升空與返航的奧秘

文天 星

航天器在太空飛行，航天飛行控制中心的工作人員需要知道航天器在哪兒。宇航員要回到地球，也需要知道自己在哪兒。那么，如何才能確定方位呢?

1609年至1619年，開普勒發(fā)表了行星運動三大定律，描述了開普勒軌道，確立了現(xiàn)代天文學(xué)，發(fā)起了一場科學(xué)革命。任何開普勒軌道都可以由6 個參數(shù)定義，即軌道六要素：半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經(jīng)、近地點幅角和真近點角。軌道六要素是開普勒基于行星環(huán)繞太陽的橢圓運動而提出的一種描述軌道的方法。

在地球軌道要素圖中，軌道平面(黃色)與參考平面(灰色)相交。對處于地球軌道上的衛(wèi)星來說，參考平面通常是地球的赤道面。

根據(jù)開普勒軌道六要素，可以用數(shù)學(xué)方法描述和了解天體飛行軌道的大小、形狀、方向、方位和變化等。由于其他天體的引力擾動和廣義相對論的影響，一個真實的軌道及其軌道要素會隨著時間而變化。開普勒軌道要素是一個理想的、在特定時間的軌道近似值。

在完全球形中心體和零擾動的理想條件下，除平均異常外，所有軌道要素均為常數(shù)。平均異常隨時間線性變化，隨平均運動縮放。航天器高度智能化，能夠自主進行精確的軌道預(yù)測、測控和導(dǎo)航，按照預(yù)定和最佳軌道飛行。

為了精確地進行飛行控制，航天科技人員在地面設(shè)置了測控站和測控船，在太空中部署導(dǎo)航衛(wèi)星。根據(jù)測控站、測控船、導(dǎo)航衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)，航天飛行控制中心的工作人員和宇航員可以計算出天體、航天器的軌道六要素和衛(wèi)星星歷，從而清晰地確定航天器在任何時間的空間位置。……