航天器軌道力學實驗一

1、實驗一 衛(wèi)星軌道參數(shù)仿真一、實驗目的1、了解STK的基本功能；2、掌握六個軌道參數(shù)的幾何意義；3、掌握極地軌道、太陽同步軌道、地球同步軌道等典型軌道的特點。二、實驗環(huán)境衛(wèi)星仿真工具包STK三、實驗原理（1）衛(wèi)星軌道參數(shù)六個軌道參數(shù)中，兩個軌道參數(shù)確定軌道大小和形狀，兩個軌道參數(shù)確定軌道平面在空間中的位置，一個軌道參數(shù)確定軌道在軌道平面內(nèi)的指向，一個參數(shù)確定衛(wèi)星在軌道上的位置。 軌道大小和形狀參數(shù)：這兩個參數(shù)是相互關聯(lián)的，第一個參數(shù)定義之后第二個參數(shù)也被確定。第一個參數(shù) 第二個參數(shù)semimajor axis 半長軸 Eccentricity 偏心率apogee radius 遠地點半徑 per

2、igee radius 近地點半徑apogee altitude 遠地點高度 perigee altitude 近地點高度Period 軌道周期 Eccentricity 偏心率mean motion平動 Eccentricity 偏心率圖1 決定軌道大小和形狀的參數(shù) 軌道位置參數(shù)：軌道傾角（Inclination）軌道平面與赤道平面夾角升交點赤經(jīng)（RAAN）赤道平面春分點向右與升交點夾角近地點幅角（argument of perigee）升交點與近地點夾角 衛(wèi)星位置參數(shù)：表1 衛(wèi)星位置參數(shù)參數(shù)說明True Anomaly真近點角（近地點與衛(wèi)星之間的地心角距，從近地點沿衛(wèi)星運動方向度量）Mea

3、n Anomaly平近點角（衛(wèi)星從近地點開始按平均軌道角速度運動轉過的角度）Eccentric Anomaly偏近點角（近地點和衛(wèi)星對軌道長軸垂線的反向延長線與橢圓外切圓的交點之間的圓心角距）Argument of Latitude緯度幅角（升交點到衛(wèi)星的地心張角，從升交點沿衛(wèi)星運動方向度量）Time Past Ascending Node過升交點時間Time Past Perigee過近地點時間（2）星下點軌跡在不考慮地球自轉時，航天器的星下點軌跡直接用赤經(jīng)、赤緯表示（如圖2）。直接由軌道根數(shù)求得航天器的赤經(jīng)赤緯。圖2 航天器星下點的球面解法在球面直角三角形SND中： （1）由于地球自轉和攝

4、動影響，相鄰軌道周期的星下點軌跡不可能重合。設地球自轉角速度為，t0時刻格林尼治恒星時為，則任一時刻格林尼治恒星時可表示成： （2）在考慮地球自轉時，星下點地心緯度j 與航天器赤緯仍然相等，星下點經(jīng)度（l）與航天器赤經(jīng)的關系為： （3）將（1）代入上式，得到計算空間目標星下點地心經(jīng)緯度的公式，即空間目標的星下點軌跡方程為： （4）其中j 為星下點的地理緯度，l 為星下點的地理經(jīng)度，u是緯度幅角，wE為地球自轉角速度。由（4）中的第二式可知，i =90°時，j 取極大值jmax。i =-90°時，j 取極小值jmin，且有 ， （5）因此，空間目標的軌道傾角決定了星下點軌跡能達到的南北緯的極值。四、實驗內(nèi)容1、結合六個軌道參數(shù)的幾何意義，每個軌道參數(shù)分別取不同值，給出相應的三維圖；2、分析二體條件下圓軌道（根據(jù)向?qū)砑樱┝鶄€軌道參數(shù)隨時間的變化規(guī)律；3