Екваториална орбита. Геостационарна орбита

Точно както местата в театъра предоставят различни гледни точки на представлението, различните сателитни орбити предоставят перспективи, всяка с различна цел. Някои изглежда сякаш се реят над точка на повърхността, осигурявайки постоянен изглед към едната страна на Земята, докато други кръжат около нашата планета, преминавайки през много места за един ден.

Видове орбити

На каква височина летят сателитите? Има 3 вида околоземни орбити: високи, средни и ниски. На най-високото ниво, най-отдалечено от повърхността, по правило се намират много метеорологични и някои комуникационни спътници. Сателитите, въртящи се в средна околоземна орбита, включват навигационни и специални, предназначени да наблюдават определен регион. Повечето научни космически кораби, включително флотът на НАСА за наблюдение на Земята, са в ниска орбита.

Скоростта на тяхното движение зависи от надморската височина, на която летят спътниците. Когато се приближите до Земята, гравитацията става по-силна и движението се ускорява. Например на спътника Aqua на НАСА са му необходими около 99 минути, за да обиколи нашата планета на височина от около 705 км, докато на метеорологично устройство, разположено на 35 786 км от повърхността, са необходими 23 часа, 56 минути и 4 секунди. На разстояние 384 403 км от центъра на Земята Луната прави един оборот за 28 дни.

Аеродинамичен парадокс

Промяната на надморската височина на спътника променя и неговата орбитална скорост. Тук има един парадокс. Ако сателитен оператор иска да увеличи скоростта си, той не може просто да запали двигателите, за да я ускори. Това ще увеличи орбитата (и надморската височина), което ще доведе до намаляване на скоростта. Вместо това трябва да стартирате двигателите в посока, обратна на посоката на движение на сателита, тоест да извършите действие, което на Земята би забавило движението превозно средство. Това действие ще го премести по-ниско, позволявайки по-голяма скорост.

Характеристики на орбитата

В допълнение към надморската височина, пътят на сателита се характеризира с ексцентричност и наклон. Първият е свързан с формата на орбитата. Сателит с нисък ексцентрицитет се движи по траектория, близка до кръговата. Ексцентричната орбита има формата на елипса. Разстоянието от космическия кораб до Земята зависи от неговото положение.

Наклонът е ъгълът на орбитата спрямо екватора. Сателит, който обикаля директно над екватора, има нулев наклон. Ако космически кораб премине над северната и южните полюси(географски, а не магнитен), наклонът му е 90°.

Всички заедно – височина, ексцентричност и наклон – определят движението на спътника и как ще изглежда Земята от негова гледна точка.

Високо близо до Земята

Когато сателитът достигне точно 42 164 км от центъра на Земята (около 36 хиляди км от повърхността), той навлиза в зона, където орбитата му съвпада с въртенето на нашата планета. Тъй като корабът се движи със същата скорост като Земята, т.е. неговият орбитален период е 24 часа, изглежда, че остава неподвижен на една дължина, въпреки че може да се движи от север на юг. Тази специална висока орбита се нарича геосинхронна.

Сателитът се движи по кръгова орбита точно над екватора (ексцентрицитетът и наклонът са нула) и остава неподвижен спрямо Земята. Винаги се намира над една и съща точка на повърхността му.

Орбитата на Молния (наклон 63,4°) се използва за наблюдение на големи географски ширини. Геостационарните спътници са свързани с екватора, така че не са подходящи за далечните северни или южни региони. Тази орбита е доста ексцентрична: космическият кораб се движи в удължена елипса със Земята, разположена близо до единия ръб. Тъй като спътникът се ускорява от гравитацията, той се движи много бързо, когато е близо до нашата планета. Докато се отдалечава, скоростта му се забавя, така че прекарва повече време в горната част на орбитата си на най-отдалечения от Земята ръб, разстоянието до което може да достигне 40 хиляди км. Орбиталният период е 12 часа, но сателитът прекарва около две трети от това време над едно полукълбо. Подобно на полусинхронна орбита, спътникът следва един и същ път на всеки 24 часа.Използва се за комуникация в далечния север или юг.

Ниско близо до Земята

Повечето научни спътници, много метеорологични спътници и космическата станция са в почти кръгова околоземна орбита. Техният наклон зависи от това какво наблюдават. TRMM беше пуснат за наблюдение на валежите в тропиците, така че има относително нисък наклон (35°), оставайки близо до екватора.

Много от спътниците на системата за наблюдение на НАСА имат почти полярна орбита с висок наклон. Космическият кораб се движи около Земята от полюс до полюс с период от 99 минути. Половината от времето минава над дневната страна на нашата планета, а на полюса се обръща към нощната страна.

Докато сателитът се движи, Земята се върти под него. Докато превозното средство се придвижи до осветената зона, то е над зоната, съседна на зоната на последната му орбита. За период от 24 часа полярните спътници покриват по-голямата част от Земята два пъти: веднъж през деня и веднъж през нощта.

Слънчево-синхронна орбита

Точно както геосинхронните сателити трябва да бъдат разположени над екватора, което им позволява да останат над една точка, сателитите в полярна орбита имат способността да останат по едно и също време. Тяхната орбита е слънчево-синхронна - когато космическият кораб пресича екватора, локалният слънчево времевинаги същото. Например сателитът Terra винаги го пресича над Бразилия в 10:30 сутринта. Следващото преминаване 99 минути по-късно над Еквадор или Колумбия също се случва в 10:30 местно време.

Слънчево-синхронна орбита е от съществено значение за науката, защото позволява слънчева светлинадо повърхността на Земята, въпреки че ще варира в зависимост от сезона. Тази последователност означава, че учените могат да сравняват изображения на нашата планета от един и същи сезон в продължение на няколко години, без да се тревожат за твърде големи скокове в светлината, които биха могли да създадат илюзията за промяна. Без слънчева синхронна орбита би било трудно да ги проследим във времето и да съберем информацията, необходима за изследване на изменението на климата.

Пътят на сателита тук е много ограничен. Ако е на височина 100 км, орбитата трябва да има наклон от 96°. Всяко отклонение ще бъде неприемливо. Тъй като атмосферното съпротивление и гравитационната сила на Слънцето и Луната променят орбитата на космическия кораб, тя трябва да се коригира редовно.

Инжектиране в орбита: изстрелване

Изстрелването на спътник изисква енергия, чието количество зависи от местоположението на стартовата площадка, височината и наклона на бъдещата траектория на неговото движение. Достигането до далечна орбита изисква повече енергия. Сателитите със значителен наклон (например полярните) са по-енергоемки от тези, които обикалят около екватора. Вмъкването в орбита с нисък наклон се подпомага от въртенето на Земята. се движи под ъгъл 51,6397°. Това е необходимо, за да могат космическите совалки и руски ракетибеше по-лесно да се стигне до нея. Височината на МКС е 337-430 км. Полярните спътници, от друга страна, не получават никаква помощ от импулса на Земята, така че им е необходима повече енергия, за да се издигнат на същото разстояние.

Корекция

След като сателитът бъде изстрелян, трябва да се положат усилия той да се задържи в определена орбита. Тъй като Земята не е идеална сфера, нейната гравитация е по-силна на някои места. Тази неравномерност, заедно с гравитационното привличане на Слънцето, Луната и Юпитер (най-масивната планета слънчева система), променя наклона на орбитата. През целия си живот сателитите GOES са били коригирани три или четири пъти. Апаратите на НАСА с ниска орбита трябва да коригират своя наклон всяка година.

Освен това спътниците в близост до Земята се влияят от атмосферата. Най-горните слоеве, макар и доста разредени, оказват достатъчно силно съпротивление, за да ги придърпат по-близо до Земята. Действието на гравитацията води до ускоряване на сателитите. С течение на времето те изгарят, спираловидно по-ниско и по-бързо в атмосферата или падат на Земята.

Атмосферното съпротивление е по-силно, когато Слънцето е активно. Точно като въздуха в балон с горещ въздухразширява се и се издига при нагряване, атмосферата се издига и разширява, когато Слънцето й дава допълнителна енергия. Тънките слоеве на атмосферата се издигат, а по-плътните слоеве заемат тяхното място. Следователно сателитите, обикалящи около Земята, трябва да променят позицията си приблизително четири пъти годишно, за да компенсират атмосферното съпротивление. Когато слънчевата активност е максимална, позицията на устройството трябва да се коригира на всеки 2-3 седмици.

Космически боклук

Третата причина, налагаща промяна на орбитата, са космическите отпадъци. Един от комуникационните спътници на Иридиум се сблъска с неработещ руски космически кораб. Те се разбиха, създавайки облак от отломки, състоящ се от повече от 2500 парчета. Всеки елемент е добавен към базата данни, която днес включва над 18 000 обекта с изкуствен произход.

НАСА внимателно следи всичко, което може да бъде по пътя на сателитите, тъй като орбитите вече трябваше да бъдат променяни няколко пъти поради космически отпадъци.

Инженерите наблюдават позицията на космическите отпадъци и сателитите, които биха могли да попречат на движението, и внимателно планират маневри за избягване, ако е необходимо. Същият екип планира и изпълнява маневри за регулиране на наклона и височината на сателита.

Сателит на Земята е всеки обект, който се движи по извита траектория около планета. Луната е оригинална естествен спътникЗемята и има много изкуствени спътници, обикновено в близка до Земята орбита. Пътят, следван от сателит, е орбита, която понякога има формата на кръг.

Съдържание:

За да разберем защо сателитите се движат така, трябва да се върнем към нашия приятел Нютон. съществува между всеки два обекта във Вселената. Ако не беше тази сила, сателит, който се движи близо до планетата, би продължил да се движи със същата скорост и в същата посока - по права линия. Този праволинеен инерционен път на спътника обаче се балансира от силно гравитационно привличане, насочено към центъра на планетата.

Орбити на изкуствени земни спътници

Понякога орбитата на сателита изглежда като елипса, смачкан кръг, който се движи около две точки, известни като фокуси. Прилагат се същите основни закони на движение, с изключение на това, че планетата е в един от фокусите. В резултат на това общата сила, приложена към сателита, не е еднаква по цялата орбита и скоростта на сателита се променя постоянно. Движи се най-бързо, когато е най-близо до Земята - точка, известна като перигей - и най-бавно, когато е най-отдалечена от Земята - точка, известна като апогей.

Има много различни сателитни орбити на Земята. Тези, които получават най-голямо внимание, са геостационарните орбити, защото те са неподвижни над определена точка на Земята.

Орбитата, избрана за изкуствен спътник, зависи от неговото приложение. Например телевизията на живо използва геостационарната орбита. Много комуникационни сателити също използват геостационарна орбита. Други сателитни системи, като сателитни телефони, могат да използват ниски околоземни орбити.

По същия начин сателитните системи, използвани за навигация, като Navstar или Global Positioning (GPS), заемат сравнително ниска земна орбита. Има и много други видове сателити. От сателити за времето до сателити за изследване. Всеки ще има свой собствен тип орбита в зависимост от приложението си.

Действителната избрана орбита на сателита на Земята ще зависи от фактори, включително неговата функция и зоната, в която трябва да служи. В някои случаи орбитата на спътника на Земята може да бъде толкова голяма, колкото 100 мили (160 км) за LEO ниска земна орбита, докато други могат да достигнат над 22 000 мили (36 000 км), както в случая на GEO ниска околоземна орбита.

Първият изкуствен спътник на земята

Първият изкуствен спътник на Земята е изстрелян на 4 октомври 1957 г съветски съюзи е първият изкуствен спътник в историята.

Спутник 1 беше първият от няколкото сателита, изстреляни от Съветския съюз в програмата Спутник, повечето от които бяха успешни. Сателит 2 последва втория спътник в орбита и също така първия, който носи животно на борда, женско куче на име Лайка. Спутник 3 претърпя първи отказ.

Първият спътник на Земята имаше приблизителна маса от 83 kg, имаше два радиопредавателя (20.007 и 40.002 MHz) и обикаляше около Земята на разстояние 938 km от апогея и 214 km в перигея. Анализът на радиосигналите е използван за получаване на информация за концентрацията на електрони в йоносферата. Температурата и налягането са били кодирани за продължителността на излъчваните от него радиосигнали, което показва, че сателитът не е бил перфориран от метеорит.

Първият спътник на Земята беше алуминиева сфера с диаметър 58 см, с четири дълги и тънки антени с дължина от 2,4 до 2,9 м. Антените приличаха на дълги мустаци. Космическият кораб получи информация за плътността горни слоевеатмосферата и разпространението на радиовълните в йоносферата. Инструменти и източници електрическа енергиябяха поставени в капсула, която също включваше радиопредаватели, работещи на 20,007 и 40,002 MHz (около 15 и 7,5 m дължина на вълната), емисиите бяха направени в алтернативни групи с продължителност 0,3 s. Наземната телеметрия включва данни за температурата вътре и на повърхността на сферата.

Тъй като сферата беше пълна с азот под налягане, Спутник 1 имаше първата си възможност да открие метеорити, въпреки че не го направи. Загубата на вътрешно налягане, дължаща се на проникване към външната повърхност, беше отразена в температурните данни.

Видове изкуствени спътници

Изкуствени сателитиима различни видове, форми, размери и играят различни роли.

Метеорологични сателитипомогнете на метеоролозите да прогнозират времето или да видят какво се случва в този момент. Добър пример е геостационарният оперативен сателит за околната среда (GOES). Тези земни спътници обикновено съдържат камери, които могат да връщат снимки земното време, или от фиксирани геостационарни позиции, или от полярни орбити.
Комуникационни сателитипозволяват предаване на телефонни и информационни разговори чрез сателит. Типичните комуникационни сателити включват Telstar и Intelsat. Най-важната характеристика на комуникационния сателит е транспондерът, радиоприемник, който улавя разговор на една честота и след това го усилва и препредава обратно на Земята на различна честота. Един сателит обикновено съдържа стотици или хиляди транспондери. Комуникационните сателити обикновено са геосинхронни.
Сателити за излъчванепредават телевизионни сигнали от една точка до друга (подобно на комуникационните сателити).
Научни сателити, като Cosmic телескоп Хъбъл, изпълняват всякакви научни мисии. Те гледат всичко - от слънчеви петна до гама лъчи.
Навигационни сателитипомогнете на корабите и самолетите да се ориентират. Най-известните са сателитите GPS NAVSTAR.
Спасителни сателитиреагират на сигнали за радиосмущения.
Сателити за наблюдение на Земятапроверка на планетата за промени във всичко - от температура, горска покривка до ледена покривка. Най-известните са сериите Landsat.
Военни сателитиЗемята е в орбита, но повечето отдействителната информация за ситуацията остава тайна. Сателитите могат да включват криптирано комуникационно реле, ядрен мониторинг, наблюдение на движенията на врага, ранно предупреждение за изстрелване на ракети, подслушване на наземни радио връзки, радарни изображения и фотография (използвайки по същество големи телескопи, които снимат военно интересни зони).

Земята от изкуствен спътник в реално време

Снимки на земята от изкуствен спътник, излъчвани в реално време от НАСА от Международната космическа станция. Изображенията се заснемат от четири камери с висока резолюция, изолиран от ниски температури, което ни позволява да се чувстваме по-близо до космоса от всякога.

Експериментът (HDEV) на борда на МКС беше активиран на 30 април 2014 г. Той е монтиран на външния товарен механизъм на модула Columbus на Европейската космическа агенция. Този експеримент включва няколко видеокамери с висока разделителна способност, които са затворени в корпус.

съвети; поставете плейъра в HD и цял екран. Има моменти, когато екранът ще бъде черен, това може да се дължи на две причини: станцията преминава през орбитална зона, където е през нощта, орбитата продължава приблизително 90 минути. Или екранът потъмнява, когато камерите се сменят.

Колко сателита има в околоземна орбита 2018?

Според Индекса на обектите, изстреляни в космоса на Службата на ООН за космическото пространство (UNOOSA), в момента има около 4256 сателита в орбитата на Земята, което е с 4,39% повече от миналата година.

221 сателита бяха изстреляни през 2015 г., вторият най-много за една година, въпреки че е под рекордния брой от 240, изстреляни през 2014 г. Увеличението на броя на сателитите в орбита около Земята е по-малко от броя на изстреляните миналата година, тъй като сателитите имат ограничен живот. Големите комуникационни сателити издържат 15 или повече години, докато малките сателити като CubeSats могат да очакват експлоатационен живот само от 3-6 месеца.

Колко от тези сателити в околоземна орбита работят?

Съюзът на учените (UCS) изяснява кои от тези орбитални спътници работят и не е толкова много, колкото си мислите! В момента има само 1419 работещи спътника на Земята - само около една трета от общия брой в орбита. Това означава, че има много безполезен метал около планетата! Ето защо има голям интерес от страна на компании, които търсят как улавят и връщат космически отпадъци, използвайки техники като космически мрежи, прашки или слънчеви платна.

Какво правят всички тези сателити?

Според UCS основните цели на работещите сателити са:

Комуникации - 713 сателита
Наблюдение на Земята/наука - 374 сателита
Технологична демонстрация/разработка с помощта на 160 сателита
Навигация и GPS - 105 сателита
Космическа наука - 67 сателита

Трябва да се отбележи, че някои сателити имат множество цели.

Кой притежава сателитите на Земята?

Интересно е да се отбележи, че има четири основни типа потребители в базата данни на UCS, въпреки че 17% от сателитите са собственост на множество потребители.

94 сателита, регистрирани от цивилни: те са като цяло образователни институции, въпреки че има и други национални организации. 46% от тези сателити имат за цел да развиват технологии като науката за Земята и космоса. Наблюденията представляват още 43%.
579 принадлежат на търговски потребители: търговски организации и държавни организациикоито искат да продадат данните, които събират. 84% от тези сателити са фокусирани върху комуникации и услуги за глобално позициониране; от останалите 12% са сателити за наблюдение на Земята.
401 сателита са собственост на държавни потребители: главно национални космически организации, но също и други национални и международни органи. 40% от тях са сателити за комуникация и глобално позициониране; други 38% са фокусирани върху наблюдението на Земята. От останалата част развитието на космическата наука и технологии представлява съответно 12% и 10%.
345 сателита принадлежат на военните: отново фокусът тук са комуникациите, наблюдението на Земята и системите за глобално позициониране, като 89% от сателитите имат една от тези три цели.

Колко сателита имат държавите?

Според UNOOSA около 65 държави са изстреляли сателити, въпреки че базата данни на UCS има само 57 държави, записани с помощта на сателити, а някои сателити са изброени със съвместни/многонационални оператори. Най-големият:

САЩ с 576 сателита
Китай със 181 сателита
Русия със 140 сателита
Посочено е, че Обединеното кралство има 41 спътника, плюс участва в допълнителни 36 спътника, управлявани от Европейската космическа агенция.

Спомнете си, когато погледнете!
Следващият път, когато погледнете нощното небе, не забравяйте, че между вас и звездите има около два милиона килограма метал, обграждащ Земята!

Точка на изправяне

където е масата на спътника, е масата на Земята в килограми, е гравитационната константа и е разстоянието в метри от спътника до центъра на Земята или, в този случай, радиуса на орбитата.

Големината на центробежната сила е равна на:

където е центростремителното ускорение, което възниква по време на кръгово движение в орбита.

Както можете да видите, масата на спътника присъства като фактор в изразите за центробежната сила и за гравитационната сила, тоест височината на орбитата не зависи от масата на спътника, което е вярно за всякакви орбити и е следствие от равенството на гравитационната и инерционната маса. Следователно геостационарната орбита се определя само от надморската височина, на която центробежната сила ще бъде равна по големина и противоположна по посока на гравитационната сила, създадена от гравитацията на Земята на дадена надморска височина.

Центростремителното ускорение е равно на:

където е ъгловата скорост на въртене на сателита, в радиани в секунда.

Нека направим едно важно уточнение. Всъщност центростремителното ускорение има физически смисъл само в инерционна отправна система, докато центробежната сила е така наречената въображаема сила и се проявява изключително в отправни системи (координати), които са свързани с въртящи се тела. Центростремителната сила (в този случай силата на гравитацията) причинява центростремително ускорение. По абсолютна стойност центростремителното ускорение в инерционната отправна система е равно на центробежното ускорение в отправната система, свързана в нашия случай със спътника. Следователно, освен това, като вземем предвид направената забележка, можем да използваме термина "центростремително ускорение" заедно с термина "центробежна сила".

Приравнявайки изразите за гравитационни и центробежни сили със замяна на центростремително ускорение, получаваме:

Намалявайки , превеждайки наляво и надясно, получаваме:

Този израз може да бъде написан по различен начин, като се замени с геоцентричната гравитационна константа:

Ъгловата скорост се изчислява чрез разделяне на изминатия ъгъл за оборот (радиани) на периода на оборот (времето, необходимо за извършване на един оборот). пълен обороторбита: един звезден ден или 86 164 секунди). Получаваме:

рад/сек

Полученият орбитален радиус е 42 164 км. Като извадим екваториалния радиус на Земята, 6 378 км, получаваме надморска височина от 35 786 км.

Можете да направите изчисленията по друг начин. Надморската височина на геостационарната орбита е разстоянието от центъра на Земята, където ъгловата скорост на спътника, съвпадаща с ъгловата скорост на въртене на Земята, генерира орбитална (линейна) скорост, равна на първата скорост на бягство (за да се осигури кръгова орбита) на дадена надморска височина.

Линейната скорост на сателит, движещ се с ъглова скорост на разстояние от центъра на въртене, е равна на

Първата скорост на бягство на разстояние от обект с маса е равна на

Приравнявайки една към друга десните части на уравненията, стигаме до получения преди това израз радиус GSO:

Орбитална скорост

Скоростта на движение в геостационарна орбита се изчислява чрез умножаване на ъгловата скорост по радиуса на орбитата:

км/сек

Това е приблизително 2,5 пъти по-малко от първата скорост на бягство от 8 km/s в ниска околоземна орбита (с радиус 6400 km). Тъй като квадратът на скоростта за кръгова орбита е обратно пропорционален на нейния радиус,

тогава намаляването на скоростта спрямо първата космическа скорост се постига чрез увеличаване на орбиталния радиус повече от 6 пъти.

Дължина на орбитата

Дължина на геостационарна орбита: . При орбитален радиус от 42 164 км получаваме орбитална дължина от 264 924 км.

Дължината на орбитата е изключително важна за изчисляване на „стойките” на сателитите.

Поддържане на сателит в орбитална позиция в геостационарна орбита

Сателит, обикалящ в геостационарна орбита, е под въздействието на редица сили (смущения), които променят параметрите на тази орбита. По-специално, такива смущения включват гравитационни лунно-слънчеви смущения, влиянието на нехомогенността на гравитационното поле на Земята, елиптичността на екватора и др. Орбиталната деградация се изразява в две основни явления:

1) Сателитът се движи по орбитата от първоначалната си орбитална позиция към една от четирите точки на стабилно равновесие, т.нар. „потенциални геостационарни орбитални дупки“ (дължините им са 75,3°E, 104,7°W, 165,3°E и 14,7°W) над екватора на Земята;

2) Наклонът на орбитата към екватора се увеличава (от първоначалната 0) със скорост от около 0,85 градуса на година и достига максимална стойност от 15 градуса за 26,5 години.

За да компенсира тези смущения и да задържи спътника в определената стационарна точка, спътникът е оборудван със система за задвижване (химическа или електрическа ракета). Чрез периодично включване на двигателите с ниска тяга (корекция "север-юг", за да компенсира увеличаването на орбиталния наклон и "запад-изток", за да компенсира дрейфа по орбитата), спътникът се задържа в определената стационарна точка. Такива включвания се правят няколко пъти на всеки няколко (10-15) дни. Важно е, че корекцията север-юг изисква значително по-голямо увеличение на характеристичната скорост (около 45-50 m/s годишно), отколкото за надлъжната корекция (около 2 m/s годишно). За да се осигури коригиране на орбитата на спътника през целия му експлоатационен живот (12-15 години за съвременните телевизионни спътници), е необходим значителен запас от гориво на борда (стотици килограми, в случай на използване на химически двигател). химически ракетен двигателСателитът има захранване с изместващо гориво (заряден газ-хелий) и работи с дълготрайни компоненти с висока температура на кипене (обикновено несиметричен диметилхидразин и двуазотен тетроксид). Редица сателити са оборудвани с плазмени двигатели. Тягата им е значително по-малка от химическите, но по-голямата им ефективност позволява (поради дългосрочната работа, измерена в десетки минути за една маневра) радикално да се намали необходимата маса на горивото на борда. Изборът на тип задвижваща система се определя от специфични технически характеристикиапарат.

Същата система за задвижване се използва, ако е необходимо, за маневриране на сателита в друга орбитална позиция. В някои случаи - обикновено в края на живота на сателита, за да се намали разходът на гориво, корекцията на орбитата север-юг се спира, а останалото гориво се използва само за корекцията запад-изток.

Запасът от гориво е основният ограничаващ фактор за експлоатационния живот на сателит в геостационарна орбита.

Недостатъци на геостационарната орбита

Забавяне на сигнала

Комуникациите чрез геостационарни спътници се характеризират с големи закъснения в разпространението на сигнала. С орбитална височина от 35 786 km и скорост на светлината от около 300 000 km/s, пътуването на лъча Земя-сателит изисква около 0,12 s. Път на лъча „Земя (предавател) → сателит → Земя (приемник)“ ≈0,24 s. Пингът (отговорът) ще бъде половин секунда (по-точно 0,48 s). Като се вземе предвид забавянето на сигнала в сателитното оборудване и оборудването на наземните услуги, общото забавяне на сигнала по маршрута „Земя → сателит → Земя“ може да достигне 2-4 секунди. Това забавяне прави невъзможно използването на сателитни комуникации с помощта на GSO в различни услуги в реално време (например в онлайн игри).

Невидимост на GSO от големи географски ширини

Тъй като геостационарната орбита не се вижда от големи географски ширини (от приблизително 81° до полюсите), а на ширини над 75° се наблюдава много ниско над хоризонта (в реални условия сателитите просто са скрити от изпъкнали обекти и терен) и само малка част от орбитата се вижда ( виж таблицата), тогава комуникацията и телевизионното излъчване с помощта на GSO е невъзможно в районите с висока географска ширина на Далечния север (Арктика) и Антарктика. Например американските полярни изследователи на станцията Амундсен-Скот, с които да общуват външен свят(телефония, интернет) използват оптичен кабел с дължина 1670 километра до място, разположено на 75° ю.ш. френската станция Конкордия, от която вече се виждат няколко американски геостационарни спътника.

Таблица на наблюдавания сектор на геостационарната орбита в зависимост от географската ширина на мястото
Всички данни са дадени в градуси и техните дроби.

Географска ширина терен	Видим орбитален сектор
Географска ширина терен	Теоретичен сектор	истински (включително облекчение) сектор
90	--	--
82	--	--
81	29,7	--
80	58,9	--
79	75,2	--
78	86,7	26,2
75	108,5	77
60	144,8	132,2
50	152,8	143,3
40	157,2	149,3
20	161,5	155,1
0	162,6	156,6

От таблицата по-горе може да се види например, че ако на географската ширина на Санкт Петербург (~ 60°) видимият сектор на орбитата (и съответно броят на получените спътници) е равен на 84% от възможно най-много (на екватора), тогава на ширината на Таймир (~75°) видимият сектор е 49%, а на ширината на Шпицберген и нос Челюскин (~78°) е само 16% от наблюдавания на екватор. Този сектор от орбитата в района на Сибир съдържа 1-2 спътника (не винаги от необходимата страна).

Слънчева интерференция

Един от най-неприятните недостатъци на геостационарната орбита е намаляването и пълната липса на сигнал в ситуация, когато слънцето и сателитът на предавателя са на една линия с приемната антена (позиция „слънце зад спътника“). Това явление е присъщо и на други орбити, но в геостационарните орбити, когато спътникът е „неподвижен“ в небето, се проявява особено ясно. В средните географски ширини на северното полукълбо слънчевата интерференция възниква в периодите от 22 февруари до 11 март и от 3 до 21 октомври с максимална продължителност до десет минути. При ясно време фокусирани антени със светло покритие слънчеви лъчиможе да повреди (стопи) предавателното и приемателно оборудване на сателитната антена.

Вижте също

Квазигеостационарна орбита

Бележки

Ноордунг ХерманПроблемът с пътуването в космоса. - Издателство ДИАНЕ, 1995. - С. 72. - ISBN 978-0788118494
Извънземни релета - могат ли ракетните станции да осигурят световно радиопокритие? (английски) (pdf). Артър К. Кларк (октомври 1945 г.). Архивирано
Изискването сателитите да останат неподвижни спрямо Земята в своите орбитални позиции в геостационарна орбита, както и голям бройсателити в тази орбита в различни точки, водят до интересен ефект при наблюдение и фотографиране на звезди с телескоп с помощта на насочване - поддържане на ориентацията на телескопа в дадена точка на звездното небе, за да се компенсира дневното въртене на Земята (задача обратно на геостационарните радиокомуникации). Ако наблюдавате през такъв телескоп звездно небеблизо до небесния екватор, където минава геостационарната орбита, тогава при определени условия можете да видите сателити, преминаващи един след друг на фона на неподвижни звезди в тесен коридор, като автомобили на натоварена магистрала. Това е особено забележимо при снимки на звезди с дълги експозиции, вижте например: Бабак А. Тафреши.Геостационарна магистрала. (Английски) . Светът през нощта (TWAN). Архивиран от оригинала на 23 август 2011 г. Посетен на 25 февруари 2010 г.източник: Бабак Тафреши (Нощен свят).Геостационарна магистрала. (Руски) . Astronet.ru. Архивиран от оригинала на 23 август 2011 г. Посетен на 25 февруари 2010 г.
за орбити на спътници, чиято маса е пренебрежимо малка в сравнение с масата на астрономическия обект, който го привлича
Орбитите на изкуствените спътници на Земята. Пускане на сателити в орбита
Мрежата Teledesic: Използване на сателити в ниска земна орбита за осигуряване на широколентов, безжичен достъп до интернет в реално време по целия свят
Списание "Около света", брой 9 септември 2009 г. Орбитите, които избираме
Мозайка. Част II
спътникът надхвърля хоризонта с 3°
внимание! Идва периодът на активна слънчева интерференция!
Слънчева интерференция

Връзки

Орбити

В наши дни човечеството използва няколко различни орбити за поставяне на сателити. Най-голямо внимание е насочено към геостационарната орбита, която може да се използва за „стационарно“ поставяне на сателит над определена точка на Земята. Орбитата, избрана за работа на сателит, зависи от неговата цел. Например сателитите, използвани за излъчване на телевизионни програми на живо, са поставени в геостационарна орбита. Много комуникационни сателити също са в геостационарна орбита. Други сателитни системи, особено тези, използвани за комуникация между сателитни телефони, орбитират в ниска земна орбита. По същия начин сателитните системи, използвани за навигационни системи като Navstar или Global Positioning System (GPS), също са в сравнително ниски околоземни орбити. Има безброй други сателити – метеорологични, изследователски и прочее. И всеки от тях, в зависимост от предназначението си, получава "регистрация" в определена орбита.

Прочетете също:

Конкретната орбита, избрана за работа на спътника, зависи от много фактори, включително функциите на сателита, както и територията, която обслужва. В някои случаи това може да е в изключително ниска околоземна орбита (LEO), разположена на височина само 160 километра над Земята, в други случаи спътникът е на височина над 36 000 километра над Земята - т.е. в геостационарна орбита GEO. Освен това редица сателити не използват кръгова, а елиптична орбита.

Земната гравитация и сателитни орбити

Докато сателитите обикалят около Земята, те постепенно се отдалечават от нея поради гравитационното привличане на Земята. Ако спътниците не се въртяха в орбита, те постепенно щяха да започнат да падат на Земята и да изгорят в горните слоеве на атмосферата. Самото въртене на сателитите около Земята обаче създава сила, която ги отблъсква от нашата планета. За всяка от орбитите има своя собствена проектна скорост, която ви позволява да балансирате силата на гравитацията на Земята и центробежната сила, поддържайки устройството в постоянна орбита и не му позволява да набира или губи височина.

Съвсем ясно е, че колкото по-ниска е орбитата на спътника, толкова по-силно той се влияе от земната гравитация и толкова по-голяма е скоростта, необходима за преодоляване на тази сила. Колкото по-голямо е разстоянието от повърхността на Земята до сателита, толкова по-малка скорост е необходима, за да се поддържа в постоянна орбита. Сателит, обикалящ на около 160 км над повърхността на Земята, изисква скорост от приблизително 28 164 км/ч, което означава, че такъв сателит ще обиколи Земята за около 90 минути. На разстояние от 36 000 км над повърхността на Земята сателитът изисква скорост малко под 11 266 км/ч, за да остане в постоянна орбита, което позволява на такъв сателит да обиколи Земята за приблизително 24 часа.

Дефиниции на кръгови и елиптични орбити

Всички сателити обикалят около Земята, като използват един от двата основни типа орбити.

Кръгова сателитна орбита: Когато космически кораб обикаля около Земята в кръгова орбита, разстоянието му над повърхността на Земята винаги остава същото.
Елиптична сателитна орбита: Въртенето на сателит в елиптична орбита означава, че разстоянието до повърхността на Земята се променя с различно времев рамките на един ход.

Прочетете също:

Сателитни орбити

Има много различни определения, свързани с различни видовесателитни орбити:

Център на Земята: Когато сателит обикаля около земята - в кръгова или елипсовидна орбита - орбитата на сателита образува равнина, която минава през центъра на тежестта или центъра на Земята.
Посока на движение около Земята: Начините, по които сателит обикаля около нашата планета, могат да бъдат разделени на две категории според посоката на тази орбита:

1. Орбита на ускорение: Революцията на спътник около Земята се нарича ускорение, ако спътникът се върти в същата посока, в която се върти Земята;
2. Ретроградна орбита: Орбитата на сателит около Земята се нарича ретроградна, ако спътникът се върти в посока, обратна на посоката на въртене на Земята.

Орбитален маршрут:орбиталната траектория на сателита е точка върху земната повърхност, при прелитане над които сателитът е директно над главата, докато се движи в орбита около Земята. Маршрутът образува кръг, в центъра на който е Центърът на Земята. Трябва да се отбележи, че геостационарните спътници са специален случай, тъй като те постоянно остават над една и съща точка над повърхността на Земята. Това означава, че техният орбитален път се състои от една точка, разположена на екватора на Земята. Можем също да добавим, че орбиталният път на сателитите, въртящи се строго над екватора, се простира по същия екватор.

Тези орбити, като правило, се характеризират с изместване на орбиталния път на всеки спътник с на запад, тъй като Земята под сателита се върти в източна посока.

Орбитални възли: Това са точките, в които орбиталният път преминава от едно полукълбо в друго. За неекваториални орбити има два такива възела:

1. Възходящ възел: Това е възелът, в който орбиталният път преминава от южното полукълбо към северното.
2. Низходящ възел: Това е възелът, в който орбиталният път преминава от северното към южното полукълбо.

Височина на сателита: При изчисляване на много орбити е необходимо да се вземе предвид височината на спътника над центъра на Земята. Този показател включва разстоянието от спътника до повърхността на Земята плюс радиуса на нашата планета. Като правило се счита, че е равно на 6370 километра.
Орбитална скорост: За кръгови орбити винаги е едно и също. В случай на елиптични орбити обаче всичко е различно: скоростта на орбитата на спътника се променя в зависимост от позицията му в същата тази орбита. Той достига своя максимум, когато е най-близо до Земята, където спътникът е изправен пред максимално съпротивление на гравитационната сила на планетата, и намалява до минимум, когато достигне точката на най-голямо разстояние от Земята.
Ъгъл на повдигане: Ъгълът на издигане на сателита е ъгълът, под който сателитът е разположен над хоризонта. Ако ъгълът е твърде малък, сигналът може да бъде блокиран от близки обекти, ако приемната антена не е повдигната достатъчно високо. Въпреки това, за антени, които са повдигнати над препятствие, също има проблем при получаване на сигнали от сателити, които имат малък ъгъл на повдигане. Причината тук е, че тогава сателитният сигнал трябва да измине по-голямо разстояние земна атмосфераи в резултат на това претърпява по-голямо отслабване. Минималният приемлив ъгъл на повдигане за повече или по-малко задоволително приемане се счита за ъгъл от пет градуса.
Ъгъл на наклон: Не всички сателитни орбити следват линията на екватора - всъщност повечето ниски околоземни орбити не следват тази линия. Следователно е необходимо да се определи ъгълът на наклона на орбитата на спътника. Диаграмата по-долу илюстрира този процес.

Ъгъл на наклона на спътниковата орбита

Други индикатори, свързани със сателитната орбита

За да може сателитът да се използва за предоставяне на комуникационни услуги, наземните станции трябва да могат да го „следват“, за да получат сигнал от него и да изпратят сигнал до него. Ясно е, че комуникацията със спътника е възможна само докато е в обхвата на видимост на наземните станции и в зависимост от вида на орбитата може да бъде в обхвата на видимост само за кратки периоди от време. За да се гарантира, че комуникацията със сателита е възможна за максимално време, има няколко опции, които могат да се използват:

Първи вариантсе състои от използване на елиптична орбита, чиято апогейна точка се намира точно над планираното местоположение на наземната станция, което позволява на спътника да остане в зрителното поле на тази станция за максимален период от време.
Втори вариантсе състои в изстрелване на няколко сателита в една орбита и по този начин, в момента, когато един от тях изчезне от погледа и връзката с него се загуби, друг заема неговото място. Като правило, за да се организира повече или по-малко непрекъсната комуникация, е необходимо изстрелването на три спътника в орбита. Въпреки това процесът на замяна на един „дежурен“ сателит с друг въвежда допълнителна сложност в системата, както и редица изисквания за поне три спътника.

Дефиниции на кръгови орбити

Кръговите орбити могат да бъдат класифицирани според няколко параметъра. Термини като ниска околоземна орбита, геостационарна орбита (и други подобни) показват отличителна чертаспецифична орбита. Кратък прегледДефинициите на кръгови орбити са представени в таблицата по-долу.

Повечето космически полети се извършват не в кръгови орбити, а в елиптични орбити, чиято надморска височина варира в зависимост от местоположението над Земята. Височината на така наречената „ниска референтна“ орбита, от която повечето хора „отблъскват“ Космически кораби, равно на приблизително 200 километра надморска височина. За да бъдем точни, перигеят на такава орбита е 193 километра, а апогеят е 220 километра. В референтната орбита обаче има голямо количество отломки, оставени след половинвековно изследване на космоса, така че съвременните космически кораби, включвайки двигателите си, се преместват на по-висока орбита. Например International Космическа станция (МКС) през 2017 г. се въртят на надморска височина от около 417 километра, тоест два пъти по-високо от референтната орбита.

Орбиталната височина на повечето космически кораби зависи от масата на кораба, мястото на изстрелване и мощността на двигателите му. За астронавтите варира от 150 до 500 километра. Например, Юрий Гагаринлетял в орбита в перигей 175 кми апогей на 320 км. Вторият съветски космонавт Герман Титов лети в орбита с перигей 183 км и апогей 244 км. Американски совалки летяха в орбита надморска височина от 400 до 500 километра. Всички са приблизително еднакви на ръст модерни кораби, доставяйки хора и товари до МКС.

За разлика от пилотираните космически кораби, които трябва да върнат астронавтите на Земята, изкуствените спътници летят в много по-високи орбити. Орбиталната височина на сателит, обикалящ в геостационарна орбита, може да се изчисли въз основа на данни за масата и диаметъра на Земята. В резултат на прости физически изчисления можем да разберем това височина на геостационарна орбита, тоест такъв, при който спътникът „виси“ над една точка от земната повърхност, е равен на 35 786 километра. Това е много голямо разстояние от Земята, така че времето за обмен на сигнала с такъв сателит може да достигне 0,5 секунди, което го прави неподходящ например за обслужване на онлайн игри.

Днес е 19 август 2019 г. Знаете ли какъв празник е днес?

Кажи ми Каква е надморската височина на полетната орбита на астронавти и спътнициприятели в социалните мрежи:

$моб_инфо$