Типи супутникових орбіт і їх визначення
- Нотатки та деталі про супутникових орбітах: базова інформація; різні типи супутникових орбіт; визначення...
- Читайте також: Високі еліптичні супутникові орбіти (HEO)
Нотатки та деталі про супутникових орбітах: базова інформація; різні типи супутникових орбіт; визначення супутникових орбіт.
У наш час людство використовує кілька різних орбіт для розміщення супутників. Найбільшу увагу прикуто до геостаціонарної орбіти, яка може бути використана для «стаціонарного» розміщення супутника над тією чи іншою точкою Землі. Орбіта, обрана для роботи супутника, залежить від його призначення. Наприклад, супутники, які використовуються для прямого мовлення телевізійних програм, поміщають на геостаціонарну орбіту. Багато супутники зв'язку також знаходяться на геостаціонарній орбіті. Інші супутникові системи, зокрема ті, які використовуються для зв'язку між супутниковими телефонами, обертаються на низькій навколоземній орбіті. Аналогічно супутникові системи, які використовуються для систем навігації, таких як Navstar або Система глобального позиціонування (GPS), також знаходяться на відносно низьких навколоземних орбітах. Існує ще безліч інших супутників - метеорологічні, дослідні і так далі. І кожен з них, в залежності від свого призначення, отримує «прописку» на певній орбіті.
Читайте також: Геостаціонарна супутникова орбіта (GEO)
Конкретна орбіта, яка обирається для роботи супутника, залежить від безлічі факторів, серед яких - функції супутника, а також обслуговує їм територія. В одних випадках це може бути вкрай низька навколоземну орбіту (LEO), що знаходиться на висоті всього 160 кілометрів над Землею, в інших випадках супутник знаходиться на висоті більше 36 000 км над Землею - тобто, на геостаціонарній орбіті GEO. Більш того, ряд супутників використовує не кругову орбіту, а еліптичну.
Тяжіння Землі і супутникові орбіти
У міру обертання супутників на навколоземній орбіті вони потихеньку з неї зміщуються через сили тяжіння Землі. Якби супутники не обертається по орбіті, вони б почали поступово падати на Землю і згоріли б в верхніх шарах атмосфери. Однак саме обертання супутників навколо Землі створює силу, відразливу їх від нашої планети. Для кожної з орбіт існує своя розрахункова швидкість, яка дозволяє збалансувати силу тяжіння Землі і відцентрову силу, утримуючи апарат на постійній орбіті і не даючи йому ні набирати, ні втрачати висоту.
Цілком зрозуміло, що чим нижче орбіта супутника, тим сильніше на нього впливає тяжіння Землі і тим більша потрібна швидкість для подолання цієї сили. Чим більше відстань від поверхні Землі до супутника - тим, відповідно, менша потрібна швидкість для його знаходження на постійній орбіті. Для апарату, що обертається на відстані близько 160 км над поверхнею Землі, потрібна швидкість приблизно 28 164 км / год, а це значить, що такий супутник здійснює виток навколо Землі приблизно за 90 хвилин. На відстані 36 000 км над поверхнею Землі супутнику для знаходження на постійній орбіті потрібна швидкість трохи менше 11 266 км / год, що дає можливість такому супутнику звертатися навколо Землі приблизно за 24 години.
Визначення кругової і еліптичної орбіт
Всі супутники обертаються навколо Землі, використовуючи один з двох базових типів орбіт.
- Кругова супутникова орбіта: при зверненні космічного апарату навколо Землі по круговій орбіті його відстань над земною поверхнею залишається завжди однаковим.
- Еліптична супутникова орбіта: Обертання супутника по еліптичній орбіті означає зміну відстані до поверхні Землі в різний час протягом одного витка.
Читайте також: Високі еліптичні супутникові орбіти (HEO)
Супутникові орбіти
Існує безліч різних визначень, пов'язаних з різними типами супутникових орбіт:
- Центр Землі: Коли супутник обертається навколо землі - по круговій або еліптичній орбіті - орбіта супутника формує площину, яка проходить через центр земного тяжіння або ж Центр Землі.
- Напрямок руху навколо Землі: Способи звернення супутника навколо нашої планети можна розбити на дві категорії відповідно до напряму цього звернення:
1. Прискорювальна орбіта: Звернення супутника навколо Землі називають прискорювальним, якщо супутник обертається в тому ж напрямку, в якому обертається Земля;
2. Ретроградна орбіта: Звернення супутника навколо Землі називають ретроградним, якщо супутник обертається в напрямку, протилежному напрямку обертання Землі.
- Траса орбіти: трасою орбіти супутника називають точку на земній поверхні, при прольоті над якою супутник знаходиться прямо над головою в процесі руху по орбіті навколо Землі. Траса утворює коло, в центрі якого розташований Центр Землі. Слід зазначити, що геостаціонарні супутники представляють собою особливий випадок, оскільки вони постійно перебувають над однією і тією ж точкою над поверхнею Землі. Це означає, що їх траса орбіти складається з однієї точки, розташованої на екваторі Землі. Також можна додати, що траса орбіти супутників, що обертаються строго над екватором, тягнеться уздовж цього самого екватора.
Для цих орбіт, як правило, характерно зміщення траси орбіти кожного супутника в західному напрямку, оскільки Земля під супутником звертається в східному напрямку.
- Орбітальні вузли: Це точки, в яких траса орбіти переходить з однієї півкулі в іншу. Для неекваторіальних орбіт існує два таких вузла:
1. Висхідний вузол: Це вузол, в якому траса орбіти переходить з південної півкулі в північну.
2. Спадний вузол: Це вузол, в якому траса орбіти переходить з північної півкулі в південну.
- Висота супутника: При розрахунку багатьох орбіт необхідно враховувати висоту супутника над центром Землі. Цей показник включає відстань від супутника до поверхні Землі плюс радіус нашої планети. Як правило, вважається, що він дорівнює 6370 кілометрам.
- Орбітальна швидкість: Для кругових орбіт вона завжди однакова. Однак у випадку з еліптичними орбітами все інакше: швидкість обертання супутника по орбіті змінюється в залежності від його позиції на цій самій орбіті. Вона досягає свого максимуму при найбільшому наближенні до Землі, де супутнику належить максимальне протистояння силі тяжіння планети, і знижується до мінімуму при досягненні точки найбільшого видалення від Землі.
- Кут підйому: Кутом підйому супутника називають кут, на якому супутник розташований над лінією горизонту. Якщо кут занадто малий, сигнал може бути перекритий розташованими близько об'єктами - в разі, якщо приймальна антена піднята досить високо. Однак і для антен, які підняті над перешкодою, також існує проблема при прийомі сигналу з супутників, що мають низький кут підйому. Причина тут в тому, що супутниковий сигнал в такому випадку повинен пройти більшу відстань через земну атмосферу і в результаті він піддається більшого ослаблення. Мінімально допустимим кутом підйому для більш-менш задовільного прийому прийнято вважати кут в п'ять градусів.
- Кут нахилу: Не всі супутникові орбіти слідують уздовж лінії екватора - насправді, більша частина низьких навколоземних орбіт не дотримуватися цієї лінії. А тому необхідно визначати кут нахилу орбіти супутника. Діаграма, розташована нижче, ілюструє цей процес.
Кут нахилу супутникової орбіти
Інші показники, пов'язані з супутниковою орбітою
Для того щоб супутник міг використовуватися для надання послуг зв'язку, наземні станції повинні мати можливість «стежити» за ним з метою отримання з нього сигналу і відправки сигналу на нього. Зрозуміло, що зв'язок із супутником можлива лише тоді, коли він знаходиться в зоні видимості наземних станцій, і, в залежності від типу орбіти, він може перебувати в зоні видимості лише в короткі проміжки часу. Для впевненості в тому, що зв'язок із супутником можлива протягом максимального проміжку часу, існує кілька варіантів, які можна використовувати:
- Перший варіант полягає у використанні еліптичної орбіти, точка апогею якої знаходиться в акурат над запланованим розміщенням наземної станції, що дає можливість супутнику перебувати в зоні видимості цієї станції протягом максимального проміжку часу.
- Другий варіант полягає в запуску декількох супутників на одну орбіту, і, таким чином, в той час, коли один з них зникає з поля зору і зв'язок з ним втрачається, на його місце приходить інший. Як правило, для організації більш-менш безперебійного зв'язку потрібно запуск на орбіту трьох супутників. Однак процес зміни одного «чергового» супутника іншим вносить в систему додаткові складності, а також ряд вимог до мінімум трьом супутникам.
Визначення кругових орбіт
Кругові орбіти можна класифікувати за кількома параметрами. Такі терміни, як Низька навколоземну орбіту, Геостаціонарна орбіта (і їм подібні) вказують на відмінну рису конкретної орбіти. Короткий огляд визначень кругових орбіт представлений в таблиці нижче.
Читайте також: Низька навколоземну орбіту (LEO)
Для виконання деяких завдань може вимагатися розміщення супутника на високій навколоземній орбіті. У цих випадках період обертання супутника навколо Землі перевищує 24 години, а крім того відстань до супутника є чималим, що призводить до більшої затримки під час руху сигналу з Землі до супутника і назад, а також великих втрат сигналу.
Вибір орбіти супутника залежить від функцій, які він виконує. У той час, як для організації прямого мовлення і подібних послуг, як правило, використовуються супутники, розташовані на геостаціонарних орбітах, для систем GPS і навіть для мобільної телефонії використовуються супутники, що обертаються набагато нижче.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту і натисніть Ctrl + Enter.
Сподобалося нас читати?