为什么长征五号把实践 20 号打到了 190km*68000km 这么高的轨道？
为什么这次长征五号遥三要把实践20号打得这么高？几乎是GEO轨道的2倍了。卫星的最终轨道会是什么样的？
前面的回答在各种方面上已经用数据说的很清楚了，所以我就从另外一种方向上把这事的理由说清楚了吧——既然是打卫星算dV，用KSP岂不美哉！
先科普一下速增量（dV）这个概念吧，大气层内飞行的飞行器一般都用距离来衡量它们的航程，这是因为大气层内飞行要持续使用能量保持前进，否则都会有阻力减速，最终停止。但是太空中没有阻力，稍微给一点点力就能一直往前跑， 所以火箭/卫星的「航程」是不用距离表示的。取而代之的是速度增量，一个速度值，一般用m/s。而不同的轨道的轨道速度不同，所以变换轨道需要改变自身的速度，常用的操作就是霍曼转移轨道
接下来是实操。。。。。。打开了我的装满了乱七八糟mod的KSP，首先把一个8吨重的卫星打上天，由于我操作太菜，扔进的是一个远地点（ap点）大约是500km，近地点（pe点）还是负数的轨道，不过对于打此次GTO来说，问题不大（
常规的同步转移轨道（GTO）进入同步轨道（GEO）
现实中同步卫星从GTO进入GEO需要很多次操作才能精准的到达指定经度定点，在这里为了简（bu）化（hui）操（ding）作（dian），就采用最简单的方式，在ap点点火同时圆化轨道+修正倾角至0度，当然，在砍星黑科技的加持下，一次点火就能搞定这两个操作。
星箭分离，可以看到卫星自带的速增量为2733m/s，而规划的圆轨+修正倾角到0°一共需要1645.5m/s的速增量，也就是说进入同步轨道之后卫星自身还剩下1087.5m/s的速增量。
当然，因为我捏的卫星装了太多燃料，剩下了太多，1000多m/s的dv足够卫星维持20年的轨道了。。。。
如果采用超同步转移轨道（SSTO）呢？
这里就学CZ5-Y3发射实践二十的轨道吧，ap点68000km，这里需要的操作多一些，首先要用上面说过的，在ap点点火，将近地点提升至35786km的同时，把倾角修至0度，然后在pe点减速，把ap点也降到35786km，这样就能让载荷进入GEO轨道开始它的工作了。
从上面的截图中可以看出，采用SSTO轨道进入GEO的话一共使用了1530m/s的dv，节约了115.5m/s的dv
这么一看，虽然节约的dv不是很多，但是要知道同步卫星每年用于轨道维持所需的dv也才几十m/s，这么一顿操作之后，可以让卫星多工作几年，同时还能让长5更充分发挥它的运力，两件快乐的事情重合在一起，又能带来更多的快乐。。。。。
这不整挺好？！
一句话版本：
在火箭「寿终正寝」之前，尽可能压榨胖五上面级，来降低卫星接下来的燃料消耗，进而延长卫星使用寿命。
首先要明确胖五的GTO运载能力为14吨，而这次的实践20只有8吨，所以对于火箭来说，此次任务的燃料有较多的富余。而与实践20卫星上的电推不同的是，长征五号二级的燃料为液氢液氧，这类燃料都有蒸发的问题。储存液氢液氧的罐子不能完全封闭，否则随著温度上升，低温液体会不断蒸发成气体会导致内部压力过大而爆炸，液氢液氧不能在火箭内长期保存，保质期很短。这导致了二级不能帮助卫星圆轨和修正倾角，所以为了节省卫星的燃料和验证胖五的运载能力，在星箭分离前要尽可能的压榨二级（不用白不用）。
此次飞行任务的轨道规划为：先打上200km的圆轨道，此时二级关机，待火箭滑到赤道上方时再次点火，将卫星推入近地点200km，远地点68000km，倾角19.543°的超转移轨道，而后由卫星在远地点修正倾角并抬高近地点至36000km，卫星到达近地点时再次点火，将远地点降低至36000km。
这种发射轨道的优越性可以参考 @辣椒 的回答。
在赤道点火加速的好处是，卫星再次经过赤道上空时恰好在远地点，此时速度最小，修正轨道倾角消耗的燃料也最小。
ps：为了演练嫦娥五号的工况，所以二次点火比正常轨道延迟了一些，升交点和远地点相差十多度。也就是说卫星飞过赤道上空时并不是在远地点，而是偏移了十多度，这会略微增加修正倾角所消耗的燃料。
pps：12月31日20点37分卫星完成了第四次变轨，没有看到具体变轨细节，不过已知后续还会进行三次变轨操作来微调轨道。
ppps：说到微调轨道，实践20搭载的LIPS-300电推进系统的流量控制相当于以3小时流完一滴水，最高比冲达到4000s。
这个说来话长了。。。
首先地球同步轨道是在赤道正上方倾角为0度的轨道，基本上科普的号都会用这一张图来描述怎么把卫星送入地球同步轨道。
火箭把卫星送到转移轨道，然后在变轨点2卫星或者火箭上面级第二次点火送到同步轨道。这个第二次点火可以是卫星自己的引擎或者是火箭的上面级。
问题是上面这张图是2D的，实际上的轨道是三维（其实是四维）的，进入同步轨道还要消除另一个很麻烦的东西，那便是倾角（inclination）。
简而言之便是轨道面和赤道面的夹角。之前说过的同步轨道倾角是0，便是因为正好在赤道上方所以夹角是0。当然实际上由于月球引力等因素影响，同步轨道卫星会偶尔移动产生细微夹角，但那是另一个话题了。
所以说卫星进入同步轨道的变轨点2，不仅要拉高近地点，还要消除倾角。由于改变轨道倾角的燃料消耗要比拉高近地点还要多，要想提高载荷的最好方法当然是让转移轨道时的倾角越小越好。但轨道倾角是发射场地理纬度决定的，纬度越高倾角越大。
文昌发射场的纬度是北纬19.36度，所以这里发射去同步轨道的卫星就要消除19.36度的倾角。
盖亚那航天中心的纬度是北纬5.17度，所以这里发射去同步轨道的卫星只需要消除5.17度的倾角即可，能大幅度节省燃料。
最早发现倾角问题的，是苏联。
由于地理位置的劣势，苏联所有的发射场都比美国的纬度要高很多，直接导致苏联发射同步轨道卫星如果按照常规的转移轨道，会浪费很多燃料。苏联为此研发了另一种节省燃料的运送方式，超同步轨道（SSTO）。
一般的发射顺序是转移轨道---变轨点2---拉高近地点/消除倾角。
SSTO的发射顺序是转移轨道---拉高远地点高于同步轨道---远地点消除大部分倾角---拉高近地点到同步轨道---降低远地点---进入同步轨道消除剩余倾角。
看上去感觉复杂了许多实际上由于调整近地点远地点的燃料消耗远低于节省下来的改变轨道倾角的消耗，从高纬度发射SSTO是能节省燃料的。简而言之就像推门离门轴越远越容易推开一样，更高的远地点就相当于更长的「力矩」，同样扭力情况下力矩越大用力越小。SSTO的目的是在比同步轨道更高的远地点来消除倾角，这样比在同步轨道消除能节省燃料。
不只是苏联，猎鹰9发射的SES-8，Thaicom6等同步轨道卫星也采用了SSTO的轨道来消除卡角自带的28.56度倾角，SES-8的更夸张是295km*80000km的超同步轨道。
那么为啥长征5号Y3会选择SSTO呢？这是因为这个：
还记得前面说的变轨点2的点火嘛，可以是卫星自己的引擎或者是火箭自带上面级的。而上面级要跟著卫星到变轨点2，意味著要在滑行约6个小时后依然能再次点火。中国在多次启动的低温引擎和低温燃料储存技术上尚不成熟，不能像欧美日那样让火箭第二级兼职上面级，因此要想让卫星自己剩燃料，就只能再挂上采用常温燃料的的远征上面级，完成变轨点2消除倾角的工作。
事实上长征5号Y1的时候，多亏远征2号的存在挽救火箭自身的问题，让实践17卫星能不降低寿命成功入轨。由于本次Y3发射压力很大，像Y-1那样加上一个远征2号风险太大，因而卫星不能借助火箭来消除发射倾角。为尽可能减少实践20号入轨消倾角所需的燃料，同时也为了尽可能测量长征5号第一级和第二级火箭的性能，才选用了远地点68000km的超同步轨道。
没想到有那么多的回复，这篇文章是我更新在公众号上的，微信公众号：国际航天动态。
第一次用知乎回答，当时复制过来格式不太会调，照片也都没了。我抽空再改一改。
抱歉好多天没上知乎了，没有一一回答评论区得问题，感谢一些热心读者得答复
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12月27日20时45分，在中国文昌航天发射场震天动地的轰鸣中，我国运载能力最大的火箭——长征五号，托举我国最重卫星，同时也是东方红五号卫星公用平台首飞试验星——实践二十号飞向太空，卫星随后进入预定轨道。长征系列运载火箭圆满完成第323次飞行，中国航天以一出「重头戏」完美收官2019年宇航任务。
据长五火箭总设计师李东介绍，作为我国新一代运载火箭的「大力士」，长五火箭总长约57米，堪比20层楼高；火箭起飞质量约870吨，起飞推力约1078吨，具备将25吨级的航天器发射到近地轨道、将14吨级的航天器发射到地球同步转移轨道的能力。国际同行认为，「长征五号火箭的技术指标使它与美国德尔塔4重型火箭并驾齐驱。」此次发射的实践二十号卫星是地球同步轨道新技术验证卫星，约8吨重，将验证东方红五号新一代大型卫星平台关键技术，并实施多项新技术验证工作，随后开展地球同步轨道通信广播业务。东方红五号卫星平台，具有高承载、大功率、高散热、长寿命、可扩展、多适应等特点，可满足未来近20年的通信、微波遥感和光学遥感等载荷对卫星平台的需求。
据悉，实践二十的初始入轨参数为近地点200km，远地点68000km，轨道倾角19.543°的转移轨道。我们知道，发射地球同步静止轨道的卫星，应当尽量选择纬度低的区域，从节省燃料和增大运载能力的角度出发，发射场的纬度通常决定了卫星的入轨倾角。因此，在文昌发射场之前，我国一般在西昌卫星发射中心发射地球同步轨道的卫星，西昌的纬度小于酒泉纬度；这使得法属盖亚那成为极佳的GEO卫星发射场，阿里安5火箭在发射GEO商业通信卫星上非常成功。文昌发射场的纬度为北纬19度36分，因此SJ-20的入轨倾角为19.543°很容易理解。GEO转移轨道即GTO轨道的参数为近地点200km左右，远地点为36000km左右。而SJ-20选择了一条远地点在68000 km的GTO轨道，我们一般称这种轨道为「超GTO」轨道。那么超GTO和GTO轨道有何特点呢？为何SJ-20选择超GTO轨道呢？首先，可以充分测试「胖五」火箭的运载能力上限。长五可将14吨级的航天器发射至GTO轨道，而SJ-20只有8吨多，因此长五具备将SJ-20送入更高的轨道的能力。也许68000km并不是长征五号火箭的运载能力上限，但通过将SJ-20送入远地点68000km的轨道高度，可以根据一些分析估算长征五号GTO的运载能力是否满足设计指标。SJ-20与火箭分离后，要靠自身的化学发动机经过一系列的变轨机动转移到GEO轨道，最终定点在GEO轨道上。选择超GTO轨道是不是会带来燃料消耗的节省呢？小编将进行一个简单的估算。改变轨道倾角的位置为轨道的升降交点处，即轨道平面与赤道面的交点；i为要改变的轨道倾角大小，则改变轨道倾角需要的脉冲与速度大小有关。在远地点处卫星的速度最小，因此通过合理设计，使卫星的远地点和降/升交点重合，改变轨道倾角所需的脉冲最小。即远地点卫星速度越小，改变倾角所需要的脉冲越小。改变完轨道倾角之后，接下来要圆化轨道了，对于普通的GTO轨道，只需要在远地点施加一次速度增量，即可圆化轨道。 如果采用GTO轨道（200*36000km的轨道），改变倾角的脉冲大小约540m/s，圆化轨道的脉冲大小约 1485 m/s，两次脉冲合计 2025 m/s。 如果采用超GTO轨道（200*68000km的轨道），改变倾角的脉冲大小约317m/s。在圆化轨道方面，超GTO轨道需要两次变轨。需要施加两次脉冲：第一次将近地点高度由200km抬高到36000km；第二次在轨道高度为36000km处减速，使远地点高度由68000km降低到36000km。 第一次脉冲大小为：1039.2 m/s；第二次脉冲大小为394.8 m/s。所以超GTO轨道三次变轨总脉冲约1751 m/s，比GTO轨道变轨省了约13.5%的燃料。以上分析均为估算，实际变轨过程中，发动机为有限推力，不能采用脉冲假设，因此实际变轨消耗燃料会有些差异。火箭多费劲，卫星省氮气。有个大神算过，再增加2%的能量就可以把实践20打到地月转移轨道去了。想想实践20也8吨多，长五LTO也就8吨，估计是极限测试吧。
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