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第6部分

器送入逆行軌道運載火箭需要朝西方向發射,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,一般都不利用這類軌道。

傾角不等於零的軌道與赤道平面有兩個交點稱為節點。如果軌道運動的物體經過節點時正從南往北運動,可以稱為軌道平面內的升交點,另一個節點稱為降交點。

第四個要素是升交點赤經,表示x軸與升交點間的逆時針角度,用Ω表示。第五個要素測量的是軌道平面內升交點到近地點的角度,稱為近地點幅角,用符號ω表示。ω值在0o~180o之間說明近地點發生在赤道以北,180o~360o之間說明近地點發生在赤道以南。最後一個要素是在曆元時刻的真近點角,指在指定時間由近地點到物體所在點的角度,用符號υ0表示。

軌道要素中前5個是幾何要素,在理想狀況下是不變的,提供了軌道的大小、形狀和方向,第6個是時間要素,它總是在不停的變化著,它提供了物體在軌道上的具體位置。利用這6個要素我們就可以計算出軌道上的物體在座標系中的位置,當然要真的利用它們來進行軌道計算還需要大量的工作。

軌道動力學:軌道改變

航天器在太空中沿著某一固定的軌道運動,實際任務中航天器往往需要在不同的軌道中運動來滿足任務的需要。比如某一軌道上執行的衛星發生故障不能返回,另一軌道上的宇宙飛船要對它進行修理,要怎麼辦呢?你可能想到了公路上的一輛汽車,要從一個車道進入另一個車道,但情況不像在車內轉動方向盤那麼簡單。太空中運動的物體要受到地球、月球或太陽等星體引力的作用,要直接克服這些引力在太空中進行機動,需要巨大的能量,相應的推進劑載荷就上升,而這往往是不經濟的或不太可能實現的,所以可能的方法是消耗盡可能少的推進劑,利用星體的引力來完成機動。

根據牛頓力學原理,航天器要想實現軌道的改變,必須要有額外的推力,這個推力是由航天器上的推進器提供的,推進器就好像一個小型的火箭,透過改變航天器的飛行方向、速度來創造出一條新的軌道。軌道機動可以採用脈衝式推力,也可採用推力較小的連續或間斷型推力,為了我們討論方便,主要涉及的是脈衝式推力。

由於推進器從點火到關機會有一段時間,這段時間內航天器受到連續的推力,這就使變軌計算複雜化了,為了分析方便常做出這樣的假設,所有的推力都是在瞬時發生的,這樣雖然犧牲了準確性,但簡化了計算,而且因為推力時間在整個軌道週期中所佔的比重非常小,。 最好的txt下載網所以這個假設是可以接受的,稱為脈衝推力假設。

圓形軌道上運動的物體,如果給它施加一個水平推力,這個推力有可能是正向的(增加前進的速度)或是反向的(減少前進的速度)。如果是正向推力,物體的飛行速度增加,增加了其距地面的高度,這就形成了一個新的軌道。軌道的形狀是什麼樣的呢?因為在加力點物體的飛行速度增加,高度開始上升,實質上是產生了一個橢圓軌道。軌道的近地點就在加力點。

推力可以分解到水平和徑向方向,徑向方向在地心和物體質心的連線上,水平方向在軌道平面垂直於徑向。水平速度描述物體沿地面軌跡前進的速度,徑向速度描述高度變化的速度。

在橢圓軌道近地點施加正向水平推力,則會產生一個更大的橢圓軌道。推力越大,軌道的長軸越長,偏心率越大。在橢圓的遠地點施加正向水平推力,使軌道內除加力點的所有點高度都增高,近地點也提升到較高的高度,軌道的形狀變得更圓。如果推力足夠,則軌道可以變為圓形軌道。

如果給物體施加反向水平推力,則縮短了橢圓的長半軸長度。如果在橢圓近地點加反向推力,則軌道變得更圓。在圓形軌道上某一點加反向推力,則產生橢圓軌道,軌道遠地點就在加力點。如果在近地點或遠地點之外的位置進行水平加力,情況要複雜一些,長半軸長度、偏心率以及近地點和遠地點的位置都會發生改變,具體的改變需要透過數學計算得出。

我們知道圓形軌道的任一點,都不存在徑向速度,即高度不發生變化。如果給圓形軌道上運動的物體一個徑向推力,則物體開始向上或向下運動,高度發生變化,於是產生新的橢圓軌道。如果徑向推力將物體推向地球,則物體將先進入近地點,反之,物體先進入遠地點。當然也可以採用徑向推力使橢圓軌道變為圓形軌道,只要推力產生的速度將徑向速度抵消掉,但沒有徑向速度的軌道運動只發生在橢圓軌道的近