抬头看天的时候你可能完全感受不到，但头顶上方两万公里的太空中，几十颗导航卫星正在有条不紊地沿着各自预定轨道高速飞行。它们可不是随机散布在那里的，每一颗卫星都有精确的轨道编号、固定的运行高度和严格计算的飞行速度。
GPS卫星的轨道高度统一设计在两万零两百公里左右，这个位置在天文学上被归类为中地球轨道。选择这个高度不是拍脑袋想出来的，而是工程师们反复权衡和计算的结果。如果轨道高度降得太低，每颗卫星能覆盖的地面面积就会大幅缩小，为了达到全球无死角覆盖的目标就需要发射更多卫星，建设和维护成本将成倍增长。反过来如果升得太高，信号传输到地面时衰减会非常严重，地面接收设备就得配更大的天线和更高的功耗，民用终端根本承受不了。两万公里恰好是信号强度和覆盖效率的最佳折中。
据相关数据记载，每颗GPS卫星绕地球飞完一整圈需要11小时58分钟，一天刚好转两圈。六个轨道平面均匀分布，每个平面四颗卫星，二十四颗的经典配置就从数学上保证了地球上任何一个角落、任何一个时刻抬头都能看到至少四颗卫星。实际在轨数量通常维持在三十一颗左右，多出来的作为冗余备用。一颗卫星的设计寿命一般七到十五年，退役后会被推入更高的坟墓轨道。
最有趣的是，卫星上的原子钟因为相对论效应走得比地面时钟快，每天会多出38微秒。如果不做修正，定位误差将累积到十几公里。这是相对论在日常生活里最直接的应用之一。GPS卫星系统是几代航天工程师智慧的结晶，了解了它的运行规律之后，每次抬头看天可能都会多一分不同的感受。这种精密的人造星座是人类航天技术最成功的应用之一，确实值得我们多了解一些。
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