确定卫星位置需要几个要素你知道多少？

现在，手机的导航定位功能非常普遍，我们出个门回来，手机就能轻松地记录下我们的活动轨迹。导航定位功能的实现依赖于卫星导航系统，导航时卫星会给地面接收机发送包含卫星自身位置的信息，地面接收机通过接收4颗不同卫星的信息，便可解算出自身的位置。

由此可见，定位的基本前提条件是确定卫星的位置。在茫茫的太空，卫星犹如沧海一粟，应该如何确定卫星的位置呢？在轨道力学中，这个问题常用轨道六要素解决，理解轨道六要素的含义，需要从以下三个步骤来考虑。

首先考虑什么是卫星的轨道？人造地球卫星是在地球大气层外的宇宙空间、以天体力学运动规律、围绕地球飞行的航天器。卫星在受到万有引力及其他外力的作用下，围绕地球运动的轨迹称为卫星的轨道。人造地球卫星的轨道是圆或椭圆形的，地球的质心就处于圆的圆心或椭圆的焦点上。

其次考虑如何描述卫星的轨道。既然卫星的轨道是椭圆（圆是椭圆的一种特殊情况），不同的椭圆具有不同的大小、形状以及空间方位指向，只要确定了椭圆的大小、形状以及空间方位指向，那卫星轨道也就唯一确定了。

确定椭圆的大小和形状需要两个因素：半长轴、偏心率。半长轴指的是椭圆长轴的一半，半长轴越大则椭圆越大。偏心率表示焦点之间的距离与长轴的比值，偏心率越小则轨道越圆，偏心率越大则轨道越扁。

确定椭圆的空间方位指向需要三个因素：轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角。轨道倾角指的是轨道面和地球赤道面的夹角，倾角为0，卫星始终在赤道上空飞行，这样的轨道叫做赤道轨道；倾角为90度，卫星轨道平面与地球赤道平面垂直，卫星飞跃南北极上空，这样的轨道叫做极地轨道。轨道倾角定下了椭圆相对于地球的倾角。

升交点是指卫星由南向北穿过赤道面的交点，升交点赤经是指在赤道面内从春分点到升交点的夹角。春分点是黄道面与赤道面在天球上的交点，春分点方向是立春的这一天，太阳相对于地球的方向。轨道倾角和升交点赤经就确定下椭圆在空间的方位。

近地点幅角指的是从升交点到近地点之间的角，它表明了椭圆的长轴在的空间指向。确定了轨道倾角、升交点赤经和近地点幅角，椭圆在空间的方位指向就唯一确定了，即卫星的轨道唯一确定了。

确定了卫星的轨道后，最后需要考虑卫星在轨道上的哪一点。确定卫星在轨道上的哪一点只需要一个要素：真近点角。真近点角指的是在轨道平面内，卫星从近地点起沿轨道运动时其扫过的角度，是某一时刻轨道近地点到卫星位置矢量的夹角。真近点角决定了卫星在轨道中的具体位置。真近点角是随时间变化的，意味着卫星在不同时间处于轨道上的不同位置。

综上可知，确定卫星的位置需要六个要素，我们称之为轨道六要素。它们是半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角和真近点角。轨道六要素是开普勒基于行星绕太阳的椭圆运动提出的一种描述轨道的方法，它让我们得以直观地想象轨道的大小、形状和空间方位指向。通过这样的描述，即便是在茫茫太空，我们也能够很清楚地确定卫星的位置了。

本文由空军指挥学院教授徐邦年进行科学性把关。