Земноцентрический инерционный
Геоцентрические инерциальные ( ECI координат ) берут свое начало в центре масс Земли системы и фиксированы по отношению к звездам. [1] «I» в «ECI» означает инерциальную (т.е. «не ускоряющуюся »), в отличие от системы «Землецентрическая – Земля-фиксированная» ( ECEF ), которая остается неподвижной по отношению к поверхности Земли при ее вращении , а затем вращается относительно звезд.
Для объектов в космосе уравнения движения , описывающие орбитальное движение , проще в невращающейся системе отсчета, такой как ECI. Кадр ECI также полезен для указания направления на небесные объекты :
Для представления положений и скоростей наземных объектов удобно использовать координаты ECEF или широту , долготу и высоту .
В двух словах:
- ECI: инерционный , не вращающийся по отношению к звездам; полезен для описания движения небесных тел и космических кораблей.
- ECEF: не инерционный , ускоренный , вращающийся относительно звезд; полезен для описания движения объектов на поверхности Земли.
Степень, в которой система ECI на самом деле инерциальна, ограничена неоднородностью окружающего гравитационного поля . Например, гравитационное влияние Луны на спутник, вращающийся на высокой околоземной орбите, значительно отличается от ее влияния на Землю, поэтому наблюдателям в системе координат ECI придется учитывать эту разницу в ускорении в своих законах движения. Чем ближе наблюдаемый объект к ECI-началу, тем менее значителен эффект гравитационного несоответствия. [2]
Определения системы координат
[ редактировать ]Ориентацию системы ECI удобно определять, используя плоскость орбиты Земли и ориентацию оси вращения Земли в пространстве. [3] Плоскость орбиты Земли называется эклиптикой и она не совпадает с плоскостью экватора Земли. Угол между плоскостью экватора Земли и эклиптикой ε называется наклоном эклиптики и составляет ε ≈ 23,4°.
Равноденствие наступает , когда Земля находится в таком положении на своей орбите, что вектор от Земли к Солнцу указывает туда, где эклиптика пересекает небесный экватор. Равноденствие, которое приходится на первый день весны (по отношению к Северному полушарию), называется весенним равноденствием . В качестве основного направления для кадров ECI можно использовать точку весеннего равноденствия. [4] Солнце находится в направлении точки весеннего равноденствия около 21 марта. Основной плоскостью для кадров ECI обычно является экваториальная плоскость или эклиптика.
Местоположение объекта в пространстве можно определить с помощью прямого восхождения и склонения , которые отсчитываются от точки весеннего равноденствия и небесного экватора . Прямое восхождение и склонение — сферические координаты, аналогичные долготе и широте соответственно. Местоположение объектов в пространстве также может быть представлено с использованием декартовых координат в системе координат ECI.
Гравитационное притяжение Солнца и Луны к экваториальному выступу Земли приводит к прецессии оси вращения Земли в пространстве, подобно действию волчка. Это называется прецессией . Нутация — это колебание с меньшей амплитудой и более коротким периодом (<18,6 лет), которое накладывается на прецессионное движение полюса мира . Это связано с более короткопериодными колебаниями силы крутящего момента, действующего на экваториальную выпуклость Земли со стороны Солнца, Луны и планет. Когда кратковременные периодические колебания этого движения усредняются, они считаются «средними», а не «истинными» значениями. Таким образом, точки весеннего равноденствия, экваториальная плоскость Земли и плоскость эклиптики изменяются в зависимости от даты и указываются для конкретной эпохи . Модели, отражающие постоянно меняющуюся ориентацию Земли в космосе, можно получить в Международной службе вращения Земли и систем отсчета .
Примеры включают в себя:
- J2000: Один широко используемый кадр ECI определяется средним экватором Земли и средним равноденствием (MEME) в 12:00 земного времени 1 января 2000 года. Его можно называть J2K , J2000 или EME2000. Ось X совпадает со средней точкой весеннего равноденствия. Ось Z выровнена с осью вращения Земли (или, что то же самое, с Северным полюсом небес ), как это было в то время. Ось Y повернута на 90° восточной долготы вокруг небесного экватора. [5]
- M50: Эта система координат аналогична J2000, но определяется средним экватором и равноденствием в начале бесселянского 1950 года, то есть B1950.0 = JDE 2433282.423357 = 0,9235 января 1950 года TT = 31 декабря 1949 года 22:09:50,4 TT. . [6]
- GCRF: Геоцентрическая небесная система отсчета — это земноцентрический аналог Международной небесной системы отсчета .
- MOD: рамка среднего значения даты (MOD) определяется с использованием среднего экватора и равноденствия в определенную дату.
- TEME: рамку ECI, используемую для NORAD двухстрочных элементов , иногда называют истинным экватором, средним равноденствием (TEME), хотя в ней не используется обычное среднее равноденствие.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Эшби, Нил (2004). «Эффект Саньяка в системе глобального позиционирования» . В Гвидо Рицци, Маттео Лука Руджеро (ред.). Относительность во вращающихся системах отсчета: релятивистская физика во вращающихся системах отсчета . Спрингер. п. 11. ISBN 1-4020-1805-3 .
- ^ Тэпли, Байрон Д.; Шутц, Боб Э; Родился Джордж Х (2004). Статистическое определение орбиты . Эльзевир Академик Пресс. стр. 61–63. ISBN 978-0-12-683630-1 .
- ^ Дэвид А. Валладо и Уэйн Д. Макклейн, «Основы астродинамики и приложений», 3-е изд. Микрокосм Пресс, 2007, стр. 153–162.
- ^ Роджер Б. Бейт, Дональд Д. Мюллер, Джерри Э. Уайт, «Основы астродинамики», Дувр, 1971, Нью-Йорк, стр. 53–57.
- ^ Тэпли, Шутц и Борн, «Статистическое определение орбиты», Elsevier Academic Press, 2004, стр. 29–32.
- ^ Дэвид Г. Эдвардс, «Справочник по процедурам полета по положению и наведению», ред. A, январь 1985 г., Документ НАСА АО-10511, стр. 1-10.