Estoy trabajando en el desarrollo de un propagador de órbita J2 simple para un proyecto en el que estoy trabajando y estoy en las etapas de conversión de ECI a ECEF. Mirando este documento de referencia en la sección 2.4, ¿qué magnitud de errores encontraré si simplemente utilizo solo la rotación de la tierra (calcular GMST/GAST y hacer una sola rotación alrededor del eje), en lugar de tener en cuenta también la nutación, la precesión y el movimiento polar? ?
Estoy utilizando el marco de tiempo J2000 y las simulaciones son para LEO (altitudes de 400-600 km) que ocurren a corto plazo (2015-2020) y solo duran entre 2 y 4 meses.
***** Se agregó el siguiente esquema de mi simulación para ayudar a dar una idea después de ver algunas de las respuestas iniciales.
¿Estás modelando drag? Si no es así, ni siquiera necesita modelar la rotación de la Tierra porque el efecto J2 depende solo de la latitud. Esta es una simulación de baja fidelidad (hay muchos efectos además de J2; por ejemplo, arrastre, efectos de tercer cuerpo, términos de gravedad de orden superior, cuerpo sólido y mareas oceánicas, presión de radiación solar, gravedad relativista, ...)
Pero si está modelando la resistencia, necesitará la ubicación geodésica del satélite (latitud, longitud, altitud geodésica) y la hora solar aparente local en esa latitud y longitud para calcular la densidad atmosférica en la altitud del satélite. Eso eleva bastante la apuesta por la infraestructura que necesita. Como mínimo, necesitará un modelo semirrealista de la rotación de la Tierra, tanto para la información ECEF (latitud y longitud) como para el tiempo.
Y necesitarás un modelo de tiempo. El tiempo medido según la rotación de la Tierra y el tiempo medido según los tictacs de un reloj atómico son dos cosas diferentes. Necesitará modelar esto, al menos hasta cierto punto. Si está utilizando ecuaciones de movimiento basadas en la física, el tiempo en su simulación debe estar sincronizado con el tiempo de acuerdo con ese reloj atómico. Los efectos de la Tierra (gravedad no esférica, arrastre, ...) y dónde está el satélite con respecto a la Tierra en rotación deben estar sincronizados con el tiempo de acuerdo con la rotación de la Tierra.
Un modelo de tiempo fácil y de baja fidelidad: UT1 está dentro de los 0,9 segundos de UTC; para un modelo de baja fidelidad, puede ignorarlo (es decir, asumir UT1=UTC). UTC está actualmente 37 segundos por detrás de TAI, que a su vez está 32,184 segundos por detrás de la hora terrestre (es decir, suponga que UTC=TT-69,184 segundos). El Tiempo Dinámico Terrestre se desvía de TT por un pequeño desplazamiento fijo (~7e-5 segundos, que puede ignorar) y por un par de sinusoides cuya magnitud está en el rango de milisegundos (por ejemplo, suponga que TDB=TT).
Un modelo fácil y de baja fidelidad de la orientación de la Tierra: esto es un poco más difícil, especialmente porque el código de los Estándares de Astronomía Fundamental (SOFA) hace que sea muy fácil usar un modelo de alta fidelidad, a menudo mucho más fiel de lo que necesita. (El cálculo de la precesión y la nutación es fácil de codificar pero no es barato desde el punto de vista computacional).
Lo que sigue es una completa herejía: (1) Use el modelo de tiempo simple anterior para calcular UT1 y TT (y también TDB si desea efectos de tercer cuerpo). y (2) reemplazar los términos de movimiento polar en los modelos SOFA con cero. (Ya se ha puesto a cero un término, ΔUT1, asumiendo que UT1=UTC). Con diez, tal vez veinte, líneas de código, más la biblioteca SOFA, acaba de cambiar su modelo de fidelidad más bien baja a una fidelidad moderada. Si desea efectos de tercer cuerpo, use C-SPICE para calcular la ubicación de la Luna y el Sol con respecto a la Tierra. C-SPICE usa TDB como base de tiempo, pero TT será suficiente para una simulación de fidelidad moderada (no baja). Tenga en cuenta muy bien: para la gravitación del tercer cuerpo, desea que C-SPICE no calcule los efectos de aberración.
Aparte #1: A 400-600 km de altitud, realmente necesitas modelar la resistencia si quieres tener alguna esperanza de realismo.
Aparte #2: en algún momento (y de cuatro a seis meses para un satélite a 400-600 km de altitud está mucho más allá de "algún punto"), no importa cuán alta sea la fidelidad de la simulación. No hay esperanza de una proyección realista de la posición ECEF de un satélite de 400-600 km de altitud dentro de seis meses. Es posible que obtenga la altitud correcta. Latitud y longitud: no realmente. Un eructo del Sol puede hacer que la atmósfera superior de la Tierra aumente en densidad en órdenes de magnitud, y esos eructos son impredecibles. Dicho esto, esos eructos solares son menos probables en los próximos años dado el extraño estado de reposo actual del Sol.
Eviatar.E
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