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器送入逆行轨道运载火箭需要朝西方向发射,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,一般都不利用这类轨道。
倾角不等于零的轨道与赤道平面有两个交点称为节点。如果轨道运动的物体经过节点时正从南往北运动,可以称为轨道平面内的升交点,另一个节点称为降交点。
第四个要素是升交点赤经,表示x轴与升交点间的逆时针角度,用Ω表示。第五个要素测量的是轨道平面内升交点到近地点的角度,称为近地点幅角,用符号ω表示。ω值在0o~180o之间说明近地点发生在赤道以北,180o~360o之间说明近地点发生在赤道以南。最后一个要素是在历元时刻的真近点角,指在指定时间由近地点到物体所在点的角度,用符号υ0表示。
轨道要素中前5个是几何要素,在理想状况下是不变的,提供了轨道的大小、形状和方向,第6个是时间要素,它总是在不停的变化着,它提供了物体在轨道上的具体位置。利用这6个要素我们就可以计算出轨道上的物体在坐标系中的位置,当然要真的利用它们来进行轨道计算还需要大量的工作。
轨道动力学:轨道改变
航天器在太空中沿着某一固定的轨道运动,实际任务中航天器往往需要在不同的轨道中运动来满足任务的需要。比如某一轨道上运行的卫星发生故障不能返回,另一轨道上的宇宙飞船要对它进行修理,要怎么办呢?你可能想到了公路上的一辆汽车,要从一个车道进入另一个车道,但情况不像在车内转动方向盘那么简单。太空中运动的物体要受到地球、月球或太阳等星体引力的作用,要直接克服这些引力在太空中进行机动,需要巨大的能量,相应的推进剂载荷就上升,而这往往是不经济的或不太可能实现的,所以可能的方法是消耗尽可能少的推进剂,利用星体的引力来完成机动。
根据牛顿力学原理,航天器要想实现轨道的改变,必须要有额外的推力,这个推力是由航天器上的推进器提供的,推进器就好像一个小型的火箭,通过改变航天器的飞行方向、速度来创造出一条新的轨道。轨道机动可以采用脉冲式推力,也可采用推力较小的连续或间断型推力,为了我们讨论方便,主要涉及的是脉冲式推力。
由于推进器从点火到关机会有一段时间,这段时间内航天器受到连续的推力,这就使变轨计算复杂化了,为了分析方便常做出这样的假设,所有的推力都是在瞬时发生的,这样虽然牺牲了准确性,但简化了计算,而且因为推力时间在整个轨道周期中所占的比重非常小,。 最好的txt下载网所以这个假设是可以接受的,称为脉冲推力假设。
圆形轨道上运动的物体,如果给它施加一个水平推力,这个推力有可能是正向的(增加前进的速度)或是反向的(减少前进的速度)。如果是正向推力,物体的飞行速度增加,增加了其距地面的高度,这就形成了一个新的轨道。轨道的形状是什么样的呢?因为在加力点物体的飞行速度增加,高度开始上升,实质上是产生了一个椭圆轨道。轨道的近地点就在加力点。
推力可以分解到水平和径向方向,径向方向在地心和物体质心的连线上,水平方向在轨道平面垂直于径向。水平速度描述物体沿地面轨迹前进的速度,径向速度描述高度变化的速度。
在椭圆轨道近地点施加正向水平推力,则会产生一个更大的椭圆轨道。推力越大,轨道的长轴越长,偏心率越大。在椭圆的远地点施加正向水平推力,使轨道内除加力点的所有点高度都增高,近地点也提升到较高的高度,轨道的形状变得更圆。如果推力足够,则轨道可以变为圆形轨道。
如果给物体施加反向水平推力,则缩短了椭圆的长半轴长度。如果在椭圆近地点加反向推力,则轨道变得更圆。在圆形轨道上某一点加反向推力,则产生椭圆轨道,轨道远地点就在加力点。如果在近地点或远地点之外的位置进行水平加力,情况要复杂一些,长半轴长度、偏心率以及近地点和远地点的位置都会发生改变,具体的改变需要通过数学计算得出。
我们知道圆形轨道的任一点,都不存在径向速度,即高度不发生变化。如果给圆形轨道上运动的物体一个径向推力,则物体开始向上或向下运动,高度发生变化,于是产生新的椭圆轨道。如果径向推力将物体推向地球,则物体将先进入近地点,反之,物体先进入远地点。当然也可以采用径向推力使椭圆轨道变为圆形轨道,只要推力产生的速度将径向速度抵消掉,但没有径向速度的轨道运动只发生在椭圆轨道的近
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