近地点

航天器运行轨道距地球最近的点

近地点(Perigee)指航天器绕 地球 运行的 椭圆轨道 上距地心最近的一点。 天文学 上近地点是指月球绕 地球公转 轨道距地球最近的一点。月球的近地点距离363300千米,近地点运动周期8.85年。地球位于椭圆的两个焦点位置其中的个。以椭圆两个焦点为横轴,可画一条直线,这条直线与 卫星 轨道会产生两个交点,我们将距离地球最近的点称为近地点,距离地球最远的即称为 远地点 ;通常在近地点时, 卫星 运行的 角速度 最快。

相关定义

近地点的定义

航天器绕 地球 运行的椭圆轨道上距地心最近的一点。近地点与 地球 表面的距离称为近地点高度。为避免航天器过早陨落,轨道近地点高度通常超过180千米。航天器在近地点 势能 最小,动能最大。

地球卫星 包括月球以及为数众多的 人造卫星 。根据天文物理学和数学原理,卫星在绕主星运行时的轨道是一个椭圆。

地球位于椭圆的两个焦点位置中的一个。以椭圆的两个焦点为横轴画一条直线,其与 卫星 轨道产生两个交点,其中距离 地球 最近的称为近地点,距离地球最远的称为 远地点 ;通常在近地点时,卫星运行的 角速度 最快。

近地点幅角

它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。近地点幅角决定 椭圆轨道 在 轨道平面 里的方位。

过近地点时刻

它是卫星经过近地点的时刻,以年、月、日、时、分、秒表示,是运动时间的起量点。 人造卫星 的实际运行轨道比 约翰尼斯·开普勒 轨道复杂。在航天器轨道 摄动 中虽仍以轨道要素为基础,但是认为轨道要素不再是 常数 ,而是随着时间变化。围绕 行星 运行的行星 探测器 的轨道要素只须用行星的 赤道 代替 地球 赤道,用行星 质心 代替地心就可类似地定出。而人造行星的轨道要素则只须用 黄道面 代替地球赤道面,用日心代替地心同样也可以定出。

动力学分析

同步卫星 发射通常先发射到停泊轨道,调整稳定成圆轨道后,再在预定地点启动火箭助推 发动机 ,使卫星加速。这一过程时间较短,当速度增大到一个预设值,即关闭发动机。卫星将做 离心 运动,轨道半径不断变大。由于 引力 性质,卫星之后的运动轨道将是一椭圆,称之为转移轨道,关闭发动机后的卫星位置将是 椭圆轨道 的近地点, 远地点 在设计的卫星运行的圆形轨道上,关闭发动机时卫星速度的预设值即是满足远地点的要求。再经调控稳定后,在远地点再次开启发动机,使 卫星 加速到运行轨道所要求的速度,示意图如图。

卫星在椭圆轨道的近、远地点的速度大小,是由停泊轨道和运行轨道来决定的。

能量平衡式

地球 卫星 入轨后,处于地球的保守场中,在不计阻力损耗情况下,卫星的总能量是守恒的。由此,可以建立一个卫星轨道的能量平衡式。

卫星位置的 势能 为 ,卫星具有的动能为 ,则卫星的总能量为:

总能量在轨道上的任何一点都是相同的。

卫星 的近地点和 远地点 的总能量分别为:

其中, 为 地球 常数 , , 为近地点地心距, 为远地点地心距, 为近地点速度, 为远地点速度。

由于 ,有:

即:

由 开普勒定律 可知,近地点和 远地点 速度之比等于其地心距的反比,即, 代入上式,有:

整理后,得:

令 ,有:

上式称为 卫星 轨道近地点能量平衡式,它表示在近地点动能等于其 势能 的k倍。

若令 ,则有:

此即为卫星轨道近地点能量平衡式。