航天器軌道力學(xué)實(shí)驗(yàn)一

1、實(shí)驗(yàn)一 衛(wèi)星軌道參數(shù)仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解STK的基本功能；2、掌握六個(gè)軌道參數(shù)的幾何意義；3、掌握極地軌道、太陽(yáng)同步軌道、地球同步軌道等典型軌道的特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境衛(wèi)星仿真工具包STK三、實(shí)驗(yàn)原理（1）衛(wèi)星軌道參數(shù)六個(gè)軌道參數(shù)中，兩個(gè)軌道參數(shù)確定軌道大小和形狀，兩個(gè)軌道參數(shù)確定軌道平面在空間中的位置，一個(gè)軌道參數(shù)確定軌道在軌道平面內(nèi)的指向，一個(gè)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(gè)參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，第一個(gè)參數(shù)定義之后第二個(gè)參數(shù)也被確定。第一個(gè)參數(shù) 第二個(gè)參數(shù)semimajor axis 半長(zhǎng)軸 Eccentricity 偏心率apogee radius 遠(yuǎn)地點(diǎn)半徑 per

2、igee radius 近地點(diǎn)半徑apogee altitude 遠(yuǎn)地點(diǎn)高度 perigee altitude 近地點(diǎn)高度Period 軌道周期 Eccentricity 偏心率mean motion平動(dòng) 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(diǎn)赤經(jīng)（RAAN）赤道平面春分點(diǎn)向右與升交點(diǎn)夾角近地點(diǎn)幅角（argument of perigee）升交點(diǎn)與近地點(diǎn)夾角 衛(wèi)星位置參數(shù)：表1 衛(wèi)星位置參數(shù)參數(shù)說(shuō)明True Anomaly真近點(diǎn)角（近地點(diǎn)與衛(wèi)星之間的地心角距，從近地點(diǎn)沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向度量）Mea

3、n Anomaly平近點(diǎn)角（衛(wèi)星從近地點(diǎn)開(kāi)始按平均軌道角速度運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度）Eccentric Anomaly偏近點(diǎn)角（近地點(diǎn)和衛(wèi)星對(duì)軌道長(zhǎng)軸垂線的反向延長(zhǎng)線與橢圓外切圓的交點(diǎn)之間的圓心角距）Argument of Latitude緯度幅角（升交點(diǎn)到衛(wèi)星的地心張角，從升交點(diǎn)沿衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向度量）Time Past Ascending Node過(guò)升交點(diǎn)時(shí)間Time Past Perigee過(guò)近地點(diǎn)時(shí)間（2）星下點(diǎn)軌跡在不考慮地球自轉(zhuǎn)時(shí)，航天器的星下點(diǎn)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(diǎn)的球面解法在球面直角三角形SND中： （1）由于地球自轉(zhuǎn)和攝

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