太陽同步軌道衛星星等分析

王江磊 李明明

摘 要：文章分析太陽同步軌道人造地球衛星在不同條件下的在軌星等變化情況。文章精確分析太陽同步軌道衛星運行中，太陽光與軌道面的夾角隨日期而變化，從而得到太陽同步軌道衛星的星等的變化情況。降交點地方時作為太陽同步軌道衛星重要參數，其對觀測星等的影響文章也做了相應分析。

關鍵詞：人造衛星；星等；太陽同步軌道

中圖分類號：V2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）22-0026-02

Abstract： In this paper， the variations of orbiting magnitude of solar synchronous orbit artificial earth satellites under different conditions are analyzed. In this paper， the angle between the solar light and the orbit plane in the operation of the sun synchronous orbit satellite is analyzed accurately with the date， and the change of the magnitude of the sun synchronous orbit satellite is obtained. As an important parameter of the sun-synchronous orbit satellite， the influence of the local time of the nodal point on the observational magnitude of the satellite is also analyzed in this paper.

Keywords： artificial satellite； magnitude； sun-synchronous orbit.

引言

太陽同步軌道（Sun-synchronousorbit）指的就是衛星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的取向，軌道的傾角（軌道平面與赤道平面的夾角）接近90度，衛星要在兩極附近通過，因此又稱之為近極地太陽同步衛星軌道。為使軌道平面始終與太陽保持固定的取向，因此軌道平面每天平均向地球公轉方向（自西向東）轉動0.9856度（即360度/年）。

傾角大于90°的太陽同步軌道，可以俯瞰整個地球表面。氣象衛星、地球資源衛星一般都選取太陽同步軌道，以使拍攝的地面目標圖像最好。

1 衛星星等公式

星等（magnitude）是衡量天體光度的量。在不明確說明的情況下，星等一般指目視星等。為了衡量星星的明暗程度，天文學家創造出了星等這個概念[1]。星等值越小，星星就越亮；星等的數值越大，它的光就越暗。星等首先由古希臘天文學家喜帕恰斯（Hipparchus）提出。

假設衛星表面為漫反射面，衛星反射面為平面。則其某一面反射太陽光示意圖見圖1。M為反射面，面積為A，OO'為面M法線，E0為太陽光照度，其入射角為θ1，觀測方向與法線夾角為θ2，觀測距離為R，觀測點G的光照度為E。

2 太陽光對太陽同步軌道衛星反射面的夾角

太陽同步軌道衛星在軌正常運行時，立方體形狀的衛星對地面法線垂直地面，軌道切線與衛星前表面垂直。

真太陽沿黃道面運動，平太陽沿赤道面運動。他們角速度相同，但由于黃赤夾角存在，導致赤經差Δα（t）變化，周期為一年。同樣真太陽的赤緯p（t）也有變化[3]。

圖2中圓弧ST對O的角度為p，AS對應的角度為α，ε為黃赤夾角，AT對O的夾角為αs。

從圖3可以看出：在相同日期，降交點地方時的不同影響入射角的變化，降交點地方時越大，入射角就大，同時隨著降交點地方時的增大，入射角的變化幅度減小；同一衛星在不同日期，入射角也不一樣，大約的秋分后十幾天，春分前十幾天，角度達到最小，而在夏至前后達到最大，另外一個極大值出現在冬至前后。

3 太陽同步軌道衛星星等分析

假設人造衛星軌道傾角98.5°，衛星外形為1×1×1m3，表面包覆材料反射率為0.2。

以觀測仰角70°為例，衛星降交點地方時為6點，其星等隨日期變化情況見圖4。

衛星降交點地方時為7點，其星等變化情況見圖5。

從圖4和圖5中可以看出，在相同觀測仰角情況下，星等的變化太陽對軌道面入射角相關，且呈現相同的趨勢：大約的秋分后十幾天，春分前十幾天，星等達到最小，而在夏至前后達到最大，另外一個極大值出現在冬至前后。

4 結束語

在觀測仰角相同時，太陽同步軌道衛星觀測星等隨日期而變，主要是因為太陽光對軌道面的入射角因日期而變。相同日期，降交點地方時越大，則星等稍大，但變化較小。

參考文獻：

[1]胡可立.現代衛星通信系統工程建設概預算與設計、施工技及技術標準規范實用手冊[M].北京：北京科技電子出版社，2005.

[2]陳東林.航空概論[M].北京：國防工業出版社，2010.

[3]過崇偉，等.航空航天技術概論[M].國防工業出版社，2006.