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    如何確定衛(wèi)星的位置?

    2021-09-10 10:37李紫欣
    軍事文摘·科學(xué)少年 2021年8期
    關(guān)鍵詞:傾角交點橢圓

    李紫欣

    如今,手機(jī)的導(dǎo)航定位功能十分先進(jìn),它能輕松記錄人們的活動軌跡。導(dǎo)航定位功能的實現(xiàn)依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在進(jìn)行導(dǎo)航時,衛(wèi)星會給地面接收機(jī)發(fā)送包含衛(wèi)星自身位置的信息,地面接收機(jī)通過接收4顆不同軌道衛(wèi)星的信息,便可解算出自身所處位置。所以,手機(jī)導(dǎo)航定位的基本前提條件是確定衛(wèi)星的位置。那么,在浩瀚宇宙中是如何確定衛(wèi)星的位置呢?

    在軌道力學(xué)中,該問題常用軌道六要素解決。理解軌道六要素的含義,要從以下幾個步驟考慮。

    首先考慮什么是衛(wèi)星的軌道?人造衛(wèi)星是在宇宙空間遵循天體力學(xué)運(yùn)動規(guī)律,圍繞地球飛行的航天器。衛(wèi)星在受到萬有引力及其他外力作用下,圍繞地球運(yùn)動的軌跡稱為衛(wèi)星軌道。人造衛(wèi)星的軌道屬于圓或橢圓形,地球的質(zhì)心就處于圓的圓心或橢圓的焦點上。

    其次考慮如何描述衛(wèi)星的軌道。既然衛(wèi)星的軌道是橢圓,不同的橢圓具有不同的大小、形狀以及空間方位指向,只要確定這幾點,衛(wèi)星的軌道也就確定了。

    同時,確定橢圓的大小和形狀需要半長軸、偏心率兩個要素。半長軸是指橢圓長軸的一半,半長軸越大則橢圓越大。偏心率表示焦點之間的距離與長軸的比值,偏心率越小則軌道越圓,偏心率越大則軌道越扁。

    確定橢圓的空間方位指向需要軌道傾角、升交點赤經(jīng)、近地點幅角3個要素。

    軌道傾角是指軌道面和地球赤道面的夾角,傾角為0,衛(wèi)星始終在赤道上空飛行,這樣的軌道叫赤道軌道。傾角為90度,衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面垂直,衛(wèi)星飛躍南北極上空,這樣的軌道叫極地軌道。

    升交點是指衛(wèi)星由南向北穿過赤道面的交點,升交點赤經(jīng)是指在赤道面內(nèi)從春分點到升交點的夾角。

    近地點幅角是指從升交點到近地點之間的角,它表明了橢圓的長軸在空間的指向。確定了軌道傾角、升交點赤經(jīng)和近地點幅角,衛(wèi)星的軌道也就確定了。

    確定衛(wèi)星軌道后,最后需要考慮衛(wèi)星在軌道上的哪一點。確定衛(wèi)星在軌道上的哪一點只需要真近點角1個要素。

    真近點角是指在軌道平面內(nèi),衛(wèi)星從近地點起沿軌道運(yùn)動時掃過的角度,是某一時刻軌道近地點到衛(wèi)星位置矢量的夾角。真近點角決定了衛(wèi)星在軌道中的具體位置。

    因此,確定衛(wèi)星的位置需要半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經(jīng)、近地點幅角和真近點角六要素。通過這些要素就能知道衛(wèi)星在浩瀚宇宙中的具體位置。

    編后語:

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    (本文摘編自《中國航天報》飛天科普周刊,本欄目合作單位:中國載人航天工程網(wǎng)http:∥www.cmse.gov.cn/)

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