La altitud de un satélite es la distancia entre la superficie de la Tierra y el satélite, pero la Tierra en sí no es esférica. En el ecuador, el radio de la Tierra es 21 km mayor que en los polos y, de hecho, la forma de la Tierra no es ni siquiera un esferoide achatado perfecto.
Entonces, ¿cómo se define realmente la altitud de un satélite?
Para un satélite con una órbita circular que es constante: ¿la distancia entre la superficie de la Tierra y el satélite o la distancia entre el centro de la Tierra y el satélite?
actualización: 6378.137 km es lo que uso ahora.
Por convención, la altitud de una nave espacial es la distancia al centro de la Tierra menos aproximadamente 6378 kilómetros, o algún radio de referencia que sea representativo del radio ecuatorial de la Tierra. La altitud de la nave espacial no se usa realmente como una descripción precisa de la posición de un satélite, ya que es solo un escalar y requiere una definición, pero si tiene que indicar algún valor para una altitud, use la distancia al centro de masa de la Tierra menos alguna referencia. radio que es generalmente un radio ecuatorial promedio. Por ejemplo, veo mucho la siguiente ecuación (por ejemplo , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 y en esta respuesta ):
Otra forma de confirmar esto es simplemente buscar "6378" en este sitio de SE . (resulta que la mayoría de las veces son mías, así que no cuenta). Se podría utilizar un valor más preciso para el radio ecuatorial de la Tierra , como 6378,137 , pero la diferencia no es significativa porque la altitud de una nave espacial per se no es realmente una cantidad definida con precisión.
Puede leer más sobre el nadir y la pregunta de qué punto preciso en la superficie de la Tierra está realmente "directamente debajo" del satélite en un momento dado, y la diferencia entre el punto de subsatélite geodésico en lugar del punto de subsatélite geocéntrico en esta excelente respuesta .
Ahora la última parte de la pregunta:
Para el satélite con órbita circular que es constante: ¿la distancia entre la superficie de la tierra y el satélite o la distancia entre el centro de la tierra y el satélite?
La respuesta corta es "ninguno", pero la respuesta más cercana a la correcta es que la distancia desde el satélite hasta el centro de masa de la Tierra probablemente sea más constante que la distancia a la superficie, suponiendo que descubras ya sea que se refiera al punto subsatelital geodésico o geocéntrico. Esto se debe a que los términos gravitatorios de orden superior más allá del monopolo son débiles y solo tienen un efecto pequeño.
Una forma rápida de confirmarlo es observar que el radio de la Tierra varía en más de 20 kilómetros de ecuatorial a polar y, sin embargo, los satélites en órbitas circulares pueden tener periapsis y apoapsis dentro de un kilómetro de distancia entre sí. Por ejemplo, elegí dos de los satélites de la constelación "A-Train" , que tiene una órbita casi polar. Aqua y Aura y busqué su información en Wikipedia. Ambos tienen una diferencia entre periapsis y apoapsis de solo 2 kilómetros o menos.
Una convención útil:
Usando esta definición suave, es común ver órbitas descritas usando las altitudes en periapsis y apoapsis. Por ejemplo, esta discusión de una órbita de 625 x 625 km de un satélite Iridium significa que es circular con un radio de 625 + 6378 km, y una órbita de transferencia geoestacionaria de 185 km x 35,786 km también tendría sus ábsides en aproximadamente esos valores más 6378 km añadidos a cada uno.
En mecánica orbital, la posición de un satélite se puede definir utilizando elementos orbitales (que tienen algunas ventajas sobre otros sistemas de coordenadas, para órbitas típicas). Los elementos orbitales describen una posición en relación con el centro de masa de la Tierra o cualquier otro cuerpo. Por ejemplo, uno de los elementos orbitales es el semieje mayor, que para una órbita circular es idéntico a la distancia entre el satélite y el centro de masa de la Tierra, no la superficie de la Tierra.
Como dices, la distancia a la superficie de la Tierra cambia incluso en una órbita circular. Uno puede calcular esto basado en el geoide, y es útil para muchos propósitos, pero es más una variable de diagnóstico que de pronóstico.
La Tierra se aproxima como un punto de masa al hacer este cálculo. La oblatividad del planeta y los diferentes potenciales de gravedad se pueden calcular utilizando armónicos esféricos o "mascon" (abreviatura de concentración de masa).
Cuando se diseñan órbitas especiales, como aquellas alrededor de los puntos de Lagrange , no es raro definir un nuevo marco de referencia cuyo centro esté en el baricentro de los dos cuerpos celestes considerados para el problema.
Para ampliar las otras respuestas, realmente depende de para qué quieras usar la altitud.
En el Simulador de Misión de Transbordador, calculamos la altitud orbital de varias maneras diferentes.
Julio