第六章航天器轨道摄动_精品文档PPT文件格式下载.ppt
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,1.2近地轨道空间摄动力,1、地球引力势函数,地球质量,地球参考半径,勒让德函数,1.2近地轨道空间摄动力,勒让德函数,勒让德多项式,1.2近地轨道空间摄动力,地球引力系数,归一化的系数,1.2近地轨道空间摄动力,带谐项,与经度无关,EGM2008,JGM3,WGS84,常用的地球引力模型,最大的一项,EGM2008J2=0.001082626173852,1.2近地轨道空间摄动力,地球引力(地心固定坐标系ECF),1.2近地轨道空间摄动力,地球J2项摄动力,1.2近地轨道空间摄动力,地球J2项摄动力,1.2近地轨道空间摄动力,地球J2项摄动力,1.2近地轨道空间摄动力,讨论题:
仅考虑地球中心引力和J2项摄动力时,卫星的动力学方程是什么?
作业:
以x0=-5292392.072;
-4862.201380;
3111662.355;
-4136.781314;
3101114.660;
-4147.028008为人造地球轨道卫星的初始条件,仅考虑地球中心引力和J2项摄动力,计算卫星轨道根数,并于二体结果进行比较。
1.2近地轨道空间摄动力,半长轴a在地球J2项摄动力作用下的运动,1.2近地轨道空间摄动力,偏心率e在地球J2项摄动力作用下的运动,1.2近地轨道空间摄动力,轨道倾角i在地球J2项摄动力作用下的运动,1.2近地轨道空间摄动力,升交点赤经在地球J2项摄动力作用下的运动,1.2近地轨道空间摄动力,近地点角距在地球J2项摄动力作用下的运动,1.2近地轨道空间摄动力,平近点角在地球J2项摄动力作用下的运动,1.2近地轨道空间摄动力,2、其他天体引力,质点M对m的引力加速度,讨论:
这个引力加速度是其他天体对卫星最终引力摄动吗?
1.2近地轨道空间摄动力,2、其他天体引力,质点M对地球的引力加速度,综合这两项,得到其他天体对卫星的引力摄动,多个天体,1.2近地轨道空间摄动力,2、其他天体引力,假设的合理性:
地月距离约38万公里,地日距离约1.5亿公里,1.2近地轨道空间摄动力,2、其他天体引力,当,当,讨论:
估计地面物体受到的月球引力摄动(地球质量约是月球的81倍),1.2近地轨道空间摄动力,2、其他天体引力,计算其他天体引力摄动,需要知道其他天体相对于地球的位置矢量s。
s矢量的计算有两种方法:
简易方法和精确方法(JPL星历DE450,包含了1600年到2170年的星历数据),1.2近地轨道空间摄动力,2、其他天体引力,JPL星历,1.2近地轨道空间摄动力,3、大气阻力,大气阻力是影响近地轨道卫星的最大非引力摄动力,是一种耗散力,对卫星轨道的寿命有很大影响,也是天然的太空清洁师。
大气阻力的精确建模非常困难:
高层大气密度变化复杂,很难精确测量;
与卫星的姿态密切相关,对于外形复杂的卫星迎风面积较难预测;
与卫星的外表面特性密切相关。
1.2近地轨道空间摄动力,3、大气阻力,阻力系数,无单位量,描述了大气与卫星表面材料的相互作用情况,一般取2.02.3。
卫星相对于大气的速度矢量,高层大气密度,1.2近地轨道空间摄动力,3、大气阻力,高层大气模型,Harris-priester模型,Jacchia1971模型,Jacchia1977模型,MSIS86模型,1.2近地轨道空间摄动力,4、其他摄动力,太阳光压摄动地球辐射压力摄动地球潮汐摄动相对论效应,授课内容,近地空间轨道摄动力轨道摄动理论具体应用,2.1摄动方程,2.1摄动方程,2.1摄动方程,2.2一般摄动法,常数变易法,2.2一般摄动法,常数变易法,二体运动,为常数,受摄运动,为时间变量,增加一个密切轨道条件,2.2一般摄动法,完整的摄动方程,拉格朗日和高斯分别根据这组方程得到一组计算行星摄动的方程。
2.3拉格朗日行星摄动方程,2.4高斯摄动方程,2.5轨道摄动相关的轨道根数,2.6平均轨道根数,地球J2项摄动的势函数,地球J2项摄动的平均势函数,J2项摄动对轨道根数的长期影响,2.6平均轨道根数,2.6平均轨道根数,太阳和月球的引力引起所有轨道根数周期性变化,但只有升交点赤经、近地点角距和平近点角有长期变化,2.6平均轨道根数,大气阻力:
主要为轨道半长轴与偏心率的长期衰减,即轨道高度不断降低,偏心率也减小,因而轨道向圆轨道演化。
2.6平均轨道根数,大气阻力,每圈变化量,卫星寿命,授课内容,近地空间轨道摄动力轨道摄动理论具体应用,3.1太阳同步轨道,在地球J2项摄动影响下,卫星轨道面的升交点赤经的长期变化率与平太阳赤经变化率相同。
太阳同步轨道与轨道高度、偏心率和轨道倾角相关;
太阳同步轨道的轨道倾角要大于90。
3.1太阳同步轨道,3.1太阳同步轨道,3.2冻结轨道(CriticalInclination),在地球J2项摄动影响下,卫星轨道的拱线不发生长期移动的轨道。
冻结轨道只与轨道倾角相关;
冻结轨道卫星与地面的高度始终不变。
3.2冻结轨道(CriticalInclination),主要用途:
大椭圆轨道卫星,Molniya轨道e=0.73,轨道周期12小时,本章小结,近地空间轨道摄动力:
地球非球形摄动三体引力摄动大气阻力摄动太阳光压摄动.,本章小结,轨道方程的解法:
特殊摄动法:
数值积分一般摄动法:
求解析解,本章小结,本章小结,J2项摄动分析,J2项摄动的平均势函数,本章小结,太阳同步轨道冻结轨道,本章作业,根据地球J2项摄动的势函数,应用平均轨道理论,推导J2项对6个轨道根数长期影响的表达式,并设计轨道高度H=200:
1600km,轨道偏心率为0的太阳同步轨道。
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