人造卫星运行轨道是什么? 人造卫星的运行轨道

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-16
人造卫星有三种:同步卫星,极地卫星和变轨卫星。同步卫星是其轨道倾角为零度,即卫星在赤道上空运行。极地卫星是轨道平面经过地球南北两极的卫星。变轨卫星故名思意是没有固定轨道的。

[编辑本段]开普勒椭圆轨道  卫星在开普勒椭圆轨道上运行时,满足二体问题运动规律。只要知道 6个常数(即轨道要素)就能确定卫星的运动。卫星在椭圆轨道上运动一圈的时间称为轨道周期,周期的长短与半长轴有关。半长轴相同的轨道,其周期也相同。在椭圆轨道上运动时,卫星的地心距离和速度都在变化。距地心最近点 P为近地点,最远点 A为远地点。近地点和远地点又统称为拱点。近地点和远地点的地心距离之和是半长轴的二倍。卫星的速度仅与地心距离有关,满足活力公式(见航天器轨道速度)。在近地点时速度最大,远地点时速度最小。卫星在轨道上运行时地球也在自转,当卫星回到轨道上的同一点时,不一定回到地球同一地区的上空。 [编辑本段]地球引力场  由于地球形状不规则,质量分布也不均匀,对于卫星所受到的吸引力不能用简单表达式描写,常用无穷级数展开式描述。这个级数收敛很慢,说明地球引力是很复杂的。这个力仅与卫星的位置有关,属于保守力。卫星受到的引力加速度是位函数的方向导数。而位函数的表达式是:
  式中r、λ、φ在描写卫星位置的球坐标中分别为地心距离、地心经度、地心纬度;Re为地球赤道平均半径;μ为地球引力常数;Pn(sinφ)是自变量sinφ的n阶勒让德多项式,P嬘(sinφ)是m次n阶的缔合勒让德多项式;Jn、Jnm、λnm是与地球形状及密度分布有关的常数。J2值为1.08263×10-3,其他系数都在10-6量级。位函数的项可以分为三类:
  ①位函数的第一项是球形地球的引力项。如仅有这一项,卫星运动轨道为开普勒椭圆轨道。
  ②勒让德多项式项称为带谐项。带谐项只与卫星所处的纬度有关,反映地球的旋转对称性。J2项表示地球是一个旋转椭球体,其赤道半径比极半径长21.4公里。J2项是主要项,常称为地球扁率摄动。J3项反映地球南北不对称,南半球比北半球大,北极突出而南极凹进,呈梨形。
  ③缔合勒让德多项式项称为田谐项。田谐项与卫星的经度和纬度都有关。对于一般卫星的运动,经度值变化为周期性,影响互相抵消。对于同步卫星,尤其是静止卫星,经度变化很小,田谐项的影响才比较明显。J22项反映地球赤道也是一个椭圆,这个椭圆的长轴只比短轴长138米。长轴约在东经162°和西经18°方向,短轴约在东经72°和西经108°方向,这一项对地球静止卫星轨道的摄动已不可忽略。 [编辑本段]轨道主要摄动  人造地球卫星的实际运行轨道并不是开普勒轨道。由于摄动力的影响,卫星的运动轨道比较复杂。按摄动理论,轨道要素不再是常数。根据轨道要素的变化特点,轨道摄动可以分为长期摄动、长周期摄动、短周期摄动(见航天器轨道摄动)。长期摄动与时间成正比,引起人们特别注意,人造地球卫星轨道的主要长期摄动有:
  ①地球扁率引起轨道面绕地球自转轴均匀旋转,称为轨道面的进动。当轨道倾角小于90°时,从北极看,进动是顺时针方向;大于90°时,进动方向是逆时针的;等于90°时,则不转动。进动角速率与轨道长轴、偏心率、倾角有关。
  ②地球扁率引起椭圆长轴在轨道面内均匀转动。转动角速率用近地点幅角的变化率表示。在倾角小于63.4°或大于 116.6°时,近地点幅角均匀增加。在63.4°与116.6°之间时,均匀减小。等于63.4°或116.6°时,不转动。63.4°和116.6°称为临界倾角。
  ③地球扁率引起平近点角的长期变化。卫星在椭圆上运动的平均角速率为360°/T,T为周期。平近点角是卫星经过近地点后以平均角速度运动时所转过的角度,用M 表示。这是一个理论角,常用来代替过近地点时刻,而作为轨道要素之一。平近点角的长期变化与轨道大小、偏心率和近地点位置有关,卫星飞行时间越长,变化越大。
  ④大气阻力引起轨道半长轴和偏心率同时衰减,这项长期摄动关系到近地卫星的轨道寿命。
   人造地球卫星运行轨道 长周期摄动和短周期摄动使轨道要素呈周期性变化。在精确计算轨道时也须考虑。轨道摄动给计量轨道周期带来麻烦,结果出现几种不同用处的周期。如交点周期是从升交点到再次经过升交点的时间间隔;近点周期是飞行器经过相邻两个近地点的时间间隔;恒星周期是用长半轴根据开普勒第三定律计算出的周期。这三个周期互不相同,彼此可以换算。轨道摄动使得轨道计算复杂化,有些摄动需要设法避免其影响。例如,苏联的“闪电”号通信卫星倾角选为临界角,避免了远地点位置的移动,使得远地点始终在苏联领土上空,这样可保持苏联国内通信时间较长。有时人们也利用摄动力来得到所需要的轨道变化。例如利用轨道面的长期旋转设计出太阳同步轨道,利用大气阻力使卫星返回地面。根据卫星使命选择合适的轨道是轨道设计的主要任务。
  根据轨道变化规律可以设计出像太阳同步轨道、地球静止卫星轨道、极轨道、回归轨道等实用的轨道。为了保持轨道精度,卫星需要装设轨道控制系统,用来克服入轨误差和抵消摄动力的影响。 [编辑本段]逆行轨道  逆行轨道的特征是轨道倾角大于90度。欲把卫星送入这种轨道运行,运载火箭需要朝西南方向发射。不仅无法利用地球自转的部分速度,而且还要付出额外能量克服地球自转。因此,除了太阳同步轨道外,一般都不利用这类轨道。
  由于地球表面不是理想的球形,其重力分布也不均匀,使卫星
  轨道平面在惯性空间中不断变动。具体地说,地球赤道部分有些鼓涨,对卫星产生了额外的吸引力,给轨道平面附加了1个力矩,使轨道平面慢慢进动,进动方向与轨道倾角有关。当轨道倾角大于90度时,力矩是逆时针方向,轨道平面由西向东进动。适当调整卫星的轨道高度、倾角和形状,可使卫星轨道平面的进动角速度每天东进0.9856度,恰好等于地球绕太阳公转的日平均角速度,这就是应用价值极大的圆形太阳同步轨道。
  在太阳同步轨道上运行的卫星,可在相同的时间和光照条件下观察卫星云层和地面目标。气象、资源、侦察等应用卫星大多采用这类轨道。我国用长征四号火箭发射的2颗风云一号气象卫星和2颗测量大气密度的地球卫星,用长征四号2火箭发射的1颗风云一号气象卫星、1颗中国和巴西合制的资源一号卫星、1颗中国资源二号卫星、1颗实践五号科学试验卫星,都采用这种轨道。它们都是从太原发射中心升空的。长四乙火箭在发射资源一号卫星时,还用1箭双星的方式把1颗巴西小型科学应用卫星送入太阳同步轨道。 [编辑本段]赤道轨道  赤道轨道的特点是轨道倾角为0度,卫星在赤道上空运行。这种轨道有无数条,但其中的一条地球静止轨道具有特殊的重要地位。由于卫星飞行速度随距地面的高度而变化,轨道越高,速度越小,环绕周期越长,故由计算可知,当其在赤道上空35786公里高的圆形轨道上由西向东运行1周的时间,恰好是23小时56分4秒,正与地球自转一周的时间相同,这条轨道就被称为地球静止轨道。因为卫星环绕周期等于地球自转周期,两者方向又一致,故相互之间保持相对静止。从地面上看,卫星犹如固定在赤道上空某一点。在静止轨道上均匀分布3颗通信卫星即可进行全球通信的科学设想早已变为现实。世界上主要的通信卫星都分布在这条轨道上。有的气象卫星、预警卫星也被送入静止轨道。中国用长征三号火箭先后发射了1颗试验卫星、5颗东方红二号系列通信卫星、2颗风云二号气象卫星、用长征三号甲火箭发射了1颗实践四号探测卫星、2两颗东方红三号通信卫星、1颗中星22号通信卫星,这些卫星中有10颗进入静止轨道预定位置。发射这类卫星,星上要携带远地点发动机,运载火箭把卫星送入大椭圆同步转移轨道后,地面再发出指令,让星上远地点发动机点火,将卫星移入静止轨道。 [编辑本段]极地轨道  就卫星轨道类型来说,还有一种轨道倾角为90度的极地轨道。它是因轨道平面通过地球南北两极而得名。在这种轨道上运行的卫星可以飞经地球上任何地区上空。中国虽未研制运行于此类轨道的卫星,但发射过此类轨道的卫星。长征二号丙改进型火箭以1箭双星的方式6次从太原起飞,把12颗美国铱星送入太空,就属于这种发射方式。 [编辑本段]轨道主要摄动  人造地球卫星的实际运行轨道并不是开普勒轨道。由于摄动力的影响,卫星的运动轨道比较复杂。按摄动理论,轨道要素不再是常数。根据轨道要素的变化特点,轨道摄动可以分为长期摄动、长周期摄动、短周期摄动(见航天器轨道摄动)。长期摄动与时间成正比,引起人们特别注意,人造地球卫星轨道的主要长期摄动有:
  ①地球扁率引起轨道面绕地球自转轴均匀旋转,称为轨道面的进动。当轨道倾角小于90°时,从北极看,进动是顺时针方向;大于90°时,进动方向是逆时针的;等于90°时,则不转动。进动角速率与轨道长轴、偏心率、倾角有关。
  ②地球扁率引起椭圆长轴在轨道面内均匀转动。转动角速率用近地点幅角的变化率表示。在倾角小于63.4°或大于 116.6°时,近地点幅角均匀增加。在63.4°与116.6°之间时,均匀减小。等于63.4°或116.6°时,不转动。63.4°和116.6°称为临界倾角。
  ③地球扁率引起平近点角的长期变化。卫星在椭圆上运动的平均角速率为360°/T,T为周期。平近点角是卫星经过近地点后以平均角速度运动时所转过的角度,用M 表示。这是一个理论角,常用来代替过近地点时刻,而作为轨道要素之一。平近点角的长期变化与轨道大小、偏心率和近地点位置有关,卫星飞行时间越长,变化越大。
  ④大气阻力引起轨道半长轴和偏心率同时衰减,这项长期摄动关系到近地卫星的轨道寿命。
  长周期摄动和短周期摄动使轨道要素呈周期性变化。在精确计算轨道时也须考虑。轨道摄动给计量轨道周期带来麻烦,结果出现几种不同用处的周期。如交点周期是从升交点到再次经过升交点的时间间隔;近点周期是飞行器经过相邻两个近地点的时间间隔;恒星周期是用长半轴根据开普勒第三定律计算出的周期。这三个周期互不相同,彼此可以换算。轨道摄动使得轨道计算复杂化,有些摄动需要设法避免其影响。例如,苏联的“闪电”号通信卫星倾角选为临界角,避免了远地点位置的移动,使得远地点始终在苏联领土上空,这样可保持苏联国内通信时间较长。有时人们也利用摄动力来得到所需要的轨道变化。例如利用轨道面的长期旋转设计出太阳同步轨道,利用大气阻力使卫星返回地面。根据卫星使命选择合适的轨道是轨道设计的主要任务。
  根据轨道变化规律可以设计出像太阳同步轨道、地球静止卫星轨道、极轨道、回归轨道等实用的轨道。为了保持轨道精度,卫星需要装设轨道控制系统,用来克服入轨误差和抵消摄动力的影响(见航天器轨道控制)。 [编辑本段]顺行轨道  顺行轨道的特点是轨道倾角即轨道平面与地球赤道平面的夹角小于90度。在这种轨道上运行的卫星,绝大多数离地面较近,高度仅为数百公里,故又将其称为近地轨道。我国地处北半球,要把卫星送入这种轨道,运载火箭要朝东南方向发射,这样能够利用地球自西向东自转的部分速度,从而可以节约火箭的能量。地球自转速度可以通过赤道自转速度、发射方位角和发射点地理纬度计算出来。不难想象,在赤道上朝着正东方向发射卫星,可利用的速度最大,纬度越高能用的速度越小。
  中国用长征一号、风暴一号两种运载火箭发射的8颗科学技术试验卫星,用长征二号、二号丙、二号丁3种运载火箭发射的17颗返回式遥感卫星以及用长征二号F运载火箭发射的神州号试验飞船,都是用顺行轨道。它们都是从酒泉发射中心起飞被送入近地轨道运行的。通过长征三号甲运载火箭发射的1颗北斗导航试验卫星也是采用顺行轨道。

人造卫星:环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器



人造卫星的运行轨道是什么?~

人造卫星:环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器

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#萧昏矿# 人造地球卫星的运行轨道是以地心为一个焦点的椭圆.设地球半径为R,卫星近地点、远地点离地面的距离分别是r1,r2,则卫星轨道的离心率=______. - 作业帮
(17231066570):[答案] 椭圆的离心率:e= c a∈(0,1),(c,半焦距;a,长半轴) 所以只要求出椭圆的c和a, 由题意,结合图形可知, a= r1+r2+2R 2, c=OF1= r1+r2+2R 2−r1−R= r2−r1 2, 所以e= c a= r2−r12 r1+r2+2R2= r2−r1 2R+r1+r2. 故答案为: r2−r1 2R+r1+r2.

#萧昏矿# 什么是轨道? -
(17231066570): 原本没有的东西,看不到的 轨道通俗的意思就是路线,你汽车跑的就是路线,跑成首尾相接的就是轨道 轨道是物体正常运行时所要经过的路线 就和飞机、火车一样,只能按照设定的走,偏离就会有危险或者损耗能源

#萧昏矿# 人造地球卫星在太空中的运行轨道是椭园形的,有近地点和远地点,那卫?
(17231066570): 是的,除了同步静止卫星是在赤道上方以圆轨道运行处,一般的卫星是以椭圆轨道运行,圆轨道只是椭圆轨道的一个特例.卫星在运行中,不管是在近地点,还是在远地点,以焦点为顶点,单位时间内扫过的扇形面积是相等的.所以在近地点运动速度会比较快,远地点运动速度较慢.

#萧昏矿# 人造卫星的资料50字 -
(17231066570): 人造卫星(Artificial Satellite):环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器.人造卫星基本按照天体力学规律绕地球运动,但因在不同的轨道上受非球形地球引力场、大气阻力、太阳引力、月球引力和光压的影响,实际运动情况非常复杂.人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器.人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上.

#萧昏矿# 人造卫星有哪些?它们有什么作用? -
(17231066570): 按运行轨道分 为低轨道卫星、中轨道卫星,高轨道卫星、地球同步轨道卫星、地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、大椭圆轨道卫星和极轨道卫星;按用途区分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星. 人造卫星的运行轨道(除近地轨道外)...

#萧昏矿# 有哪些人造卫星的知识? -
(17231066570): 这种奇特的星星并不是宇宙间的星球,而是人类挂上天宇的明灯—人造地球卫星.它们巡天遨游 ,穿梭往来,忠实地为人类服务,给冷寂的宇宙增添了生气和活力. 人造卫星是个兴旺的家族,如果按用途分,它可分为三大类:科学卫星,技术...

#萧昏矿# 有什么样的卫星 -
(17231066570): 它可分为三大类:科学卫星,技术试验卫星和应用卫星. ① 科学卫星是用于科学探测和研究的卫星,主要包括空间物理探测卫星和天文卫星,用来研究高层大气,地球辐射带,地球磁层,宇宙线,太阳辐射等,并可以观测其他星体. ② 技术试...

#萧昏矿# 人造卫星是如何按预定轨道运行的?
(17231066570): 运载火箭要使人造卫星获得较高的速度,靠惯性飞行.同时要掌握好卫星进入轨道那一瞬间的方向和速度,火箭与卫星分离时的飞行方向也是人造卫星进入轨道的方向....

#萧昏矿# 人造卫星离地球有多远 - 作业帮
(17231066570):[答案] 人造卫星的运行轨道(除近地轨道外)通常有三种:地球同步轨道.太阳同步轨道.极轨轨道. 地球同步轨道 是运行周期与地球自转周期相同的顺行轨道.但其中有一种十分特殊的轨道,叫地球静止轨道.这种轨道的倾角...

#萧昏矿# 人造卫星是怎么个沿轨道运行的?地球不是有自转公转吗?卫星按照轨道运行,那它是不是还像固定在我们地域头上一样,中国的卫星罩着中国,美国的罩着... - 作业帮
(17231066570):[答案] 只有同步卫星才固定在某个地域的上面不动.非同步卫星就在饶地球转,因此我国的卫星也可以去照别人的领土的.卫星的速度与它的轨道离地面的距离有关的.因此所有同步卫星都在同一个高度上.