在研究卫星运动规律或计算其位置时,除遇到六个轨道根数a,e,i,Ω,ω,M外,还会涉及由它们构成的一些函数,而这些函数关系中的基本量就是E,f,r,因此,只要导出这些量对轨道根数的偏导数就够了。
首先分析一下上述量与六个独立根数之间的函数关系,由式(2.31)~式(2.33)可知
那么,利用前面的几何关系即可推出相应的偏导数,它们是
若独立根数M改为E,则有
若独立根数M改为f,则有
在实际应用中,常常出现 这一因子,由 可直接得到 。显然, 只是e和近点角的函数,因此有
其中θ是M,E,f中的一个。
对于小偏心率问题,往往不采用上述六个轨道根数作为基本变量,而改用
六个变量,f,E将由u=f+ω,v=E+ω代替。若要推出相应的偏导数,其关键仍在于首先分析清楚函数关系。由
可知
利用这一关系再推导相应的偏导数显然是容易的,例如
其中 , 前面已给出,剩下的问题只是根据上述函数关系式(2.88)去推导 , …,这对读者来说是简单的,不再列出,读者如有需要,可自己补全,不会有任何困难。
在定轨问题中,还会用到 , 这两组偏导数。由 和 的表达式(2.37)和式(2.46)不难得知,它们分别涉及两类偏导数。如果仍用a,e,i,Ω,ω,M作为基本变量σ,则一类偏导数是前面已导出的 ,另一类是单位矢量 和 对三个角度量的偏导数,即 , ,直接由 和 的表达式(2.43)和式(2.44)可以推导,但不便于将结果写成简单形式,若用矢量旋转法就方便得多,具体过程可参阅本章参考文献[6]的第14章,这里将写出具体结果,有
其中 即轨道面法向单位矢量,其表达式即前面的式(2.4),又可写成下列形式,即
相应地有
而H,K,H´,K´则由下列各式表达,即
根据三种近点角的定义,利用面积积分式(2.30)和 Kepler 方程式(2.32),以及上述各有关表达式,可给出
在后面要讨论的问题中,积分时常遇到上述几种变量之间的转换,为了方便,我们不妨根据式(2.96)将这些关系整理为
注意,这组微分关系是建立在六个轨道根数为常数基础上的,严格地说,它们仅适用于二体问题,这与前面的几何关系式及相应的偏导数关系式不一样。