常见航天器轨道的简单介绍 |
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简单介绍下12种常见的航天器轨道,重点介绍太阳同步轨道和地球同步轨道: 近地轨道(Low Earth orbit,简称LEO) 太阳同步轨道(Sun-synchronous orbit,简称SSO) 中地球转移轨道(Medium Earth Transfer orbit,简称MTO) 中地球轨道(Medium Earth orbit,简称MEO) 高椭圆轨道(Highly elliptical orbit,简称HEO) 地球同步转移轨道(Geostationary Transfer orbit,简称GTO) 超同步转移轨道(Super-Synchronous Transfer orbit,简称SSTO) 地球同步轨道(Geosynchronous orbit,简称GSO) 倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous orbit,简称 IGSO) 地球静止轨道(Geostationary orbit,简称GEO) 地月转移轨道(Trans-Lunar injection,简称TLI) 地火转移轨道(Trans-Mars injection,简称TMI) (一)近地轨道近地轨道(Low Earth orbit,简称LEO),指航天器距离地面高度较低的轨道。近地轨道没有公认的严格定义。一般轨道高度在2000km以下的近圆轨道都可以称之为近地轨道。 在近地轨道上仍有稀薄的大气,航天器会受到微弱的大气阻力,运行轨道的高度会逐步衰减,其中500km以下最为明显,为了使航天器能长期在设计的高度上运行,航天器需要定期或不定期进行轨道维持。 典型航天器:载人飞船、空间站、对地观测卫星以及一些新型通信卫星系统等。 国际空间站轨道(二)太阳同步轨道太阳同步轨道(Sun-synchronous orbit,简称SSO),又称近极地太阳同步轨道,典型的太阳同步轨道高度大约是600-800km,周期在96-100分钟范围,倾角大致在98°附近,以满足任务需要。其轨道平面始终与太阳保持固定的取向,轨道平面自西向东保持0.9856°/天的进动,轨道平面绕地球自转轴旋转的方向与地球公转方向相同。 典型航天器:气象卫星、光学遥感卫星等。 太阳同步轨道每天0.9856°谜之进动的原因: 简单地说就是由于地球并不是个完美的球体。地球由于自转而成扁球体, 在赤道部分呈隆起状态,另外其质量分布也不均匀,这些都对航天器产生额外的引力,使其轨道平面在惯性空间中不断变动。 航天器的轨道参数总共六个,分别是确定轨道位置的倾角(i)、升交点赤经(Ω)、近地点幅角(w),决定轨道形状的偏心率(e)、半长轴长度(a)和过近地点时刻(τ)。 卫星的轨道参数示意图地球引力场非中心项摄动对卫星的倾角、半长轴长度、偏心率没有任何影响,主要影响是产生轨道面进动,其次是产生椭圆轨道面长轴的旋转(后面闪电轨道会再次讲到)。 轨道面进动方程,用升交点赤经Ω的变化率表示,ae为地球半径,J2项表征地球的扁率,常称为地球扁率摄动,J2值为1.08263×10∧-3,J2项是主要项即: 轨道面进动方程怎么理解呢?当轨道倾角i>90°时,地球赤道的隆起对卫星产生了额外的吸引力,相当于给轨道平面附加了1个力矩,转动物体受到垂直于其自转轴的外力矩作用时,其自转轴便向外力矩的正方向靠拢,就形成轨道平面进动。但进动方向与轨道倾角有关,下图中,卫星从东北飞向西南的时候,在赤道上方是被活生生往东南方向拽的,见绿色箭头,因此产生轨道面的向东进动。而当i=90时,卫星轨道和地球赤道鼓涨的引力重叠,因此也就无法产生轨道面进动。当i |
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