Being a torque free motion of the rotating Earth, Chandler wobble is the major component in the Earth's polar motion with amplitude about 0.05-0.2 arcsec and period about 430-435 days. Free core nutation, also called nearly diurnal free wobble, exists due to the elliptical core-mantle boundary in the Earth and takes almost the whole part of un-modelled variation of the Earth's pole in the celestial sphere beside precession and nutation. We hereby present a brief summary of their theories and report their recent features acquired from updated datasets (EOP C04 and ECMWF) by using Fourier transform, modelling, and wavelet analysis. Our new findings include (1) period-instability of free core nutation between 420 and 450 days as well as its large amplitude-variation, (2) re-determined Chandler period and its quality factor, (3) fast decrease in Chandler amplitude after 2010.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.159-162
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2007
뉴테이션(Nutation, 장동)은 자이로스코프와 같은 큰 축 대칭 물체의 회전축에 대해 작은 불규칙적인(어원적으로 "nodding") 운동이다. 위성체가 회전상태에 돌입하게 될 때 위성체가 순수한 회전 운동이 아닌 뉴테이션 운동을 일으킬 경우, 이를 제거하기 위하여 뉴테이션댐퍼(NutationDamper)를 사용한다. 유도탄에 들어가는 부품 중에서 자이로조립체 내에 들어 있는 뉴테이션댐퍼의 개발을 하고자 본 연구를 수행 하게 되었으며, 자이로조립체 내에서 뉴테이션댐퍼의 역할은 자이로조립체의 원주상에 환형 튜브 형상으로 장착되어 자이로조립체가 세차운동(Precession)을 할 때 부가적으로 수반되는 바람직하지 못한 떨림(Wobble motion)인 뉴테이션을 감쇠시키는 기능을 수행한다.
The Earth is not perfectly spherical and its rotational axis is not fixed in space, and these geophysical and kinematic irregularities work as dominant perturbations in satellite orbit propagation. The International Earth Rotation Service (IERS) provides the Conventions as guidelines for using the Earth's model and the reference time and coordinate systems defined by the International Astronomical Union (IAU). These guidelines are directly applied to model orbital dynamics of Earth satellites. In the present work, the effects of the latest conventions released in 2010 on orbit propagation are investigated by comparison with cases of applying the previous guidelines, IERS Conventions (2003). All seven major updates are tested, i.e., for the models of the precession/nutation, the geopotential, the ocean tides, the ocean pole tides, the free core nutation, the polar motion, and the solar system ephemeris. The resultant position differences for one week of orbit propagation range from tens of meters for the geopotential model change from EGM96 to EGM2008 to a few mm for the precession/nutation model change from IAU2000 to IAU2006. The along-track differences vary secularly while the cross-track components show periodic variation. However, the radial-track position differences are very small compared with the other components in all cases. These phenomena reflect the variation of the ascending node and the argument of latitude. The reason is that the changed models tested in the current study can be regarded as small fluctuations of the geopotential model from the point of view of orbital dynamics. The ascending node and the argument of latitude are more sensitive to the geopotential than the other elements. This study contributes to understanding of the relation between the Earth's geophysical properties and orbital motion of satellites as well as satellite-based observations.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.27
no.1
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pp.693-700
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2009
For real-time precise GPS data processing such as a long baseline network RTK (Real-Time Kinematic) survey, PPP (Precise Point Positioning) and monitoring of ionospheric/tropospheric delays, it is necessary to guarantee accuracy comparable to IGS (International GNSS Service) precise orbit with no latency. As a preliminary study for determining near real-time satellite orbits, the general procedures of satellite orbit determination, especially the dynamic approach, were studied. In addition, the transformation between terrestrial and inertial reference frames was tested to integrate acceleration. The IAU 1976/1980 precession/nutation model showed a consistency of 0.05 mas with IAU 2000A model. Since the IAU 2000A model has a large number of nutation components, it took more time to compute the transformation matrix. The classical method with IAU 2000A model was two times faster than the NRO (non-rotating origin) approach, while there is no practical difference between two transformation matrices.
As the spatial resolution of remote sensing satellites becomes higher, very accurate determination of the position of a LEO (Low Earth Orbit) satellite is demanding more than ever. Non-symmetric Earth gravity is the major perturbation force to LEO satellites. Since the orbit propagation is performed in the celestial frame while Earth gravity is defined in the terrestrial frame, it is required to convert the coordinates of the satellite from one to the other accurately. Unless the coordinate conversion between the two frames is performed accurately the orbit propagation calculates incorrect Earth gravitational force at a specific time instant, and hence, causes errors in orbit prediction. The coordinate conversion between the two frames involves precession, nutation, Earth rotation and polar motion. Among these factors, unpredictability and uncertainty of Earth rotation, called UTI-UTC, is the largest error source. In this paper, the effect of UTI-UTC on the accuracy of the LEO propagation is introduced, tested and analzed. Considering the maximum unpredictability of UTI-UTC, 0.9 seconds, the meaningful order of non-spherical Earth harmonic functions is derived.
Studies on Earth's rotation and tide since the 19th century are briefly summarized. The theories of precession, nutation, polar motion, and periodic/secular changes in the rate of rotation are described individually. In addition, a brief review of the Milankovitch theory - the hypothesis of the relationship between the Earth's spin/orbital rotational state and the ice ages - is given. Finally, Earth's tides and their theoretical models are briefly explained. Some detailed technical content is summarized in the appendices.
Kim, Shinna;Oh, Se-Heon;For, Bi-Qing;Sheen, Yun-Kyeong
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.46
no.2
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pp.71.1-71.1
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2021
We perform disk-halo decomposition of the Large Magellanic Cloud (LMC) using a novel HI velocity field extraction method, aimed at better deriving its HI kinematics and thus mass distribution in the galaxy including both baryons and dark matter. We decompose all the line-of-sight velocity profiles of the combined HI data cube of the LMC, taken from the Australia Telescope Compact Array (ATCA) and Parkes radio telescopes with an optimal number of Gaussian components. For this, we use a novel tool, the so-called BAYGAUD which performs profile decomposition based on Bayesian MCMC techniques. From this, we disentangle turbulent non-ordered HI gas motions from the decomposed gas components, and produce an HI bulk velocity field which better follows the global circular rotation of the galaxy. From a 2D tilted-ring analysis of the HI bulk velocity field, we derive the rotation curve of the LMC after correcting for its transverse, nutation and precession motions. The dynamical contributions of baryons like stars and gaseous components which are derived using the Spitzer 3.6 micron image and the HI data are then subtracted from the total kinematics of the LMC. Here, we present the bulk HI rotation curve, the mass models of stars and gaseous components, and the resulting dark matter density profile of the LMC.
We solved n-body problem about 9 planets, moon, and 4 minor planets with relativistic effect related to the basic equation of motion of the solar system. Perturbations including flgure potential of the earth and the moon and solid earth tidal effect were considered on this relativistic equation of motion. The orientations employed precession and nutation for the earth, and lunar libration model with Eckert's lunar libration model based on J2000.0 were used for the moon. Finally, we developed heliocentric ecliptic position and velocity of each planet using this software package named the SSEG (Solar System Ephemerides Generator) by long-term (more than 100 years) simulation on CRAY-2S super computer, through testing each subroutine on personal computer and short-time(within 800 dyas) running on SUN3/280 workstation. Epoch of input data JD2440400.5 were adopted in order to compare our results to the data archived from JPL's DE 200 by Standish and Newhall. Above equation of motion was integrated numerically having 1-day step-size interval through 40,000 days (about 110 years long) as total computing interval. We obtained high-precision ephemerides of the planets with maximum error, less $than\pm2\times10^{-8}AU(\approx\pm3km)$ compared with DE200 data (except for mars and moon).
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.9
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pp.73-80
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2005
This paper addresses a newly proposed start-up method of the HAUSAT-2 momentum wheel. The HAUSAT-2 is a 25kg class nanosatellite which is stabilized to earth pointing by 3-axis active control method. A momentum wheel performs two functions. It provides a pitch-axis momentum bias while measuring satellite pitch and roll attitude. Pitch control is accomplished in the conventional way by driving a momentum wheel in response to pitch attitude errors. Precession control and nutation damping are provided by driving the pitch axis magnetic torquer. A momentum wheel is nominally spinning at a particular rate and changes speed. This simulation study investigates the feasibility and performance of a proposed strategy for starting-up the wheel. A proposed strategy to start-up the wheel shows that a pitch momentum wheel can be successfully started-up to its nominal speed from rest and be stabilized to nadir pointing.
An orbit propagation software for the Mars orbiting spacecraft has been developed and verified in preparations for the future Korean Mars missions. Dynamic model for Mars orbiting spacecraft has been studied, and Mars centered coordinate systems are utilized to express spacecraft state vectors. Coordinate corrections to the Mars centered coordinate system have been made to adjust the effects caused by Mars precession and nutation. After spacecraft enters Sphere of Influence (SOI) of the Mars, the spacecraft experiences various perturbation effects as it approaches to Mars. Every possible perturbation effect is considered during integrations of spacecraft state vectors. The Mars50c gravity field model and the Mars-GRAM 2001 model are used to compute perturbation effects due to Mars gravity field and Mars atmospheric drag, respectively. To compute exact locations of other planets, JPL's DE405 ephemerides are used. Phobos and Deimos's ephemeris are computed using analytical method because their informations are not released with DE405. Mars Global Surveyor's mapping orbital data are used to verify the developed propagator performances. After one Martian day propagation (12 orbital periods), the results show about maximum ${\pm}5$ meter errors, in every position state components(radial, cross-track and along-track), when compared to these from the Astrogator propagation in the Satellite Tool Kit. This result shows high reliability of the developed software which can be used to design near Mars missions for Korea, in future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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