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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

准天顶卫星的特异轨道  

2010-09-20 21:45:38|  分类: Space |  标签: |举报 |字号 订阅

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因为钓鱼岛的事情,这些天一直在和人打嘴仗,看到一群大棋论阴谋论自我意淫的文章,忍不住的烦心。现在过了十多天,尽管没有尘埃落定,但是什么情况也懒得描述了,实在是心灰意冷,我还是继续关注航天的内容吧。
准天顶卫星的特异轨道 - squirrel - 松鼠的空天随笔
 2010年9月11日发射引路的H-IIA火箭
2010年9月11日,日本使用H-IIA 202构型火箭成功发射了准天顶导航增强系统的第一颗卫星引路/MICHIBIK,对于准天顶系统,国内网络和杂志对于它的历史,功能,发展前景等等各方面内容介绍了很多,笔者也就不重复了,可能是个人孤陋寡闻,对于准天顶系统轨道的介绍,大多数都流于表面,众口一辞的说道轨道面与赤道40多度夹角,从日本本土来看始终有1颗卫星停留在靠近天空顶点的地方,有些文章还提到准天顶系统的地面接收设备的仰角可达60度,提高了城市内的覆盖率等等,但是对于准天顶的轨道描述,始终没有什么详细内容,在日本JAXA的相关描述十分公开的条件下,未免有些遗憾。
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QZSS卫星,采用DS2000通信卫星平台,在质量上世界第一!泪流满面,最重的导航卫星平台终于被日本人抢过去了!最重,或者说最不合身的导航平台,你看你看美欧俄的导航卫星都尽量向小做O(∩_∩)O哈哈~
从国内网络随便搜索就可以看到准天顶系统的星下点轨迹,是一个十分有趣的不对称8字形,上小下大,肯定有很多人很疑惑准天顶/QZSS的卫星在太空中的轨道是什么样的呢?毕竟这个星下点轨迹和常见的近地轨道卫星的星下点大相径庭,与同步轨道的卫星也截然不同。
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 北斗IGSO1的星下点,以赤道为轴标准的8字形,因为他的轨道高度是标准的同步轨道,8字形是轨道面倾角形成的
如果大家对航天比较关注的话,会留意到我国8月1日发射了北斗IGSO1卫星,这颗倾斜同步轨道的卫星星下点倒是和QZSS类似,不过北斗IGSO1卫星的8字形是以赤道为轴对称的,QZSS系统的卫星其实就是倾斜同步轨道的变种。北斗IGSO1卫星的轨道高度保持在35768千米的高度,它的线速度和GEO轨道的线速度一样,都保持在3076米/秒。GEO轨道的卫星在赤道上空以这个线速度和地球自转同方向飞行,角速度和地球自转角度度一致,因此在地面看来就是一个静止不动的点,固定在赤道上空。北斗IGSO卫星轨道平面和赤道面有55度夹角,当它飞行到到北纬55度上空时,其线速度3076米/秒并向东飞行,其东向的角速度远大于地球自转角速度,而且此时星下点向东偏移速度最大;随着星下点纬度下降,卫星在某个点上东向的角速度和地球自转角速度一致,此时卫星星下点最偏东;随着纬度继续降低,卫星角速度低于地球自转角速度,星下点开始不断西移,在赤道上空时东向角速度最小,星下点西移的速度最大。卫星飞过赤道到达南半球后,随着纬度增高,卫星东向的角速度又开始增大最后逐渐和地球自转角速度一致,此时卫星星下点最偏西;随着纬度继续增加卫星东向角速度又开始超过地球自转角速度,卫星星下点开始向东偏移,在南纬55度时出现东向最大的角速度差,此时星下点东移的速度最大。随着卫星从南纬55度返回赤道,星下点角速度减小到地球自传角速度并进一步在赤道上出现最大的西向角速度差,越过赤道向北后角速度不断增大并在北纬55度出现最大的东向角速度差,完成了一个8字形星下点的循环。可惜的是国内没有做北斗IGSO的演示动画,只好看QZSS的动画来理解一下:

QZSS又有所不同,它本身是椭圆轨道,近地点33000千米远地点39000千米,上过高中的朋友肯定都知道轨道高度越高,轨道速度越小的常识,因此远地点附近QZSS卫星速度要小得多,地球自转方向上的分速度也小得多,也就是说自转方向/东向的角速度差要更小,因此卫星星下点偏东偏西的位置也都要小得多,也就表现为不对称8字形的小圈,相反的近地点附近速度快星下点在澳大利亚附近划出大圈。
QZSS的星下点8字形较小的一侧轨迹在北面,顶点在日本列岛附近,由于轨道高度高运行速度慢,在日本列岛上空停留的时间要长得多,这也是QZSS系统号称3颗卫星就可以做到任意时刻都有一颗卫星在日本天顶附近的原因,如果采用北斗IGSO1卫星的标准IGSO轨道,QZSS一样的任意时刻都有卫星过顶,就需要更多的卫星。QZSS的轨道设计上相当巧妙,JAXA在技术上还是很令人佩服的。
说了这么多,还是看看JAXA自己的图吧,有图说明能理解的更清晰些:
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 GEO轨道和星下点

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IGSO轨道和星下点

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 QZSS独特的轨道和星下点

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QZSS轨道,星下点和速度标示,看到这个对QZSS的怪异的星下点轨迹就能了解的差不多了

 
 
 
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