太阳同步轨道卫星星等分析

王江磊 李明明

摘 要：文章分析太阳同步轨道人造地球卫星在不同条件下的在轨星等变化情况。文章精确分析太阳同步轨道卫星运行中，太阳光与轨道面的夹角随日期而变化，从而得到太阳同步轨道卫星的星等的变化情况。降交点地方时作为太阳同步轨道卫星重要参数，其对观测星等的影响文章也做了相应分析。

关键词：人造卫星；星等；太阳同步轨道

中图分类号：V2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）22-0026-02

Abstract： In this paper， the variations of orbiting magnitude of solar synchronous orbit artificial earth satellites under different conditions are analyzed. In this paper， the angle between the solar light and the orbit plane in the operation of the sun synchronous orbit satellite is analyzed accurately with the date， and the change of the magnitude of the sun synchronous orbit satellite is obtained. As an important parameter of the sun-synchronous orbit satellite， the influence of the local time of the nodal point on the observational magnitude of the satellite is also analyzed in this paper.

Keywords： artificial satellite； magnitude； sun-synchronous orbit.

引言

太阳同步轨道（Sun-synchronousorbit）指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道的倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳同步卫星轨道。为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向，因此轨道平面每天平均向地球公转方向（自西向东）转动0.9856度（即360度/年）。

倾角大于90°的太阳同步轨道，可以俯瞰整个地球表面。气象卫星、地球资源卫星一般都选取太阳同步轨道，以使拍摄的地面目标图像最好。

1 卫星星等公式

星等（magnitude）是衡量天体光度的量。在不明确说明的情况下，星等一般指目视星等。为了衡量星星的明暗程度，天文学家创造出了星等这个概念[1]。星等值越小，星星就越亮；星等的数值越大，它的光就越暗。星等首先由古希腊天文学家喜帕恰斯（Hipparchus）提出。

假设卫星表面为漫反射面，卫星反射面为平面。则其某一面反射太阳光示意图见图1。M为反射面，面积为A，OO'为面M法线，E0为太阳光照度，其入射角为θ1，观测方向与法线夹角为θ2，观测距离为R，观测点G的光照度为E。

2 太阳光对太阳同步轨道卫星反射面的夹角

太阳同步轨道卫星在轨正常运行时，立方体形状的卫星对地面法线垂直地面，轨道切线与卫星前表面垂直。

真太阳沿黃道面运动，平太阳沿赤道面运动。他们角速度相同，但由于黄赤夹角存在，导致赤经差Δα（t）变化，周期为一年。同样真太阳的赤纬p（t）也有变化[3]。

图2中圆弧ST对O的角度为p，AS对应的角度为α，ε为黄赤夹角，AT对O的夹角为αs。

从图3可以看出：在相同日期，降交点地方时的不同影响入射角的变化，降交点地方时越大，入射角就大，同时随着降交点地方时的增大，入射角的变化幅度减小；同一卫星在不同日期，入射角也不一样，大约的秋分后十几天，春分前十几天，角度达到最小，而在夏至前后达到最大，另外一个极大值出现在冬至前后。

3 太阳同步轨道卫星星等分析

假设人造卫星轨道倾角98.5°，卫星外形为1×1×1m3，表面包覆材料反射率为0.2。

以观测仰角70°为例，卫星降交点地方时为6点，其星等随日期变化情况见图4。

卫星降交点地方时为7点，其星等变化情况见图5。

从图4和图5中可以看出，在相同观测仰角情况下，星等的变化太阳对轨道面入射角相关，且呈现相同的趋势：大约的秋分后十几天，春分前十几天，星等达到最小，而在夏至前后达到最大，另外一个极大值出现在冬至前后。

4 结束语

在观测仰角相同时，太阳同步轨道卫星观测星等随日期而变，主要是因为太阳光对轨道面的入射角因日期而变。相同日期，降交点地方时越大，则星等稍大，但变化较小。

参考文献：

[1]胡可立.现代卫星通信系统工程建设概预算与设计、施工技及技术标准规范实用手册[M].北京：北京科技电子出版社，2005.

[2]陈东林.航空概论[M].北京：国防工业出版社，2010.

[3]过崇伟，等.航空航天技术概论[M].国防工业出版社，2006.