如何確定衛(wèi)星的位置?

李紫欣

如今，手機(jī)的導(dǎo)航定位功能十分先進(jìn)，它能輕松記錄人們的活動(dòng)軌跡。導(dǎo)航定位功能的實(shí)現(xiàn)依賴于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在進(jìn)行導(dǎo)航時(shí)，衛(wèi)星會(huì)給地面接收機(jī)發(fā)送包含衛(wèi)星自身位置的信息，地面接收機(jī)通過接收4顆不同軌道衛(wèi)星的信息，便可解算出自身所處位置。所以，手機(jī)導(dǎo)航定位的基本前提條件是確定衛(wèi)星的位置。那么，在浩瀚宇宙中是如何確定衛(wèi)星的位置呢？

在軌道力學(xué)中，該問題常用軌道六要素解決。理解軌道六要素的含義，要從以下幾個(gè)步驟考慮。

首先考慮什么是衛(wèi)星的軌道？人造衛(wèi)星是在宇宙空間遵循天體力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圍繞地球飛行的航天器。衛(wèi)星在受到萬有引力及其他外力作用下，圍繞地球運(yùn)動(dòng)的軌跡稱為衛(wèi)星軌道。人造衛(wèi)星的軌道屬于圓或橢圓形，地球的質(zhì)心就處于圓的圓心或橢圓的焦點(diǎn)上。

其次考慮如何描述衛(wèi)星的軌道。既然衛(wèi)星的軌道是橢圓，不同的橢圓具有不同的大小、形狀以及空間方位指向，只要確定這幾點(diǎn)，衛(wèi)星的軌道也就確定了。

同時(shí)，確定橢圓的大小和形狀需要半長軸、偏心率兩個(gè)要素。半長軸是指橢圓長軸的一半，半長軸越大則橢圓越大。偏心率表示焦點(diǎn)之間的距離與長軸的比值，偏心率越小則軌道越圓，偏心率越大則軌道越扁。

確定橢圓的空間方位指向需要軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角3個(gè)要素。

軌道傾角是指軌道面和地球赤道面的夾角，傾角為0，衛(wèi)星始終在赤道上空飛行，這樣的軌道叫赤道軌道。傾角為90度，衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面垂直，衛(wèi)星飛躍南北極上空，這樣的軌道叫極地軌道。

升交點(diǎn)是指衛(wèi)星由南向北穿過赤道面的交點(diǎn)，升交點(diǎn)赤經(jīng)是指在赤道面內(nèi)從春分點(diǎn)到升交點(diǎn)的夾角。

近地點(diǎn)幅角是指從升交點(diǎn)到近地點(diǎn)之間的角，它表明了橢圓的長軸在空間的指向。確定了軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)和近地點(diǎn)幅角，衛(wèi)星的軌道也就確定了。

確定衛(wèi)星軌道后，最后需要考慮衛(wèi)星在軌道上的哪一點(diǎn)。確定衛(wèi)星在軌道上的哪一點(diǎn)只需要真近點(diǎn)角1個(gè)要素。

真近點(diǎn)角是指在軌道平面內(nèi)，衛(wèi)星從近地點(diǎn)起沿軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)掃過的角度，是某一時(shí)刻軌道近地點(diǎn)到衛(wèi)星位置矢量的夾角。真近點(diǎn)角決定了衛(wèi)星在軌道中的具體位置。

因此，確定衛(wèi)星的位置需要半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和真近點(diǎn)角六要素。通過這些要素就能知道衛(wèi)星在浩瀚宇宙中的具體位置。

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（本文摘編自《中國航天報(bào)》飛天科普周刊，本欄目合作單位：中國載人航天工程網(wǎng)http：∥www.cmse.gov.cn/）