2021年10月14日，我国首颗太阳探测科学卫星“羲和号”成功发射升空，开启了我国的空间太阳观测新时代。太阳，是距离我们最近的恒星，也是唯一一颗可以进行精细观测研究的恒星。太阳活动会影响地球附近的空间天气状况，进而对航天、通信、导航等技术系统产生影响。因此，研究太阳，不仅是获得新的天文科学发现的重要途径，也有防范化解空间天气灾害的现实意义。
“羲和号”发射成功后，人民日报微信立即发布了喜讯，有网友留言，赞叹运行在517公里高度太阳同步轨道上的“羲和号”技术超群，能够抵御住太阳的炙烤。也许，这位网友顾名思义，把太阳同步轨道当做了一条围绕太阳运行的轨道，因此感叹卫星距离太阳如此近，还能正常工作。
实际上，运行在太阳同步轨道上的卫星其实是围绕地球运行。除了太阳同步轨道外，也有太阳观测卫星工作在倾斜地球同步轨道、第一日地拉格朗日点的Halo轨道，甚至是抵近太阳或是飞出地球公转面的轨道上。科学家和工程师们在进行任务规划时，会根据探测卫星的科学和应用目标、任务资源的限制，合理选择太阳观测卫星的工作轨道。
太阳同步轨道是一类围绕地球运行的轨道。之所以获得“太阳同步”的名称，是因为这类轨道的轨道平面能够始终跟随太阳的步伐，在地球公转的过程中与太阳-地球连线的夹角保持不变。工作在太阳同步轨道上的卫星经过同一纬度地区上空时，该地区的光照条件是大致相同的，不会出现“这次经过是白天、下次经过就变成晚上”的现象。
太阳同步轨道的这类特性，使得它能够配合遥感卫星、气象卫星等完成对地面的“拍照”工作。例如，一颗对地遥感卫星如果想获得我国地面上白天的遥感数据，只需设计好轨道，就可以在每次经过我国上空时都获得较好的光照条件。几百公里高度的太阳同步轨道倾角一般也比较高，轨道通过两极地区，经过一段时间的数据积累，就可以获得整个地球表面的遥感信息。
太阳观测卫星选择的则是太阳同步轨道中一种特殊的轨道——晨昏平面轨道。这种轨道的平面位于地球的晨昏线附近，即地球表面处于黑夜和白天的两部分的分界线。和其他取向的太阳同步轨道相比，工作在晨昏平面上的卫星不会被地球的阴影长时间连续遮挡。在这条“黄昏追逐黎明”的轨道上，卫星能够获得对太阳几乎不间断的观测机会。
除了“羲和号”外，以往国外研制的阳光（Yohkoh）、日出（Hinode）、TRACE、IRIS等卫星，也工作在晨昏面上的太阳同步轨道上。我国研制计划发射的先进天基太阳天文台（ASO-S）也将使用这样的轨道。
2010年，美国NASA研制的“太阳动力学天文台”（SDO）卫星发射升空，开始对太阳进行观测。与以往的卫星相比，SDO的空间分辨率和时间分辨率都有了较大的提高。然而，在给太阳物理学家们带来精细的观测数据的同时，也给卫星与地面间的数据传输技术带来了很大挑战：SDO至少需要130Mbps的数据带宽。
为了传回数据，太阳同步轨道上的卫星要么需要把数据先存储在卫星上，经过测控站上空时再集中下传；要么就需要切换“基站”，利用不同的测控站下传数据；或者是使用资源紧张的天基中继卫星。这些途径都难以在可获取资源的基础上满足SDO的数据传输需求。因此，工程师们为SDO选择另外一条轨道：倾斜地球同步轨道。
和通信卫星常用的静止轨道一样，倾斜地球同步轨道上的卫星围绕地球旋转一圈的时间和地球的自转时间相同，约为24小时。静止轨道的轨道平面与赤道面重合，而SDO则选择了一条与轨道平面与赤道夹角约为28.5度的轨道。之所以让轨道倾斜，是为了获得比较连续的观测太阳的机会，不被地球的阴影遮挡。
如果要想完全不受遮挡地观测太阳，获得完全连续的观测记录，还有一个可选的位置：日地第一拉格朗日点。1772年，法国数学家拉格朗日计算发现，由两个大天体构成的系统中存在5个平衡点，此处的卫星相对于两个大天体的位置不随时间变化，这些点被称为“拉格朗日点”。
在日地系统中，日地第一拉格朗日点（日地L1点）位于地球和太阳中间，与地球的距离约为150万公里，大致相当于4倍的地月距离。此处的太阳观测卫星不但可以使用类似望远镜的遥感观测设备持续凝视太阳，还能利用距离采样观测设备，实地测量吹拂向地球的太阳风物质性质。
2006年发射升空的STEREO“双胞胎”探测器，由两艘一模一样的探测器STEREO-A和STEREO-B组成。它们工作在环绕太阳运行的轨道上，与地球的公转轨道处在同一个平面上。不过，STEREO-A与太阳的距离相对地球要短一些，STEREO-B则要长一些。这样，STEREO-A公转的角速度略快于地球，STEREO-B则略慢于地球。
随着时间的流逝，两颗卫星开始逐步分离，可以从不同的角度观测太阳。2011年2月6日，两颗卫星的夹角达到了180度，人类第一次同时看到了整个太阳球面的完整图像。
2018年发射的帕克太阳探测器，在进入环绕太阳运行的轨道后，则通过金星的引力场实现借力飞行，逐步降低自身的轨道高度，前所未有地接近了太阳，为科学家们带来太阳风发源地的实地测量信息。
未来，帕克太阳探测器与太阳中心的距离最小可以达到630万公里，这已经是目前的航天技术能够达到的接近太阳的极限。至于2020年初发射的太阳轨道探测器，则首次携带遥感观测仪器，从地球公转的轨道平面上跃出，在效果更好的角度观测太阳南北两极的磁场和等离子体情况。
和不少航天任务一样，太阳观测卫星对于轨道的选择，也会在实现科学目标与资源条件允许之间找到一个最优的平衡。随着航天技术的发展，未来可能还会有新的轨道供科学家们选择，来满足人类的好奇心，也为保护地球不受太阳风暴危害作出更多贡献。