平动点飞行器轨道坐标系（Libration Point Spacecraft Orbital Coordinate System）
本文作者：天疆说
本文参考：钱霙婧(2014)《地月空间拟周期轨道上航天器自主导航与轨道保持研究》
定义
平动点飞行器轨道坐标系（）是以飞行器质心为原点建立的局部坐标系，专门用于描述平动点轨道附近航天器的运动。该坐标系在轨道设计和轨道保持研究中具有重要作用。
坐标轴定义
| 轴 | 方向 | 说明 |
|---|---|---|
| Z₀ 轴 | 由飞行器质心指向中心天体质心方向 | 沿径向指向 |
| X₀ 轴 | 在瞬时轨道平面内垂直于 Z₀ 轴，指向速度方向 | 沿轨道切向 |
| Y₀ 轴 | 与瞬时轨道平面的法线平行 | 与 X₀、Z₀ 构成右手系 |
几何特性
平动点飞行器轨道坐标系具有以下特性：
- 随动性：坐标系随航天器在轨道上运动而移动，原点跟随航天器位置变化
- 轨道自适应：Z₀ 轴始终指向中心天体（地球），X₀ 轴指向速度方向
- 局部性：是描述航天器相对轨道运动的局部坐标系
在导航与轨道保持中的应用
轨道偏差表示
在轨道坐标系中，航天器相对于标称轨道的偏差可以分解为：
- 径向偏差：Z₀ 方向分量
- 切向偏差：X₀ 方向分量
- 法向偏差：Y₀ 方向分量
这种分解方式便于理解轨道偏差的物理意义，并为轨道控制提供直观的参考方向。
脉冲机动设计
在轨道保持中，脉冲机动的方向通常在轨道坐标系中表示：
- 径向脉冲：沿 Z₀ 轴方向
- 切向脉冲：沿 X₀ 轴方向
- 法向脉冲：沿 Y₀ 轴方向
状态表示
轨道坐标系中的状态向量便于与轨道根数建立对应关系，简化轨道动力学分析。
与其他坐标系的关系
| 坐标系 | 原点 | 用途 |
|---|---|---|
| 轨道坐标系 | 飞行器质心 | 描述相对轨道运动 |
| 本体坐标系 | 飞行器质心 | 描述姿态和敏感器安装 |
| GRC/LRC | 地心/L2点 | 描述绝对位置和速度 |
相关概念
参考文献
- 钱霙婧. 地月空间拟周期轨道上航天器自主导航与轨道保持研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2014.