Supongamos que tenemos una nave espacial orbitando alrededor de la Tierra y despreciamos todos los efectos de la Tierra. -movimiento del eje, es decir, sin bamboleo, precesión o nutación. Para simplificar, solo asumimos una tasa de rotación acerca de -eje.
Mi pregunta es sobre cómo expresar un vector en un marco ECEF frente a un marco ECI. En mi modo de propagación de órbita, estoy usando order gravedad, dada por la expansión armónica esférica
Naturalmente, dado que la expansión armónica esférica es en términos de , esto produce la aceleración en un sistema de coordenadas fijo en la Tierra ( ECEF ) en función del vector de posición fijo en la Tierra ya que para una latitud dada , la longitud varía en el tiempo, es decir, .
En el libro Montebruck & Gill, afirman que la transformación a coordenadas fijas en el espacio es simplemente
Sin embargo, tengo problemas para entender esto desde el punto de vista de los marcos de referencia. Desde mi comprensión de la dinámica, pensé que para transformar una aceleración de un marco giratorio a un marco inercial (localmente), también se deben tener en cuenta términos como aceleraciones centrífugas y de Coriolis. Pero el libro sostiene que todo lo que se necesita es una transformación que describa la rotación de la Tierra.
Entonces mi pregunta es la siguiente: ¿Cuál es la diferencia entre una aceleración (o velocidad) con respecto al marco ECEF, pero expresada en coordenadas inerciales, versus una aceleración (o velocidad) con respecto al marco ECEF, pero expresada en coordenadas ECEF?
La aceleración debida a los armónicos esféricos es un vector en el espacio 3D. La forma en que elija describirlo (con un marco inercial o no inercial) no cambia el vector en sí. Sin embargo, cuando se trata de conectar esa aceleración para propagar la órbita (resolver la ecuación diferencial), importa en qué marco la describas porque (a menudo simplificado a ) solo se mantiene en un marco inercial. Es por eso que desea describir ese vector de aceleración en coordenadas ECI, para que pueda propagarlo usando F = ma.
Un ejemplo de propagación en un marco no inercial es para el control de actitud de la nave espacial, cuando usa la ecuación de Euler (reorganizada para resolver ): dónde es la velocidad angular de la nave espacial, es la matriz de inercia de la nave espacial, y son pares externos. Esta ecuación da cuenta de la velocidad angular de la nave espacial para propagar todo en el marco de referencia del cuerpo no inercial de la nave espacial. La velocidad angular en sí sigue siendo solo un vector en el espacio 3D, pero en este caso elige describirla en el marco no inercial porque la matriz de inercia está en el marco de referencia del cuerpo, donde en muchos casos puede asumirlo ser constante (aunque no siempre). Con respecto al marco inercial, la matriz J cambia si el cuerpo de la nave espacial no está inercialmente fijo, por lo que en muchos casos es más conveniente propagarse en el marco no inercial. Espero que esto ayude.
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Josh Pilipovsky