Äquatoriale Umlaufbahn. Geostationäre Umlaufbahn

So wie Sitze in einem Theater unterschiedliche Perspektiven auf eine Aufführung bieten, bieten unterschiedliche Satellitenumlaufbahnen Perspektiven, jede mit einem anderen Zweck. Einige scheinen über einem Punkt auf der Oberfläche zu schweben und bieten einen ständigen Blick auf eine Seite der Erde, während andere unseren Planeten umkreisen und an einem Tag viele Orte überfliegen.

Arten von Umlaufbahnen

In welcher Höhe fliegen Satelliten? Es gibt drei Arten erdnaher Umlaufbahnen: hoch, mittel und niedrig. Auf der höchsten Ebene, am weitesten von der Oberfläche entfernt, befinden sich in der Regel viele Wetter- und einige Kommunikationssatelliten. Zu den im mittleren Erdorbit rotierenden Satelliten gehören Navigationssatelliten und spezielle Satelliten zur Überwachung einer bestimmten Region. Die meisten wissenschaftlichen Raumfahrzeuge, einschließlich der Flotte des Erdbeobachtungssystems der NASA, befinden sich in einer niedrigen Umlaufbahn.

Die Geschwindigkeit ihrer Bewegung hängt von der Flughöhe der Satelliten ab. Je näher man der Erde kommt, desto stärker wird die Schwerkraft und die Bewegung beschleunigt sich. Beispielsweise benötigt der Aqua-Satellit der NASA etwa 99 Minuten, um unseren Planeten in einer Höhe von etwa 705 km zu umkreisen, während ein meteorologisches Gerät, das sich 35.786 km von der Oberfläche entfernt befindet, 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden benötigt. In einer Entfernung von 384.403 km vom Erdmittelpunkt vollendet der Mond in 28 Tagen eine Umdrehung.

Aerodynamisches Paradoxon

Eine Änderung der Flughöhe des Satelliten verändert auch seine Umlaufgeschwindigkeit. Hier liegt ein Paradoxon vor. Wenn ein Satellitenbetreiber seine Geschwindigkeit erhöhen möchte, kann er nicht einfach die Motoren anwerfen, um ihn zu beschleunigen. Dadurch wird die Umlaufbahn (und Höhe) vergrößert, was zu einer Verringerung der Geschwindigkeit führt. Stattdessen sollten Sie die Triebwerke entgegen der Bewegungsrichtung des Satelliten starten, also eine Aktion ausführen, die auf der Erde die Bewegung verlangsamen würde Fahrzeug. Durch diese Aktion wird es nach unten bewegt, was eine höhere Geschwindigkeit ermöglicht.

Eigenschaften der Umlaufbahn

Neben der Höhe ist die Bahn eines Satelliten durch Exzentrizität und Neigung gekennzeichnet. Der erste bezieht sich auf die Form der Umlaufbahn. Ein Satellit mit geringer Exzentrizität bewegt sich auf einer nahezu kreisförmigen Flugbahn. Eine exzentrische Umlaufbahn hat die Form einer Ellipse. Die Entfernung des Raumfahrzeugs zur Erde hängt von seiner Position ab.

Die Neigung ist der Winkel der Umlaufbahn relativ zum Äquator. Ein Satellit, der direkt über dem Äquator kreist, hat keine Neigung. Wenn ein Raumschiff den Norden überfliegt und Südpole(geografisch, nicht magnetisch), seine Neigung beträgt 90°.

Alles in allem – Höhe, Exzentrizität und Neigung – bestimmen die Bewegung des Satelliten und wie die Erde aus seiner Sicht aussehen wird.

Hohe Erdnähe

Wenn der Satellit genau 42.164 km vom Erdmittelpunkt entfernt ist (ungefähr 36.000 km von der Oberfläche entfernt), betritt er eine Zone, in der seine Umlaufbahn der Rotation unseres Planeten entspricht. Da sich das Schiff mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde bewegt, d. h. seine Umlaufzeit 24 Stunden beträgt, scheint es über einen einzigen Längengrad stationär zu bleiben, obwohl es von Norden nach Süden driften kann. Diese besondere hohe Umlaufbahn wird als geosynchron bezeichnet.

Der Satellit bewegt sich auf einer kreisförmigen Umlaufbahn direkt über dem Äquator (Exzentrizität und Inklination sind Null) und bleibt relativ zur Erde stationär. Es befindet sich immer über dem gleichen Punkt seiner Oberfläche.

Die Molniya-Umlaufbahn (Inklination 63,4°) wird zur Beobachtung in hohen Breiten genutzt. Geostationäre Satelliten sind an den Äquator gebunden und eignen sich daher nicht für Regionen im hohen Norden oder Süden. Diese Umlaufbahn ist ziemlich exzentrisch: Das Raumschiff bewegt sich in einer langgestreckten Ellipse, wobei sich die Erde nahe an einem Rand befindet. Da der Satellit durch die Schwerkraft beschleunigt wird, bewegt er sich in der Nähe unseres Planeten sehr schnell. Wenn es sich entfernt, verlangsamt sich seine Geschwindigkeit, sodass es mehr Zeit am oberen Ende seiner Umlaufbahn am erdfernsten Rand verbringt, dessen Entfernung bis zu 40.000 km betragen kann. Die Umlaufzeit beträgt 12 Stunden, allerdings verbringt der Satellit etwa zwei Drittel dieser Zeit auf einer Hemisphäre. Wie auf einer halbsynchronen Umlaufbahn folgt der Satellit alle 24 Stunden derselben Bahn und dient der Kommunikation im hohen Norden oder Süden.

Niedrig erdnah

Die meisten wissenschaftlichen Satelliten, viele meteorologische Satelliten und die Raumstation befinden sich in einer nahezu kreisförmigen erdnahen Umlaufbahn. Ihre Neigung hängt davon ab, was sie überwachen. TRMM wurde zur Überwachung von Niederschlägen in den Tropen ins Leben gerufen, daher weist es eine relativ geringe Neigung (35°) auf und bleibt nahe am Äquator.

Viele der Satelliten des NASA-Beobachtungssystems haben eine polarnahe Umlaufbahn mit hoher Neigung. Die Raumsonde umkreist die Erde in einem Zeitraum von 99 Minuten von Pol zu Pol. Die Hälfte der Zeit überquert er die Tagseite unseres Planeten und wendet sich am Pol zur Nachtseite.

Während sich der Satellit bewegt, dreht sich die Erde unter ihm. Wenn sich das Fahrzeug in den beleuchteten Bereich bewegt, befindet es sich über dem Bereich neben der Zone seiner letzten Umlaufbahn. Innerhalb von 24 Stunden decken die Polarsatelliten den größten Teil der Erde zweimal ab: einmal am Tag und einmal in der Nacht.

Sonnensynchrone Umlaufbahn

Genauso wie geosynchrone Satelliten sich über dem Äquator befinden müssen, damit sie über einem Punkt bleiben können, haben polar umlaufende Satelliten die Möglichkeit, an diesem Punkt zu bleiben. Ihre Umlaufbahn ist sonnensynchron – wenn die Raumsonde den Äquator überquert, den Ort Sonnenzeit immer gleich. Beispielsweise überquert der Terra-Satellit Brasilien immer um 10:30 Uhr. Die nächste Überfahrt 99 Minuten später über Ecuador oder Kolumbien erfolgt ebenfalls um 10:30 Uhr Ortszeit.

Eine sonnensynchrone Umlaufbahn ist für die Wissenschaft unerlässlich, weil sie es ermöglicht Sonnenlicht zur Erdoberfläche, obwohl sie je nach Jahreszeit variieren kann. Diese Konsistenz bedeutet, dass Wissenschaftler Bilder unseres Planeten aus derselben Jahreszeit über mehrere Jahre hinweg vergleichen können, ohne sich über zu große Lichtsprünge Sorgen machen zu müssen, die die Illusion einer Veränderung erzeugen könnten. Ohne eine sonnensynchrone Umlaufbahn wäre es schwierig, sie im Zeitverlauf zu verfolgen und die für die Untersuchung des Klimawandels erforderlichen Informationen zu sammeln.

Die Flugbahn des Satelliten ist hier sehr begrenzt. Bei einer Höhe von 100 km sollte die Umlaufbahn eine Neigung von 96° haben. Jede Abweichung ist inakzeptabel. Da der atmosphärische Widerstand und die Gravitationskraft von Sonne und Mond die Umlaufbahn der Raumsonde verändern, muss sie regelmäßig angepasst werden.

Injektion in die Umlaufbahn: Start

Der Start eines Satelliten erfordert Energie, deren Menge vom Standort des Startplatzes, der Höhe und der Neigung der zukünftigen Flugbahn seiner Bewegung abhängt. Um in eine entfernte Umlaufbahn zu gelangen, ist mehr Energie erforderlich. Satelliten mit einer erheblichen Neigung (z. B. Polarsatelliten) sind energieintensiver als solche, die den Äquator umkreisen. Das Einführen in eine Umlaufbahn mit geringer Neigung wird durch die Erdrotation unterstützt. bewegt sich in einem Winkel von 51,6397°. Dies ist notwendig, damit die Raumfähren und Russische Raketen es war einfacher, zu ihr zu gelangen. Die Höhe der ISS beträgt 337-430 km. Polarsatelliten hingegen erhalten keine Unterstützung durch den Erdimpuls und benötigen daher mehr Energie, um über die gleiche Distanz zu fliegen.

Einstellung

Sobald ein Satellit gestartet ist, müssen Anstrengungen unternommen werden, um ihn auf einer bestimmten Umlaufbahn zu halten. Da die Erde keine perfekte Kugel ist, ist ihre Schwerkraft an manchen Stellen stärker. Diese Unebenheit, zusammen mit der Anziehungskraft von Sonne, Mond und Jupiter (dem massereichsten Planeten). Sonnensystem), verändert die Neigung der Umlaufbahn. Im Laufe ihrer Lebensdauer wurden die GOES-Satelliten drei- oder viermal justiert. Die niedrig umlaufenden Raumfahrzeuge der NASA müssen ihre Neigung jährlich anpassen.

Darüber hinaus werden erdnahe Satelliten durch die Atmosphäre beeinflusst. Obwohl die obersten Schichten recht dünn sind, üben sie einen ausreichend starken Widerstand aus, um sie näher an die Erde heranzuziehen. Die Wirkung der Schwerkraft führt zur Beschleunigung von Satelliten. Mit der Zeit verglühen sie, steigen spiralförmig tiefer und schneller in die Atmosphäre ab oder fallen auf die Erde.

Der Luftwiderstand ist stärker, wenn die Sonne aktiv ist. Genau wie die Luft darin Heißluftballon dehnt sich aus und steigt auf, wenn es erhitzt wird, die Atmosphäre steigt und dehnt sich aus, wenn die Sonne ihr zusätzliche Energie gibt. Dünne Schichten der Atmosphäre steigen auf, an ihre Stelle treten dichtere Schichten. Daher müssen Satelliten, die die Erde umkreisen, etwa viermal im Jahr ihre Position ändern, um den Luftwiderstand auszugleichen. Bei maximaler Sonnenaktivität muss die Position des Geräts alle 2-3 Wochen angepasst werden.

Weltraummüll

Der dritte Grund, der eine Änderung der Umlaufbahn erzwingt, ist Weltraummüll. Einer der Kommunikationssatelliten von Iridium kollidierte mit einem nicht funktionierenden russischen Raumschiff. Sie stürzten ab und erzeugten eine Trümmerwolke, die aus mehr als 2.500 Teilen bestand. Jedes Element wurde der Datenbank hinzugefügt, die heute über 18.000 Objekte künstlichen Ursprungs umfasst.

Die NASA überwacht sorgfältig alles, was sich den Satelliten in den Weg stellt, da die Umlaufbahnen aufgrund von Weltraummüll bereits mehrmals geändert werden mussten.

Ingenieure überwachen die Position von Weltraumschrott und Satelliten, die die Bewegung stören könnten, und planen bei Bedarf sorgfältig Ausweichmanöver. Dasselbe Team plant und führt Manöver aus, um die Neigung und Höhe des Satelliten anzupassen.

Ein Erdsatellit ist jedes Objekt, das sich auf einer gekrümmten Bahn um einen Planeten bewegt. Der Mond ist original natürlicher Satellit Die Erde, und es gibt viele künstliche Satelliten, die sich normalerweise in einer engen Umlaufbahn um die Erde befinden. Die Bahn, der ein Satellit folgt, ist eine Umlaufbahn, die manchmal die Form eines Kreises annimmt.

Inhalt:

Um zu verstehen, warum sich Satelliten auf diese Weise bewegen, müssen wir zu unserem Freund Newton zurückkehren. existiert zwischen zwei beliebigen Objekten im Universum. Ohne diese Kraft würde sich ein Satellit, der sich in der Nähe des Planeten bewegt, mit derselben Geschwindigkeit und in derselben Richtung weiterbewegen – in einer geraden Linie. Diese geradlinige Trägheitsbahn des Satelliten wird jedoch durch eine starke Gravitationsanziehung ausgeglichen, die auf das Zentrum des Planeten gerichtet ist.

Umlaufbahnen künstlicher Erdsatelliten

Manchmal sieht die Umlaufbahn eines Satelliten wie eine Ellipse aus, ein gequetschter Kreis, der sich um zwei Punkte, sogenannte Brennpunkte, bewegt. Es gelten die gleichen grundlegenden Bewegungsgesetze, mit der Ausnahme, dass sich der Planet in einem der Brennpunkte befindet. Infolgedessen ist die auf den Satelliten ausgeübte Nettokraft über die gesamte Umlaufbahn nicht gleichmäßig und die Geschwindigkeit des Satelliten ändert sich ständig. Es bewegt sich am schnellsten, wenn es der Erde am nächsten ist – ein Punkt, der als Perigäum bezeichnet wird – und am langsamsten, wenn es am weitesten von der Erde entfernt ist – ein Punkt, der als Apogäum bezeichnet wird.

Es gibt viele verschiedene Satellitenumlaufbahnen der Erde. Die meiste Aufmerksamkeit erhalten geostationäre Umlaufbahnen, da sie über einem bestimmten Punkt auf der Erde stationär sind.

Die für einen künstlichen Satelliten gewählte Umlaufbahn hängt von seiner Anwendung ab. Live-Fernsehübertragungen nutzen beispielsweise die geostationäre Umlaufbahn. Viele Kommunikationssatelliten nutzen auch eine geostationäre Umlaufbahn. Andere Satellitensysteme, beispielsweise Satellitentelefone, nutzen möglicherweise erdnahe Umlaufbahnen.

Ebenso befinden sich zur Navigation eingesetzte Satellitensysteme wie Navstar oder Global Positioning (GPS) in einer relativ niedrigen Erdumlaufbahn. Es gibt auch viele andere Arten von Satelliten. Vom Wettersatelliten bis zum Forschungssatelliten. Jeder wird je nach Anwendung seinen eigenen Umlaufbahntyp haben.

Die tatsächlich gewählte Umlaufbahn des Erdsatelliten hängt unter anderem von seiner Funktion und dem Einsatzgebiet ab. In einigen Fällen kann die Umlaufbahn des Erdsatelliten bei einer erdnahen LEO-Umlaufbahn bis zu 100 Meilen (160 km) betragen, während andere wie bei einer erdnahen GEO-Umlaufbahn über 22.000 Meilen (36.000 km) erreichen können.

Der erste künstliche Erdsatellit

Der erste künstliche Erdsatellit wurde am 4. Oktober 1957 gestartet die Sowjetunion und war der erste künstliche Satellit der Geschichte.

Sputnik 1 war der erste von mehreren Satelliten, die die Sowjetunion im Rahmen des Sputnik-Programms startete und die größtenteils erfolgreich waren. Satellit 2 folgte dem zweiten Satelliten im Orbit und gleichzeitig dem ersten, der ein Tier an Bord trug, eine Hündin namens Laika. Sputnik 3 erlitt den ersten Misserfolg.

Der erste Erdsatellit hatte eine ungefähre Masse von 83 kg, verfügte über zwei Funksender (20,007 und 40,002 MHz) und umkreiste die Erde in einer Entfernung von 938 km von ihrem Apogäum und 214 km von ihrem Perigäum. Durch die Analyse von Radiosignalen wurden Informationen über die Elektronenkonzentration in der Ionosphäre gewonnen. Temperatur und Druck wurden über die Dauer der von ihm ausgesendeten Funksignale kodiert, was darauf hinweist, dass der Satellit nicht von einem Meteoriten durchbohrt wurde.

Der erste Erdsatellit war eine Aluminiumkugel mit einem Durchmesser von 58 cm und hatte vier lange und dünne Antennen mit einer Länge von 2,4 bis 2,9 m. Die Antennen sahen aus wie lange Schnurrbärte. Das Raumschiff erhielt Informationen über die Dichte obere Schichten Atmosphäre und Radiowellenausbreitung in der Ionosphäre. Instrumente und Quellen elektrische Energie waren in einer Kapsel untergebracht, die auch Funksender mit 20,007 und 40,002 MHz (ca. 15 und 7,5 m Wellenlänge) enthielt, die Emissionen erfolgten in abwechselnden Gruppen von 0,3 s Dauer. Die Bodentelemetrie umfasste Temperaturdaten im Inneren und auf der Oberfläche der Kugel.

Da die Kugel mit unter Druck stehendem Stickstoff gefüllt war, hatte Sputnik 1 zum ersten Mal die Möglichkeit, Meteoriten zu entdecken, obwohl dies nicht der Fall war. Der Druckverlust im Inneren aufgrund des Eindringens in die Außenfläche spiegelte sich in den Temperaturdaten wider.

Arten künstlicher Satelliten

Künstliche Satelliten es gibt verschiedene Typen, Formen, Größen und spielen unterschiedliche Rollen.

Wettersatelliten Helfen Sie Meteorologen, das Wetter vorherzusagen oder zu sehen, was passiert dieser Moment. Ein gutes Beispiel ist der Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES). Diese Erdsatelliten enthalten normalerweise Kameras, die Fotos zurücksenden können das Wetter der Erde, entweder von festen geostationären Positionen oder von polaren Umlaufbahnen.
Kommunikationssatelliten ermöglichen die Übertragung von Telefon- und Informationsgesprächen über Satellit. Typische Kommunikationssatelliten sind Telstar und Intelsat. Das wichtigste Merkmal eines Kommunikationssatelliten ist der Transponder, ein Funkempfänger, der ein Gespräch auf einer Frequenz aufnimmt, es dann verstärkt und auf einer anderen Frequenz zurück zur Erde sendet. Ein Satellit enthält typischerweise Hunderte oder Tausende von Transpondern. Kommunikationssatelliten sind normalerweise geosynchron.
Rundfunksatellitenübertragen Fernsehsignale von einem Punkt zum anderen (ähnlich wie Kommunikationssatelliten).
Wissenschaftliche Satelliten, wie Cosmic Hubble Teleskop, alle Arten von wissenschaftlichen Missionen durchführen. Sie betrachten alles, von Sonnenflecken bis hin zu Gammastrahlen.
Navigationssatelliten Helfen Sie Schiffen und Flugzeugen bei der Navigation. Am bekanntesten sind die GPS NAVSTAR-Satelliten.
Rettungssatelliten auf Funkstörsignale reagieren.
ErdbeobachtungssatellitenÜberprüfen Sie den Planeten auf Veränderungen in allen Bereichen, von der Temperatur über die Waldbedeckung bis hin zur Eisbedeckung. Die bekanntesten sind die Landsat-Serie.
Militärsatelliten Die Erde befindet sich im Orbit, aber Großer Teil Tatsächliche Informationen über die Situation bleiben geheim. Zu den Satelliten könnten verschlüsselte Kommunikationsweiterleitung, nukleare Überwachung, Überwachung feindlicher Bewegungen, Frühwarnung vor Raketenstarts, Abhören terrestrischer Funkverbindungen, Radarbildgebung und Fotografie (unter Verwendung im Wesentlichen großer Teleskope, die militärisch interessante Gebiete fotografieren) gehören.

Erde von einem künstlichen Satelliten in Echtzeit

Bilder der Erde von einem künstlichen Satelliten, in Echtzeit von der NASA von der Internationalen Raumstation ausgestrahlt. Die Bilder werden von vier Kameras aufgenommen hohe Auflösung, isoliert von niedrige Temperaturen Dadurch können wir uns dem Weltraum näher fühlen als je zuvor.

Das Experiment (HDEV) an Bord der ISS wurde am 30. April 2014 aktiviert. Es ist am externen Frachtmechanismus des Columbus-Moduls der Europäischen Weltraumorganisation montiert. Bei diesem Experiment handelt es sich um mehrere hochauflösende Videokameras, die in einem Gehäuse untergebracht sind.

Beratung; Stellen Sie den Player auf HD und Vollbild. Es gibt Zeiten, in denen der Bildschirm schwarz ist. Dies kann zwei Gründe haben: Die Station durchquert eine Orbitalzone, in der sie sich nachts befindet, und die Umlaufbahn dauert etwa 90 Minuten. Oder der Bildschirm wird dunkel, wenn die Kameras wechseln.

Wie viele Satelliten befinden sich 2018 in der Erdumlaufbahn?

Laut dem Index der in den Weltraum gestarteten Objekte des Büros der Vereinten Nationen für Weltraumfragen (UNOOSA) befinden sich derzeit etwa 4.256 Satelliten in der Erdumlaufbahn, was einem Anstieg von 4,39 % gegenüber dem Vorjahr entspricht.

Im Jahr 2015 wurden 221 Satelliten gestartet, die zweithäufigste in einem einzigen Jahr, obwohl sie unter der Rekordzahl von 240 im Jahr 2014 liegt. Der Anstieg der Zahl der Satelliten, die die Erde umkreisen, ist geringer als die Zahl der im letzten Jahr gestarteten Satelliten, da Satelliten eine begrenzte Lebensdauer haben. Große Kommunikationssatelliten halten 15 Jahre oder länger, während kleine Satelliten wie CubeSats nur mit einer Lebensdauer von 3-6 Monaten rechnen können.

Wie viele dieser erdumlaufenden Satelliten sind in Betrieb?

Die Union of Scientists (UCS) klärt, welche dieser umlaufenden Satelliten funktionieren, und das ist nicht so viel, wie Sie denken! Derzeit gibt es nur 1.419 betriebsbereite Erdsatelliten – nur etwa ein Drittel der Gesamtzahl im Orbit. Das bedeutet, dass es auf dem Planeten jede Menge nutzloses Metall gibt! Aus diesem Grund besteht bei Unternehmen großes Interesse daran, wie sie mithilfe von Techniken wie Weltraumnetzen, Schleudern oder Sonnensegeln Weltraummüll einfangen und zurückbringen können.

Was machen all diese Satelliten?

Laut UCS sind die Hauptziele betriebsbereiter Satelliten:

Kommunikation – 713 Satelliten
Erdbeobachtung/Wissenschaft – 374 Satelliten
Technologiedemonstration/-entwicklung mit 160 Satelliten
Navigation und GPS – 105 Satelliten
Weltraumwissenschaft – 67 Satelliten

Es ist zu beachten, dass einige Satelliten mehrere Zwecke erfüllen.

Wem gehören die Satelliten der Erde?

Es ist interessant festzustellen, dass es in der UCS-Datenbank vier Hauptbenutzertypen gibt, obwohl 17 % der Satelliten mehreren Benutzern gehören.

94 von Zivilisten registrierte Satelliten: Das sind sie im Allgemeinen Bildungsinstitutionen, obwohl es andere nationale Organisationen gibt. 46 % dieser Satelliten dienen der Entwicklung von Technologien wie Erd- und Weltraumwissenschaften. Weitere 43 % entfallen auf Beobachtungen.
579 gehören kommerziellen Nutzern: kommerziellen Organisationen und staatliche Organisationen die die von ihnen gesammelten Daten verkaufen wollen. 84 % dieser Satelliten konzentrieren sich auf Kommunikations- und globale Positionierungsdienste; Bei den restlichen 12 % handelt es sich um Erdbeobachtungssatelliten.
401 Satelliten gehören staatlichen Nutzern: hauptsächlich nationalen Weltraumorganisationen, aber auch anderen nationalen und internationalen Organisationen internationale Gremien. 40 % davon sind Kommunikations- und globale Positionierungssatelliten; weitere 38 % konzentrieren sich auf die Erdbeobachtung. Vom Rest entfallen 12 % bzw. 10 % auf die Entwicklung der Weltraumwissenschaft und -technologie.
345 Satelliten gehören zum Militär: Auch hier liegt der Schwerpunkt auf Kommunikation, Erdbeobachtung und globalen Positionierungssystemen, wobei 89 % der Satelliten einen dieser drei Zwecke erfüllen.

Wie viele Satelliten haben Länder?

Laut UNOOSA haben etwa 65 Länder Satelliten gestartet, obwohl in der UCS-Datenbank nur 57 Länder erfasst sind, in denen Satelliten eingesetzt werden, und einige Satelliten bei gemeinsamen/multinationalen Betreibern aufgeführt sind. Der Größte:

USA mit 576 Satelliten
China mit 181 Satelliten
Russland mit 140 Satelliten
Das Vereinigte Königreich verfügt laut Liste über 41 Satelliten und ist an weiteren 36 Satelliten beteiligt, die von der Europäischen Weltraumorganisation betrieben werden.

Denken Sie daran, wenn Sie hinsehen!
Wenn Sie das nächste Mal in den Nachthimmel schauen, denken Sie daran, dass zwischen Ihnen und den Sternen etwa zwei Millionen Kilogramm Metall die Erde umgeben!

Standpunkt

Wo ist die Masse des Satelliten, ist die Masse der Erde in Kilogramm, ist die Gravitationskonstante und ist der Abstand in Metern vom Satelliten zum Erdmittelpunkt oder in diesem Fall der Radius der Umlaufbahn.

Die Größe der Zentrifugalkraft ist gleich:

Wo ist die Zentripetalbeschleunigung, die während der Kreisbewegung im Orbit auftritt?

Wie Sie sehen können, ist die Masse des Satelliten als Faktor in den Ausdrücken für die Zentrifugalkraft und für die Gravitationskraft enthalten, d. h. die Höhe der Umlaufbahn hängt nicht von der Masse des Satelliten ab, was für zutrifft beliebige Umlaufbahnen und ist eine Folge der Gleichheit von schwerer und träger Masse. Folglich wird die geostationäre Umlaufbahn nur durch die Höhe bestimmt, in der die Zentrifugalkraft gleich groß und entgegengesetzt zur Gravitationskraft ist, die durch die Schwerkraft der Erde in einer bestimmten Höhe erzeugt wird.

Die Zentripetalbeschleunigung ist gleich:

Wo ist die Winkelgeschwindigkeit der Satellitendrehung im Bogenmaß pro Sekunde?

Lassen Sie uns eine wichtige Klarstellung vornehmen. Tatsächlich hat die Zentripetalbeschleunigung nur in einem trägen Bezugssystem eine physikalische Bedeutung, während die Zentrifugalkraft eine sogenannte imaginäre Kraft ist und ausschließlich in Bezugssystemen (Koordinaten) auftritt, die mit rotierenden Körpern verbunden sind. Die Zentripetalkraft (in diesem Fall die Schwerkraft) verursacht eine Zentripetalbeschleunigung. Im absoluten Wert ist die Zentripetalbeschleunigung im Trägheitsbezugssystem gleich der Zentrifugalbeschleunigung im Bezugssystem, das in unserem Fall dem Satelliten zugeordnet ist. Unter Berücksichtigung der gemachten Bemerkung können wir daher den Begriff „Zentripetalbeschleunigung“ zusammen mit dem Begriff „Zentrifugalkraft“ verwenden.

Wenn wir die Ausdrücke für Gravitations- und Zentrifugalkräfte mit der Substitution der Zentripetalbeschleunigung gleichsetzen, erhalten wir:

Wenn wir reduzieren und nach links und rechts übersetzen, erhalten wir:

Dieser Ausdruck kann anders geschrieben werden, indem man ihn durch die geozentrische Gravitationskonstante ersetzt:

Die Winkelgeschwindigkeit wird berechnet, indem der pro Umdrehung zurückgelegte Winkel (Bogenmaß) durch die Umdrehungsperiode (die Zeit, die für eine vollständige Umdrehung benötigt wird) geteilt wird. Volle Umdrehung Umlaufbahn: ein Sterntag oder 86.164 Sekunden). Wir bekommen:

rad/s

Der resultierende Umlaufradius beträgt 42.164 km. Wenn wir den Äquatorradius der Erde von 6.378 km abziehen, erhalten wir eine Höhe von 35.786 km.

Sie können die Berechnungen auch auf andere Weise durchführen. Die Höhe der geostationären Umlaufbahn ist der Abstand vom Erdmittelpunkt, bei dem die Winkelgeschwindigkeit des Satelliten, die mit der Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation zusammenfällt, eine orbitale (lineare) Geschwindigkeit erzeugt, die der ersten Fluchtgeschwindigkeit entspricht (um sicherzustellen, dass a Kreisbahn) in einer bestimmten Höhe.

Die lineare Geschwindigkeit eines Satelliten, der sich mit Winkelgeschwindigkeit in einem Abstand vom Rotationszentrum bewegt, ist gleich

Die erste Fluchtgeschwindigkeit in einem Abstand von einem Massenobjekt ist gleich

Indem wir die rechten Seiten der Gleichungen miteinander gleichsetzen, gelangen wir zu dem zuvor erhaltenen Ausdruck Radius GSO:

Umlaufgeschwindigkeit

Die Bewegungsgeschwindigkeit in einer geostationären Umlaufbahn wird berechnet, indem die Winkelgeschwindigkeit mit dem Radius der Umlaufbahn multipliziert wird:

km/s

Dies ist etwa 2,5-mal geringer als die erste Fluchtgeschwindigkeit von 8 km/s im erdnahen Orbit (mit einem Radius von 6400 km). Da das Quadrat der Geschwindigkeit für eine Kreisbahn umgekehrt proportional zu ihrem Radius ist,

dann wird die Geschwindigkeitsabnahme gegenüber der ersten kosmischen Geschwindigkeit durch eine Vergrößerung des Umlaufradius um mehr als das Sechsfache erreicht.

Umlaufbahnlänge

Länge der geostationären Umlaufbahn: . Bei einem Umlaufradius von 42.164 km ergibt sich eine Umlauflänge von 264.924 km.

Für die Berechnung der „Standpunkte“ der Satelliten ist die Länge der Umlaufbahn äußerst wichtig.

Einen Satelliten im geostationären Orbit in seiner Orbitalposition halten

Ein Satellit, der in einer geostationären Umlaufbahn umkreist, steht unter dem Einfluss einer Reihe von Kräften (Störungen), die die Parameter dieser Umlaufbahn verändern. Zu solchen Störungen zählen insbesondere gravitative Mond-Sonnen-Störungen, der Einfluss der Inhomogenität des Schwerefeldes der Erde, die Elliptizität des Äquators usw. Die Verschlechterung der Umlaufbahn äußert sich in zwei Hauptphänomenen:

1) Der Satellit bewegt sich entlang der Umlaufbahn von seiner ursprünglichen Umlaufbahnposition in Richtung eines der vier Punkte stabilen Gleichgewichts, dem sogenannten. „potenzielle geostationäre Umlaufbahnlöcher“ (ihre Längen sind 75,3°E, 104,7°W, 165,3°E und 14,7°W) über dem Erdäquator;

2) Die Neigung der Umlaufbahn zum Äquator nimmt (von anfänglich 0) mit einer Rate von etwa 0,85 Grad pro Jahr zu und erreicht in 26,5 Jahren einen Maximalwert von 15 Grad.

Um diese Störungen auszugleichen und den Satelliten am vorgesehenen stationären Punkt zu halten, ist der Satellit mit einem Antriebssystem (chemische oder elektrische Rakete) ausgestattet. Durch periodisches Einschalten der Triebwerke mit geringem Schub (Korrektur „Nord-Süd“ zum Ausgleich der zunehmenden Bahnneigung und „West-Ost“ zum Ausgleich der Drift entlang der Umlaufbahn) wird der Satellit am vorgesehenen stationären Punkt gehalten. Solche Einschlüsse werden mehrmals alle paar (10-15) Tage vorgenommen. Bezeichnend ist, dass die Nord-Süd-Korrektur einen deutlich größeren Anstieg der charakteristischen Geschwindigkeit (ca. 45-50 m/s pro Jahr) erfordert als die Längskorrektur (ca. 2 m/s pro Jahr). Um die Korrektur der Umlaufbahn des Satelliten während seiner gesamten Lebensdauer (12–15 Jahre bei modernen Fernsehsatelliten) sicherzustellen, ist ein erheblicher Treibstoffvorrat an Bord erforderlich (Hunderte Kilogramm bei Verwendung eines chemischen Motors). Chemisch Raketenantrieb Der Satellit verfügt über eine Verdrängungstreibstoffversorgung (Ladegas-Helium) und arbeitet mit langlebigen hochsiedenden Komponenten (normalerweise unsymmetrisches Dimethylhydrazin und Distickstofftetroxid). Eine Reihe von Satelliten sind mit Plasmamotoren ausgestattet. Ihr Schub ist deutlich geringer als bei chemischen, aber ihre höhere Effizienz ermöglicht (aufgrund des Langzeitbetriebs, gemessen in mehreren zehn Minuten für ein einzelnes Manöver) eine radikale Reduzierung der erforderlichen Treibstoffmasse an Bord. Die Wahl des Antriebssystemtyps wird spezifisch bestimmt technische Eigenschaften Gerät.

Das gleiche Antriebssystem wird bei Bedarf verwendet, um den Satelliten in eine andere Orbitposition zu manövrieren. In einigen Fällen – normalerweise am Ende der Lebensdauer des Satelliten – wird zur Reduzierung des Treibstoffverbrauchs die Nord-Süd-Umlaufbahnkorrektur gestoppt und der verbleibende Treibstoff nur für die West-Ost-Korrektur verwendet.

Die Treibstoffreserve ist der wichtigste limitierende Faktor für die Lebensdauer eines Satelliten im geostationären Orbit.

Nachteile der geostationären Umlaufbahn

Signalverzögerung

Die Kommunikation über geostationäre Satelliten ist durch große Verzögerungen bei der Signalausbreitung gekennzeichnet. Bei einer Umlaufhöhe von 35.786 km und einer Lichtgeschwindigkeit von etwa 300.000 km/s dauert die Strahlreise von der Erde zum Satelliten etwa 0,12 s. Strahlengang „Erde (Sender) → Satellit → Erde (Empfänger)“ ≈0,24 s. Der Ping (Antwort) beträgt eine halbe Sekunde (genauer 0,48 s). Unter Berücksichtigung der Signalverzögerung in Satellitengeräten und Geräten von Bodendiensten kann die Gesamtsignalverzögerung auf der Route „Erde → Satellit → Erde“ 2-4 Sekunden erreichen. Diese Verzögerung macht es unmöglich, Satellitenkommunikation mittels GSO in verschiedenen Echtzeitdiensten (z. B. in Online-Spielen) zu nutzen.

Unsichtbarkeit von GSO aus hohen Breitengraden

Da die geostationäre Umlaufbahn aus hohen Breitengraden (von etwa 81° bis zu den Polen) nicht sichtbar ist und in Breitengraden über 75° sehr tief über dem Horizont beobachtet wird (unter realen Bedingungen werden Satelliten einfach durch hervorstehende Objekte und Gelände verdeckt) und nur ein kleiner Teil der Umlaufbahn ist sichtbar ( siehe Tabelle), dann sind Kommunikation und Fernsehübertragung mit GSO in den hohen Breitengraden des Hohen Nordens (Arktis) und der Antarktis unmöglich. Beispielsweise kommunizieren amerikanische Polarforscher an der Amundsen-Scott-Station Außenwelt(Telefonie, Internet) nutzen ein 1670 Kilometer langes Glasfaserkabel zu einem Standort auf 75° S. die französische Station Concordia, von der aus bereits mehrere amerikanische geostationäre Satelliten sichtbar sind.

Tabelle des beobachteten Sektors der geostationären Umlaufbahn in Abhängigkeit vom Breitengrad des Ortes
Alle Daten sind in Grad und deren Brüchen angegeben.

Breite Terrain	Sichtbarer Orbitalsektor
Breite Terrain	Theoretisch Sektor	Real (einschließlich Erleichterung) Sektor
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

Aus der obigen Tabelle ist beispielsweise ersichtlich, dass, wenn auf dem Breitengrad von St. Petersburg (~ 60°) der sichtbare Sektor der Umlaufbahn (und dementsprechend die Anzahl der empfangenen Satelliten) 84 % beträgt maximal möglich (am Äquator), dann beträgt der sichtbare Sektor auf der Breite von Taimyr (~75°) 49 % und auf der Breite von Spitzbergen und Kap Tscheljuskin (~78°) nur 16 % des am beobachteten Äquator. Dieser Orbitabschnitt in der sibirischen Region enthält 1-2 Satelliten (nicht immer aus dem gewünschten Land).

Sonneneinstrahlung

Einer der unangenehmsten Nachteile der geostationären Umlaufbahn ist die Verringerung und das völlige Fehlen des Signals in einer Situation, in der sich die Sonne und der Sendersatellit auf einer Linie mit der Empfangsantenne befinden (die Position „Sonne hinter dem Satelliten“). Dieses Phänomen ist auch bei anderen Umlaufbahnen inhärent, zeigt sich jedoch besonders deutlich in geostationären Umlaufbahnen, wenn der Satellit „stationär“ am Himmel ist. In den mittleren Breiten der Nordhalbkugel kommt es in den Zeiträumen vom 22. Februar bis 11. März und vom 3. bis 21. Oktober zu solaren Störungen mit einer maximalen Dauer von bis zu zehn Minuten. Bei klarem Wetter fokussierte Antennen mit leichter Beschichtung Sonnenstrahlen kann die Sende- und Empfangsausrüstung der Satellitenantenne beschädigen (schmelzen).

siehe auch

Quasi-geostationäre Umlaufbahn

Anmerkungen

Noordung Hermann Das Problem mit der Raumfahrt. – DIANE Publishing, 1995. – S. 72. – ISBN 978-0788118494
Außerirdische Relais – Können Raketenstationen weltweite Funkabdeckung bieten? (Englisch) (pdf). Arthur C. Clark (Oktober 1945). Archiviert
Die Anforderung, dass Satelliten im geostationären Orbit in ihren Orbitpositionen relativ zur Erde stationär bleiben, sowie große Menge Satelliten in dieser Umlaufbahn an verschiedenen Punkten führen zu einem interessanten Effekt bei der Beobachtung und Fotografie von Sternen mit einem Teleskop mittels Führung – die Beibehaltung der Ausrichtung des Teleskops an einem bestimmten Punkt am Sternenhimmel, um die tägliche Rotation der Erde auszugleichen (eine Aufgabe). umgekehrt zur geostationären Funkkommunikation). Wenn Sie durch ein solches Teleskop beobachten Sternenhimmel In der Nähe des Himmelsäquators, wo die geostationäre Umlaufbahn verläuft, kann man unter bestimmten Bedingungen Satelliten beobachten, die nacheinander vor dem Hintergrund von Fixsternen in einem engen Korridor vorbeiziehen, wie Autos auf einer stark befahrenen Autobahn. Dies macht sich besonders bei Langzeitbelichtungen von Sternen bemerkbar, siehe zum Beispiel: Babak A. Tafreshi. Geostationärer Highway. (Englisch) . Die Welt bei Nacht (TWAN). Archiviert vom Original am 23. August 2011. Abgerufen am 25. Februar 2010. Quelle: Babak Tafreshi (Nachtwelt). Geostationäre Autobahn. (Russisch) . Astronet.ru. Archiviert vom Original am 23. August 2011. Abgerufen am 25. Februar 2010.
für Umlaufbahnen von Satelliten, deren Masse im Vergleich zur Masse des astronomischen Objekts, das sie anzieht, vernachlässigbar ist
Umlaufbahnen künstlicher Erdsatelliten. Satelliten in die Umlaufbahn bringen
Das Teledesic-Netzwerk: Verwendung von Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn zur weltweiten Bereitstellung eines breitbandigen, drahtlosen Echtzeit-Internetzugangs
Magazin „Around the World“, Nr. 9, September 2009. Die Umlaufbahnen, die wir wählen
Mosaik. Teil II
Der Satellit überschreitet den Horizont um 3°
Aufmerksamkeit! Die Zeit der aktiven Sonneninterferenz steht vor der Tür!
Sonneneinstrahlung

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Umlaufbahnen

Heutzutage nutzt die Menschheit mehrere verschiedene Umlaufbahnen, um Satelliten zu platzieren. Die größte Aufmerksamkeit wurde auf die geostationäre Umlaufbahn gerichtet, die dazu genutzt werden kann, einen Satelliten „stationär“ über einem bestimmten Punkt auf der Erde zu platzieren. Die für den Betrieb eines Satelliten gewählte Umlaufbahn hängt von seinem Zweck ab. Beispielsweise werden Satelliten zur Übertragung von Live-Fernsehprogrammen in eine geostationäre Umlaufbahn gebracht. Auch viele Kommunikationssatelliten befinden sich in einer geostationären Umlaufbahn. Andere Satellitensysteme, insbesondere solche, die zur Kommunikation zwischen Satellitentelefonen verwendet werden, kreisen in einer erdnahen Umlaufbahn. Ebenso befinden sich Satellitensysteme, die für Navigationssysteme wie Navstar oder Global Positioning System (GPS) verwendet werden, in relativ niedrigen Erdumlaufbahnen. Es gibt unzählige andere Satelliten – Meteorologie-, Forschungs- und so weiter. Und jeder von ihnen erhält je nach Zweck eine „Registrierung“ in einer bestimmten Umlaufbahn.

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Die für den Satellitenbetrieb gewählte konkrete Umlaufbahn hängt von vielen Faktoren ab, darunter den Funktionen des Satelliten sowie dem von ihm bedienten Gebiet. In einigen Fällen kann dies in einer extrem niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) geschehen, die sich in einer Höhe von nur 160 Kilometern über der Erde befindet, in anderen Fällen befindet sich der Satellit in einer Höhe von mehr als 36.000 Kilometern über der Erde – also im geostationären Orbit GEO. Darüber hinaus nutzen einige Satelliten keine kreisförmige, sondern eine elliptische Umlaufbahn.

Erdschwerkraft und Satellitenumlaufbahnen

Während Satelliten die Erde umkreisen, entfernen sie sich aufgrund der Anziehungskraft der Erde allmählich von ihr. Wenn sich die Satelliten nicht im Orbit drehten, würden sie allmählich auf die Erde fallen und in der oberen Atmosphäre verglühen. Allerdings erzeugt allein die Rotation der Satelliten um die Erde eine Kraft, die sie von unserem Planeten wegtreibt. Für jede der Umlaufbahnen gibt es eine eigene Entwurfsgeschwindigkeit, die es Ihnen ermöglicht, die Schwerkraft der Erde und die Zentrifugalkraft auszugleichen, das Gerät auf einer konstanten Umlaufbahn zu halten und zu verhindern, dass es an Höhe gewinnt oder verliert.

Es ist ganz klar: Je niedriger die Umlaufbahn des Satelliten ist, desto stärker wird er von der Schwerkraft der Erde beeinflusst und desto größer ist die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um diese Kraft zu überwinden. Je größer der Abstand von der Erdoberfläche zum Satelliten ist, desto geringer ist die Geschwindigkeit, um ihn auf einer konstanten Umlaufbahn zu halten. Ein Satellit, der etwa 160 km über der Erdoberfläche kreist, benötigt eine Geschwindigkeit von etwa 28.164 km/h, was bedeutet, dass ein solcher Satellit die Erde in etwa 90 Minuten umkreisen würde. In einer Entfernung von 36.000 km über der Erdoberfläche benötigt ein Satellit eine Geschwindigkeit von knapp 11.266 km/h, um auf einer konstanten Umlaufbahn zu bleiben, wodurch ein solcher Satellit die Erde in etwa 24 Stunden umkreisen kann.

Definitionen von Kreis- und Ellipsenbahnen

Alle Satelliten umkreisen die Erde auf einer von zwei grundlegenden Umlaufbahnarten.

Kreisförmige Satellitenumlaufbahn: Wenn ein Raumschiff die Erde auf einer kreisförmigen Umlaufbahn umkreist, bleibt sein Abstand über der Erdoberfläche immer gleich.
Elliptische Satellitenbahn: Die Drehung eines Satelliten auf einer elliptischen Umlaufbahn führt dazu, dass sich der Abstand zur Erdoberfläche ändert andere Zeit innerhalb einer Runde.

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Satellitenumlaufbahnen

Es gibt viele verschiedene Definitionen, die damit verbunden sind verschiedene Arten Satellitenumlaufbahnen:

Mittelpunkt der Erde: Wenn ein Satellit die Erde umkreist – auf einer kreisförmigen oder elliptischen Umlaufbahn – bildet die Umlaufbahn des Satelliten eine Ebene, die durch den Schwerpunkt oder den Mittelpunkt der Erde verläuft.
Bewegungsrichtung um die Erde: Die Art und Weise, wie ein Satellit unseren Planeten umkreist, lässt sich je nach Richtung dieser Umlaufbahn in zwei Kategorien einteilen:

1. Beschleunigungsbahn: Die Drehung eines Satelliten um die Erde nennt man Beschleunigung, wenn sich der Satellit in die gleiche Richtung dreht wie die Erde;
2. Retrograde Umlaufbahn: Die Umlaufbahn eines Satelliten um die Erde wird als retrograd bezeichnet, wenn sich der Satellit entgegengesetzt zur Erdrotationsrichtung dreht.

Umlaufbahn: Die Umlaufbahn eines Satelliten ist ein Punkt Erdoberfläche Beim Überfliegen befindet sich der Satellit direkt über ihm, während er sich im Orbit um die Erde bewegt. Die Route bildet einen Kreis, in dessen Mittelpunkt sich der Mittelpunkt der Erde befindet. Es ist zu beachten, dass geostationäre Satelliten einen Sonderfall darstellen, da sie sich ständig über dem gleichen Punkt über der Erdoberfläche befinden. Das bedeutet, dass ihre Umlaufbahn aus einem einzigen Punkt am Erdäquator besteht. Wir können auch hinzufügen, dass sich die Umlaufbahn von Satelliten, die streng über dem Äquator rotieren, genau entlang dieses Äquators erstreckt.

Diese Umlaufbahnen sind in der Regel durch eine Verschiebung der Umlaufbahn jedes Satelliten um gekennzeichnet nach Westen, da sich die Erde unter dem Satelliten in östlicher Richtung dreht.

Orbitalknoten: Dies sind die Punkte, an denen die Umlaufbahn von einer Hemisphäre zur anderen übergeht. Für nichtäquatoriale Umlaufbahnen gibt es zwei solcher Knoten:

1. Aufsteigender Knoten: Dies ist der Knoten, an dem die Umlaufbahn von der Südhalbkugel in die Nordhalbkugel übergeht.
2. Absteigender Knoten: Dies ist der Knoten, an dem die Umlaufbahn von der nördlichen zur südlichen Hemisphäre übergeht.

Satellitenhöhe: Bei der Berechnung vieler Umlaufbahnen muss die Höhe des Satelliten über dem Erdmittelpunkt berücksichtigt werden. Dieser Indikator umfasst die Entfernung des Satelliten zur Erdoberfläche sowie den Radius unseres Planeten. In der Regel wird mit 6370 Kilometern gerechnet.
Umlaufgeschwindigkeit: Für Kreisbahnen ist es immer das Gleiche. Bei elliptischen Umlaufbahnen ist jedoch alles anders: Die Geschwindigkeit der Umlaufbahn des Satelliten ändert sich abhängig von seiner Position auf derselben Umlaufbahn. Sie erreicht ihr Maximum, wenn sie der Erde am nächsten ist, wo der Satellit der Gravitationskraft des Planeten den größten Widerstand entgegensetzt, und sinkt auf ein Minimum, wenn er den Punkt mit der größten Entfernung von der Erde erreicht.
Hubwinkel: Der Höhenwinkel des Satelliten ist der Winkel, in dem sich der Satellit über dem Horizont befindet. Wenn der Winkel zu klein ist, kann das Signal durch Objekte in der Nähe blockiert werden, wenn die Empfangsantenne nicht hoch genug angehoben wird. Allerdings besteht bei Antennen, die über ein Hindernis aufgestellt werden, auch ein Problem beim Empfang von Signalen von Satelliten, die einen geringen Elevationswinkel haben. Der Grund dafür ist, dass das Satellitensignal dann eine größere Distanz zurücklegen muss Erdatmosphäre und dadurch erfährt es eine stärkere Schwächung. Als minimal akzeptabler Elevationswinkel für einen mehr oder weniger zufriedenstellenden Empfang gilt ein Winkel von fünf Grad.
Neigungswinkel: Nicht alle Satellitenumlaufbahnen folgen der Äquatorlinie – tatsächlich folgen die meisten erdnahen Umlaufbahnen nicht dieser Linie. Daher ist es notwendig, den Neigungswinkel der Umlaufbahn des Satelliten zu bestimmen. Das folgende Diagramm veranschaulicht diesen Prozess.

Neigungswinkel der Satellitenumlaufbahn

Andere Indikatoren im Zusammenhang mit der Satellitenumlaufbahn

Damit ein Satellit zur Bereitstellung von Kommunikationsdiensten genutzt werden kann, müssen Bodenstationen ihm „folgen“, um ein Signal von ihm zu empfangen und an ihn zu senden. Es ist klar, dass eine Kommunikation mit dem Satelliten nur möglich ist, solange er sich im Sichtbereich von Bodenstationen befindet, und je nach Art der Umlaufbahn kann er sich auch nur für kurze Zeiträume im Sichtbereich befinden. Um sicherzustellen, dass die Kommunikation mit dem Satelliten möglichst lange möglich ist, gibt es mehrere Möglichkeiten:

Erste Wahl besteht darin, eine elliptische Umlaufbahn zu verwenden, deren Apogäumspunkt genau über dem geplanten Standort der Bodenstation liegt, wodurch der Satellit möglichst lange im Sichtfeld dieser Station bleiben kann.
Zweite Option besteht darin, mehrere Satelliten in eine Umlaufbahn zu schicken und so, wenn einer von ihnen außer Sichtweite verschwindet und die Kommunikation mit ihm unterbrochen wird, ein anderer an seine Stelle tritt. Um eine mehr oder weniger unterbrechungsfreie Kommunikation zu organisieren, müssen in der Regel drei Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden. Der Prozess des Austauschs eines „Dienst“-Satelliten durch einen anderen führt jedoch zu zusätzlicher Komplexität des Systems und zu einer Reihe von Anforderungen für mindestens drei Satelliten.

Definitionen von Kreisbahnen

Kreisbahnen können nach mehreren Parametern klassifiziert werden. Begriffe wie „Low Earth Orbit“, „Geostationary Orbit“ (und dergleichen) weisen darauf hin Besonderheit bestimmte Umlaufbahn. Kurze Review Die Definitionen von Kreisbahnen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Die meisten Raumflüge werden nicht auf Kreisbahnen, sondern auf elliptischen Umlaufbahnen durchgeführt, deren Höhe je nach Standort über der Erde variiert. Die Höhe der sogenannten „niedrigen Referenz“-Umlaufbahn, von der aus die meisten Menschen „abstoßen“ Raumschiffe, was etwa 200 Kilometern über dem Meeresspiegel entspricht. Genauer gesagt beträgt das Perigäum einer solchen Umlaufbahn 193 Kilometer und das Apogäum 220 Kilometer. Allerdings gibt es in der Referenzumlaufbahn eine große Menge an Trümmern, die ein halbes Jahrhundert der Weltraumforschung hinterlassen haben, sodass moderne Raumfahrzeuge, die ihre Triebwerke einschalten, in eine höhere Umlaufbahn gelangen. Zum Beispiel International Raumstation (ISS) im Jahr 2017 rotierte in einer Höhe von ca 417 Kilometer, also doppelt so hoch wie die Referenzbahn.

Die Umlaufhöhe der meisten Raumfahrzeuge hängt von der Masse des Raumschiffs, seinem Startort und der Leistung seiner Triebwerke ab. Für Astronauten schwankt sie zwischen 150 und 500 Kilometern. Zum Beispiel, Yuri Gagarin flog im Perigäum im Orbit 175 km und Höhepunkt bei 320 km. Der zweite sowjetische Kosmonaut German Titov flog in einer Umlaufbahn mit einem Perigäum von 183 km und einem Apogäum von 244 km. Amerikanische Shuttles flogen im Orbit Höhe von 400 bis 500 Kilometern. Alle sind ungefähr gleich groß moderne Schiffe, Menschen und Fracht zur ISS transportieren.

Im Gegensatz zu bemannten Raumfahrzeugen, die Astronauten zur Erde zurückbringen müssen, fliegen künstliche Satelliten in viel höheren Umlaufbahnen. Die Umlaufhöhe eines Satelliten, der sich in einer geostationären Umlaufbahn befindet, kann anhand von Daten über die Masse und den Durchmesser der Erde berechnet werden. Durch einfache physikalische Berechnungen können wir das herausfinden geostationäre Umlaufbahnhöhe, also einer, bei dem der Satellit über einem Punkt der Erdoberfläche „hängt“, ist gleich 35.786 Kilometer. Dies ist eine sehr große Entfernung von der Erde, sodass die Signalaustauschzeit mit einem solchen Satelliten 0,5 Sekunden erreichen kann, was ihn beispielsweise für die Bedienung von Online-Spielen ungeeignet macht.

Heute ist der 19. August 2019. Wissen Sie, welcher Feiertag heute ist?

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