轨道摄动简介

【轨道摄动】orbit perturbation

航天器实际运行轨道偏离开普勒轨道的现象。这种偏离是由摄动力引起的。

航天器受到的主要摄动力有中心体非球形摄动力、天体引力、大气阻力和太阳辐射压力等。 2100433B

在高空电离层中运动的带电荷的卫星受电感应阻力后对轨道根数产生的摄动影响。研究结果表明，电感应阻力对带电卫星的轨道半长轴、轨道偏心率、近地点赤经、历元平赤经均有周期摄动影响，但除对半长轴有长期摄动效应外对其它轨道根数均无长期摄动 。轨道倾角和升交点赤经不受摄动影响。以飞行在高度1500km的电离层中的导体卫星作为算例。计算结果显示：带电导体卫星在高空电离层中带有一定电量时电感应阻力对轨道半长轴的缩短产生显著效应。

电感应在电离层中带电卫星所受到的电感应阻力

卫星在电离层中带电，一方面是由于发射时卫星自身带电，另一方面导体金属卫星在电离层中获得电荷而带电。电离层是由电离气体，如O，N原子和O ，N 离子以及电子所组成。当导体金属卫星穿过电离层中的电离气体时，卫星同电子和离子相碰撞后获得电荷。这主要是因为电子的热速度比离子速度大60倍，电子比离子运动快，所以撞在卫星上的电子流量比相应的离子流量大，结果在卫星表面上获得负电荷。当卫星在电离层中以此机理获得负电荷或发射时在卫星表面带有电量，这时卫星在电离层中将受到电感应阻力。P·J· Wyatt 曾给出计算电感应阻力的理论式子，首先假定一个带有均匀分布电荷Q 、质量m 、半径R的球体卫星以速度V穿过不考虑磁场情形的电离层，电离层是完全中性等离子体。球体卫星对电子和离子是可渗透的，被感应的电荷在球体卫星外部。

电感应电感应阻力对轨道根数产生的摄动量

大气旋转角速度，距地心愈远，角速愈小，研究的电离层高度在500km处，再加所计算的卫星轨道倾角较大 (75°)，所以在该处电离层线速也较小，为简化起见，采用不考虑地球自转角速。

取平均高度在1500km以上的电离层内飞行的导体卫星作为算例。设此球体卫星的半径R=2m，重量m=36kg ， 运行轨道周期T=118.28min，轨道半长轴a=7988.16km，轨道倾角i =75°。计算此卫星在电离层内飞行时， 当它带有0.3C的电量时电感应阻力对轨道半长轴的变率的影响效应值。

为此先计算在1500km高度的电离层中的c值。在1500km高度的电离层中的电子和离子的温度是：T_e=1300K ，T_i=1300K。(采用国际单位制，即SI制)则me=9.10956 ×10^-31kg， k=1.38062 ×10^-23Juledeg^-1。

当卫星发射时带有0.3C的电量或导体卫星发射到电离层内同电子碰撞后表面获得0.3C的电荷时，卫星的轨道半长轴则因受电感应阻力每天缩小达85m以上。如果将其和同一高度处中性大气阻力对此卫星轨道半长轴的摄动效应相比较，按计算中性大气阻力的效应式子：粗略计算后可知电感应阻力应该比大气阻力效应大2.6倍。所以当导体卫星在电离层飞行时只要带有足够电量就必须考虑电感应阻力对轨道引起的摄动效应。

《材料与力学进展:结构非线性分析的二次摄动法》讨论了二次摄动法及其在梁、板、壳结构非线性分析中的应用；系统地总结了20世纪90年代以来在梁、板、壳结构非线性分析中所取得的最新成果；提供了一个完整的理论体系来处理新型复合材料板壳结构的非线性行为，特别是在复杂环境或复杂荷载作用下的非线性行为。涉及梁、板、壳结构的非线性弯曲、后屈曲和非线性振动等领域。 2100433B