卫星气象学课件2–Liyan.pptVIP

第二章 气象卫星基本知识 ;开普勒第一定律 卫星运动的轨道是一个圆锥截线，该截线的一个焦点与地球的质心相重合。;开普勒第二定律 卫星的地心向径，即地球质心与卫星质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等。;开普勒第三定律 卫星运行周期的平方，与轨道椭圆长半径的立方成正比且为一常量，而该常量等于地球引力常数GM的倒数。;（1）对于第一定律，卫星运动轨道是一圆锥截线，其表示式为： 式中e＝c/a是偏心率，a是半长轴，c是半焦距，P＝r（1+ecosθ）是半通径，θ是矢径r与半长轴a的夹角（真近点角）。 偏心率是决定轨道形状的主要参数： ①当 e＝0时，c=0，P=r=a，卫星轨道是以地心为圆心的圆形轨道。 ②当 e＜1时，卫星的运动轨道是以地心为一焦点的椭圆形轨道。其C≠0，焦点与椭圆中心不重合，而半通径p=a（1－ ）。 ③当 e＝1时，运动轨道是以地心为焦点的抛物线。焦距与半长轴相等。运动物体沿抛物线轨道飞离地球，成为太阳系的人造卫星。 ④当 e＞1时，运动轨道是以地心为焦点的双曲线，c＞a，运动物体沿双曲线轨道飞离地球和太阳系，成为银河系中的一个星体。;（2）根据第二定律，有 式中dA是半径在dt时间内扫过的面积，h是一常数。 卫星在椭圆轨道上的总能量为： 式中m为卫星质量，r是卫星的矢径 ，μ=GM为开普勒常数，G是万有引力常数，M是地球质量。; 可得卫星在轨道的速度为： （2.11） 称为卫星活力公式，可计算出卫星在轨道上任一点的速度。 由此得到卫星在近地点的速度为： ;（3）、根据第三定律可确定卫星的周期： 可见卫星的周期仅决定于轨道的长半轴。 ;;1、实现圆型轨道的条件是卫星入轨速度： 离心力=地心引力 Vc是卫星入轨速度，也称做环绕速度。 如果物体在地面附近发射，则以 r＝R（地球半径）＝ 6370公里代入上式，并记这时的Vc为V1，便有 V1＝7.912千米／秒。 这是卫星在地面发射入轨时所需要的最小速度，把它称做第一宇宙速度。卫星在某高度作圆轨道运动，除速??必须等于环绕速度外，而且要求入轨速度方向必须与地面平行。;2、作椭圆轨道运动需要的条件 如果卫星入轨速度进一步加大，其离心力加大到使卫星脱离地球引力场，即 a → ∞，则由活力公式得 可见，当卫星达到 速度时，就演变为行星，轨道也不是椭圆形，而是双曲线。因此卫星作椭圆轨道运动所需的入轨速度应满足 Vp = ＞V椭＞Vc Vp称做抛物线速度。若将卫星在地面附近作环绕速度的Vc=V1代入Vp式，并把此时的Vp记为V2，得 V2=11.2千米/秒 称为第二宇宙速度、逃逸速度，是地面发射行星所需的最小速度。;如果卫星的离心力大于太阳引力，则卫星脱离太阳系进入银河系，其速度为 V3=16.9千米/秒 为第三宇宙速度。 ;§2.2 轨道参数和卫星轨道 1、卫星的轨道参数：描述卫星在空间中的运动规律。 ;;偏心率e：轨道的半焦距与长半轴之比。 轨道长半径a：轨道在长轴方向由轨道中心到轨道上的距离。 近地点角 ：指卫星在轨道平面内升交点与近地点直接的夹角。 此外还有平均近点角，卫星真近点角，偏近点角E和轨道数… ; 2、气象卫星的轨道 （1）、近极地太阳同步卫星轨道 指卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向。 由于这种轨道的倾角接近90°，卫星要在极地附近通过，所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道，简称极地轨道。 近极地太阳同步和地球静止轨道的示意图?; 1)、太阳同步轨道的实现 地球绕太阳公转时跟随地球一起公转的轨道平面作平动，相对太阳的取向的改变为：360°，所以轨道平面每天取向的改变(转过的度数)为360°/365天=0.985°／天≈1°／天。 为了使轨道平面相对于太阳始终有固定的取向，必须克服轨道平面每天大约1°的取向改变。对此，可以利用因地球的扁率引起轨道平面的进动去抵消它。选定合适的倾角，使轨道平面自西向东进动正好为1°／天左右，就抵消了轨道平面取向的改变，实现太阳同步轨道。 ;1;（2）、地球同步卫星轨道