GB-T 32300-2015運(yùn)載火箭和有效載荷分離點(diǎn)軌道要素計算最佳實(shí)踐

運(yùn)載火箭和有效載荷分離點(diǎn)軌道要素計算最佳實(shí)踐Bestpracticesfororbitelementsatpayload-launchvehicleseparation中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布本標(biāo)準(zhǔn)由中國航天科技集團(tuán)公司提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC425)歸口。IⅡ軌道要素有多種集合，適用于不同的應(yīng)用場合，本標(biāo)準(zhǔn)描述了星箭分離時刻對應(yīng)的開普勒軌道要1運(yùn)載火箭和有效載荷分離點(diǎn)軌道要素計算最佳實(shí)踐2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。ANSI/AIAAS-131-2010天體動力學(xué)定義和推薦慣例使用規(guī)范(Astrodynamics—Propagationspecifications,technicaldefinitions,CCSDS500.0-G-3空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)導(dǎo)航數(shù)據(jù)定義(Reportconcerningspacedatasystemstand-ards—Navigationdatadefinitionsandconventions)3符號和縮略語3.1符號表1中的符號適用于本文件。符號名稱單位A遠(yuǎn)地點(diǎn)米(m)a半長軸米(m)赤道半徑米(m)b半短軸米(m)C幾何中心—E偏近點(diǎn)角弧度(rad)e偏心率 地球引力常數(shù)立方米每二次方秒(m3/s2)遠(yuǎn)地點(diǎn)高度米(m)近地點(diǎn)高度米(m)i軌道傾角弧度(rad)2表1(續(xù))符號名稱單位M平近點(diǎn)角弧度(rad)地球質(zhì)量千克(kg)n有效載荷在軌道上的平均角速度弧度每秒(rad/s)P近地點(diǎn)米(m)p半通徑米(m)r有效載荷軌道高度米(m)r遠(yuǎn)地點(diǎn)地心距米(m)近地點(diǎn)地心距米(m)運(yùn)載火箭和有效載荷分離時刻的格林尼治恒星時弧度(rad)T軌道周期秒(s)有效載荷過近地點(diǎn)的時刻秒(s)從運(yùn)載火箭慣性基準(zhǔn)建立時刻到星箭分離的時間秒(s)u升交角距弧度(rad)V速度米每秒(m/s)發(fā)射點(diǎn)地心赤道慣性坐標(biāo)系下的速度分量米每秒(m/s)x、y、z發(fā)射點(diǎn)地心赤道慣性坐標(biāo)系下的位置分量米(m)地球扁率—θ真近點(diǎn)角弧度(rad)發(fā)射點(diǎn)的經(jīng)度弧度(rad)升交點(diǎn)經(jīng)度弧度(rad)9發(fā)射點(diǎn)的地心緯度弧度(rad)Ω升交點(diǎn)赤經(jīng)弧度(rad)變量 w近地點(diǎn)幅角弧度(rad)地球自轉(zhuǎn)角速度弧度每秒(rad/s)表2中的縮略語適用于本文件。3英文全稱中文含義Greenwichapparentside格林尼治真恒星時格林尼治平恒星時Geocentriccelestialreferenceframe地心天球參考系GlobalNavigationSateUnitSystem全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)Internationalterrestrialreferenceframe國際地球參考系2000年地心慣性坐標(biāo)系Launchgeocentricequatorialinertialframe發(fā)射點(diǎn)地心赤道慣性坐標(biāo)系運(yùn)載火箭Payload有效載荷AcronymofRussianparametryzemli1990地球坐標(biāo)參數(shù)系統(tǒng)1990Topocentrichorizonframe測站地平系世界時WGS-84世界大地坐標(biāo)系19844軌道要素和計算條件赤經(jīng)Ω、真近角θ和近地點(diǎn)幅角w這6個要素被稱作開普勒軌道要素。開普勒軌道要素示意圖見圖1和圖2。4ZZyX圖1開普勒軌道要素球面示意圖bθ遠(yuǎn)地點(diǎn)CaFpaPF圖2開普勒軌道要素平面示意圖5軌道尺寸與形狀參數(shù)主要包括：a)半長軸a;b)偏心率e;c)半短軸b;d)半通徑p;e)近地點(diǎn)地心距rp;f)遠(yuǎn)地點(diǎn)地心距r.;g)近地點(diǎn)高度h,;h)遠(yuǎn)地點(diǎn)高度h.;i)軌道周期T;j)有效載荷在軌道上的平均角速度n。軌道方向參數(shù)主要包括：a)軌道傾角i;b)升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω;c)近地點(diǎn)幅角w;有效載荷位置參數(shù)主要包括：b)偏近點(diǎn)角E;c)平近點(diǎn)角M;d)升交角距u。運(yùn)載火箭與有效載荷分離時刻軌道要素的計算使用速度矢量和位置矢量，應(yīng)采用地基或者天基的外測數(shù)據(jù)。量坐標(biāo)系原點(diǎn)上。跟蹤點(diǎn)修正數(shù)據(jù)一般由運(yùn)載火箭總體單位提供。6a)運(yùn)載火箭飛行試驗?zāi)康牡男枰?；b)飛行試驗結(jié)果分析及入軌精度分析的需要；c)運(yùn)載火箭對外測精度的要求；d)航區(qū)上外彈道測量設(shè)備的布局及能達(dá)到的精度和經(jīng)濟(jì)性。ITRF的原點(diǎn)在地球的質(zhì)心(包含海洋和大氣),XY平面是地球赤道平面，Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸一致，J2000地球慣性坐標(biāo)系的原點(diǎn)為地球質(zhì)心，X軸指向J2000.0平春分點(diǎn)方向，其基本面為J2000.0WGS-84坐標(biāo)系和PZ-90均為ITRF,兩套坐標(biāo)系所用參數(shù)存在差異。通常，GPS的測量結(jié)果基于WGS-84坐標(biāo)系給出，GLONASS的測量結(jié)果基于PZ-90坐標(biāo)系給出。LGEIF是一種慣性坐標(biāo)系，軌道要素計算在此坐標(biāo)系下進(jìn)行。LGEIF是ITRF在慣性基準(zhǔn)建立時GCRF的原點(diǎn)在地球的質(zhì)心(包含海洋和大氣),X軸指向春分點(diǎn)，Z軸指向北極垂直于赤道平面，Y軸按右手定則確定。J2000為GCRF的一種，ITRF與GCR7林尼治恒星時。格林尼治恒星時又分為格林尼治真恒星時GAST和格林尼治平恒星時GMST。5軌道要素計算計算軌道要素需要使用tsep,發(fā)射地心赤道慣性坐標(biāo)系(LGEIF)下速度分量V?、V,、V.和坐標(biāo)分量x、y、z,以上數(shù)據(jù)均來自外部測量系統(tǒng)。如果數(shù)據(jù)來自其他坐標(biāo)系，需要將其轉(zhuǎn)換到發(fā)射地心r=√x2+y2+z2 (1) (2) (3) (4)e=√1-(2-v)v (7) (8) (9)85.1.5升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω的計算升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω按式(10)～式(12)進(jìn)行計算： (10) (11) (12)在計算分離點(diǎn)軌道要素時，可利用GMST代替GAST,GMST的計算方法見CCSDS500.0-G-3中5.1.6真近點(diǎn)角θ的計算真近點(diǎn)角θ按式(13)進(jìn)行計算：5.1.7近地點(diǎn)幅角o的計算近地點(diǎn)幅角w按式(14)～式(15)進(jìn)行計算：0……5.2其他軌道要素的相互轉(zhuǎn)換5.2.1軌道尺寸與形狀參數(shù)5.2.1.1半短軸b的計算半短軸b按式(16)進(jìn)行計算：半通徑p按式(17)進(jìn)行計算：p=a(1-e2)…………(近地點(diǎn)地心距r。按式(18)進(jìn)行計算：5.2.1.4遠(yuǎn)地點(diǎn)地心距r.的計算一般采用式(19)進(jìn)行計算：9r.=a(1+e)5.2.1.5近地點(diǎn)高度h。的計算一般采用式(20)進(jìn)行計算：h,=rp-a 5.2.1.6遠(yuǎn)地點(diǎn)高度h.的計算遠(yuǎn)地點(diǎn)高度h.按式(21)進(jìn)行計算：5.2.1.7軌道周期T的計算軌道周期T按式(22)進(jìn)行計算： (22)5.2.1.8有效載荷在軌道上的平均角速度n的計算有效載荷在軌道上的平均角速度n按式(23)進(jìn)行計算：5.2.2軌道方向參數(shù)升交點(diǎn)經(jīng)度λx按式(24)進(jìn)行計算：5.2.3軌道位置參數(shù)5.2.3.1偏近點(diǎn)角E的計算偏近點(diǎn)角E按式(25)進(jìn)行計算： (25)和同象限。5.2.3.2平近點(diǎn)角M的計算平近點(diǎn)角M按式(26)進(jìn)行計算：M=E-esinE5.2.3.3有效載荷過近地點(diǎn)的時間t。的計算有效載荷過近地點(diǎn)的時間t。按式(27)進(jìn)行計算： 5.2.3.4升交角距u的計算升交角距u按式(28)進(jìn)行計算：6軌道要素誤差計算方法 a,e,i,Ω,w,θ—按入軌時運(yùn)動參數(shù)tsp,V?,V,,V,,x,y,z的測量值計算的軌道a,e,i,a,o,θ根據(jù)發(fā)射任務(wù)要求提出的期望軌道要素，或按入軌時運(yùn)動參數(shù)的理論值isn,V.,V,,V.,z