大气阻力对卫星寿命影响简述

#再次对截面进行积分，可得理想模型之下的卫星所受阻力近似为：TOC\o"1-5"\h\zF=2mpvSkTe-imkVr—kT+pv2S(14)2nkTmm我们采用此种模型计算出来的物体在稀薄气体中所受空气阻力公式与文献给出公式作比较，发现物体(仅仅近似为一块平板)所受阻力：F=cLpv2S(其中CL为阻力系数)(15)在本文推导出的公式之中多出了一项是mkTe—2kT—kT'其中含有波2nkTmm尔兹曼常数k,由于k的数量级为10八(-23)，使此项远小于后一项，因此作近似处理也可得出：F=pv2S(16)1.3寿命估算我们忽略掉推导出的公式前两项，认为卫星在高空中所受阻力仅仅与大气密度、卫星横截面积、卫星速度的平方成正比，即：f=pSv2(17)由于大气阻力与地球对卫星的吸引力相比很小，可以把卫星轨道近似看作圆形，采用牛顿第二定律及万有引力公式可得：GmM=mv2，即可得:v2=GM=R^(18)r2rrr由功能原理得:f•dr=d(1mv2—GM)2r代入(17)(18)可得:dt=——dr(19)2pSRgr又由玻尔兹曼数密度公式可得高空稀薄气体的密度:p=p0e—c(r-R)(c=23.3km,p0=7.7X10八(-10))(20)将公式(20)代入(19)，而后作积分，经过一系列积分变化、近似处理最终可得[2]:me132Spme132Sp0g2R21—(h—e)eh—2RC1+£2R代入数据，计算结果如下表[3]:h(km)t(天)1500.708X1002000.614X1014000.361X1056000.212X1098000.125X101310000.733X1016从计算结果上我们不难看出，卫星随着其轨道高度的增加，估算寿命呈指数趋势增加。这是因为大气密度随高度是一个指数函数的关系，假如卫星不及时调整姿态的话，那些位于较低轨道上的人造卫星将会很快坠入大气层烧毁。1.4卫星推进剂为了在轨道上及时的调整卫星的轨道，使其恢复受以大气阻力为代表的一系列摄动作用而影响的正常轨道。那么携带更多的推进剂就能长时间的维持轨道的不变，使卫星的寿命大大增加。但是，携带更多的推进剂势必会使制造卫星的成本上升，另一方面，更多的推进剂又会增加卫星的负担，还需要在升空时为其提供更多的动能才能达到第一宇宙速度成为地球的卫星。因此，携带推进剂的量受到诸多因素的限制，在设计卫星时，需要综合考虑各方面的因素，确定所携带的推进剂的量，以期适当的延长卫星的寿命。3.侦查卫星的寿命和“高分一号”侦察卫星特别是照相侦察卫星，为了获得高分辨率侦察照片，除尽可能采用大型侦察照相机外，一个有效的办法是尽量采用较低的轨道。美国、前苏联早期侦察卫星的轨道近地点只有150余千米。这样低的高度，极其稀薄的大气仍然会给卫星带来一定的阻力，结果使卫星速度越来越慢、轨道高度不断降低，于是很快降低到第一宇宙速度以下，结果就是卫星坠入大气层。这个时间一般只有三四天。苏美早期研制的照相侦察卫星寿命只有几天，因此只好通过发射数量来弥补寿命的不足。随着火箭运载能力的提高以及卫星技术的进步，后来出现的照相侦察卫星（从第三代开始），在侦察设备愈加先进的同时，也拥有了变轨和机动能力，即在照相侦察卫星上安装变轨和姿态控制发动机，当卫星进入准备侦察的地区时，利用这些发动机降低卫星轨道实施侦察，侦察完毕后再抬高轨道。由于卫星运行轨道提高了，大气阻力大大降低，卫星寿命也就提高了。不过，由于卫星自身携带的推进剂量也有限，频繁地降低、抬高轨道会迅速消耗推进剂，因此这类侦察卫星的寿命也不会太长。目前，美国研制的“高级锁眼”KH-11号卫星由于携带较多的推进剂，它的运行寿命可达5年左右oKH-11的尾部装有两个大型太阳电池板，每个长约13.7米，宽约4.11米，卫星翼展35米，总重约18吨，光推进剂就达14吨。由于推进剂更多，它可机动到较高轨道上进行普查，也可机动到最低时的160千米进行详查，如果利用航天飞机对其进行推进剂补充，预计它的寿命可提高到15年。电子侦察卫星由于运行在静止轨道上，它的寿命要长得多，一般可达十几年。侦查卫星为了获取高分辨率的图像而牺牲了其卫星寿命，我国于2013年4月26日在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭成功发射的“高分一号”卫星是一种高分辨率对地观测卫星。此颗卫星轨道高度等数据尚未对外公布，但单就从其高分辨率的名称上来看也可知其轨道高度并不会太大。像号H星上像号H星上44n閃许“Hi料图表3“高分一号”传回的上海图像4.结论我们在此篇论文中采用我们熟悉的Maxwell速度分布律模型和分子的完全弹性碰撞模型，推导了高空大气阻力对卫星寿命运动的影响。高空大气阻力对低轨道卫星的寿命影响效果非常明显，且随着轨道高度的增加呈指数趋势的寿命延长。可是，太空之中的环境及其复杂，抛开有大气阻力的摄动作用，还受到诸如地球非球形摄动、其他天体引力摄动等更多因素的影响，卫星寿命极难预测。在此基础之上，应用卫星为了更好的为人类服务，其多为低轨道卫星，如何在不影响轨道高度的前提下延长卫星的寿命是我们的设计者们更需要考虑的问题了。参考文献：[1]庞之浩•华夏第一星:东方红一号一纪念我国第一颗人造地球卫星发射35周年J].卫星电视与宽带多媒体.2005(8):34-35.⑵项红专•人造卫星寿命的估算J].杭州教育学院学报(自然科学版).1996(4):14-15⑶项红专•人造卫星寿命的估算J].