Können die Rektaszension und das Argument des Perigäums der Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs mit der Zeit von selbst variieren?

Sie haben bis zu einem Punkt Recht, dass sich die RA des aufsteigenden Knotens und das Argument des Perigäums im Laufe der Zeit nicht ändern, ohne dass eine äußere Kraft auf den Satelliten einwirkt. In einem vereinfachten Gravitationsfeld bleibt die Umlaufebene eines Objekts fest.

Leider ist die Realität viel chaotischer .

Das Gravitationsfeld der Erde unterscheidet sich erheblich von dem einer hypothetischen Punktmasse – dies ist als Geopotentialmodell bekannt . Insbesondere die durch den J2-Koeffizienten definierte Abflachung der Erde (äquatoriale Wölbung) hat einen erheblichen Einfluss auf die Umlaufbahnen. Es bewirkt, dass sie im Laufe der Zeit präzedieren und die RA / Länge ihrer aufsteigenden Knoten ändern.

Darüber hinaus müssen störende Einflüsse von anderen Körpern im Sonnensystem berücksichtigt werden, wenn Umlaufbahnen genau aufgezeichnet werden - sie können kleine, aber nicht vernachlässigbare Auswirkungen haben.

Was Ihren zweiten Punkt betrifft, können diese Effekte für Satelliten sehr nützlich sein. Beispielsweise sind Sun Synchronous Orbits genau darauf ausgelegt, mit einer Rate von 360° pro Jahr zu präzedieren und dabei einen konstanten Winkel zwischen der Umlaufbahnebene und der Sonne aufrechtzuerhalten. Das ist ideal z. zum Aufrechterhalten einer festen Beleuchtung für die Oberflächenbeobachtung.

Weitere Einzelheiten zur Mathematik finden Sie in dieser verwandten Frage zu J2-Störungen .

@Jacks Antwort ist ausgezeichnet, ich werde die Frage von @Niket in diesem Kommentar etwas weiter ausführen.

Nur um sicherzugehen, sind die Daten realistisch? Wie scheint die tägliche Variation realistisch zu sein?

tl;dr: Die Drift macht Sinn und liegt innerhalb von 1% dessen, was wir leicht berechnen können.

Unten auf der Seite sind einige Orbitalparameter eingezeichnet. Die RA des aufsteigenden Knotens durchläuft in etwa 60 Tagen 360 Grad. Das ist ungefähr richtig für eine um ~45 Grad geneigte Umlaufbahn in LEO, die ISS tut das.

Das ist eine große Sache für die ISS, denn es bedeutet, dass sie alle 90 Minuten Perioden durchläuft, in denen sie in den Schatten der Erde tritt, und dann Perioden, in denen sie ständig Tageslicht hat, während sich ihre Umlaufbahn um die Erde dreht.

Mal sehen, ob wir es berechnen können. Aus dieser Antwort :

Die erste Gleichung in Wikipedias Knotenpräzession für die Präzessionsrate$\omega_p$:

$$\omega_p = -\frac{3}{2} \frac{R_E^2}{(a(1-\epsilon^2))^2} J_2 \omega \cos(i)$$

hängt von den Parametern der Umlaufbahn ab ($a, \epsilon, \omega$, i) und dem Äquatorialradius der Erde$R_E$und sein$J_2$Begriff.

Nehmen wir 6378137 Meter für$R_E$(aus dieser Antwort ) und 1.0826E-03 für$J_2$(aus dieser Antwort ).

Die Periode des Satelliten$T$in Ihrer Datentabelle sind 15,59029 Umdrehungen pro Tag oder ungefähr 5542 Sekunden. Dann benutze:

Von dieser Antwort erhalten

wobei GM der Standardgravitationsparameter der Erde von etwa 3,986E+14 m^3/s^2 ist. Das macht$a=$6768601 Meter oder eine Höhe von etwa 390 km.

Setzen Sie diese alle in die erste Gleichung ein, und wir erhalten$\omega_p = -1.2149 \times 10^{-6} \ \text{sec}^{-1}$Wenn wir das mit 60 Tagen oder 5184000 Sekunden multiplizieren, erhalten wir -6,298, was ziemlich genau ist$-2 \pi$oder ein kompletter Zyklus, genau das, was die Handlung zeigt!

Das Argument des Perihels sieht zunächst so aus, als würde es stetig driften und sich dann um Tag 85 um 180 Grad drehen, aber das ist eigentlich eine sanfte Formänderung, da die Exzentrizität Null erreicht und zurückprallt. Das sieht auch nach einer natürlichen Präzession aus und nicht nach einem Orbitalmanöver.

Die Antwort von @Jack hat es also auf den Punkt gebracht.

Das Python-Skript für den Plot ist hier verfügbar: https://pastebin.com/rx1np9Mv