ICS49.020 V70 中华人民共和国国家标准 GB/T32296—2015 航天飞行器常用坐标系 Generalcoordinatesforspacevehicle 2015-12-31发布 2016-07-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国航天科技集团公司提出。 本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)归口。 本标准起草单位:北京宇航系统工程研究所。 本标准主要起草人:李平岐、何巍、耿光有、王建明、常武权、马英、谢萱、何兆伟、田继超、刘兴隆、 李重远。 ⅠGB/T32296—2015 航天飞行器常用坐标系 1 范围 本标准规定了航天飞行器的常用坐标系、定义、一般要求及变换公式。 本标准适用于运载火箭和航天器等航天飞行器的总体设计及系统间的接口协调。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T32455 运载火箭术语 3 术语和定义 GB/T32455界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了 GB/T32455中的某些术语和定义。 3.1 航天飞行器 spacevehicle 执行探索、开发或利用太空等特定任务的飞行器。 注:航天飞行器按用途分为运输类飞行器(如运载火箭)和应用类飞行器(又称航天器)。 3.2 运载火箭 launchvehicle;LV 从地球表面、空中将有效载荷送入空间轨道的火箭。 注:一般按规模大小可分为小型、中型、大型和重型运载火箭,近地轨道运载能力2t及以下的运载火箭为小型运 载火箭,近地轨道运载能力2t~20t的运载火箭为中型运载火箭,近地轨道运载能力20t~50t的运载火箭为 大型运载火箭,近地轨道运载能力50t级及以上的运载火箭为重型运载火箭。 [GB/T32455,定义2.1.2] 3.3 航天器 spacecraft 在大气层以外的宇宙空间,执行探索、开发或利用太空等特定任务的飞行器。如人造地球卫星、载 人航天器、空间探测器等。 3.4 逃逸飞行器 escapevehicle 出现致命性故障时,与火箭分离并逃离险区的飞行器。 3.5 天球 celestialsphere 为了确定天体的视位置而引进的一个假想圆球。 注1:根据所选取的天球中心不同,有日心天球、地心天球等。 注2:天球的半径是任意选定的,可以当作数学上的无穷大。 1GB/T32296—2015 3.6 黄道 ecliptic 地球绕太阳系质心公转的轨道平面与天球相交的大圆。 3.7 天赤道 celestialequator 地球赤道平面与天球相交的大圆。 3.8 春分点 vernalequinox 太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点。 3.9 黄经 celestiallongitude 以黄道面为基本平面的天球坐标系中,过黄极的大圆称“黄经圈”,过春分点的黄经圈为主圈。天体 所在的黄经圈与主圈之间的夹角为黄经。由主圈起逆时针方向量度。 3.10 黄纬 celestiallatitude 天体与黄道之间的黄经圈的弧长。从黄道起算,向北黄极方向为正。 3.11 赤经 rightascension 过春分点的赤经圈为始圈,逆时针方向度量到天体赤经圈的天赤道弧长。 3.12 赤纬 declination 天体到天赤道之间的赤经圈弧长。由天赤道起算,向北天极方向为正。 3.13 大地经度 geodeticlongitude 格林尼治平子午面与过该点的子午面的夹角。由格林尼治向东量度。 3.14 大地纬度 geodeticlatitude 过某点的参考椭球面的法线与赤道面的夹角。向北为正。 3.15 地心纬度 geocentriclatitude 空间某点与地心的连线与赤道面的夹角。向北为正。 3.16 方位角 azimuthangle 从某点的指北方向线起,顺时针方向至目标方向线的水平夹角。 3.17 仰角 elevationangle 从一点到目标的方向线与水平面之间的夹角。 注:目标在水平面以上的称为“仰角”,目标在水平面以下的称为“俯角”。 3.18 俯仰角 angleofpitch 火箭纵轴ox1在发射坐标系xoy平面上的投影与ox轴的夹角,当投影在ox轴上为正,反之为负。 2GB/T32296—2015 3.19 偏航角 angleofyaw 火箭纵轴ox1与发射坐标系xoy平面的夹角。从尾部朝箭体头部方向看,纵轴在射面之左为正, 反之为负。 3.20 滚动角 angleofroll 箭体的横轴oz1与通过箭体纵轴ox1轴和发射坐标系oz轴的平面之间的夹角。 3.21 攻角 attackangle 速度矢量在火箭主对称面内的投影与箭体的纵轴(ox1轴)之间的夹角,当速度在ox1轴之下为正, 反之为负。 3.22 侧滑角 sideslipangle 速度矢量与火箭主对称面的夹角顺ox1轴方向看速度矢量,在主对称面之右为正,反之为负。 4 坐标系的基本要素 坐标系的基本要素见表1。 表1 坐标系的基本定义 序号名称 含义 符号 备注 1 坐标为了确定空间一点在一定的参 考系中的位置,按规定方法选取 的有次序的一组数— — 2坐标系一一对应的确定空间点与其坐 标(或向量与其分量)之间关系 的参考系— — 3坐标原点在坐标系中所有坐标值均等于 零的点o — 4空间点的 直角坐标有顺序的三个数,它们分别等于 从该点到所选取的三个相互垂 直的平面的距离x,y,z (ξ,η,ζ) (X,Y,Z)数x,y,z是从所选的相互垂直的平面交点 (坐标原点)引出的向径r-在这些平面交线 上的投影 5空间点的 曲线坐标有顺序的三个数(ρ1,ρ2,ρ3),单 值地确定空间点的位置ρ1,ρ2,ρ3数ρ1,ρ2,ρ3是直角坐标x,y,z的函数 ρ1=ρ1(x,y,z) ρ2=ρ2(x,y,z) ρ3=ρ3(x,y,z) 6坐标面某一坐标值为常数的点的集合(x),(y),(z) (ξ),(η),(ζ) (X),(Y),(Z) (ρ1),(ρ2),(ρ3)— 7坐标线两个坐标值保持常数的点的 轨迹[x],[y],[z] [ξ],[η],[ζ] [X],[Y],[Z] [ρ1],[ρ2],[ρ3]例如:[ρi]表示ρj=常数 i,j=1,2,3,j≠i 3GB/T32296—2015 表1(续) 序号名称 含义 符号 备注 8坐标轴由坐标线上某点引出的坐标线 的切线,其方向与相应坐标增大 的方向一致(数值为0)— 空间中每一点可作三个坐标轴 9主面 (主平面)两个坐标轴组成的坐标面(平 面)— 每个坐标系只能选取一个主面 10坐标单 位向量沿坐标轴方向的单位向量 — — 11参考线在主面上并通过坐标原点的线 — — 12正交坐 标系空间每一点的三个坐标轴相互 垂直的坐标系— — 13右手坐 标系正交坐标系坐标轴顺序按右手 法则确定的坐标系— — 14惯性坐 标系坐标轴的指向在惯性空间中保 持不变的坐标系— — 15相对坐 标系坐标轴的指向在惯性空间中是 变化的坐标系— — 注:“—”不做规定。 5 一般要求 5.1 直角坐标系的表示 直角坐标系以四个字符表示,依次代表坐标原点、第一、第二、第三坐标轴。本标准规定的坐标系 中,第一、第二、第三坐标轴应满足右手法则。 5.2 坐标系序数词的使用 本标准明确了坐标系的名称,对于其中带有序数词的坐标系,如地心(第一)轨道坐标系、地心(第 二)轨道坐标系等,在使用中只出现其中之一时,可以略去序数词。在出现两个及两个以上时,则应加上 相应的序数词,便于区别。 5.3 坐标轴字母及其下标的选用 本标准在定义坐标轴时选用的字母及其下标,作为优选的范围,使用者可以根据具体情况灵活 选用。 5.4 春分点、赤道、黄道的使用 在本标准定义的坐标系中,春分点、赤道的含义使用者可以自行选择某历元时刻的平春分点、真春 分点、平赤道、真赤道等,但在使用时应作注明。 未作特殊说明,本标准中平赤道、平春分点均对应历元2000.0时刻的平赤道、平春分点,并且平赤 4GB/T32296—2015 道指地球平赤道,如果是其他天体的平赤道,应明确指出。 5.5 坐标系的形式 坐标系的形式见表2。 表2 坐标系的形式 序号坐标系坐标符号 坐标面 坐标域 略图 1直角坐 标系x,y,z三个相互垂直的平面 x=常数; y=常数; z=常数-∞<x<+∞ -∞<y<+∞ -∞<z<+∞ 2圆柱坐 标系r,λ,zr=常数———以oz为轴 的圆柱面; λ=常数———通过oz轴 的半平面; z=常数———垂直oz轴 的平面0≤r<+∞ 0°≤λ<360°或 -180°<λ≤180° -∞<z<+∞ 3球面坐 标系R,λ,φR=常数———球心在坐标 原点的球面; λ=常数———通过oz轴 的半平面; φ=常数———顶点在坐标 原点,oz轴为轴的圆锥面0≤R<+∞ 0≤λ<360°或 -180°<λ≤180° -90°≤φ≤90° 4大地坐 标系h,L,Bh=常数———与参考椭球 面等距离的面; L=常数———通过参考椭 球短轴的半平面,经度; B=常数———是一个锥 面,其轴与参考椭球面的 短轴相重合,且其轴垂直 于椭球面,纬度-N≤h<+∞ 式中: N———卯酉圈曲率 半径 -90°≤B≤90° 0°≤L<360°或 -180°<L≤180° 直角坐标系、圆