如何確定衛星的位置?

李紫欣

如今，手機的導航定位功能十分先進，它能輕松記錄人們的活動軌跡。導航定位功能的實現依賴于衛星導航系統。在進行導航時，衛星會給地面接收機發送包含衛星自身位置的信息，地面接收機通過接收4顆不同軌道衛星的信息，便可解算出自身所處位置。所以，手機導航定位的基本前提條件是確定衛星的位置。那么，在浩瀚宇宙中是如何確定衛星的位置呢？

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

首先考慮什么是衛星的軌道？人造衛星是在宇宙空間遵循天體力學運動規律，圍繞地球飛行的航天器。衛星在受到萬有引力及其他外力作用下，圍繞地球運動的軌跡稱為衛星軌道。人造衛星的軌道屬于圓或橢圓形，地球的質心就處于圓的圓心或橢圓的焦點上。

其次考慮如何描述衛星的軌道。既然衛星的軌道是橢圓，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，衛星的軌道也就確定了。

同時，確定橢圓的大小和形狀需要半長軸、偏心率兩個要素。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、升交點赤經、近地點幅角3個要素。

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，衛星軌道平面與地球赤道平面垂直，衛星飛躍南北極上空，這樣的軌道叫極地軌道。

升交點是指衛星由南向北穿過赤道面的交點，升交點赤經是指在赤道面內從春分點到升交點的夾角。

近地點幅角是指從升交點到近地點之間的角，它表明了橢圓的長軸在空間的指向。確定了軌道傾角、升交點赤經和近地點幅角，衛星的軌道也就確定了。

確定衛星軌道后，最后需要考慮衛星在軌道上的哪一點。確定衛星在軌道上的哪一點只需要真近點角1個要素。

真近點角是指在軌道平面內，衛星從近地點起沿軌道運動時掃過的角度，是某一時刻軌道近地點到衛星位置矢量的夾角。真近點角決定了衛星在軌道中的具體位置。

因此，確定衛星的位置需要半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經、近地點幅角和真近點角六要素。通過這些要素就能知道衛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》飛天科普周刊，本欄目合作單位：中國載人航天工程網http：∥www.cmse.gov.cn/）