抬頭看天的時候你可能完全感受不到，但頭頂上方兩萬公里的太空中，幾十顆導航衛星正在有條不紊地沿著各自預定軌道高速飛行。它們可不是隨機散布在那里的，每一顆衛星都有精確的軌道編號、固定的運行高度和嚴格計算的飛行速度。

GPS衛星的軌道高度統一設計在兩萬零兩百公里左右，這個位置在天文學上被歸類為中地球軌道。選擇這個高度不是拍腦袋想出來的，而是工程師們反復權衡和計算的結果。如果軌道高度降得太低，每顆衛星能覆蓋的地面面積就會大幅縮小，為了達到全球無死角覆蓋的目標就需要發射更多衛星，建設和維護成本將成倍增長。反過來如果升得太高，信號傳輸到地面時衰減會非常嚴重，地面接收設備就得配更大的天線和更高的功耗，民用終端根本承受不了。兩萬公里恰好是信號強度和覆蓋效率的最佳折中。

據相關數據記載，每顆GPS衛星繞地球飛完一整圈需要11小時58分鐘，一天剛好轉兩圈。六個軌道平面均勻分布，每個平面四顆衛星，二十四顆的經典配置就從數學上保證了地球上任何一個角落、任何一個時刻抬頭都能看到至少四顆衛星。實際在軌數量通常維持在三十一顆左右，多出來的作為冗余備用。一顆衛星的設計壽命一般七到十五年，退役后會被推入更高的墳墓軌道。

最有趣的是，衛星上的原子鐘因為相對論效應走得比地面時鐘快，每天會多出38微秒。如果不做修正，gps定位器定位誤差將累積到十幾公里。這是相對論在日常生活里最直接的應用之一。GPS衛星系統是幾代航天工程師智慧的結晶，了解了它的運行規律之后，每次抬頭看天可能都會多一分不同的感受。這種精密的人造星座是人類航天技術最成功的應用之一，確實值得我們多了解一些。

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