Na višini, na kateri letijo sateliti, izračun orbite, hitrost in smer gibanja

Tako kot sedeži v gledališču omogočajo drugačen pogled na pogled, razne orbite satelitov dajejo perspektivo, vsaka ima svoj namen. Nekateri se zdi, da visi nad točko na površini, ki jih zagotavlja stalen pregled ene strani Zemlje, medtem ko drugi kroženje okoli našega planeta, en dan krivino preko več lokacijah.

Vrste orbite

Na kateri višini letijo sateliti? Obstajajo tri vrste bližnjih zemeljskih orbit: visoka, srednja in nizka. Na najvišjem, najbolj oddaljenem od površine, praviloma obstaja veliko vremenskih razmer in nekaj komunikacijskih satelitov. Sateliti, ki se vrtijo na srednji zemeljski orbiti, vključujejo navigacijo in posebno, namenjeno spremljanju določene regije. Večina znanstvenih vesoljskih vozil, vključno z NASO-jevim sistemom opazovanja Zemlje, so na nizki orbiti.

Glede na to, kako visoko leteče satelitov je odvisna od hitrosti njihovega gibanja. Ko se približujemo Zemlji, postane gravitacija močnejša in pospešeno gibanje. Na primer, NASA Aqua satelitsko traja približno 99 minut, da letijo po vsem svetu na približno 705 km, in meteorološka enota, na oddaljeni 35786 km od površine, da bi bilo potrebno 23 ur, 56 minut in 4 sekunde. Na razdalji 384.403 km od središča Zemlje, Luna zaključi eno revolucijo v 28 dneh.

Aerodinamični paradoks

Sprememba nadmorske višine satelita tudi spreminja svojo orbitalno hitrost. Tukaj je paradoks. Če satelitski operater želi povečati svojo hitrost, ne more samo zagnati motorjev za pospešek. To bo povečalo orbito (in nadmorsko višino), kar bo povzročilo zmanjšanje hitrosti. Namesto tega zaženite motorje v smeri, ki je nasprotna smeri gibanja satelita, to je dejanja, ki bi upočasnila gibljejo vozilo na Zemlji. To dejanje bo premaknilo spodaj, kar bo povečalo hitrost.

Značilnosti orbite

Poleg višine je za pot satelitskega gibanja značilna ekscentričnost in naklon. Prvi se nanaša na obliko orbite. Satelit z nizko ekscentričnostjo se premika po poti, ki je blizu krožni. Ekscentrična orbita ima obliko elipse. Oddaljenost od vesoljskih plovil do Zemlje je odvisna od njegovega položaja.

Naklon je kot orb glede na ekvator. Satelit, ki se vrti neposredno nad ekvatorjem, ima nič naklon. Če vesoljska ladja prečka nad severnimi in južnimi polovi (geografska, ne magnetna), je nagib 90 °.

Skupaj - višina, ekscentričnost in naklon - določi gibanje satelita in kako bo Zemlja gledala z vidika.

Visoka Zemlja

Ko je satelit doseže natanko 42.164 km od Zemlje centra (okoli 36 tisoč evrov. Km od površine), da vstopi v območje, kjer se sreča orbito vrtenja planeta. Ker se aparat giblje z enako hitrostjo kot Zemlja, to pomeni, da je čas revolucije 24 ur, se zdi, da ostane na mestu v eni dolžini, čeprav se lahko sega od severa proti jugu. Ta posebna velika orbita se imenuje geosinhronska.

Satelite se gibljejo v krožni orbiti tik nad ekvatorjem (ekscentričnost in naklon so nič) in relativno glede na Zemljo stoji. Vedno se nahaja nad isto točko na svoji površini.

Geostacionarna orbita izjemno dragocena za spremljanje vremena, kot satelitov njih zagotavlja stalno pregled iste površine. Vsakih nekaj minut, meteorološki pripomočki, kot so GOES, ki zagotavljajo informacije o oblakih, vodno paro in vetra ter stalnega pretoka informacij je osnova za spremljanje in napovedovanje vremena.

Poleg tega so geostacionarne naprave lahko uporabne za komunikacijo (telefonija, televizija, radio). Sateliti GOES zagotavljajo delovanje iskalnega in reševalnega svetilnika, ki se uporablja pri iskanju ladij in letal v stiski.

Končno, številni Zemljini Zemeljski orbitalni sateliti spremljajo sončno aktivnost in spremljajo ravni magnetnega polja in sevanja.

Izračun višine GSO

Centripetalna sila F deluje na satelitu_centri= (M₁v²) / R in gravitacijsko silo F_t= (GM₁M₂) / R². Ker so te sile enake, lahko izenačimo desne dele in jih rezimo z maso M₁. Posledično dobimo enakost v²= (GM²) / R. Zato je hitrost v = ((GM₂) / R)^1/2

Ker je geostacionarna orbita krog dolžine 2pi-r, je orbitalna hitrost v = 2pi-R / T.

Zato R³= T²GM / (4pi-²).

Ker je T = 8,64x10⁴s, G = 6,673 x 10^-11 Nmiddot²/ kg², M = 5,98 x 10²⁴kg, nato R = 4,23 × 10⁷ m. Če odštejemo od R polmer Zemlje, enako 6.38x10⁶ m, lahko ugotovite, na kateri višini sateliti letijo nad eno točko površine - 3,59x10⁷m.

Lagrange točke

Druge izredne orbite so Lagrange točke, kjer gravitacijska sila Zemlje kompenzira težnost Sonca. Vse, kar je tam, je prav tako privlačno za te nebeške telesa in se vrti z našim planetom okoli zvezde.

Od petih Lagrange točk v sistemu Sun-Earth sta samo dva zadnja dva, imenovana L4 in L5, stabilna. V počitku je spremljevalec kot balansiranje žoge na vrhu strmega hriba: vsaka rahla motnja bo potisnila ven. Če želite ostati v uravnoteženem stanju, je treba vesoljsko plovilo tukaj nenehno prilagajati. Na zadnjih dveh točkah Lagrange so sateliti podobni krogli v krogli: tudi po močnem motnjah se bodo vrnili nazaj.

L1 se nahaja med Zemljo in Soncem, omogoča sateliti v njej stalen pogled na naš svetilnik. Sončni observatorij SOHO, satelit NASA in Evropska vesoljska agencija Sledijo Soncu od prve točke Lagrangea, 1,5 milijona kilometrov od našega planeta.

L2 se nahaja na isti razdalji od Zemlje, vendar je za njim. Sateliti na tem mestu zahtevajo le en toplotni ščit za zaščito pred svetlobo in toploto Sonca. To je dober kraj za vesoljske teleskope, ki se uporabljajo za proučevanje narave vesolja z opazovanjem ozadja mikrovalovnega sevanja.

Tretja točka Lagrange se nahaja nasproti Zemlje na drugi strani Sonca, tako da je zvezda vedno med njim in našim planetom. Satelit v tem položaju ne bo mogel komunicirati z Zemljo.

Četrta in peta točka Lagrangea na orbitalni poti našega planeta sta izjemno stabilna pri 60 ° spredaj in za Zemljo.

Srednja zemeljska orbita

Bližje Zemlji se sateliti premikajo hitreje. Obstajajo dve srednji bližnji Zemljini orbiti: polsinhroni in "Utripa".

Na kakšni višini sateliti letijo na pol-sinhroni orbiti? Je skoraj okrogla (nizka ekscentričnost) in je odstranjena na razdalji 26.560 km od središča Zemlje (približno 20.200 km nad površino). Satelit na tej višini se v 12 urah zavije v celoti. Ko se premika, se Zemlja vrti pod njim. V 24 urah na ekvatorju prečka dve enaki točki. Ta orbita je dosledna in zelo predvidljiva. Uporablja ga sistem globalno pozicioniranje GPS.

Za opazovanje na visokih širinah se uporabljajo molnijske orbite (nagib 63,4 °). Geostacionarni sateliti so vezani na ekvator, zato niso primerni za oddaljene severne ali južne regije. Ta orbita je zelo ekscentrična: vesoljska plovila se pomika vzdolž podolgovate elipse z Zemljo, ki se nahaja blizu enega roba. Ker se satelit pospešuje pod gravitacijo, se hitro premika, ko je blizu našega planeta. Ko izbrišete hitrost upočasni, tako da preživi več časa na vrhu orbite v najbolj oddaljen od roba Zemlje, je razdalja, na katero se lahko doseže 40 tisoč. Km. Obdobje obtoka je 12 ur, vendar približno dve tretjini tega časa satelit porabi več kot eno poloblo. Kot polsinhrono orbito satelit potuje po isti poti vsakih 24 ur. Uporablja se za komunikacijo na skrajnem severu ali jugu.

Nizka Zemlja

Večina znanstvenih satelitov, veliko meteoroloških in vesoljskih postaj je na skoraj krožni nizki zemeljski orbiti. Njihova naklonjenost je odvisna od tega, kaj spremljajo. TRMM je bil sprožen za spremljanje padavin v tropih, zato ima sorazmerno nizek naklon (35 °), ki ostane blizu ekvatorja.

Veliko satelitov opazovalnega sistema NASA ima skoraj polarno, zelo naklonjeno orbito. Vesoljska ladja se giblje po Zemlji od pola do pola s časom 99 minut. Polovico časa prehaja čez dnevno stran našega planeta in na polu gre v noč.

Ko se satelit premika, se Zemlja vrti pod njim. Do trenutka, ko se naprava preklopi na osvetljeno področje, je nad območjem, ki meji na območje svoje zadnje orbite. V 24-urnem obdobju polarni sateliti pokrivajo večino Zemlje dvakrat: enkrat dnevno in enkrat ponoči.

Sončna sinhronska orbita

Tako kot geosinhroni sateliti morajo biti nad ekvatorjem, ki jim omogoča, da ostanejo nad eno samo točko, polar-orbitalni sateliti imajo možnost, da ostanejo istočasno. Njihova orbita je sončno sinhronizirana - pri prečkanju ekvatorialnih vesoljskih plovil je lokalni sončni čas vedno enak. Na primer, satelitski satelit Terra prekriža nad Brazilijo ob 10:30 zjutraj. Naslednji prehod v 99 min po ekvadorju ali Kolumbiji je tudi ob 10.30 po lokalnem času.

Sončna sinhronska orbita je potrebna za znanost, saj omogoča ohranitev kota sončne svetlobe na površini Zemlje, čeprav se bo glede na sezono razlikovala. Ta skladnost pomeni, da lahko znanstveniki primerjate več let, ne da bi morali skrbeti prevelikih skokov v pokrivanje enkratnih slike planeta let, ki lahko ustvarijo iluzijo sprememb. Brez sončne sinhronske orbite bi bilo težko slediti sčasoma in zbirati informacije, potrebne za preučevanje podnebnih sprememb.

Pot satelita je zelo omejena. Če je na nadmorski višini 100 km, mora biti orbita naklon 96 °. Vsako odstopanje bo nesprejemljivo. Ker upor atmosfere in sila privlačnosti Sonca in Luna spreminjajo orbito naprave, ga je treba redno nastavljati.

Spuščanje v orbito: lansiranje

Za zagon satelita potrebujemo energijo, katere obseg je odvisen od lokacije lansirne lokacije, višine in naklona prihodnje usmeritve njegovega gibanja. Če želite priti do oddaljene orbite, morate porabiti več energije. Sateliti s pomembnim nagibom (na primer polarni) so bolj energetsko intenzivni kot tisti, ki krožijo nad ekvatorjem. Obrnitev v orbito z nizkim nagibom olajša vrtenje Zemlje. Mednarodna vesoljska postaja premakne pod kotom 51,6397 °. To je potrebno, da bi vesoljski ladji in ruski projektili olajšali. Višina ISS je 337-430 km. S polarnimi sateliti na drugi strani ne prejemajo pomoči iz impulza Zemlje, zato potrebujejo več energije, da se vzpenjajo na isto razdaljo.

Prilagoditev

Po zagonu satelita si je treba prizadevati, da bi jo ohranili v določeni orbiti. Ker Zemlja ni idealna sfera, je njegova težnost v nekaterih krajih močnejša. Ta neenakomernost, poleg privlačnosti sonca, lune in Jupitrom (najbolj množično planet Sončevega sistema), spreminja nagib orbite. Položaj satelitov GOES je bil v celotni življenjski dobi trikrat ali štirikrat prilagojen. Letalska vozila NASA naj bi letno uravnavala naklon.

Poleg tega atmosfero vplivajo bližnji Zemljani sateliti. Najvišje plasti, čeprav dokaj redke, imajo dovolj močnega upora, da bi jih pritegnile bližje Zemlji. Dejavnost teže vodi k pospeševanju satelitov. Sčasoma perejo, spiralno spuščajo in spuščajo v ozračje ali padejo na Zemljo.

Atmosferska odpornost je močnejša, ko je sonce aktivno. Tako kot se zrak v balonu razteza in dvigne, ko se segreje, vzdušje naraste in se širi, ko Sonce daje dodatno energijo. Razvejanost plasti vzdušja vzpenja in njihova lokacija zaseda gostejša. Zato bi morale sateliti na zemeljski orbiti spremeniti svoj položaj približno štirikrat letno, da bi nadomestili upor atmosfere. Ko je sončna aktivnost največja, je treba položaj aparata prilagoditi vsakih 2-3 tedna.

Vesoljski odpadki

Tretji razlog za spremembo orbite je vesoljski ostanek. Eden od komunikacijskih satelitov Iridium je trčil z disfunkcionalnim ruskim vesoljskim plovilom. Razbili so se, tako da so oblaki razbitin, sestavljeni iz več kot 2500 kosov. Vsak element je bil dodan v bazo podatkov, ki ima zdaj več kot 18.000 objektov tehnogenega porekla.

NASA pozorno spremlja vse, kar bi lahko dobili na poti satelitov, tj. A. Zaradi naplavin so že večkrat morali spremeniti orbito.

Inženirji Center za nadzor misij slediti položaju ostankov vesolja in satelitov, ki lahko motijo ​​gibanje in po potrebi skrbno načrtujejo manevre za izogibanje. Ista skupina načrtuje in manevrira prilagajanje naklona in višine satelita.