人造衛星執行軌道是什麼

2021-03-07 08:05:28 字數 5096 閱讀 2622

1樓:匿名使用者

[編輯本段]克卜勒橢圓軌道  衛星在克卜勒橢圓軌道上執行時,滿足二體問題運動規律。只要知道 6個常數(即軌道要素)就能確定衛星的運動。衛星在橢圓軌道上運動一圈的時間稱為軌道週期,週期的長短與半長軸有關。

半長軸相同的軌道,其週期也相同。在橢圓軌道上運動時,衛星的地心距離和速度都在變化。距地心最近點 p為近地點,最遠點 a為遠地點。

近地點和遠地點又統稱為拱點。近地點和遠地點的地心距離之和是半長軸的二倍。衛星的速度僅與地心距離有關,滿足活力公式(見太空飛行器軌道速度)。

在近地點時速度最大,遠地點時速度最小。衛星在軌道上執行時地球也在自轉,當衛星回到軌道上的同一點時,不一定回到地球同一地區的上空。 [編輯本段]地球引力場  由於地球形狀不規則,質量分布也不均勻,對於衛星所受到的吸引力不能用簡單表示式描寫,常用無窮級數式描述。

這個級數收斂很慢,說明地球引力是很複雜的。這個力僅與衛星的位置有關,屬於保守力。衛星受到的引力加速度是位函式的方向導數。

而位函式的表示式是:

式中r、λ、φ在描寫衛星位置的球座標中分別為地心距離、地心經度、地心緯度;re為地球赤道平均半徑;μ為地球引力常數;pn(sinφ)是自變數sinφ的n階勒讓德多項式,p嬘(sinφ)是m次n階的締合勒讓德多項式;jn、jnm、λnm是與地球形狀及密度分布有關的常數。j2值為1.08263×10-3,其他係數都在10-6量級。

位函式的項可以分為三類:

①位函式的第一項是球形地球的引力項。如僅有這一項,衛星運動軌道為克卜勒橢圓軌道。

②勒讓德多項式項稱為帶諧項。帶諧項只與衛星所處的緯度有關,反映地球的旋轉對稱性。j2項表示地球是乙個旋轉橢球體,其赤道半徑比極半徑長21.

4公里。j2項是主要項,常稱為地球扁率攝動。j3項反映地球南北不對稱,南半球比北半球大,北極突出而南極凹進,呈梨形。

③締合勒讓德多項式項稱為田諧項。田諧項與衛星的經度和緯度都有關。對於一般衛星的運動,經度值變化為週期性,影響互相抵消。

對於同步衛星,尤其是靜止衛星,經度變化很小,田諧項的影響才比較明顯。j22項反映地球赤道也是乙個橢圓,這個橢圓的長軸只比短軸長138公尺。長軸約在東經162°和西經18°方向,短軸約在東經72°和西經108°方向,這一項對地球靜止衛星軌道的攝動已不可忽略。

[編輯本段]軌道主要攝動  人造地球衛星的實際執行軌道並不是克卜勒軌道。由於攝動力的影響,衛星的運動軌道比較複雜。按攝動理論,軌道要素不再是常數。

根據軌道要素的變化特點,軌道攝動可以分為長期攝動、長週期攝動、短週期攝動(見太空飛行器軌道攝動)。長期攝動與時間成正比,引起人們特別注意,人造地球衛星軌道的主要長期攝動有:

①地球扁率引起軌道面繞地球自轉軸均勻旋轉,稱為軌道面的進動。當軌道傾角小於90°時,從北極看,進動是順時針方向;大於90°時,進動方向是逆時針的;等於90°時,則不轉動。進動角速率與軌道長軸、偏心率、傾角有關。

②地球扁率引起橢圓長軸在軌道麵內均勻轉動。轉動角速率用近地點幅角的變化率表示。在傾角小於63.

4°或大於 116.6°時,近地點幅角均勻增加。在63.

4°與116.6°之間時,均勻減小。等於63.

4°或116.6°時,不轉動。63.

4°和116.6°稱為臨界傾角。

③地球扁率引起平近點角的長期變化。衛星在橢圓上運動的平均角速率為360°/t,t為週期。平近點角是衛星經過近地點後以平均角速度運動時所轉過的角度,用m 表示。

這是乙個理論角,常用來代替過近地點時刻,而作為軌道要素之一。平近點角的長期變化與軌道大小、偏心率和近地點位置有關,衛星飛行時間越長,變化越大。

④大氣阻力引起軌道半長軸和偏心率同時衰減,這項長期攝動關係到近地衛星的軌道壽命。

人造地球衛星執行軌道 長週期攝動和短週期攝動使軌道要素呈週期性變化。在精確計算軌道時也須考慮。軌道攝動給計量軌道週期帶來麻煩,結果出現幾種不同用處的週期。

如交點週期是從公升交點到再次經過公升交點的時間間隔;近點週期是飛行器經過相鄰兩個近地點的時間間隔;恆星週期是用長半軸根據克卜勒第三定律計算出的週期。這三個週期互不相同,彼此可以換算。軌道攝動使得軌道計算複雜化,有些攝動需要設法避免其影響。

例如,蘇聯的「閃電」號通訊衛星傾角選為臨界角,避免了遠地點位置的移動,使得遠地點始終在蘇聯領土上空,這樣可保持蘇聯國內通訊時間較長。有時人們也利用攝動力來得到所需要的軌道變化。例如利用軌道面的長期旋轉設計出太陽同步軌道,利用大氣阻力使衛星返回地面。

根據衛星使命選擇合適的軌道是軌道設計的主要任務。

根據軌道變化規律可以設計出像太陽同步軌道、地球靜止衛星軌道、極軌道、回歸軌道等實用的軌道。為了保持軌道精度,衛星需要裝設軌道控制系統,用來克服入軌誤差和抵消攝動力的影響。 [編輯本段]逆行軌道  逆行軌道的特徵是軌道傾角大於90度。

欲把衛星送入這種軌道執行,運載火箭需要朝西南方向發射。不僅無法利用地球自轉的部分速度,而且還要付出額外能量克服地球自轉。因此,除了太陽同步軌道外,一般都不利用這類軌道。

由於地球表面不是理想的球形,其重力分布也不均勻,使衛星

軌道平面在慣性空間中不斷變動。具體地說,地球赤道部分有些鼓漲,對衛星產生了額外的吸引力,給軌道平面附加了1個力矩,使軌道平面慢慢進動,進動方向與軌道傾角有關。當軌道傾角大於90度時,力矩是逆時針方向,軌道平面由西向東進動。

適當調整衛星的軌道高度、傾角和形狀,可使衛星軌道平面的進動角速度每天東進0.9856度,恰好等於地球繞太陽公轉的日平均角速度,這就是應用價值極大的圓形太陽同步軌道。

在太陽同步軌道上執行的衛星,可在相同的時間和光照條件下觀察衛星雲層和地面目標。氣象、資源、偵察等應用衛星大多採用這類軌道。我國用長征四號火箭發射的2顆風雲一號氣象衛星和2顆測量大氣密度的地球衛星,用長征四號2火箭發射的1顆風雲一號氣象衛星、1顆中國和巴西合製的資源一號衛星、1顆中國資源二號衛星、1顆實踐五號科學試驗衛星,都採用這種軌道。

它們都是從太原發射中心公升空的。長四乙火箭在發射資源一號衛星時,還用1箭雙星的方式把1顆巴西小型科學應用衛星送入太陽同步軌道。 [編輯本段]赤道軌道  赤道軌道的特點是軌道傾角為0度,衛星在赤道上空執行。

這種軌道有無數條,但其中的一條地球靜止軌道具有特殊的重要地位。由於衛星飛行速度隨距地面的高度而變化,軌道越高,速度越小,環繞週期越長,故由計算可知,當其在赤道上空35786公里高的圓形軌道上由西向東執行1周的時間,恰好是23小時56分4秒,正與地球自轉一周的時間相同,這條軌道就被稱為地球靜止軌道。因為衛星環繞週期等於地球自轉週期,兩者方向又一致,故相互之間保持相對靜止。

從地面上看,衛星猶如固定在赤道上空某一點。在靜止軌道上均勻分布3顆通訊衛星即可進行全球通訊的科學設想早已變為現實。世界上主要的通訊衛星都分布在這條軌道上。

有的氣象衛星、預警衛星也被送入靜止軌道。中國用長征三號火箭先後發**1顆試驗衛星、5顆東方紅二號系列通訊衛星、2顆風雲二號氣象衛星、用長征三號甲火箭發**1顆實踐四號探測衛星、2兩顆東方紅三號通訊衛星、1顆中星22號通訊衛星,這些衛星中有10顆進入靜止軌道預定位置。發射這類衛星,星上要攜帶遠地點發動機,運載火箭把衛星送入大橢圓同步轉移軌道後,地面再發出指令,讓星上遠地點發動機點火,將衛星移入靜止軌道。

[編輯本段]極地軌道  就衛星軌道型別來說,還有一種軌道傾角為90度的極地軌道。它是因軌道平面通過地球南北兩極而得名。在這種軌道上執行的衛星可以飛經地球上任何地區上空。

中國雖未研製執行於此類軌道的衛星,但發射過此類軌道的衛星。長征二號丙改進型火箭以1箭雙星的方式6次從太原起飛,把12顆美國銥星送入太空,就屬於這種發射方式。 [編輯本段]軌道主要攝動  人造地球衛星的實際執行軌道並不是克卜勒軌道。

由於攝動力的影響,衛星的運動軌道比較複雜。按攝動理論,軌道要素不再是常數。根據軌道要素的變化特點,軌道攝動可以分為長期攝動、長週期攝動、短週期攝動(見太空飛行器軌道攝動)。

長期攝動與時間成正比,引起人們特別注意,人造地球衛星軌道的主要長期攝動有:

①地球扁率引起軌道面繞地球自轉軸均勻旋轉,稱為軌道面的進動。當軌道傾角小於90°時,從北極看,進動是順時針方向;大於90°時,進動方向是逆時針的;等於90°時,則不轉動。進動角速率與軌道長軸、偏心率、傾角有關。

②地球扁率引起橢圓長軸在軌道麵內均勻轉動。轉動角速率用近地點幅角的變化率表示。在傾角小於63.

4°或大於 116.6°時,近地點幅角均勻增加。在63.

4°與116.6°之間時,均勻減小。等於63.

4°或116.6°時,不轉動。63.

4°和116.6°稱為臨界傾角。

③地球扁率引起平近點角的長期變化。衛星在橢圓上運動的平均角速率為360°/t,t為週期。平近點角是衛星經過近地點後以平均角速度運動時所轉過的角度,用m 表示。

這是乙個理論角,常用來代替過近地點時刻,而作為軌道要素之一。平近點角的長期變化與軌道大小、偏心率和近地點位置有關,衛星飛行時間越長,變化越大。

④大氣阻力引起軌道半長軸和偏心率同時衰減,這項長期攝動關係到近地衛星的軌道壽命。

長週期攝動和短週期攝動使軌道要素呈週期性變化。在精確計算軌道時也須考慮。軌道攝動給計量軌道週期帶來麻煩,結果出現幾種不同用處的週期。

如交點週期是從公升交點到再次經過公升交點的時間間隔;近點週期是飛行器經過相鄰兩個近地點的時間間隔;恆星週期是用長半軸根據克卜勒第三定律計算出的週期。這三個週期互不相同,彼此可以換算。軌道攝動使得軌道計算複雜化,有些攝動需要設法避免其影響。

例如,蘇聯的「閃電」號通訊衛星傾角選為臨界角,避免了遠地點位置的移動,使得遠地點始終在蘇聯領土上空,這樣可保持蘇聯國內通訊時間較長。有時人們也利用攝動力來得到所需要的軌道變化。例如利用軌道面的長期旋轉設計出太陽同步軌道,利用大氣阻力使衛星返回地面。

根據衛星使命選擇合適的軌道是軌道設計的主要任務。

根據軌道變化規律可以設計出像太陽同步軌道、地球靜止衛星軌道、極軌道、回歸軌道等實用的軌道。為了保持軌道精度,衛星需要裝設軌道控制系統,用來克服入軌誤差和抵消攝動力的影響(見太空飛行器軌道控制)。 [編輯本段]順行軌道  順行軌道的特點是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小於90度。

在這種軌道上執行的衛星,絕大多數離地面較近,高度僅為數百公里,故又將其稱為近地軌道。我國地處北半球,要把衛星送入這種軌道,運載火箭要朝東南方向發射,這樣能夠利用地球自西向東自轉的部分速度,從而可以節約火箭的能量。地球自轉速度可以通過赤道自轉速度、發射方位角和發射點地理緯度計算出來。

不難想象,在赤道上朝著正東方向發射衛星,可利用的速度最大,緯度越高能用的速度越小。

中國用長征一號、風暴一號兩種運載火箭發射的8顆科學技術試驗衛星,用長征二號、二號丙、二號丁3種運載火箭發射的17顆返回式遙感衛星以及用長征二號f運載火箭發射的神州號試驗飛船,都是用順行軌道。它們都是從酒泉發射中心起飛被送入近地軌道執行的。通過長征三號甲運載火箭發射的1顆北斗導航試驗衛星也是採用順行軌道。

人造衛星在執行中因受高空稀薄空氣的阻力作用,繞地球運轉的軌道

根據萬有引力提供向抄心力列出等式 gmm r2 mv2 r m?4 2 r t2解得 v gm r 由於r1 r2 所以v1 v2 t 2 r3 gm,由於r1 r2 所以t1 t2 故選c 人造衛星在執行中因受高空稀薄空氣的阻力作用,繞地球運轉的軌道半徑會慢慢減小,在半徑緩慢變化過程中,根據萬有引...

人造衛星是垂直打上天的,為什麼上到天後就繞著地球轉 難道是一邊打一邊繞 會傾斜的打

個人覺得 當火箭公升上天時,當到達大氣外界時,開始進行變軌,加速運動,當在太空中衛星的運動滿足能量守恆定律,並且相對於地球靜止時,衛星就可以固定軌道了 個人見解 哈哈 我來回答 人造衛星有一種特殊的 叫做地球同步軌道衛星 就是在赤道面和地球以相同的角速度執行 在地面人看來是懸在空中不動的 另外的例如...

人造衛星在地球附近為什麼會失重,為什麼在衛星上的物體會完全失重

因為人造衛星在圍繞地球做圓周運動,做圓周運動的時候,是否會有沿著半徑的向外甩乙個力。如果沒有重力,那人造衛星就被甩出去了。現在人造衛星沒被甩出去,是因為他的重力平衡了該力。也就是說人造衛星處於力的平衡狀態,它的重力用來作為它圓周運動的向心力。萬有引力充當向心力,不需要支援力與之平衡 今天人們所說的 ...