题目

卫星变轨不同轨道切点处加速度,速度如何改变 如何在这个轨道进入另个轨道?

提问时间：2020-07-26

答案

卫星通过自身推力器产生的加速度来改变轨道,一般在轨道的近地点或远地点进行变轨.

   有三种基本的机动可以用来改变轨道：(1)在轨道面内改变轨道形状或尺寸大小；(2)通过改

变轨道倾角来改变轨道面；(3)在轨道倾角不变时,通过轨道面绕地轴旋转来改变轨道面.

  1)在轨道面内改变轨道形状或尺寸大小

   

   一个原来轨道高度为h的圆轨道卫星,如果在轨道上某一点卫星速度突然增加ΔV（没有改

变速度方向）,卫星不会在原有的相同轨道上更快的运行,而是原来的轨道在相同的轨道面内变

成了椭圆轨道（见图1）.

   新轨道的近地点（卫星最接近地球的一点）位于速度突然增加的那一点处,而这一点的高度仍然保持为h.椭圆轨道的主轴总是通过地心,而新轨道的近地点和远地点分别位于主轴的两端,轨道远地点的高度大于h并且由ΔV的值来决定.

   如果在卫星运动的反方向上施加推力,圆轨道卫星的速度在轨道上某点会减小,那么这个点

就变成了椭圆轨道的远地点,并且该远地点的高度为h,近地点的高度将小于h.

   更一般的情况是对于椭圆轨道,只改变其速度的大小而不改变其方向就会产生另一个椭圆轨

道,它是同一轨道面内不同形状和方位的椭圆轨道.产生的轨道结果取决于ΔV值和速度变化所

发生的位置.然而,在两种特殊情况下,椭圆轨道能被变为圆轨道,轨道高度可能有两个值.在

远地点速度增加所需的一定数值会产生高度等于椭圆轨道远地点高度的圆轨道.在近地点速度减

少所需的一定数值会产生高度等于椭圆轨道近地点高度的圆轨道.

  如果要从一个圆轨道（距地心R1）,到达另一个与之在同一平面内,且不相切的圆轨道（距地心R2）（假设R2>R1）,可通过两次上面的机动来完成.先在R1轨道上加速,变为近地点为R1,远地点为R2的椭圆轨道,然后在远地点加速变为R2圆轨道.用来在两个圆轨道变化之间进行变轨的椭圆轨道与这两个圆轨道都相切,称为霍曼变轨轨道.

  2)通过改变轨道倾角来改变轨道面

  轨道倾角改变Δθ需要卫星总的速度矢量旋转Δθ,由矢量加法可以得到所需的ΔV为：

2V sin（Δθ/2）

  3）复合变轨

   以上两种方式同时进行,即通过一次变速,同时改变轨道的倾角和形状.