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实现伴星绕飞需要什么条件
来源:《中国载人航天科普丛书·碧空天琏》     日期:2012年01月11日    字体:【】【】【
  伴星在航天领域是指伴随某个航天器飞行的卫星,通常用于对伴飞目标进行观察或合作完成某种任务。伴随飞行的相对轨迹,根据伴星和伴飞目标初始相对运动状态的不同而千差万别,绕飞是其中很有意思的一种。

  大家知道,月球围绕地球飞行,是地月间的万有引力使然。而伴星和伴飞目标的质量很小,二者之间的万有引力微乎其微,那么,伴飞目标凭什么让伴星绕着自己飞行呢?

  其实,这种绕飞只是相对运动形成的视觉效果,伴星和伴飞目标在各自独立的轨道上飞行互不影响,当伴星形成对伴飞目标的绕飞后,相对于伴飞目标时而在上、时而在下,时而在前、时而在后,看起来就像绕其飞行一样。现在,假如我们坐在沿圆轨道飞行的飞船里,如何才能让伴星看起来是绕着我们飞行的呢?

  首要条件是要保证伴星和飞船的轨道周期相同。轨道周期表征了航天器绕地球飞行的快慢,相当于速度的概念,可以理解为轨道周期越小,飞行越“快”,反之越“慢”。实现绕飞时伴星和飞船形影不离,因此必然要具有相同的“速度”。

  仅仅周期相同还不够。假如一个在前,一个在后,那么后面的永远追不上前面的,就像一前一后、时速相同的两辆汽车总也不能并排行驶一样。因此实现绕飞还需要伴星和飞船之间的距离足够近。

  现在,假设伴星和飞船足够近,轨道周期也相同,那么是不是就能实现绕飞了呢?还不是。如果伴星和飞船轨道完全相同,那么它们的前后和上下相对距离是不变的,也形不成绕飞,因此实现绕飞还需要伴星和飞船轨道的偏心率或近地点幅角有所不同。如果偏心率不同,两飞行器轨迹的关系可以想象成是一个圆镯子和一个压扁了一点的椭圆镯子重叠放置在一起的情况,两个镯子边缘不会完全重合而是存在交错,从相对运动的角度看,就能形成一上一下、一前一后的相对运动;如果近地点幅角不同,两飞行器的轨迹可以想象成两个压扁了的椭圆镯子重叠放置,但其中一个镯子旋转了一个角度,使两个镯子不完全重合,同样两个镯子边缘存在交错,对应一上一下、一前一后的相对运动。

  对于在同一个轨道面上飞行的伴星和飞船,形成绕飞必须满足上述三个条件,当然,要形成大小、形状等满足要求的绕飞轨道,还需要精心设计变轨控制参数。
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