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第6部分

一點軌道高度指的是物體到地表的距離,而不是物體到地心的距離。

近地點與遠地點是對地球而言,對太陽還有近日點、遠日點,對月球有近月點、遠月點,其它星體有近星點、遠星點

開普勒第二定律涉及到太空中物體的運動速度。假設軌道上運動的物體和地球中心有一彈性足夠的繩子相連,那相同時間內繩子所掃過的面積是相等的。很顯然因為近地點附近距地球中心的距離較短,在相同時間內要使它掃過面積與遠地點相同,必然需要更長的軌道距離,運動速度必然要更快,所以近地點附近的速度比遠地點附近要快。這與上一節的有關橢圓軌道形成的分析是一致的。

第三定律涉及軌道週期,即物體沿軌道執行一圈所用的時間。但在理解這句話時,要注意物體完成一個軌道週期不依軌道的形狀來決定,而是由橢圓軌道的大小,即橢圓長軸決定,只要長軸長度相等,軌道週期相等。軌道週期之所以不同,在於軌道的執行速度不同。地球軌道週期

軌道高度週期

300千米1小時30分31秒

1000千米1小時45分07秒

10000千米5小時47分40秒

100000千米3天23小時54分

軌道動力學:軌道的描述

前面就軌道的形狀及軌道中物體運動的討論可以說是在平面內的討論,這個平面就是軌道所在的平面,該平面可以稱為軌道平面。為了進一步討論軌道還需要了解軌道在太空運動的位置和方向,藉助軌道平面可以幫助我們想象軌道是傾斜的還是旋轉的、或是指向任何方向的。

就像平面上點位置的描述需要確立一個直角座標系一樣,在太空這個三維空間中也需要建立一個座標系來知道軌道的位置。對地球軌道的描述,航天技術中通常採用地心赤道座標系。該座標系以地球中心為座標原點,包括x、y、z軸。xy平面與赤道面為同一平面,x軸指向春分點,z軸的指向穿過北極。

春分點即在“春分”那天(一般在陽曆3月20日左右)太陽所在點。天文學知識告訴我們,由於太陽以及月球引力的影響,春分點會沿著某一軌道移動,因此地心赤道座標系x軸的指向也會發生變化,但這個變化非常之慢。我們討論地心赤道座標系時將x軸的指向定為指向2000年的春分點,在實際的軌道和航行計算中,技術人員要對這個座標系進行修正。

座標系固定之後就可以測量出軌道引數,最常用的軌道引數是一組經典軌道常數,即開普勒軌道常數,用來描述空間中物體的軌道。用這些常數可以遞推出物體在過去或將來的位置。

軌道要素系列

常數用途

半長軸a確定軌道的大小

偏心率e定義軌道的形狀

傾角i測量軌道傾斜度

升交點赤經Ω確定赤道交點

近地點幅角ω確定近地點

在曆元時刻的真近點角υ0確定物體在軌道中的位置

第一個引數是半長軸,即軌道長軸的一半,確定了軌道的大小,用a來表示。第二個引數是偏心率,定義了軌道的形狀,用e表示。e的大小在0到1之間,如果e等於0,軌道是圓形的。

下一個軌道要素測量了軌道平面相對於赤道平面的傾斜度,在赤道平面的軌道(赤道軌道)如果向北極或南極傾斜,則新軌道所在平面與赤道平面會產生一夾角,稱為傾角,用符號i表示。在北極向下看,如果軌道的運動是逆時針運動的,則稱之為順行軌道,反之為逆行軌道。順行軌道的傾角值在0o~90o之間,而逆行軌道的傾角值在90o~180o之間。當軌道上的物體飛越北極和南極時,軌道傾角值為90o,稱為極地軌道。

軌道分類

型別 高度

低軌道LEO 距地面數百公里至5000千米執行週期為2~4小時

中軌道MEO 距地面5000~20000千米執行週期4~12小時

高軌道GEO 距地面35800千米執行週期24小時

100000千米 3天23小時54分

在順行軌道執行的物體,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。要把衛星或航天器送入這種軌道,運載火箭要朝東方向發射,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。目前大多數衛星採用的都是這種軌道。而要把衛星或航天