約1078噸，具備將25噸級的航天器發射到近地軌道、將14噸級的航天器發射到地球同步轉移軌道的能力。國際同行認為，「長征五號火箭的技術指標使它與美國德爾塔4重型火箭並駕齊驅。」此次發射的實踐二十號衛星是地球同步軌道新技術驗證衛星，約8噸重，將驗證東方紅五號新一代大型衛星平台關鍵技術，並實施多項新技術驗證工作，隨後開展地球同步軌道通信廣播業務。東方紅五號衛星平台，具有高承載、大功率、高散熱、長壽命、可擴展、多適應等特點，可滿足未來近20年的通信、微波遙感和光學遙感等載荷對衛星平台的需求。
據悉，實踐二十的初始入軌參數為近地點200km，遠地點68000km，軌道傾角19.543°的轉移軌道。我們知道，發射地球同步靜止軌道的衛星，應當盡量選擇緯度低的區域，從節省燃料和增大運載能力的角度出發，發射場的緯度通常決定了衛星的入軌傾角。因此，在文昌發射場之前，我國一般在西昌衛星發射中心發射地球同步軌道的衛星，西昌的緯度小於酒泉緯度；這使得法屬蓋亞那成為極佳的GEO衛星發射場，阿里安5火箭在發射GEO商業通信衛星上非常成功。文昌發射場的緯度為北緯19度36分，因此SJ-20的入軌傾角為19.543°很容易理解。GEO轉移軌道即GTO軌道的參數為近地點200km左右，遠地點為36000km左右。而SJ-20選擇了一條遠地點在68000 km的GTO軌道，我們一般稱這種軌道為「超GTO」軌道。那麼超GTO和GTO軌道有何特點呢？為何SJ-20選擇超GTO軌道呢？首先，可以充分測試「胖五」火箭的運載能力上限。長五可將14噸級的航天器發射至GTO軌道，而SJ-20隻有8噸多，因此長五具備將SJ-20送入更高的軌道的能力。也許68000km並不是長征五號火箭的運載能力上限，但通過將SJ-20送入遠地點68000km的軌道高度，可以根據一些分析估算長征五號GTO的運載能力是否滿足設計指標。SJ-20與火箭分離後，要靠自身的化學發動機經過一系列的變軌機動轉移到GEO軌道，最終定點在GEO軌道上。選擇超GTO軌道是不是會帶來燃料消耗的節省呢？小編將進行一個簡單的估算。改變軌道傾角的位置為軌道的升降交點處，即軌道平面與赤道面的交點；i為要改變的軌道傾角大小，則改變軌道傾角需要的脈衝與速度大小有關。在遠地點處衛星的速度最小，因此通過合理設計，使衛星的遠地點和降/升交點重合，改變軌道傾角所需的脈衝最小。即遠地點衛星速度越小，改變傾角所需要的脈衝越小。改變完軌道傾角之後，接下來要圓化軌道了，對於普通的GTO軌道，只需要在遠地點施加一次速度增量，即可圓化軌道。 如果採用GTO軌道（200*36000km的軌道），改變傾角的脈衝大小約540m/s，圓化軌道的脈衝大小約 1485 m/s，兩次脈衝合計 2025 m/s。 如果採用超GTO軌道（200*68000km的軌道），改變傾角的脈衝大小約317m/s。在圓化軌道方面，超GTO軌道需要兩次變軌。需要施加兩次脈衝：第一次將近地點高度由200km抬高到36000km；第二次在軌道高度為36000km處減速，使遠地點高度由68000km降低到36000km。 第一次脈衝大小為：1039.2 m/s；第二次脈衝大小為394.8 m/s。所以超GTO軌道三次變軌總脈衝約1751 m/s，比GTO軌道變軌省了約13.5%的燃料。以上分析均為估算，實際變軌過程中，發動機為有限推力，不能採用脈衝假設，因此實際變軌消耗燃料會有些差異。火箭多費勁，衛星省氮氣。有個大神算過，再增加2%的能量就可以把實踐20打到地月轉移軌道去了。想想實踐20也8噸多，長五LTO也就8噸，估計是極限測試吧。
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