卫星运行轨道

航天工程
2016-04-30
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  卫星绕地球运动与行星绕太阳运动相似,基本遵循开普勒三大定律。如果把地球和卫星分别当作一个均匀球体和一个质点,那么卫星的运动可视为二体运动,其绕地球运行的轨道是一个开普勒椭圆,称为开普勒轨道。

 描述开普勒
轨道的常用基本参数(又称开普勒轨道根数)有六个,即:
 1)长半轴a:轨道椭圆长轴之半,它决定了卫星运行轨道的周期;
 2)倾角i:轨道平面与地球赤道平面之间的夹角,常以地心至北极的方向和轨道平面正法向之间的夹角来度量,i=90°为极地轨道;
 3)轨道偏心率e:轨道椭圆两焦点之间的距离与长轴之比,其大小在0~l,e=0为圆轨道;
 4)升交点赤经Ω:春分点与升交点对地心的张角,在赤道面内度量;
 5)近地点幅角ω:升交点与近地点对地心的张角,在轨道面内度量;
 6)过近地点时刻tρ:卫星经过近地点的时刻。
 如(图1,图2)所示,上述六个参数中,a和e决定了卫星轨道的大小和形状,i和Ω决定卫星轨道平面在空间的位置,ω决定椭圆在轨道面上的方位,tρ决定卫星在轨道上的时间关系。


(图1-人造卫星椭圆轨道)


(图2-卫星轨道与轨道根数)


  但是,卫星运动并不是简单的二体运动。这主要是由于地球形状并非正球形,质量分布也不均匀,导致地球对卫星的引力与中心引力有偏差。此外,地球周围的大气对卫星运动还会产生阻力,太阳和月亮对卫星有吸引力,大阳光压对卫星产生作用力。以上这些因素使得卫星的运行轨道成为一条接近开普勒椭圆的复杂曲线,因此卫星运行轨道根数是随时间变化的变量。


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