轨道寿命

更新时间:2022-08-25 12:06

人造地球卫星在轨道上存留的时间。它是从卫星进入轨道到陨落为止的时间间隔。

影响因素

轨道高度

轨道高度越高,寿命也越长。高度超过1000公里的卫星,寿命可能达千年以上。高度在160公里的卫星, 轨道寿命只有几天甚至几圈。影响大气阻力的因素比较复杂,卫星的寿命往往难以准确计算。大椭圆轨道(近地点数百公里,远地点近10万公里)、离地球很远的轨道(近地点5百公里,远地点几十万公里)都不是近地轨道,仅用大气阻力来计算时,它们的轨道寿命是很长的,而实际寿命有时也很短。这是太阳引力和月球引力作用的结果。在这些引力作用下,近地点高度有时会连续下降,致使卫星进入稠密大气而烧毁。近地卫星上常装有小推力发动机,利用推力来抵消大气阻力,使卫星在完成使命之前不会陨落。寿命取决于月球引力和太阳引力的卫星,通过选择发射时间和轨道机动的办法可延长轨道寿命。

空间天气

高层大气在太阳电磁辐射和带电粒子的作用下有着十分剧烈的变化,是影响航天器轨道和寿命的决定因素。特别是对近地轨道的飞行器来说,高层大气密度、成分、温度和压力等直接影响着它们的轨道定位、轨道衰变速率和在轨寿命,大气效应更为突出。对于载人航天而言,由于其飞行高度一般在500km以下,轨道受大气影响更为严重。此外,在一次载人航天任务中,往往需要多次变轨,因而对其轨道预报准确性的要求比一般的航天器更高。在航天史上,曾多次发生由于轨道预报不准确而造成严重后果的事例。例如,1979年美国天空实验室的提前坠落,就是由于实际太阳活动水平比预计的高,引起大气密度增加,随之大气阻力增加,致使轨道衰变速率增加而造成的。又如,地磁暴的发生引起大气密度增加,造成哥伦比亚号航天飞机轨道急剧衰变,由于提前预报了这种轨道变化,航天员及时采取了措施,才避免了事故的发生。

载人航天器往返过程均需要穿过中高层大气,中高层大气风场受对流不稳定等多种因素影响,产生强烈的大气湍流,会导致航天器在经过该区域时产生强烈抖动,甚至会偏离预定飞行轨道。此外,在发射和返回时,阵风会改变航天器的姿态和飞行方向,影响正常入轨或按计划返回。同时,风切变会产生剪切力,造成火箭、飞船等航天器共振破坏。

计算方法

实际卫星轨道寿命的长短要受大气密度的大小及卫星本身的形状、重量等参数的影响.由于大气密度变化很复杂,卫星运动中的姿态有时也不知道,因此确切计算卫星轨道寿命是困难的。

近地轨道航天器的轨道寿命是航天器在大气阻力摄动下,轨道逐渐衰减.即轨道高度和偏心率变小,最后落入大气层的总过程时间。轨道寿命方程就是航天器在大气阻力摄动下的运动方程,即

式中, ,该值反应了航天器特性(CD为阻力系数,由航天器形状、结构材料、飞行姿态等而定,通常取2.2±0.2;S为航天器的有效截面积,取下行方向最大截面,常取航天器表面积的1/4;m为航天器质量)。用上式计算轨道寿命时,必须对不同的b值与不同的ρ值,分别进行计算。对特定的航天器,认为b值是一常数,因此常将b作为单位进行计算,而后用b除,即得真正得轨道寿命值。

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