人造卫星的轨道是怎样计算和调整的？它们维持在轨道上需要克服哪些力和因素？

人造卫星的轨道是怎样计算和调整的？它们维持在轨道上需要克服哪些力和因素？
参考答案：人造卫星的轨道计算和调整是一个复杂的过程，涉及到天体力学的原理和现代导航技术。以下是一些关键点：
轨道计算
1.开普勒定律：卫星轨道的基本计算基于开普勒三大定律。这些定律描述了行星（或卫星）围绕恒星（或行星）运动的规律。
第一定律：所有行星围绕太阳的轨道都是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。
第二定律：行星和太阳之间的连线在相等时间内扫过相等的面积。
第三定律：行星绕太阳公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。
2.轨道元素：卫星的轨道可以通过六个轨道元素（也称开普勒元素）来描述：
半长轴（a）：椭圆轨道的长轴的一半，决定了轨道的大小。
偏心率（e）：描述轨道椭圆的扁平程度。
轨道倾角（i）：轨道平面与参考平面（通常是赤道平面）的夹角。
升交点赤经（Ω）：轨道平面与参考平面交线的方向。
近地点幅角（ω）：从升交点开始到近地点的角度。
真近点角（θ）：卫星在轨道上的实际位置。
3.轨道动力学：通过牛顿的万有引力定律和运动方程，可以计算出卫星的轨道。这些方程考虑了地球的引力以及其他天体的引力影响。
轨道调整
1.轨道机动：为了将卫星调整到预定轨道，可以使用火箭发动机进行小规模的推力燃烧。这些机动可以通过改变速度的大小和方向来实现。
霍曼转移轨道：一种常用的轨道转移方法，通过两个连续的椭圆轨道来将卫星从一个轨道转移到另一个轨道。
中途修正：在长时间轨道转移中，可能需要进行多次小的速度修正以补偿轨道误差。
2.地面控制：地面控制中心通过跟踪卫星的位置和速度，计算必要的轨道调整量，并远程控制卫星上的发动机进行修正。
维持轨道所需的克服力和因素
1.地球引力：地球的引力是使卫星维持在轨道上的主要力。卫星的速度和高度决定了它是否能够克服引力而不会坠落。
2.大气阻力：即使在高空，稀薄的大气仍然存在，会对卫星产生阻力，使其轨道逐渐衰减。对于低地球轨道（LEO）卫星，这种阻力尤其显著。
3.太阳辐射压力：太阳光对卫星表面施加的微小压力也会影响其轨道。这种力虽然很小，但在长时间内累积起来也会显著影响卫星的轨道。
4.地球非球形引力：地球并非完美的球体，其表面的不均匀性会导致卫星轨道的变化。这种效应可以通过精密的轨道计算和调整来补偿。
5.其他天体引力：月球和太阳的引力也会对卫星轨道产生微小的摄动。这些效应通常在精密轨道计算中考虑。
通过综合运用这些计算和调整方法，科学家和工程师能够确保人造卫星在轨道上正常运行并完成其任务。