July 14, 2015

Satellites Orbit Elements – Ephemeris, Keplerian elements, State vectors

   Satellites  Orbit  Elements  –  Ephemeris,  Keplerian  elements,  State vectors

by   R C   Chakraborty,   July 14,  2015,   Pages  164 – 192.

(This   is   Sec. 5,    pp  164 – 192,   of   Orbital   Mechanics  –  Model   &   Simulation   Software  (OM-MSS),   Sec.  1  to 10,   pp  1  –  402.)

Satellite  is  an  artificial object,  intentionally  placed  into  orbit.  Thousands  of  Satellites  have  been  launched  into orbit  around  Earth.  A  few  Satellites  called  Space  Probes  have  been  placed  into  orbit  around  Moon,  Mercury,  Venus,  Mars,  Jupiter,  Saturn, etc.  The  Moon  is  the  Earth’s  only  natural  Satellite,  moves  around  Earth  in  the same  kind  of  orbit.

The  Motion  of  a  Satellite  is  a  direct  consequence  of  the  Gravity  of  a  body  (earth),   around  which  the  satellite  travels  without  any  propulsion.    A  satellite  move  around  Earth  is  pulled  in  by  the  gravitational  force (centripetal)  of  the  Earth.    Contrary  to  this  pull,  the  rotating  motion  of  satellite  around  Earth  has  an  associated  force  (centrifugal)  which  pushes  it  away  from  the  Earth.    The  centrifugal  force  equals  the  gravitational  force  and  perfectly  balance  to  maintain  the  satellite  in  its  orbit.

The  Velocity  of  a  Satellite  in  circular  or  elliptical  orbit  depends  on  its  altitude  ‘h’  at  that  point.   Secondly,  the  mass  of  satellite  does  not  appear  in  its  velocity  equations.    Thus  satellite  velocity  in  its  orbit  is  independent  of  its  mass.   Further,  a  satellite  in  elliptical  orbit  moves  faster  when  closer  to  earth  (near  perigee)  and  moves  slower  when  farther  from  earth  (near  apogee).

Preliminaries   about   Satellite   Orbit   :

Earth  Gravity  and  Satellite  Motion,   Velocity  equations,   Attitude  control,   Time  period,  Orbits,  Low  earth  orbit  (LEO),  Medium  earth  orbit  (MEO),   High   earth  orbit  (HEO),   Geosynchronous  orbit  (GSO),   Geostationary  (GEO),   Equatorial  Orbit,   Polar  Orbit,   Sun-synchronous  orbit.    Satellite  Ephemeris  data,   Satellite  Orbit  Keplerian  Element  Set,   Satellite  Orbit  State  Vectors   Set,   Ground  Trace.

Satellite   Ephemeris   data   and   conversion   utilities  of   the   OM-MSS   software   :

Satellite  Ephemeris  is  expressed  either  by  ‘Keplerian  elements’   or   by  ‘State  Vectors’,   that  uniquely  identify  a  specific  orbit.

1.   NASA / NORAD  ‘Two-Line  Elements’  (TLE)  Ephemeris  Data  Set   :    The  Keplerian  elements  are  encoded  as  text  in  different  formats.    The  most  common  format  is  NASA / NORAD      ‘Two-Line  Elements’  (TLE).

2.   Conversion  of  Keplerian  Element  Set  to  State  Vector  Set  and  Vice  versa   :    Applied  to  six  satellites,  LANDSAT 8,   SPOT 6,   CARTOSAT-2B,   ISS (ZARYA),   GSAT-14,   and   Moon .

3.   Computing  Satellite  Orbit  Keplerian  Element  set  at  Perigee   prior   to Epoch   :    Applied  to  six  satellites,  LANDSAT 8,   SPOT 6,   CARTOSAT-2B,   ISS (ZARYA),   GSAT-14,   and   Moon .

For  complete  post  (Page  164  –  192)   Move   on  to   Website   URL   :


Create a free website or blog at