Orbite oko Zemlje. Geostacionarna orbita

2007 godina

Glavna ideja

Ova stranica je posvećena pitanjima nadzora umjetni sateliti Zemlje(Dalje Sateliti ). Od početka svemirske ere (4. oktobra 1957. lansiran je prvi satelit Sputnjik-1), čovečanstvo je stvorilo ogroman broj satelita koji kruže oko Zemlje u svim vrstama orbita. Danas broj takvih objekata koje je napravio čovjek premašuje desetine hiljada. U osnovi je to "svemirski otpad" - fragmenti satelita, stepenovi istrošenih raketa itd. Samo mali dio njih rade sateliti.
Među njima su istraživački i meteorološki sateliti, komunikacijski i telekomunikacijski sateliti, te vojni sateliti. Prostor oko Zemlje njima je "naseljen" sa visina od 200-300 km i do 40.000 km. Samo neki od njih su dostupni za posmatranje pomoću jeftine optike (dvogledi, teleskopi, amaterski teleskopi).

Prilikom kreiranja ovog sajta, autori su si zadali cilj da zajedno sakupe informacije o metodama posmatranja i snimanja satelita, da pokažu kako izračunati uslove za njihov let preko određenog terena, da opišu praktične aspekte problematike posmatranja. i pucanje. Na sajtu se uglavnom nalazi autorski materijal dobijen tokom posmatranja učesnika sekcije "Kosmonautika" astronomskog kluba "hν" u Planetariju u Minsku (Minsk, Belorusija).

Pa ipak, odgovarajući na glavno pitanje - "Zašto?", mora se reći sljedeće. Među svim vrstama hobija koje osoba voli, tu su astronomija i astronautika. Hiljade ljubitelja astronomije posmatraju planete, magline, galaksije, promenljive zvezde, meteore i druge astronomske objekte, fotografišu ih, održavaju svoje konferencije i "majstorske kurseve". Zašto? To je samo hobi, jedan od mnogih. Način da pobjegnete od svakodnevnih problema. Čak i kada amateri rade posao od naučnog značaja, oni ostaju amateri koji to rade za svoje zadovoljstvo. Astronomija i kosmonautika su veoma "tehnološki" hobiji, gde možete primeniti svoja znanja iz optike, elektronike, fizike i drugih prirodnih nauka. Ili ga možda ne koristite - i jednostavno uživajte u zadovoljstvu kontemplacije. Sa satelitima stvari stoje slično. Posebno je zanimljivo pratiti te satelite, informacije o kojima se ne distribuiraju u otvorenim izvorima - to su vojni obavještajni sateliti različitih zemalja. U svakom slučaju, posmatranje satelita je lov. Često možemo unaprijed naznačiti gdje i kada će se satelit pojaviti, ali ne uvijek. A kako će se "ponašati" još je teže predvidjeti.

Priznanja:

Opisane metode nastale su na osnovu opservacija i istraživanja, u kojima su učestvovali članovi hν astronomskog kluba Minskog planetarija (Bjelorusija):

• Bozbei Maxim.
• Dremin Gennady.
• Kenko Zoya.
• Mechinsky Vitaly.

Mnogo su pomogli i članovi kluba ljubitelja astronomije "hν". Lebedeva Tatiana, Povalishev Vladimir i Alexey Tkachenko... Posebno hvala Alexander Lapshin(Rusija), profi-s (Ukrajina), Daniil Shestakov (Rusija) i Anatoly Grigoriev (Rusija) za njihovu pomoć u kreiranju klauzule II §1 "AES fotometrija", Poglavlje 2 i Poglavlje 5, i Elena (Tau, Rusija) također za savjetovanje i pisanje nekoliko računskih programa. Autori takođe zahvaljuju Mihail Abgarjan (Bjelorusija), Jurij Gorjačko (Bjelorusija), Anatolij Grigorijeva (Rusija), Leonida Elenina (Rusija), Viktor Žuk (Bjelorusija), Igor Molotov (Rusija), Konstantin Morozov (Bjelorusija), Sergej Plaks (Ukrajina), Ivan Prokopjuk (Bjelorusija) za pružene ilustracije za neke dijelove stranice.

Neki od materijala su primljeni tokom izvršenja naloga Unitarnog preduzeća "Geografski informacioni sistemi" Nacionalne akademije nauka Belorusije. Podnošenje materijala vrši se na nekomercijalnoj osnovi u cilju popularizacije bjeloruskog svemirskog programa među djecom i mladima.

Vitalij Mečinski, kustos sekcije "Kosmonautika" astrokluba "hν".

Vijesti sa stranice:

• 09/01/2013: Podstav 2 je značajno ažuriran "AES fotometrija po letu" str II §1 - ​​dodane informacije o dvije metode fotometrije satelitskih tragova (metoda fotometrijskog profila staze i metoda izofotske fotometrije).
• 09/01/2013: Podtačka II §1 je ažurirana - dodata informacija o radu sa Highecl programom za izračunavanje verovatnih baklji iz GSS.
• 30.01.2013: Ažurirano "poglavlje 3"- dodane informacije o radu sa programom "MagVision" za izračunavanje incidencije prodiranja svjetlosti od Sunca i Mjeseca.
• 22.01.2013: Ažurirano poglavlje 2. Dodata animacija kretanja satelita po nebu u jednoj minuti.
• 19.01.2013: Ažuriran podstav "Vizuelna posmatranja satelita" str.1 "Određivanje satelitskih orbita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o uređajima za grijanje za elektroniku i optiku za zaštitu od rose, mraza i prekomjernog hlađenja.
• 19.01.2013: Dodato "poglavlje 3" informacije o padu penetracije tokom ekspozicije sa meseca i sumraka.
• 01/09/2013: Dodan podstav "Bljeske sa lidarskog satelita "CALIPSO" podtačke "Fotografiranje baklji", klauzula II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Opisani su podaci o karakteristikama posmatranja baklji sa laserskog lidara satelita "CALIPSO" i proces pripreme za njih.
• 11/05/2012: Ažuriran je uvodni dio §2 poglavlja 5. Dodate informacije o potrebnoj minimalnoj opremi za radio nadzor satelita, a takođe je prikazan dijagram LED indikatora nivoa signala koji se koristi za podesite nivo ulaznog audio signala koji je siguran za diktafon.
• 11/04/2012: Podparagraf ažuriran "Vizuelna posmatranja satelita" str.1 "Određivanje satelitskih orbita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o zvezdanom atlasu Brna, kao i o crvenom filmu na LCD ekranima elektronskih uređaja koji se koriste u posmatranjima.
• 14.04.2012: Ažurirana je podtačka podtačke "Foto/video snimanje satelita", tačka 1 "Određivanje AES orbita" §1 poglavlja 5. Dodate informacije o radu sa "SatIR" program za identifikaciju satelita na fotografijama sa širokim vidnim poljem, kao i određivanje koordinata krajeva satelitskih staza na njima.
• 04/13/2012: Podparagraf ažuriran "AES astrometrija u dobijenim slikama: fotografija i video" podtačka "Foto/video snimanje satelita" tačka 1 "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Dodate informacije o radu sa programom "AstroTortilla" za određivanje koordinata centra vidnog polja slike zvjezdano nebo.
• 20.03.2012: Podtačka 2 "Klasifikacija AES orbita prema velikoj poluosi" je ažuriran §1 Poglavlja 2. Dodate informacije o veličini GSS drifta i orbitalnih poremećaja.
• 03/02/2012: Dodat podstav "Posmatranje i snimanje lansiranja projektila na daljinu" podtačka „Foto/video snimanje satelita” str. I „Određivanje orbita satelita” §1 Poglavlja 5. Opisuju se podaci o karakteristikama posmatranja leta raketa-nosača u fazi lansiranja.
• "Pretvaranje astrometrije u IOD format" podtačka "Foto/video snimanje satelita" tačka I "Određivanje satelitskih orbita" §1 poglavlja 5. Dodan opis rada sa programom "ObsEntry for Window" za pretvaranje astrometrije satelita u IOD-format - analogni programa "OBSENTRY", ali za OS Windows.
• 25.02.2012: Podparagraf ažuriran "Sunčeve sinhrone orbite" str.1 "Klasifikacija satelitskih orbita prema nagibu" §1 Poglavlja 2. Dodate informacije o izračunavanju vrijednosti nagiba i ss solarno-sinhrone orbite satelita, u zavisnosti od ekscentriciteta i velike poluose orbite.
• 21.09.2011: Podtačka 2 "AES fotometrija za let" je ažurirana. Klauzula II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o sinodičkom efektu, koji iskrivljuje određivanje perioda rotacije satelita.
• 09/14/2011: Podparagraf ažuriran "Proračun orbitalnih (keplerovih) elemenata satelitske orbite na osnovu astrometrijskih podataka. Jedan prelet" podtačka "Foto/video snimanje satelita", tačka I "Određivanje satelitskih orbita" §1 poglavlja 5. Dodate informacije o programu "SatID" za identifikaciju satelita (pomoću primljenih TLE-ova) među satelitima iz trećeg- party TLE baza podataka, a također opisuje metodu identifikacije satelita u programu Heavensat na osnovu leta viđenog u blizini referentne zvijezde.
• 09.12.2011: Ažurirana je podtačka "Proračun orbitalnih (keplerovih) elemenata orbite satelita na osnovu astrometrijskih podataka. Nekoliko letova" podtačke "Foto/video snimanje satelita" tačke I "Određivanje orbita satelita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o TLE programu rekalkulacije -elementi za željeni datum.
• 09/12/2011: Dodan podstav "Ulazak satelita u Zemljinu atmosferu" podtačke "Foto/video snimanje satelita", tačka I "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Podaci o radu sa programom "SatEvo" za predviđanje datuma ulaska satelita u gusto opisani su slojevi Zemljine atmosfere.
• "Bljeske sa geostacionarnih satelita" podstav "Fotografiranje baklji", klauzula II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o periodu vidljivosti GSS baklji.
• 09/08/2011: Podparagraf ažuriran "Promjena svjetline satelita tokom leta" Potklauzula 2 "AES fotometrija u rasponu" Klauzula II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o obliku fazne funkcije za nekoliko primjera reflektirajućih površina.
• podstav 1 "Posmatranje satelitskih baklji", tačka II "Fotometrija satelita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o nepravilnosti vremenske skale duž slike satelitske staze na matrici fotodetektora.
• 09/07/2011: Podparagraf ažuriran "AES fotometrija po letu" str II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodan primjer složene svjetlosne krive satelita "NanoSail-D" (SCN: 37361) i modeliranje njegove rotacije.
• "Bljeske sa LEO satelita" Podparagraf 1 "Posmatranje AES baklji", Odeljak II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodata fotografija i fotometrijski profil baklje sa LEO AES "METEOR 1-29".
• 09/06/2011: Ažuriran podstav "Geostacionarne i geosinhrone satelitske orbite"§1 Poglavlja 2. Dodate informacije o klasifikaciji geostacionarnih satelita, informacije o obliku GSS putanja.
• 09/06/2011: Ažuriran podstav "AES snimanje leta: oprema za snimanje. Optički elementi" podtačka "Foto/video snimanje satelita" str. I "Određivanje orbita satelita" §1 Poglavlja 5. Dodate veze na preglede domaćih objektiva u primjeni na satelitsko snimanje.
• 09/06/2011: Ažuriran podstav "fazni ugao" str II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Dodata animacija promene faze satelita u zavisnosti od faznog ugla.
• 13.07.2011: Završeno popunjavanje svih poglavlja i sekcija sajta.
• 07/09/2011: Završeno pisanje uvoda u klauzulu II "AES fotometrija"§1 poglavlja 5.
• 07/05/2011: Završeno pisanje uvoda u §2 "Sateliti za radio nadzor" Poglavlja 5.
• 07/04/2011: Podparagraf ažuriran "Obrada zapažanja" str. I "Prijem satelitske telemetrije" §2 Poglavlja 5.
• 04.07.2011: Završeno pisanje str II "Dobijanje slika oblačnosti"§2 Poglavlje 5.
• 07/02/2011: Završeno pisanje str I "Prijem satelitske telemetrije"§2 Poglavlje 5.
• 07/01/2011: Završeno pisanje podparagrafa "Foto/video snimanje satelita" Klauzula I §1 Poglavlja 5.
• 25.06.2011: Završeno pisanje Prijave.
• 25.06.2011: Završeno je pisanje uvoda u Poglavlje 5: "Šta i kako promatrati?"
• 25.06.2011: Završeno je pisanje uvoda u §1 "Optička zapažanja" Poglavlja 5.
• 25.06.2011: Završeno je pisanje uvoda u klauzulu I "Određivanje satelitskih orbita"§1 poglavlja 5.
• 25.06.2011.: Poglavlje 4 je završeno pisanjem: "Bilo je vrijeme".
• 25.01.2011.: Poglavlje 2 je završeno pisanjem: "Kakve orbite i sateliti postoje?".
• 01/07/2011: Poglavlje 3 je završeno pisanjem: "Priprema za posmatranja".
• 01/07/2011: Pisanje poglavlja 1 je završeno: "Kako se kreću sateliti?"

Šta je geostacionarna orbita? Ovo je kružno polje, koje se nalazi iznad Zemljinog ekvatora, duž kojeg se umjetni satelit okreće kutnom brzinom rotacije planete oko ose. Ne mijenja svoj smjer u horizontalnom koordinatnom sistemu, već nepomično visi na nebu. Geostacionarna orbita Zemlje (GSO) je vrsta geosinhronog polja i koristi se za smještaj komunikacijskih, radiodifuznih i drugih satelita.

Ideja o korištenju umjetnih uređaja

Sam koncept geostacionarne orbite inicirao je ruski pronalazač K.E. Tsiolkovsky. U svojim radovima je predložio naseljavanje svemira pomoću orbitalnih stanica. Strani naučnici su takođe opisali rad kosmičkih polja, na primer, G. Obert. Osoba koja je razvila koncept korištenja orbite za komunikaciju je Arthur Clarke. Godine 1945. objavio je članak u Wireless Worldu, gdje je opisao prednosti geostacionarnog rada na terenu. Za aktivan rad na ovom području u čast naučnika, orbita je dobila svoje drugo ime - "Clarkov pojas". Mnogi teoretičari su razmišljali o problemu ostvarivanja kvalitativne veze. Tako je Herman Potočnik 1928. godine izrazio ideju kako se geostacionarni sateliti mogu koristiti.

Karakteristike Clarkovog pojasa

Da bi se orbita nazvala geostacionarnom, mora ispunjavati nekoliko parametara:

1. Geosinhronija. Ova karakteristika uključuje polje koje ima period koji odgovara periodu Zemljine revolucije. Geosinhroni satelit obavi revoluciju oko planete za sideralni dan, koji traje 23 sata 56 minuta i 4 sekunde. Zemlji je potrebno isto vrijeme da izvrši jednu revoluciju u fiksnom prostoru.

2. Za održavanje satelita u određenoj tački, geostacionarna orbita mora biti kružna, sa nultim nagibom. Eliptično polje će dovesti do pomaka ili na istok ili na zapad, jer se vozilo kreće u određenim tačkama u svojoj orbiti na različite načine.

3. "Tačka lebdenja" svemirskog mehanizma mora biti na ekvatoru.

4. Položaj satelita u geostacionarnoj orbiti treba da bude takav da mali broj frekvencija namenjenih za komunikaciju ne dovede do preklapanja frekvencija različitih uređaja tokom prijema i prenosa, kao i da izbegne njihov sudar.

5. Dovoljno goriva za održavanje konstantnog položaja mehanizma za prostor.

Geostacionarna orbita satelita je jedinstvena po tome što je samo kombinacijom njegovih parametara moguće postići nepokretnost vozila. Još jedna karakteristika je mogućnost da se Zemlja vidi pod uglom od sedamnaest stepeni sa satelita koji se nalaze u kosmičkom polju. Svaka letjelica hvata oko jedne trećine orbitalne površine, tako da su tri mehanizma sposobna da pokriju gotovo cijelu planetu.

Umjetni sateliti

Avion se okreće oko Zemlje po geocentričnoj putanji. Za njegov izlaz koristi se višestepena raketa. To je prostorni mehanizam koji pokreće reaktivnu silu motora. Da bi se kretali u orbiti, umjetni zemaljski sateliti moraju imati početnu brzinu koja odgovara prvoj svemirskoj brzini. Njihovi letovi se izvode na visini od najmanje nekoliko stotina kilometara. Period cirkulacije uređaja može biti nekoliko godina. Umjetni sateliti Zemlje mogu se lansirati iz drugih vozila, na primjer, orbitalnih stanica i brodova. Bespilotne letjelice imaju masu do dvije desetine tona i veličinu do nekoliko desetina metara. Dvadeset prvi vijek obilježen je rođenjem uređaja ultra male težine - do nekoliko kilograma.

Sateliti su lansirale mnoge zemlje i kompanije. Prvi vještački aparat na svijetu stvoren je u SSSR-u i poletio je u svemir 4. oktobra 1957. godine. Nosio je ime "Sputnjik-1". Godine 1958. Sjedinjene Države su lansirale drugi aparat, Explorer-1. Prvi satelit koji je NASA lansirala 1964. nazvan je Syncom-3. Vještački uređaji su uglavnom nepovratni, ali ima i onih koji se vraćaju djelimično ili u potpunosti. Koriste se za naučna istraživanja i rješavanje raznih problema. Dakle, tu su vojni, istraživački, navigacijski sateliti i drugi. Lansiraju se i uređaji koje su izradili univerzitetski zaposlenici ili radio-amateri.

"tačka stajanja"

Geostacionarni sateliti se nalaze na 35.786 kilometara iznad nivoa mora. Ova visina daje period okretanja koji odgovara periodu kruženja Zemlje u odnosu na zvijezde. Veštačko vozilo miruje, pa se njegova lokacija u geostacionarnoj orbiti naziva "stacionarna tačka". Lebdenje obezbeđuje stalnu dugoročnu komunikaciju, jednom kada je antena orijentisana, uvek će biti usmerena na željeni satelit.

Pokret

Sateliti se mogu prenijeti iz orbite male visine u geostacionarnu orbitu korištenjem geo-transfer polja. Potonji su eliptična staza sa tačkom na maloj nadmorskoj visini i vrhom na visini koja je blizu geostacionarnog kruga. Satelit, koji je postao nepodesan za dalji rad, šalje se u orbitu za odlaganje koja se nalazi 200-300 kilometara iznad GSO.

Visina geostacionarne orbite

Satelit se u ovom polju drži na određenoj udaljenosti od Zemlje, ne približava se ili udaljava. Uvijek se nalazi iznad neke tačke na ekvatoru. Na osnovu ovih karakteristika proizilazi da sile gravitacije i centrifugalna sila uravnotežuju jedna drugu. Visina geostacionarne orbite izračunata je metodama baziranim na klasičnoj mehanici. Ovo uzima u obzir korespondenciju gravitacionih i centrifugalnih sila. Vrijednost prve veličine određena je korištenjem Newtonovog zakona univerzalne gravitacije. Indeks centrifugalne sile izračunava se množenjem mase satelita sa centripetalnim ubrzanjem. Rezultat jednakosti gravitacione i inercijalne mase je zaključak da visina orbite ne zavisi od mase satelita. Stoga je geostacionarna orbita određena samo visinom na kojoj je centrifugalna sila jednaka po veličini i suprotna po smjeru gravitacijskoj sili koju stvara Zemljina gravitacija na datoj visini.

Iz formule za izračunavanje centripetalnog ubrzanja možete pronaći kutnu brzinu. Polumjer geostacionarne orbite je također određen ovom formulom ili dijeljenjem geocentrične gravitacijske konstante sa ugaonom brzinom na kvadrat. To je 42164 kilometara. Uzimajući u obzir ekvatorijalni radijus Zemlje, dobijamo visinu jednaku 35786 kilometara.

Proračuni se mogu izvesti na drugačiji način, na osnovu tvrdnje da orbitalna visina, koja je udaljenost od centra Zemlje, uz ugaonu brzinu satelita koja se poklapa sa kretanjem rotacije planete, dovodi do linearnu brzinu koja je jednaka prvoj kosmičkoj brzini na datoj visini.

Brzina u geostacionarnoj orbiti. Dužina

Ovaj indikator se izračunava množenjem ugaone brzine sa radijusom polja. Vrijednost brzine u orbiti je 3,07 kilometara u sekundi, što je mnogo manje od prve kosmičke brzine na putu oko Zemlje. Da biste smanjili indikator, potrebno je povećati orbitalni radijus za više od šest puta. Dužina se izračunava proizvodom pi i poluprečnika, pomnoženim sa dva. To je 264924 kilometara. Indikator se uzima u obzir prilikom izračunavanja "tačaka stanice" satelita.

Uticaj sila

Parametri orbite duž koje se vrti umjetni mehanizam mogu se mijenjati pod utjecajem gravitacijskih lunisolarnih perturbacija, nehomogenosti Zemljinog polja i eliptičnosti ekvatora. Transformacija polja se izražava u pojavama kao što su:

1. Pomicanje satelita sa njegove pozicije duž orbite prema tačkama stabilne ravnoteže, koje se nazivaju potencijalni bunari geostacionarne orbite.
2. Ugao nagiba polja prema ekvatoru raste određenom brzinom i dostiže 15 stepeni svakih 26 godina i 5 mjeseci.

Da bi satelit držao na željenoj "stacionarnoj tački", opremljen je pogonskim sistemom, koji se uključuje nekoliko puta svakih 10-15 dana. Dakle, za kompenzaciju povećanja nagiba orbite koristi se korekcija sjever-jug, a za kompenzaciju zanošenja duž polja koristi se korekcija zapad-istok. Za regulisanje putanje satelita tokom čitavog perioda njegovog rada potrebna je velika zaliha goriva na brodu.

Pogonski sistemi

Izbor uređaja određen je individualnim tehničkim karakteristikama satelita. Na primjer, hemijski raketni motor ima pogonsko gorivo pozitivnog pomaka i radi na komponentama visokog ključanja za dugotrajno skladištenje (dinitrogen tetroksid, nesimetrični dimetilhidrazin). Plazma uređaji imaju znatno manji potisak, ali zbog dugotrajnog rada, koji se mjeri u desetinama minuta za jedan pokret, mogu značajno smanjiti količinu potrošenog goriva na brodu. Ovaj tip pogonskog sistema se koristi za manevrisanje satelita na drugu orbitalnu poziciju. Glavni ograničavajući faktor za vijek trajanja vozila je rezerva goriva u geostacionarnoj orbiti.

Nedostaci vještačkog polja

Značajan nedostatak u interakciji sa geostacionarnim satelitima su velika kašnjenja u širenju signala. Dakle, pri brzini svjetlosti od 300 hiljada kilometara u sekundi i visini orbite od 35786 kilometara, kretanje snopa Zemlja-satelit traje oko 0,12 sekundi, a snopa Zemlja-satelit-Zemlja - 0,24 sekunde. Uzimajući u obzir kašnjenje signala u opremi i kablovskim sistemima zemaljskog prenosa usluga, ukupno kašnjenje signala "izvor - satelit - prijemnik" dostiže oko 2-4 sekunde. Ovaj indikator značajno komplikuje upotrebu vozila u orbiti u telefoniji i onemogućava korištenje satelitskih komunikacija u sistemima u realnom vremenu.

Još jedan nedostatak je nevidljivost geostacionarne orbite sa visokih geografskih širina, što ometa vođenje komunikacija i TV emitovanja u arktičkim i antarktičkim regijama. U situacijama kada su sunce i satelit predajnik u liniji sa prijemnom antenom, dolazi do smanjenja, a ponekad i potpunog izostanka signala. U geostacionarnim orbitama, zbog nepokretnosti satelita, ova pojava je posebno izražena.

Doplerov efekat

Ovaj fenomen se sastoji u promeni frekvencija elektromagnetnih vibracija tokom međusobnog kretanja predajnika i prijemnika. Fenomen se izražava promjenom udaljenosti tokom vremena, kao i kretanjem vještačkih vozila u orbiti. Efekat se manifestuje kao nestabilnost noseće frekvencije satelita, što se dodaje instrumentalnoj nestabilnosti frekvencije ugrađenog repetitora i zemaljske stanice, što otežava prijem signala. Doplerov efekat promoviše promjenu frekvencije modulirajuće vibracije koja se ne može kontrolisati. U slučaju kada se u orbiti koriste komunikacijski sateliti i direktno televizijsko emitiranje, ova pojava je praktično eliminirana, odnosno nema promjena u nivou signala na mjestu prijema.

Odnos svijeta prema geostacionarnim poljima

Svemirska orbita je svojim rođenjem stvorila mnoga pitanja i međunarodno pravne probleme. Brojni komiteti su uključeni u njihovu odluku, posebno Ujedinjene nacije. Neke zemlje koje se nalaze na ekvatoru tražile su proširenje svog suvereniteta na dio kosmičkog polja koji se nalazi iznad njihove teritorije. Države su navele da je geostacionarna orbita fizički faktor koji je povezan sa postojanjem planete i zavisi od gravitacionog polja Zemlje, stoga su segmenti polja produžetak teritorije njihovih zemalja. Ali takve tvrdnje su odbačene, jer u svijetu postoji princip neprisvajanja svemira. Svi problemi vezani za rad orbita i satelita rješavaju se na globalnom nivou.

SATELLITEVEZA

i problem

geostacionarni

orbite

Predgovor ................................................................ ……………………………….……5

1. Orbita geostacionarnih satelita. Servisne oblasti ……………… ..10

1.1 Orbite Zemljinih satelita ........................................................................ .10

1.2 Geostacionarna orbita ........................................................................ 13

1.3 Osvjetljenje geostacionarnog satelita; osvetljenje zemaljske antene
stanice po Suncu i Lunno …………………………………………………………… .21

1.4 Domet radio signala i Doplerov efekat …………… .. …… 27

1.5 Područja pružanja usluga geostacionarnih satelita ……………………………… 32 2. Osnovne radio tehničke karakteristike komunikacionih sistema sa geostacionarnim satelitima …………………………………………………………………… .38

2.1 Radiokomunikacijske usluge koje koriste satelite u geostacionarnoj orbiti ………………………………………………………………… ...… 38

2.2 Glavne karakteristike geostacionarnih satelita i komunikacionih sistema

na osnovu njih …………………………………………. ………………… ...… ....… ..42

2.4 O trendovima u razvoju geostacionarne orbite, planovima za stvaranje novih komunikacionih sistema sa geostacionarnim satelitima ......................... .............. 65

3.Proračun međusobne smetnje između stacionarnih satelita …………… .70

3.1 Određivanje potrebnih odnosa zaštite signal-šum

na ulazu prijemnog uređaja ………………………………………… 70

3.2 Utjecaj smetnji na analogne FM signale ... ... .. ... 72 Utjecaj smetnji u prijenosu signala u diskretnom obliku ... .....

3.3 Proračun odnosa signal-šum na ulazu prijemnih uređaja ................................ ................................ 94

3.4 Standardi za dozvoljene nivoe buke …………………………… ..99

3.5. Standardi za dozvoljene nivoe buke ..................... ..... ... ... ... ... ... . .. ... 107

4.Indikatori efikasnosti korišćenja geostacionarne orbite ........................................ .................................................... .................................... 112

4.1 Mogući pristupi razvoju indikatora …………………………… .112

4.2 Indikator efikasnosti upotrebe HE …………… ........ Tehnički faktori koji utiču na efikasnost upotrebe HE …………………………………………………………………… ………… ………………… ..124

5.1. Parametri antene koji određuju efikasnost korišćenja HE …………………………………………………………… ..…. …… 124

5.2 Tehnički faktori koji utiču na efikasnost korišćenja HE, povezani sa metodama prenosa i regulacije signala ..... 134

5.3 Analiza homogenosti satelitskih komunikacionih sistema …………… .143

6.Procjena kapaciteta geostacionarne orbite ………………………… ... 154

6.1.Procjena orbitalnog kapaciteta na osnovu stvarnih pretpostavki ... ... .... 154

6.2.Procjena graničnog propusnog kapaciteta GO ........................................ ......... 161

7. Međunarodna regulacija korištenja geostacionarne orbite …………………………… ................................ .................................... ..169

7.1 Opće odredbe za korištenje HE …………… 169

7.2 Trenutna procedura za koordinaciju novih sistema koji koriste geostacionarne satelite ……………………………………… 176

8. Planirano korištenje frekvencijskih opsega dodijeljenih satelitskoj radiodifuznoj službi …………………………….… .. ………… 181

8.1 Planovi za radio-difuznu satelitsku uslugu usvojeni od
VAKR-77 i RAKR-83 ……………………………………………………… ... 181

8.2 Kriterijumi za međuregionalno usklađivanje i rješenja RAKR-83 ………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… 196

8.3 Problemi planiranja vodova snabdijevanja programa u Roines 1 i 3 …………………………………………………………………………………… ...… 201

8.4 Izazovi u implementaciji 12 GHz satelitskih planova za emitovanje …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… 205 205

9.Moguće metode osiguravanja zagarantovanog pristupa geostacionarnoj orbiti i odluke VACR ORB 1985 ........................ 207

9.1.Zadaci VAKR ORB 1985 i pripremni radovi u

CCIR ………………………………………………………………………………… ..... 207

9.2 Odluke VACR ORB 1985 u vezi sa uvođenjem planiranja za satelitske usluge ... ..215

9.3 O primjeni generaliziranih parametara u planiranju FSS-a ........................................ ........................ ..222

9.4 O izradi primjera FSS plana .......................... 232

Zaključak................................................................ ................................................ 242

Bibliografija ................................................. ................................ 245

PREDGOVOR

Sredinu 20. vijeka obilježili su uspjesi raketne i svemirske tehnologije. Ruski naučnik je odigrao izuzetnu ulogu u stvaranju naučnih osnova za ove uspehe.

Od lansiranja prvog veštačkog satelita Zemlje (AES) u SSSR-u 1957. godine, pojavila se praktična mogućnost stvaranja komunikacionih sistema sa repetitorom (pasivnim ili aktivnim) koji se nalazi na satelitu. Učinkovitost ovakvog postavljanja repetitora je već tada bila očigledna, budući da su radio-relejne komunikacijske linije vidljivosti s relejnim stanicama na visokim tornjevima postale široko rasprostranjene, a da bi se povećao domet komunikacije, repetitor je više puta podizan na veliku visina koristeći avione i druge letjelice. Kao svemirska relejna stanica, satelit se pokazao praktičnijim od drugih sredstava za podizanje aktivnog releja, zbog svoje velike (praktički neograničene) visine, dugog vijeka trajanja bez primjetne potrošnje energije (satelit se kreće u orbiti poput nebeskog tijela) , efikasan rad solarnih baterija, nezasjenjen atmosferskim formacijama - oblacima. Ispostavilo se da su ove prednosti važnije od očiglednog nedostatka - visoke cijene postavljanja satelita u orbitu.

Velika nadmorska visina svemirske stanice omogućava ne samo stvaranje širokopojasnih linija vidljivosti velike dužine i kapaciteta, već i direktnu komunikaciju preko satelita velikog broja zemaljskih stanica koje se nalaze u zoni usluge. ovog satelita.

Već početkom šezdesetih lansirani su prvi komunikacioni sateliti - Molniya-1 (SSSR, 1965.) Telstar (SAD, 1962.). Visoka eliptična orbita satelita "Molniya-1" s visinom apogeja u blizini sjeverne hemisfere i nagibom prema ekvatoru od oko 65° pokazala se pogodnom za opsluživanje zona uključujući i cirkumpolarne regije, i još uvijek se uspješno koristi od strane Sovjetski savez. Niska orbita Telstara (visina apogeja 4800 km, perigej 800 km, nagib prema ekvatorijalnoj ravni 45°) nikada nije korištena u budućnosti.

Međutim, još 1945. godine engleski inženjer A. Clark, danas poznatiji kao autor naučnofantastičnih romana, predložio je (očito prvi put) da se koristi za satelite

komunikacionu geostacionarnu orbitu, odredio potrebnu visinu ove orbite (~ km iznad površine Zemlje) i pokazao da su tri geostacionarna satelita dovoljna za stvaranje komunikacionog sistema koji pokriva skoro čitavu teritoriju zemaljske kugle (vidi sliku). Izvanredna karakteristika satelita u geostacionarnoj orbiti je to što se čini da "nepokretno visi" iznad neke tačke na Zemlji. Ovo vam omogućava da organizujete komunikaciju putem;
takav vještački satelit bez prekida, a da satelit ne prate antene zemaljskih stanica. Nije slučajno da satelitski komunikacioni sistemi sa
AES u geostacionarnoj orbiti (GO) su dobili najširi razvoj. Tako je do avgusta 1985. godine 128 satelitskih komunikacionih sistema registrovano u geostacionarnoj orbiti od strane Međunarodnog komiteta za registraciju frekvencija (IFRB), a još 222 sistema su deklarisana u IFRB ili su u procesu koordinacije. Pretpostavlja se da će u narednih 6 godina na GO biti lansirano još oko 200 satelita u komunikacijske svrhe. Geostacionarna orbita je pogodna i za neke druge obećavajuće primjene, na primjer, za pretvaranje sunčeve energije u električnu energiju uz pomoć solarnih baterija postavljenih na geostacionarni satelit i prijenos na Zemlju oštro usmjerenim snopom.

Da li nam prijeti opasnost da prelijemo geostacionarnu orbitu? Sa čisto geometrijske tačke gledišta, odnosno sa stanovišta vjerovatnoće sudara i međusobnog zasjenjenja satelita, takva opasnost još ne postoji. Uostalom, dužina geostacionarne orbite je vrlo velika - km, a veličina satelita ograničena je na nekoliko metara. Osim toga, u praksi, za stvarno lansirane satelite, koji imaju određeno širenje u visini i brzini kretanja, to nije geometrijska linija, već tijelo okretanja („krofna“) s primjetnim volumenom. Izračunato je da čak i ako se AES lansira u geostacionarnu orbitu, vjerovatnoća MX sudara neće preći 1 let. Ipak, kako bi se izbjeglo "začepljenje" HE, dokumenti Međunarodnog savjetodavnog komiteta za radio (CCIR) razmatraju potrebu "povlačenja" satelita iz geostacionarne orbite na kraju njihovog rada, za šta je određena količina energija u satelitskom motoru mora se zadržati do kraja njegovog radnog vijeka.

Ako razmotrimo problem punjenja GO sa stanovišta elektromagnetske kompatibilnosti između komunikacionih sistema sa geostacionarnim satelitima, ispada da je geostacionarna orbita već preopterećena u nekim područjima u nekim frekventnim opsezima. Uz prostornu selektivnost antena koja se trenutno primjenjuje u praksi, razmak između susjednih satelita koji rade u zajedničkom frekvencijskom opsegu, kako bi se izbjegle međusobne smetnje, u praksi iznosi 3-4°, a samo u rijetkim slučajevima se smanjuje na 2°. Pod ovim uslovima, na GO se ne može postaviti više od 100-180 satelita koji rade u zajedničkom frekventnom opsegu. Frekventno razdvajanje satelita za neke usluge je teško, budući da, na primjer, moderni sateliti u fiksnoj službi obično koriste većinu frekvencijskog opsega koji je dodijeljen za ovu uslugu u jednom od dualnih opsega 4/6 ili 11/14 GHz, ili čak oba . Implementacija komunikacionih sistema u drugim, višim frekvencijskim opsezima namenjenim fiksnoj službi je moguća, ali povezana sa određenim energetskim i tehnološkim poteškoćama.

Dakle, preopterećenje geostacionarne orbite satelitima zbog radio smetnji koje nastaju između njih je činjenica današnjice. Koordinacija između zainteresovanih uprava za komunikacije prije registracije novog sistema ponekad traje godinama.

U vezi sa nastalom situacijom, jedan broj uprava za komunikacije (prvenstveno zemlje u razvoju) ima želju da planski rasporedi geostacionarnu orbitu, dodijelivši svakoj zemlji poziciju i frekvencijski opseg za opsluživanje određene zone (posmatrajući broj potrebnih parametara signala). Za radiodifuznu službu takav plan je uspješno razvijen i usvojen na Svjetskoj administrativnoj radiokomunikacijskoj konferenciji (WACR-77) 1977. za zemlje istočne hemisfere, na Regionalnoj administrativnoj radiokomunikacijskoj konferenciji (RAKR-83) 1983. za zapadnu.

Godine 1985. održan je WACR (1. sjednica) o korišćenju geostacionarne orbite i planiranju usluga koje je koriste, s ciljem da se svim zemljama omogući jednak pristup geostacionarnoj orbiti. Na ovoj sjednici je dogovoreno da se izradi takozvani plan raspodjele za nacionalne sisteme u fiksnoj satelitskoj službi, koji će zadovoljiti zahtjeve uprava, sa najmanje jednom orbitalnom pozicijom dodijeljenom svakoj upravi. Za planiranje, opsezi su dodijeljeni u opsezima 4/6 GHz i 11/14 GHz, po 800 MHz za veze Svemir-Zemlja i Zemlja-Svemir. U preostalim opsezima treba uvesti poboljšanu proceduru koordinacije.

Dakle, može se vidjeti da je korištenje geostacionarne orbite od strane komunikacionih satelita danas jedan od najvažnijih i najzanimljivijih problema u razvoju komunikacijske tehnologije i istraživanja svemira u interesu nacionalne ekonomije. Ovaj problem je tema ove knjige. Knjiga daje osnovne informacije o kretanju satelita u geostacionarnoj orbiti, o principima određivanja područja servisa za takve satelite. Opisani su tipični satelitski komunikacioni sistemi sa geostacionarnim satelitima, dati parametri signala koji se prenose u tim sistemima, parametri opreme zemaljskih i svemirskih stanica. Razmatraju se pravni i tehnički aspekti problema regulisanja korišćenja orbite, analiziraju smetnje između komunikacionih sistema sa geostacionarnim satelitima. Najvažniji delovi knjige posvećeni su metodama za povećanje efikasnosti korišćenja geostacionarne orbite, proceni maksimalnog dostižnog kapaciteta ove orbite i principima njenog planskog korišćenja.

Može se pretpostaviti da će ova pitanja ostati relevantna još dugo vremena i da će biti od interesa za širok krug čitatelja, kako specijalista u oblasti kreiranja i korištenja modernih komunikacijskih sistema, tako i čitatelja zainteresiranih za mogućnosti i izglede takvih sistema. .

Poglavlja 1, 2, 4, 5, 6, § 3.1, 3.2, 3.3, 9.3 je napisao L. Cantor; ch. 7, 8, § 3.4, 3.5, 9.1, 9.2 -B. Timofeev; § 9.4-autori zajednički zasnovani na materijalima koje je ljubazno obezbedila V. Baklanova.

1. ORBITA GEOSTACIONARNOG AES-a.PODRUČJA USLUGA

1.1. ORBITE ZEMALJSKOG SATELITA

Putanja umjetnog Zemljinog satelita naziva se njegova orbita. Tokom slobodnog leta, kada se ugase mlazni motori na brodu, Zemljin satelit se kreće poput nebeskog tijela, pod utjecajem gravitacijskih sila i inercije, pri čemu je dominantna gravitacijska sila Zemljina gravitacija. Ako jednostavno smatramo da je Zemlja striktno sferna, a Zemljino gravitaciono polje jedino utiče na satelit, onda je kretanje satelita oko Zemlje podređeno Keplerovim zakonima. Pod ovim pretpostavkama, satelit se kreće u fiksnoj (u apsolutnom svemiru) ravni - ravni orbite koja prolazi kroz centar Zemlje; ukupna mehanička energija (kinetička i potencijalna) satelita ostaje nepromijenjena, zbog čega se, kada se satelit udalji od Zemlje, brzina njegovog kretanja smanjuje, a kada se približava, povećava. Orbita satelita u strogo centralnom gravitacionom polju ima oblik elipse ili kruga - poseban slučaj elipse.

Jednačina eliptične orbite Zemljinog satelita u polarnom koordinatnom sistemu (u notaciji usvojenoj u) (ima vodu

= R /(1+ e COShttps: //pandia.ru/text/78/235/images/image004_24.gif "width =" 12 "height =" 13 "> - modul radijus vektora (udaljenost od satelita do centra Zemlje) - kutna koordinata vektora radijusa ("prava anomalija"), e - ekscentricitet orbite; R je fokusni parametar.

At e= 0 jednadžba (1..gif "width =" 12 "height =" 13 src = ">. Gif" širina = "17" visina = "19"> = 0 °), i tačka apogeja (= 180 °) - sa najvećom vrijednošću r=r a (sl.1.1). Centar privlačnog tijela - Zemlje - nalazi se u jednom od žarišta elipse (u kružnoj orbiti žarišta se spajaju sa centrom). Iz geometrije je poznato da je za elipsu fokalni parametar R= b 2/a=a(1-e 2), gdje a= (a + n) / 2 - velika poluos, b= a- mala poluos, e= =

= (https://pandia.ru/text/78/235/images/image004_24.gif "width =" 12 "height =" 13 src = "> n) / 2 a- ekscentričnost. Fokusi elipse su udaljeni od centra ere ae, - ae... Ako se Zemlja smatra sferičnom, onda je visina orbite (visina satelita iznad Zemljine površine)

h= G- R, gdje R je poluprečnik Zemlje.

Orbitalna ravan se generalno seče sa ekvatorijalnom ravninom (slika 1.2). Linija preseka orbitalne ravni sa ekvatorijalnom ravninom naziva se linija čvorova, tačka preseka orbite satelita sa ekvatorijalnom ravninom tokom prelaska satelita sa južne hemisfere na severnu hemisferu je uzlazni čvor, tačka preseka kada se satelit kreće od severa ka jugu je silazni čvor.

Važna karakteristika orbite satelita je nagib njegove ravni prema ekvatorijalnoj ravni, koju karakteriše ugao i između ovih ravni (mjereno u uzlaznom čvoru, u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od istočnog "smjera") (slika 1.2). ekvatorijalni ( i= 0), polarni ( i= 90°) i kosi (0 < i<90°) орбиты, по направлению движения ИСЗ от­носительно вращения земли -прямые (0<i<90°) и обратные (90°< i DIV_ADBLOCK659 ">

Za komunikacijske i radiodifuzne sisteme, potrebna je linija vidljivosti između satelitske i zemaljske stanice za sesiju dovoljnog trajanja. Ako sesija komunikacije nije 24 sata, onda je zgodno da se ponavlja svaki dan u isto vrijeme. Stoga su od posebnog interesa sinhrone orbite sa orbitalnim periodom jednakim ili višestrukim od vremena okretanja Zemlje oko svoje ose (tj. siderički dani). AES period cirkulacije T Q = T 3m/ n(gde T 3-sideralno trajanje dana: m i n- cijeli brojevi), broj satelitskih orbita po danu N=T 3 / TQ = n/ m,

1.2. GEOSTACIONARNA ORBITA

Na osnovu navedenog možemo dati definiciju geostacionarne orbite. Geostacionarna orbita (tačnije, orbita geostacionarnog satelita) je kružna (ekscentricitet e= 0), ekvatorijalni ( t= 0), sinhrona orbita sa orbitalnim periodom od 24 h, sa satelitom koji se kreće prema istoku. Lako je shvatiti da će satelit u geostacionarnoj orbiti "lebdjeti" iznad određene tačke na zemljinoj površini (na određenoj geografskoj dužini iznad ekvatora) na velikim visinama iznad površine Zemlje (vidi tabelu 1.1 i sliku 1.3) . Tačna vrijednost perioda okretanja, jednaka periodu rotacije Zemlje (siderski dani), je 23 sata i 56 minuta. 04 str.

Prednosti geostacionarnih satelita su očigledne i izuzetno značajne. Komunikacija preko geostacionarnog satelita može se odvijati kontinuirano, 24 sata dnevno, bez prekida za prelazak sa jednog (dolaznog) satelita na drugi; na zemaljskim stanicama se mogu pojednostaviti ili potpuno eliminirati sistemi za automatsko praćenje satelita, a mogu se olakšati i pojednostaviti sami mehanizmi pogona (kretanja) antene; veća stabilnost nivoa signala sa satelita zbog nepromjenjivosti udaljenosti; nema (ili je veoma malo) pomeranja frekvencije zbog Doplerovog efekta (videti § 1.4).

Zbog velike nadmorske visine geostacionarnog satelita, njegova zona vidljivosti na površini Zemlje je velika - oko jedne trećine ukupne Zemljine površine (Sl. 1.4). Zbog svih ovih prednosti, geostacionarna orbita se koristi vrlo široko, a u najpovoljnijim frekventnim opsezima već je zasićena komunikacijskim satelitima gotovo do granice. Treba naglasiti da geo-

stacionarna orbita je jedina, jedinstvena, i ni za jednu drugu kombinaciju parametara nije moguće postići efekat relativne nepokretnosti satelita koji se slobodno kreće za zemaljskog posmatrača.

Od sl. 1.4 može se vidjeti da su polarne regije slabo opsluživane geostacionarnim satelitima, budući da je satelit vidljiv pod vrlo malim elevacionim uglovima, a uopće nije vidljiv blizu pola. Plitki uglovi elevacije predstavljaju opasnost da lokalni objekti zaklanjaju satelit i povećavaju doprinos Zemljinog radio-termalnog zračenja opštoj buci zemaljske stanice. Od sl. 1.4 vidi se da je situacija sve gora, što se više po geografskoj dužini nalazi prijemna tačka koja nas zanima od geografske dužine satelita. Stoga, da bi opsluživao teritorije na visokim geografskim širinama, geostacionarni satelit bi trebao biti lociran što je moguće bliže optimalnoj tački u geografskoj dužini, drugim riječima, takozvanom servisnom luku - GO sekciji, unutar koje se satelit može kretati bez narušavanje područja usluge, treba biti minimalno. Ovo se takođe vidi sa sl. 1.5, koji vam omogućava da odredite ugao elevacije prema geostacionarnom satelitu u bilo kojoj tački u zoni. U vezi sa ovim nedostatkom, kao i u vezi sa velikim opterećenjem geostacionarne orbite, razmatra se korišćenje drugih tipova orbita, prvenstveno sinhronih (videti tabelu 1.1). Do sada je za potrebe komunikacije našla primjenu samo 12-satna eliptična orbita s visinom apogeja od oko 40 hiljada km i nagibom iDIV_ADBLOCK661 ">

Međutim, u slučaju satelita koji se kreće u visokoj eliptičnoj orbiti "Molniya", antene zemaljskih stanica (ES) moraju pratiti satelit koji se kreće, a najmanje 3 puta dnevno svi ES bi trebali izvršiti istovremeni prijelaz na drugi satelit sa prekidom u komunikaciji.

Zbog neizbježnog odstupanja parametara GO od traženih vrijednosti prilikom lansiranja AES-a, kao i zbog ometajućih faktora koji narušavaju strogo centralno gravitacijsko polje, kretanje pravog geostacionarnog AES-a je uvijek donekle drugačije od idealno geostacionarnog. jedan. Necentralnost gravitacionog polja je posledica nesferičnosti Zemlje (kako u obliku tako i u raspodeli zemljinih masa). Poremećaj kretanja satelita izaziva i otpor atmosfere, gravitacionih polja Sunca i Meseca, itd. Kao rezultat svih ovih poremećaja orbita satelita postaje otvorena, satelit se ne vraća tačno na svoju prethodnu poziciju nakon okretanja oko Zemlji, osim ako se ne izvrši neophodna korekcija. Konkretno, atmosferski otpor uzrokuje smanjenje brzine satelita,

148">

dakle - smanjenje visine orbite; u isto vrijeme, ekscentricitet orbite se smanjuje. Pravi efekat usporavanja atmosfere na geostacionarne satelite je mali (značajan je za eliptične orbite sa malom visinom perigeja ili niske kružne orbite koje padaju u gušće slojeve atmosfere).

Razmotrimo uticaj nepreciznosti početnih parametara orbite na kretanje geostacionarnog satelita sa idealno centralnim gravitacionim poljem Zemlje. Razlika između orbitalnog perioda satelita i zvezdanog dana za određeni iznos T dovodi do promjene geografske dužine satelita tokom jedne revolucije satelita oko Zemlje za vrijednost = -https: //pandia.ru/text/78/235/images/image019_16.gif "width =" 15 "visina =" 17 src = "> T = T SA- T 3, T 3 - zvjezdice, T s - satelitski orbitalni period (tzv. sideralni). Ako T C> T 3, onda<0, и спутник смещается в западном. направлении, отставая от движения Земли, и наоборот.

Ako se prilikom lansiranja satelita orbita pokaže da nije baš okrugla, već ima blagi ekscentricitet e (e 1), ali je u isto vrijeme period cirkulacije tačno jednak traženoj vrijednosti ( T c = T h), tada će satelit oscilirati u geografskoj dužini oko prosječne pozicije https://pandia.ru/text/78/235/images/image024_16.gif "width =" 103 "height =" 24 "> sa amplitudom od 2 e.

Razlika orbite od strogo ekvatorijalne (nagib i0) pri malom nagibu uzrokuje oscilacije satelita, štaviše, oscilacije geografske širine, određene zakonom

gdje i- argument geografske širine satelita (ugao između uzlaznog čvora orbite i smjera prema satelitu u orbitalnoj ravni); - geografska širina pod-satelitske tačke.

Iz (1.2) je očito da je amplituda oscilacija u geografskoj širini jednaka nagibu, a period je jednak periodu okretanja satelita. Putanja kretanja pod-satelitske tačke u i 0 je prikazano na sl. 1.6. Utjecaj nagiba orbite na kretanje kvazi-stacionarnog (tj. gotovo stacionarnog) satelita je posebno važan, jer nagib orbite nastaje čak i kod početno strogo ekvatorijalne orbite zbog činjenice da gravitacijsko polje nije vidljivo. .

Od faktora koji remete orbitu, ekvatorijalna kompresija Zemlje (odstupanje ekvatora od tačnog oblika kruga) ima primetan efekat. Analiza pokazuje da zbog toga nastaju oscilacije geostacionarnog satelita u orbitalnoj ravni u geografskoj dužini u visini sa dugim periodom - do nekoliko godina, u blizini tačaka stabilne ravnoteže. Tačke stabilne ravnoteže su tačke preseka male poluose Zemljinog ekvatorijalnog preseka sa geostacionarnom orbitom. Ostala odstupanja Zemljinog polja od strogo centralnog uzrokuju malu promjenu orbitalnog perioda, malu promjenu ekscentriciteta i promjenu geografske dužine uzlaznog čvora.

Gravitaciona polja Mjeseca i Sunca uzrokuju male promjene u periodu okretanja i ekscentriciteta i evoluciju nagiba orbite koja je bitna za praksu. Promjena inklinacije za godinu dana postojanja satelita može biti, u zavisnosti od astronomskog datuma (parametara mjesečeve orbite), odnosno, nakon 1-2 godine, oscilacije satelita zbog nagiba koji je nastao ( Slika 1.6) će početi značajno da utiče na rad komunikacionog sistema. Po prvi put, satelit se može staviti u orbitu sa unaprijed određenim "negativnim" nagibom - geografskom dužinom uzlaznog ugla od 270°; tada će se u početku orbitalni nagib smanjiti u veličini, dostići nulu, a tek onda će početi da raste gornjom brzinom.

Dakle, razmatraju se faktori koji imaju značajan uticaj na kretanje geostacionarnog satelita (pravilnije bi ga nazvati kvazistacionarnim). Pomeranje satelita u odnosu na datu tačku stajanja ima negativan uticaj na rad komunikacionih sistema. Prvo, potrebno je kontinuirano navođenje antena zemaljskih stanica do satelita, za što će one morati biti opremljene pogonom i automatskim sistemom navođenja, što je često neprihvatljivo u mrežama s velikim brojem jednostavnih ES. Drugo, kretanje satelita dovodi do smanjenja uslužnih područja. Treće, pomeranje satelita u geografskoj dužini dovodi do verovatne konvergencije susednih satelita i povećava međusobne smetnje između njih, pogoršavajući korišćenje geostacionarne orbite. S tim u vezi, trenutno se preporučuje da nestabilnost položaja satelita u geografskoj dužini ne prelazi ± 0,1°. S obzirom na to da se remetilački faktori ne mogu eliminisati, potrebno je periodično eliminisati njihov uticaj na kretanje satelita – izvršiti takozvanu korekciju kretanja satelita, dajući mu potrebno ubrzanje u traženom pravcu. Za korekciju, motori su instalirani na satelitu: ili se uključuju naredbom sa Zemlje, ili rade u autonomnom režimu. Analiza pokazuje da energija košta

o korekciji položaja satelita ne zavisi tačnost držanja; to je zbog činjenice da je za održavanje satelita u užim granicama potrebno češće raditi korekcije, ali sa svakom korekcijom trošiti odgovarajuće manje energije. Treba napomenuti da je za korekciju nagiba orbite potrebno znatno više energije nego za korekciju geografske dužine.

Dati su prijedlozi da se oscilacije kvazistacionarnih satelita (vidi sliku 1.6) koriste za postavljanje nekoliko satelita, takoreći, na jednu nominalnu poziciju. Može se vidjeti da kada se nekoliko satelita kreće duž takve putanje u istom smjeru, između njih se održava određena ugaona udaljenost koja može biti dovoljna da se međusobne smetnje održe na potrebnom nivou (slika 1.7). Razmatra se, na primjer, postavljanje tri satelita na jednu „osmicu“, od kojih su samo dva u svakom trenutku uključena u rad, što, pod uslovom da se sateliti blagovremeno prebace iz aktivnog u pasivni režim, omogućava održavanje ugaona razmak između dva aktivna satelita jednaka 3/4 raspona osam u smjeru sjever-jug. Međutim, takve mogućnosti još nisu realizovane.

1.3. RASVJETLJENJE GEOSTACIONARNIH AES;

POZADINSKO SVETLO ZA ANTENU ZEMLJANE STANICE

SUNCE I MJESEC

Kada se kreće u geostacionarnoj orbiti, satelit se može neko vrijeme naći u Zemljinoj sjeni (slika 1.8). Ovaj fenomen je značajan, budući da se sateliti napajaju, po pravilu, iz solarnih baterija, tako da pad u sjenu Zemlje lišava napajanje opreme u vozilu; energija se mora akumulirati u baterijama ili tokom zasjenjenja da bi se prekinuo rad komunikacijskog sistema. Zasjenjenje također uzrokuje oštru promjenu u dizel lokomotivi u AES modu. Stoga je važno trajanje zasjenjenja i vrijeme njegovog početka.

pirinač. 1.9. Relativni položaj ravni orbita Zemlje i ekvatorijalnog satelita a - ljeto na sjevernoj hemisferi; b- period ravnodnevice

Budući da se ravan geostacionarne orbite (ekvatorijalna ravan) i ravnina Zemljine orbite pri njenom kretanju oko Sunca ne poklapaju (zbog poznatog nagiba Zemljine ose), veći dio godine geostacionarni satelit ne spada u senka Zemlje uopšte: ​​kada je "iza Zemlje", satelit se nalazi više (ili ispod) linije Sunce-Zemlja (slika 1.9, a). Tek u „periodima blizu jesenje ili prolećne ravnodnevice, zasjenjenje postaje moguće, jer se satelit, prelazeći ravan Zemljine orbite, nalazi na direktnom Suncu – Zemlji (Sl. 1.9, b).

Očigledno je i da se zasjenjenje može dogoditi jednom tokom Zemljinog orbitalnog perioda, odnosno dnevno, te da je vrijeme sjenčanja povezano sa lokalnim vremenom za geografsku dužinu na kojoj se nalazi geostacionarni satelit - sa Sl. 1.8 može se vidjeti da bi na podsatelitskoj tački za vrijeme zasjenjenja satelita trebala biti noć.

Analiza izvršena pod nekim pojednostavljujućim pretpostavkama omogućila je izračunavanje vremena ulaska t unutra i vani t van satelita iz senke Zemlje, u zavisnosti od datuma (slika 1.10). Kao što vidite, senčenje geostacionarnog satelita se dešava samo u

periodi kraći od 1,5 mjeseca, blizu jesenje i proljetne ravnodnevice, a vrijeme ne prelazi 1 sat i 10 minuta dnevno. Slika 1.10 je napravljena za moskovsko vrijeme i satelit koji se nalazi na geografskoj dužini = 0°. Kao što vidite, lokacija satelita na zapadnijoj geografskoj dužini od geografske dužine područja usluge dovodi do pojave senčenja kasnije, nakon uobičajenog TV vremena, što omogućava bez baterija na satelitu. .. gif "širina =" 107 "visina =" 27 "> (1.3)

gdje su in, tout određene sa Sl. 1.10, a koeficijent 15 je zbog činjenice da je širina jedne vremenske zone 15°.

Vrijeme sjenčanja satelita uzeto je u obzir prilikom izrade plana servisa emitiranja ZAKR-77 - svi sateliti su pomaknuti prema zapadu u odnosu na nišansku tačku antene na brodu.

Okrenimo se sada još jednom fenomenu, takođe određenom čisto astronomskim zakonima kretanja nebeskih tijela – fenomenu udara Sunca ili Mjeseca u snop antena zemaljskih stanica. I u ovom slučaju, satelit bi trebao biti blizu ravni Zemljine orbite kada se okreće oko Sunca (ili blizu ravni Mjesečeve orbite kada se okreće oko Zemlje), ali ne iza Zemlje, kao u slučaju senčenja, ali ispred njega. Udarac Sunca ili Mjeseca u snop antene ES-a uzrokuje smetnje u prijemu signala zbog radio-termalnog zračenja ovih nebeskih tijela. Gustina toka snage W

Plan:

Uvod

• 1 Stanje
• 2 Postavljanje satelita u orbitu
• 3 Proračun parametara geostacionarne orbite
  • 3.1 Orbitalni radijus i visina orbite
  • 3.2 Orbitalna brzina
  • 3.3 Dužina orbite
• 4 Komunikacija
Bilješke (uredi)

Uvod

Geostacionarna orbita(GSO) - kružna orbita koja se nalazi iznad Zemljinog ekvatora (0° geografske širine), u kojoj se umjetni satelit okreće oko planete ugaonom brzinom jednakom ugaonoj brzini Zemljine rotacije oko ose, i stalno je iznad istoj tački na površini zemlje. Geostacionarna orbita je vrsta geosinhrone orbite i koristi se za postavljanje veštačkih satelita (komunikacija, TV emitovanje, itd.)

Satelit treba da se okreće u pravcu Zemljine rotacije, na visini od 35.786 km nadmorske visine (za proračun GSO visine vidi dole). Upravo ta visina daje satelitu orbitalni period jednak periodu rotacije Zemlje u odnosu na zvijezde (sideralni dani: 23 sata, 56 minuta, 4,091 sekundi).

Ideju o korištenju geostacionarnih satelita u komunikacijske svrhe izrazio je [ kada?] K. E. Tsiolkovsky i slovenački teoretičar kosmonautike Herman Potočnik 1928. Prednosti geostacionarne orbite postale su nadaleko poznate nakon objavljivanja naučnopopularnog članka Arthura C. Clarkea u časopisu Wireless World 1945. godine, stoga su na Zapadu geostacionarne i geosinhrone orbite ponekad se zove " Clarkeove orbite", a " Clarkov pojas„Odnosi se na područje svemira na udaljenosti od 36.000 km nadmorske visine u ravni Zemljinog ekvatora, gdje su parametri orbite bliski geostacionarnim. Prvi satelit uspješno lansiran u GSO je bio Syncom-2 lansirala NASA u julu 1963.

1. Stajalište

Satelit u geostacionarnoj orbiti je stacionaran u odnosu na površinu Zemlje, pa se njegov položaj u orbiti naziva stacionarna tačka. Kao rezultat toga, satelitski orijentirana i fiksna usmjerena antena može održavati stalnu komunikaciju s ovim satelitom dugo vremena.

2. Postavljanje satelita u orbitu

Za Arhangelsk, maksimalna moguća visina satelita iznad horizonta je 17,2 °
Najviša tačka Clarkeovog pojasa je uvijek strogo na jugu. Na dnu grafikona, stepeni su meridijani iznad kojih se nalaze sateliti.
Sa strane - visine satelita iznad horizonta.
Iznad - smjer prema satelitu. Radi jasnoće, možete ga razvući vodoravno 7,8 puta i okrenuti s lijeva na desno. Tada će izgledati isto kao na nebu.

Geostacionarna orbita se može precizno postići samo na krugu neposredno iznad ekvatora, sa visinom vrlo blizu 35.786 km.

Kada bi geostacionarni sateliti bili vidljivi na nebu golim okom, tada bi se linija na kojoj bi bili vidljivi poklapala sa "Klarkovim pojasom" za dato područje. Geostacionarni sateliti, zahvaljujući dostupnim tačkama pozicioniranja, pogodni su za korištenje za satelitsku komunikaciju: jednom orijentirana antena će uvijek biti usmjerena na odabrani satelit (ako ne promijeni svoju poziciju).

Za prijenos satelita iz orbite male visine u geostacionarnu koriste se geostacionarne prijenosne (geostacionarne) orbite (GPO) - eliptične orbite s perigejem na maloj visini i apogejem na visini blizu geostacionarne orbite.

Nakon završetka aktivne operacije na ostacima goriva, satelit bi trebao biti prebačen u orbitu za odlaganje koja se nalazi 200-300 km iznad GSO.

3. Proračun parametara geostacionarne orbite

3.1. Orbitalni radijus i visina orbite

U geostacionarnoj orbiti, satelit se ne približava Zemlji niti se udaljava od nje, a osim toga, rotirajući sa Zemljom, stalno je iznad bilo koje tačke na ekvatoru. Prema tome, sile gravitacije i centrifugalne sile koje djeluju na satelit moraju se međusobno uravnotežiti. Da biste izračunali visinu geostacionarne orbite, možete koristiti metode klasične mehanike i nastaviti od sljedeće jednadžbe:

F u = F Γ ,

gdje F u- sila inercije, au ovom slučaju centrifugalna sila; FΓ - gravitaciona sila. Veličina gravitacijske sile koja djeluje na satelit može se odrediti Newtonovim zakonom univerzalne gravitacije:

,

gdje m c- masa satelita, M 3 - masa Zemlje u kilogramima, G je gravitaciona konstanta, i R- udaljenost u metrima od satelita do centra Zemlje ili, u ovom slučaju, radijus orbite.

Veličina centrifugalne sile je:

,

gdje a- centripetalno ubrzanje koje proizlazi iz kružnog kretanja u orbiti.

Kao što vidite, masa satelita m c je prisutan kao faktor u izrazima za centrifugalnu silu i za gravitacionu silu, odnosno visina orbite ne zavisi od mase satelita, što važi za bilo koju orbitu i posledica je jednakosti gravitacione i inercijalne mase . Prema tome, geostacionarna orbita je određena samo visinom na kojoj će centrifugalna sila biti jednaka po veličini i suprotna u smjeru gravitacijske sile koju stvara Zemljina gravitacija na datoj visini.

Centripetalno ubrzanje je jednako:

,

gdje je ω ugaona brzina rotacije satelita, u radijanima po sekundi.

Hajde da napravimo jedno važno pojašnjenje. Zapravo, centripetalno ubrzanje ima fizičko značenje samo u inercijskom referentnom okviru, dok je centrifugalna sila takozvana imaginarna sila i odvija se isključivo u referentnim okvirima (koordinatama) koji su povezani s rotirajućim tijelima. Centripetalna sila (u ovom slučaju sila gravitacije) uzrokuje centripetalno ubrzanje. U apsolutnoj vrijednosti (apsolutna brojčana vrijednost), centripetalno ubrzanje u inercijskom referentnom okviru je jednako centrifugalnom ubrzanju u referentnom okviru koji je u našem slučaju povezan sa satelitom. Stoga, dalje, uzimajući u obzir datu primjedbu, možemo koristiti termin "centripetalno ubrzanje" zajedno sa pojmom "centrifugalna sila".

Izjednačavajući izraze za gravitacijsku silu i centrifugalnu silu zamjenom centripetalnog ubrzanja, dobivamo:

.

Smanjenjem m c prevođenje R 2 lijevo, i ω 2 desno, dobijamo:

.

Ovaj izraz možete napisati drugačije, zamjenjujući ga sa μ - geocentričnom gravitacijskom konstantom:

Ugaona brzina ω se izračunava tako što se ugao koji se prijeđe u jednoj revoluciji (radijani) podijeli s orbitalnim periodom (vrijeme tokom kojeg je izvršena jedna potpuna revolucija u orbiti: jedan siderički dan, ili 86,164 sekunde). Dobijamo:

drago / s

Rezultirajući polumjer orbite je 42.164 km. Oduzevši Zemljin ekvatorijalni radijus, 6.378 km, dobijamo visinu od 35.786 km.

3.2. Orbitalna brzina

Orbitalna brzina (brzina kojom satelit putuje u svemiru) izračunava se množenjem ugaone brzine sa radijusom orbite:

km/s ili = 11052 km/h

Možete izračunati drugačije. Visina geostacionarne orbite je udaljenost od centra Zemlje na kojoj ugaona brzina satelita, koja se poklapa sa ugaonom brzinom Zemljine rotacije, generiše orbitalnu (linearnu) brzinu jednaku prvoj kosmičkoj brzini (da bi se osiguralo kružna orbita) na datoj visini. Rješavajući ovu jednostavnu jednadžbu, naravno, dobijamo iste vrijednosti kao u proračunima kroz centrifugalnu silu. Takođe je razumljivo zašto su geostacionarne orbite tako visoke. Potrebno je da se satelit pomakne dovoljno daleko od Zemlje tako da je prva svemirska brzina tamo bila tako mala (oko 3 km/s, uporedi oko 8 km/s u niskim orbitama)

Takođe je važno napomenuti da geostacionarna orbita mora biti precizno kružna (i zato je gore rečeno o prvoj kosmičkoj brzini). Ako je brzina manja od prve kosmičke (na datoj udaljenosti od Zemlje), tada će se satelit smanjiti, ako je brzina veća od prve kosmičke, tada će orbita biti eliptična, a satelit neće biti u stanju da se ravnomerno rotiraju sinhrono sa Zemljom.

3.3. Dužina orbite

Dužina geostacionarne orbite:. Uz radijus orbite od 42.164 km, dobijamo dužinu orbite od 264.924 km.

Dužina orbite je izuzetno važna za izračunavanje satelita "stanica".

4. Komunikacija

Komunikaciju preko ove vrste satelita karakterišu velika kašnjenja u propagaciji. Čak i jedan put snopa do satelita i nazad košta skoro četvrt sekunde. Ping do druge tačke na tlu će trajati oko pola sekunde.

Sa orbitalnom visinom od 35.786 km i brzinom svjetlosti od oko 300.000 km/s, putanja snopa Zemljinog satelita zahtijeva 35786/300000 = ~ 0,12 sec. Putanja zraka "Zemlja (predajnik) -> satelit -> Zemlja (prijemnik)" ~ 0,24 sek. Ping će zahtijevati ~ 0,48 sek

Uzimajući u obzir kašnjenje signala u satelitskoj i zemaljskoj opremi, ukupno kašnjenje signala na ruti Zemlja -> satelit -> Zemlja može doseći 2-4 s.

Održavanje satelita u stacionarnoj poziciji u geostacionarnoj orbiti zahtijeva energiju i, shodno tome, financijske troškove. To je zbog činjenice da orbita mora biti strogo kružna, imati strogo definiranu visinu i karakterizirati je strogo definirana brzina (sva tri parametra su međusobno povezana). Stoga geostacionarni sateliti brzo troše svoje raspoložive zalihe goriva da isprave brzinu i visinu orbite. Zato danas uglavnom koriste ne "viseće", već "osam" satelita koji se nalaze u geosinhronim orbitama, koje, između ostalog, mogu biti znatno niže od geostacionarnih. Osim toga, "par" od dva satelita u suprotnim eliptičnim orbitama, koji se nalaze pod uglom u odnosu na ekvatorijalnu ravan, mnogo je jeftiniji u radu od jednog geostacionarnog satelita.

Nekoliko aspekata ere aktivnog istraživanja svemira imalo je tako dubok utjecaj na svakodnevni život čovječanstva kao koncept geostacionarne orbite, usko povezan s pronalaskom komunikacijskog satelita. Ova dva faktora su se pokazala kao pravi tehnološki i naučni iskorak, koji je dao ogroman poticaj razvoju ne samo telekomunikacijskih tehnologija, već i nauke u cjelini, što je omogućilo da se životi ljudi dovedu na kvalitativno novi nivo.

To je omogućilo da se čitava planeta pokrije gustom mrežom stabilnog radio signala i poveže čak i najudaljenije tačke planete na način koji je donedavno bio predmet snova naučnika i tema pisaca naučne fantastike. Danas možete slobodno razgovarati telefonom sa polarnim istraživačima Antarktika ili putem interneta trenutno komunicirati sa bilo kojim računarom na površini, a sve to zahvaljujući geostacionarnoj orbiti i komunikacijskim satelitima.

Geostacionarna orbita je kružna orbita koja se nalazi tačno iznad ekvatora planete. Geostacionarna orbita je jedinstvena po tome što sateliti koji se nalaze na njoj imaju rotaciju oko Zemlje jednaku brzini rotacije same planete oko sopstvene ose, što im omogućava da stalno "lebde" nad istom tačkom na površini. To osigurava robusnost i izuzetan kvalitet radio signala.

Geostacionarna orbita, kao vrsta geosinhrone orbite i koja ima jedinstvene karakteristike, široko se koristi za postavljanje telekomunikacionih, televizijskih, meteoroloških, naučno-istraživačkih i drugih satelita. Geostacionarna orbita je 35.785 kilometara iznad nivoa mora. Upravo ta precizno izračunata visina osigurava sinhronizaciju rotacije sa planetom. Umjetni sateliti koji se nalaze na GSO rotiraju u istom smjeru sa globusom. Ovo je jedina moguća kombinacija parametara, kojom se postiže efekat sinhronog kretanja satelita i planete.

Geostacionarna orbita ima i alternativni naziv - Clarkov pojas, po imenu osobe koja duguje lavovski dio zasluga u razvoju ideje i razvoju koncepta geostacionarnih i geosinhronih orbita. Godine 1945., u svojoj publikaciji u Wireless World, odredio je orbitalne karakteristike ovog uskog dijela svemira blizu Zemlje i predložio raspravu o tehničkim parametrima potrebnim za komunikacijski sistem Zemlja-satelit.

Naglim razvojem telekomunikacija i geostacionarna orbita se pretvorila u jedinstveni pojas svemira sa nezamjenjivim i suštinski nezamjenjivim.Ekstremna zagušenost ovog područja raznim satelitima postala je ozbiljan problem. Prema prognozama stručnjaka, u 21. vijeku se očekuje žestoka konkurentska ekonomska i politička konfrontacija za mjesto u geostacionarnoj orbiti. Ovaj problem se ne može riješiti međunarodnim političkim sporazumima. Doći će do potpunog zastoja. A u naredne dvije decenije, prema kompetentnim prognozama, geostacionarna orbita kao najpovoljnije mjesto za nju će u potpunosti iscrpiti svoj resurs.

Jedno od najvjerovatnijih rješenja može biti izgradnja teških višenamjenskih platformskih stanica u orbiti. Uz moderne tehnologije, jedna takva stanica može uspješno zamijeniti desetine satelita. Ove platforme će biti ekonomski isplativije od satelita i služit će za približavanje zemalja u informacijama.