第六章航天器轨道摄动试卷.ppt

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，α为常数 受摄运动，α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（ Critical Inclination ） 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（ Critical Inclination ） 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 = [200:1600] km,轨道偏心率为0的太阳同步轨道。 请批评指正！ 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * * * 第六章 航天器轨道摄动 主讲教师：杏建军 * 授课内容 近地空间轨道摄动力 轨道摄动理论 具体应用 1.1 什么是轨道摄动 卫星在空间绕地球运行，除了受地球中心引力作用外，还将受到地球非球形引力、太阳、月亮和其它天体引力的影响，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力等因素的影响，使航天器的运动偏离二体问题的轨道。 1.1 什么是轨道摄动 轨道摄动是相对于二体问题来说的，二体问题的轨道称为无摄轨道或正常轨道，考虑其它摄动力影响的轨道为摄动轨道。 其他力相对地球中心引力而言都是小量，因此统称为摄动力，这些力作用下的航天器运动称为摄动运动。 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 EGM2008 J2 = 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