所有围绕地球飞行的物体，都会受到太阳或月球引力、岁差活动等因素影响。轨道分析的目标，便是巧妙利用这些不同的力量，以最节省能源、最短距离和最安全的方式围绕地球飞行，甚至在不同星体之间往返。轨道分析也有利於人类对其他星体进行更仔细的探索，例如透过计算不同轨道下的重力和大气厚度，我们便可将卫星的飞行高度降得更低，从而以更贴近地面的距离观测火星。

 

NASA 一直以来都使用 AGI 公司开发的 Satellite Tool Kit (STK) 来进行任务设计和轨道分析，这类软件因专為少数族群而设计，而且设计者必须具备航天专业知识，所以生產成本非常的高，售价自然十分惊人。事实上 NASA 的专家 Nick Skytland 就曾经表示，2010 年在 NASA 的导航和任务设计部门的一个有 33 位工程师的团队中，单是软件授权费用的支出就高达 80 万美元 Linux伊甸园。有员工就曾经表示因為购买的授权数目不足，在「繁忙时段」会无法工作。更大的问题是以如此高价买回来的软件，因為厂方无法提供原程序码，要进行功能追加、运算验证甚至除错，都变得不可能。

 

其中一个例子便是 STK 元件之一的 Astrogator，它使用了 Mission Control Sequence (MCS) 来记述任务进行中的轨道控制过程。MCS 利用了微分修正法，可以针对控制常数和终端状态量，根据目标值进行微调，但却没有在某些制约条件下、将某个变数调整至最小的最佳化功能。為突破专属软件的限制，在 2005 年 NASA 就与空军等多个机构合作开发出 GMAT(The General Mission Analysis Tool)，并以 NASA Open Source Agreement (NOSA) 开源授权公开。在 GMAT 内已经预载了接近 40 项任务内容，包括地球自转卫星同步、征月任务和来回火星等等，即使不是这方面的专家，也可充分享受探索宇宙的乐趣。

 

主笔 

麦经伦 

2012 年 4 月 

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