关于STK卫星轨道6根数描述
在地心赤道惯性坐标系( ECI )中,描述卫星椭圆轨道的基本常数称为轨道要素,又称为轨边根数。卫星椭圆轨道的开普勒轨道要素共有6个: 1)轨道大小 2)轨道形状 3)轨道空间方位 4)轨道平面在三维空间中的方位 5)轨道在二维轨道平面中的方位 6)卫星的起始位置 一旦6个轨道要素定了,卫星再空间的轨道和每一时刻的坐标点就确定了。 轨道半长轴 (Seminmajor Axis) 又称长半轴,起长度是椭圆轨道长轴的一半。长轴确定后,轨道的大小就确定了。 轨道偏心率 (Eccentricity) 偏心率为椭圆两焦点之间的距离与长轴的比值,他决定了轨道的“不圆度”。 偏心率为0,轨道为正圆; 偏心率为1,轨道为抛物线; 偏心率为[0, 1]之间,轨道为椭圆;偏心率越小越接近于圆。 偏心率和半长轴决定轨道曲线所包围的面积大小和形状。 轨道在三维空间中的位置由2个参数来描述: 轨道倾角 和 轨道升交点赤经 轨道倾角 (Inclination) 轨道平面与地球赤道平面的夹角,用地轴的北极方向与轨道平面的正法线方向之间夹角来度量。倾角的范围为[0, 180]。 当倾角90°则是 逆行轨道 ,卫星的运行方向与顺行轨道相反,与地球转动方向相反。 当倾角=90°为 极轨道 ,此时卫星经过南北极上空;倾角在90°附近则称为 近极轨道 。 轨道升交点赤经 (RAAN) 即为卫星轨道穿过赤道面时,与地球赤道平面有两个焦点(倾角为0°的时候除外),卫星从南半球穿过赤道平面到北半球的运行弧段称为 升段 ,这时候穿过赤道平面的点称为 升交点 ; 卫星从北半球到南半球的运行弧段称为 降段 ,这时候穿过赤道平面的交点称为 降交点 ; 春分点和升交点对地心的张角称为 升交点赤经 ,规定从春分点逆时针(在北极上看)量到升交点。升交点赤经范围[0,360) 轨道倾角和升交点赤经共同决定轨道平面在空间的方位。 (倾斜程度+轨道平面旋转程度) 决定轨道在轨道平面内的方位,由一个参数来描述: 近地点幅角 。 近地点幅角 (Argument of Perigee) 在卫星轨道中,距离地心最近的点称为 近地点 ,距离地心最远的点称为 远地点 。近地点幅角是 近地点与升交点对地心的张角 ,沿着卫星运动方向从升交点量到近地点。近地点幅角范围[0, 360) 近地点幅角决定了椭圆轨道在轨道平面内的方位。 (椭圆轨道在轨道平面上的转动幅度) 卫星在轨道中的具体位置由轨道的 真近点角 来描述。 真近点角 (True Anomaly) 即某一时刻,轨道近地点到卫星位置的夹角。真近点角决定了卫星在轨道中的具体位置。真近点角范围[0, 360) 在所有的轨道根数中,只有真近点角是随着不同测量时刻而变化的,因为卫星是在轨道上不停运动的。
月球的轨道运动是什么?
月球每天东升西落的运动是地球自转的反映。月球本身还在恒星间自西向东运动,这种运动是月球围绕地球公转的反映。如果在几小时内连续观察月球相对于某一亮星的相对位置,就会觉察出月球不断地向东移动:每小时大约移动半度,每天移动13°。经过27.3217,即27日7时43分12秒,完成一次周期运动。 由于太阳的引力作用,月球的轨道不断在变化,白道和黄道的交点不断地沿黄道向西(和月球公转方向相反)移动,每年约19°4′。经过18.6年,交点沿黄道运行一周,所以月球每次公转都沿着新的途径。此外,月球轨道的偏心率、月球轨道拱线也在变化。月球在轨道上各点还有大小不同的加速度和减速度。所以,月球的运动是非常复杂的。 从地球眺望月亮,似乎觉得月球并没有自转,因为它总是以同一面向着地球的,因为总是看到同样的斑点,即“吴刚砍伐桂树”。其实这一点正说明月球在自转,其自转周期恰好与它的公转周期相等:假设月亮公转与自转相等,当月球经过它的轨道的1/4时,它本身也自转了90°的弧,此时月球上的斑点恰好正对着地球了;反之,倘若月球不自转,那么从地球上看月亮的斑点,它将每月转动一周,就不会总是看到月球上同样的斑点。 月球绕地球旋转叫月球的公转。月球的运动是自西向东的,它的轨道同所有天体的轨道一样也是椭圆状的,距地球最近的一点叫近地点,而离地球最远的那一点叫远地点。这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。白道平面不重合于天赤道,也不平行于黄道面,而且空间位置不断变化。周期173日。月球轨道(白道)对地球轨道(黄道)的平均倾角为5°09′。 月亮向西运动的证据是它每次西沉的时刻平均要推迟49分钟,若相对恒星来说,它的运动周期约27.3天, 但与此同时,地球本身也在绕日的轨道上前进了一段距离,因此月亮要完成它的一个相位周期,即从新月开始经满月又回到新月就应再增2天多,共计约29.53天。因此,相对于背景星空,月球围绕地球运行(月球公转)一周所需时间,即月亮的恒星运动周期约27.3天,称为一个恒星月;而新月与下一个新月(或两个相同月相之间)所需的时间,即相对日地联线的运动周期约29.53天,称为一个朔望月;朔望月便是月份的依据。 月球约一个农历月绕地球运行一周,而每小时相对背景星空移动半度,即与月面的视直径相若。与其他卫星不同,月球的轨道平面较接近黄道面,而不是在地球的赤道面附近。 很多人不明白,为什么月球轨道倾角和月球自转轴倾角的数值会有这么大的变化。其实,轨道倾角是相对于中心天体(即地球)而言的,而自转轴倾角则相对于卫星。 月球的轨道平面(白道面)与黄道面(地球的公转轨道平面)保持着5.145396°的夹角,而月球自转轴则与黄道面的法线成1.5424°的夹角。因为地球并非完美球形,而是在赤道较为隆起,因此白道面在不断进动(即与黄道的交点在顺时针转动),每6793.5天(18.5966年)完成一周。期间,白道面相对于地球赤道面(地球赤道面以23.45°倾斜于黄道面)的夹角会由28.60°(即23.45°+5.15°)至18.30°(即23.45°-5.15°)之间变化。同样地,月球自转轴与白道面的夹角亦会介乎6.69°(即5.15°+1.54°)及3.60°(即5.15°-1.54°)。月球轨道这些变化又会反过来影响地球自转轴的倾角,使它出现±0.00256°的摆动,称为章动。 白道面与黄道面的两个交点称为月交点——其中升交点(北点)指月球通过该点往黄道面以北;降交点(南点)则指月球通过该点往黄道以南。当新月刚好在月交点上时,便会发生日食;而当满月刚好在月交点上时,便会发生月食。