Geostacionarnu orbitu (Slika 13.7) karakteriše činjenica da ako se sateliti koji se nalaze na njoj kreću ugaonim brzinama jednakim ugaonoj brzini Zemljine rotacije oko svoje ose, onda se sa površine Zemlje čini da su nepokretni, "vise" na jednom mestu, u jednom trenutku. Budući da je udaljenost od satelita koji se kreće geostacionarnom orbiti do Zemlje tri puta veća od prečnika Zemlje, satelit "vidi" oko 40% zemljine površine odjednom.

Stavljanje umjetnih satelita u geostacionarnu orbitu nije lak zadatak. Ranije nije bilo dovoljno moćnih lansirnih vozila za lansiranje, pa su prvi komunikacijski sateliti bili u eliptičnoj, niskoj Zemljinoj orbiti (na primjer, prvi američki relejni satelit Telstar).

Slika 13.7 - Geostacionarna orbita

Održavanje komunikacije sa satelitima u eliptičnoj orbiti je vrlo složeno i skupo, kako u pogledu prijenosa tako i u pogledu prijema.

Zbog brze promjene lokacije satelita, potrebno je imati mobilni sistem antena za praćenje. Sateliti u takvim orbitama mogu se koristiti za stvaranje trajne veze samo kada su iznad horizonta u odnosu na predajne i prijemne uređaje, tj. za njih bi trebalo da bude vidljivo i "izlazak" jednog satelita i "postavljanje" drugog.

Razvoj raketne tehnologije i stvaranje moćnih nosača raketa omogućili su široku upotrebu geostacionarne orbite za "instalaciju" relejnih satelita na njoj. Slika 13.8 prikazuje najčešće korištenu metodu za lansiranje satelita u geostacionarnu orbitu. Umjetni satelit se prvo lansira u kružnu orbitu blizu Zemljine površine (250 ... 300 km od površine), a zatim se, povećavajući svoju brzinu, prebacuje na eliptičnu srednju orbitu, čija je najbliža tačka - perigej. nalazi se približno na udaljenosti od 270 km od Zemlje, a udaljena tačka je apogej na udaljenosti od oko 36.000 km, što već odgovara visini geostacionarne orbite*.

Slika 13.8 - Redoslijed lansiranja satelita u geostacionarnu orbitu:

1 - resetiranje oklopa; 2 - završetak početnog leta; 3 - potpuno odvajanje posljednje faze; 4 - određivanje položaja za prvo uključivanje vlastitog (apogejnog) motora; 5 - prvo uključivanje vlastitog motora za ulazak u srednju (transfer) orbitu; 6 - određivanje položaja u međuorbiti; 7 - drugo uključivanje vlastitog motora za ulazak u geostacionarnu orbitu; 8 - preorijentacija ravni orbite satelita i korekcija greške; 9 - orijentacija satelita okomita na ravan orbite i korekcija greške; 10-stop, postavljanje solarnog panela, potpuno odvajanje; 11 - otkrivanje antena, uključivanje stabilizatora; 12 - stabilizacija položaja i početak rada

Kada veštački satelit "uđe" u eliptičnu među(transfer) orbitu, i ako sve funkcioniše besprekorno, tada se u tački apogeja uključuju sopstveni mlazni, tzv. apogee motori, koji brzo povećavaju linearnu brzinu satelita. do 3.074 km/s. Takva brzina je neophodna za prelazak na geostacionarnu orbitu i „zaustavljanje“ (tačnije za kretanje duž nje), nakon čega se satelit naredbama sa Zemlje pomiče po geostacionarnoj orbiti do planirane pozicije do tačke stajanja. Zatim se otvaraju solarni paneli, postavljaju antene, orijentišu se na datu teritoriju Zemlje, solarni paneli se orijentišu na Sunce i uključuje se ugrađeni predajnik-relej. Tačno pozicioniranje satelita u geostacionarnoj orbiti vrši se vlastitim mlaznim motorima koji rade na čvrsto ili tekuće gorivo. Nakon što se satelit lansira do tačke stajanja u orbiti, motori se gase i on se kreće po geostacionarnoj orbiti kao nebesko tijelo pod utjecajem inercije brzinom od 3,074 km/s i silama Zemljine gravitacije. Za relejni satelit je vrlo važno da njegova vlastita orbita odgovara idealnoj geostacionarnoj. Dakle, ako se satelit kreće po orbiti koja je nešto manja od geostacionarne, onda se postupno pomiče sa svog položaja u pravcu zapada, a ako njegova orbita prelazi geostacionarnu, tada dolazi do pomaka u smjeru istoka, tj. smjer kretanja Zemlje. Pomak od 1° u geostacionarnoj orbiti odgovara udaljenosti u njoj od oko 750 km. Ako zemaljski prijemnik ima rotirajuću antenu za praćenje, lako je ponovo precizno usmjeriti prema satelitu. Međutim, većina pojedinačnih zemaljskih uređaja za prijem sa satelita ima fiksne antene sa vrlo uskim, "igličastim" dijagramom zračenja, te je stalno ručno podešavanje smjera antene prema satelitu prilično glomazno, a zbog nepreciznosti njenog usmjeravanja, primljeni televizijska slika se značajno pogoršava ili potpuno nestaje. S tim u vezi, kako bi se osigurao pouzdan i siguran prijem, potrebno je osigurati stalnu "tragu" satelita u vremenu, stabilnost zračenja njegovih antena samo na dodijeljenoj teritoriji. Zbog toga satelit treba često korigirati svoju poziciju i orbitu, što on izvodi uz pomoć vlastitih motora i dovodi do potrošnje goriva. To utiče na njegov vijek trajanja. U nedostatku goriva za motore, satelit se počinje pomicati sa svoje pozicije, što dovodi do periodičnog približavanja susjednih satelita i, shodno tome, do povećanja međusobnih smetnji, te do povećanja smetnji prijemnim uređajima na Zemlji.

Sa stanovišta životnog veka satelita, količina goriva koju troše sopstveni mlazni (apogejni) motori je izuzetno važna. I, očito, što je više goriva ostalo nakon početne instalacije satelita u orbitu, to se više prilagođavanja položaja može izvršiti i, prema tome, duže će satelit funkcionirati. Trajanje "života" satelita u orbiti obično je 5 ... 7 godina, a neki - 10 godina ili više, nakon čega se zamjenjuje novim instaliranim na istoj poziciji.

Prednosti geostacionarne orbite. Geostacionarna orbita (nazvana Clarkov pojas u Engleskoj i nekim evropskim zemljama) je jedinstvena i ima značajnu operativnu vrijednost. Određene ekvatorijalne države su nekada želele da se deo orbite koji se nalazi iznad njihove teritorije koristi samo po dogovoru sa njima. Naravno, neekvatorijalne zemlje se s tim nisu mogle složiti, smatrajući geostacionarnu orbitu zajedničkim vlasništvom čovječanstva. Tek 1988. godine bilo je moguće dogovoriti plan raspodjele satelitskih pozicija za emitovanje u frekvencijskim opsezima 6/4 GHz i 14/11 GHz.

Prednosti geostacionarne orbite stimulišu sve veći broj korisnika da na nju postavljaju satelite različite namene. Sa evropskog kontinenta možete "promatrati" nekoliko desetina veštačkih satelita koji se kreću u geostacionarnoj orbiti. Preko njih se, prije svega, ostvaruje telefonska komunikacija sa zemljama američkog kontinenta i zemljama Bliskog istoka. Osim toga, mnogi sateliti se koriste za prijenos televizijskih i zvučnih emisija. Upotreba geostacionarne orbite u ove svrhe pruža sljedeće prednosti:

§ satelit se kreće u geostacionarnoj orbiti od zapada ka istoku dugo vremena bez utroška energije za ovo kretanje (poput nebeskog tijela) zbog gravitacijske privlačnosti Zemlje i vlastite inercije, linearnom brzinom od 3,074 km/s ;

§ krećući se po geostacionarnoj orbiti sa ugaonom brzinom jednakom ugaonoj brzini Zemljine rotacije, satelit napravi revoluciju tačno za jedan dan, usled čega se ispostavlja da je nepomičan „visi“ iznad površine zemlje;

§ napajanje njegovih sistema energijom se vrši iz solarnih panela osvijetljenih Suncem;

§ budući da satelit ne prelazi Zemljin radijacioni pojas, već se nalazi iznad njega, povećava se pouzdanost i vek trajanja njegovih elektronskih uređaja i izvora napajanja – solarnih baterija;

§ komunikacija sa predajnom stanicom se odvija kontinuirano, bez prelaska sa jednog "dolaznog" satelita na drugi - "uzvodno", tj. potreban je samo jedan satelit za kontinuiranu stalnu komunikaciju;

§ kod predajnih antena u sistemu Zemlja-Satelit, uređaji za automatsko satelitsko praćenje mogu se pojednostaviti ili potpuno eliminisati, a kod zemaljskih prijemnih antena zapravo nema potrebe za njima, što osigurava jednostavnost prijemnih uređaja, njihovu nisku cijenu, dostupnost i masu distribucija;

§ budući da je udaljenost do satelita u geostacionarnoj orbiti uvijek konstantna, slabljenje signala pri prolasku putanjom Zemlja - Satelit - Zemlja je uvijek sigurno, ne mijenja se kada se satelit kreće u orbiti, što omogućava precizno izračunavanje snaga njegovog ugrađenog predajnika;

§ Geostacionarna orbita je jedinstvena – sateliti koji se nalaze u orbitama iznad nje „odlaze“ u svemir, a oni koji se nalaze u orbitama ispod nje postepeno se približavaju Zemlji. A samo sateliti u geostacionarnoj orbiti rotiraju sinhrono na stalnoj udaljenosti od Zemlje i stacionarni su u odnosu na nju;

§ nakon isteka perioda rada, satelit se prebacuje u tzv. "grobaralnu" orbitu, koja je 200 km viša od geostacionarne, i postepeno se udaljava od Zemlje u svemir.

Međutim, konstelacije geostacionarnih satelita imaju jedan veliki nedostatak: dugo vrijeme širenja radio signala, što dovodi do kašnjenja u prijenosu signala u radiotelefonskim komunikacijama. Čekanje na dolazak signala odgovora može izazvati nezadovoljstvo nestrpljivih pretplatnika.

Zbog svojih jedinstvenih svojstava i prednosti, geostacionarna orbita u najpovoljnijim područjima (naročito iznad Tihog i Indijskog okeana, kao i iznad afričkog kontinenta) je do krajnjih granica „naseljena“ satelitima. U geostacionarnoj orbiti utvrđeno je 425 "stajaćih" tačaka - položaja satelita. Riječ "položaj" jedinstveno definira položaj satelita u geostacionarnoj orbiti i njegovu geografsku dužinu.

Šta je geostacionarna orbita? Ovo je kružno polje, koje se nalazi iznad Zemljinog ekvatora, duž kojeg kruži umjetni satelit s kutnom brzinom rotacije planete oko svoje 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, televizijskih i drugih satelita.

Ideja korištenja umjetnih uređaja

Sam koncept geostacionarne orbite inicirao je ruski pronalazač K. E. Ciolkovsky. U svojim radovima je predložio naseljavanje svemira uz pomoć orbitalnih stanica. Strani naučnici su također opisali rad svemirskih polja, na primjer, G. Oberth. Osoba koja je razvila koncept korištenja orbite za komunikaciju je Arthur Clarke. Godine 1945. objavio je članak u časopisu Wireless World, gdje je opisao prednosti geostacionarnog polja. Za aktivan rad u ovoj oblasti u čast naučnika, orbita je dobila svoje drugo ime - "Klarkov pojas". Mnogi teoretičari su razmišljali o problemu implementacije kvalitativne veze. Dakle, Herman Potochnik je 1928. godine izrazio ideju o tome 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 završava svoju orbitu oko planete u sideričkom danu, što je 23 sata 56 minuta i 4 sekunde. Isto vrijeme je potrebno da bi Zemlja izvršila jednu revoluciju u fiksnom prostoru.

2. Za održavanje satelita u određenoj tački, geostacionarna orbita mora biti kružna, sa nultim nagibom. Eliptično polje će rezultirati ili istočnim ili zapadnim pomakom, jer se svemirska letjelica kreće drugačije u određenim tačkama u svojoj orbiti.

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 dovodi do preklapanja frekvencija različitih uređaja tokom prijema i prenosa, kao i da isključi njihov koliziju.

5. Dovoljno goriva da svemirska letjelica ostane nepomična.

Geostacionarna orbita satelita je jedinstvena po tome što je samo kombinovanjem njegovih parametara moguće postići nepokretnost aparata. Još jedna karakteristika je mogućnost da se Zemlja vidi pod uglom od sedamnaest stepeni sa satelita koji se nalaze u svemirskom polju. Svaki uređaj pokriva otprilike jednu trećinu orbitalne površine, tako da su tri mehanizma sposobna pokriti gotovo cijelu planetu.

umjetni sateliti

Avion se okreće oko Zemlje po geocentričnoj putanji. Za njegovo lansiranje koristi se višestepena raketa. To je kosmički mehanizam koji pokreće reaktivnu snagu motora. Da bi se kretali u orbiti, umjetni sateliti Zemlje 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, kao što su orbitalne stanice i brodovi. Bespilotne letjelice imaju masu do dvije desetine tona i veličinu do nekoliko desetina metara. Dvadeset prvi vijek je obilježen 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 uređaj, Explorer 1. Prvi satelit koji je NASA lansirala 1964. zvao se Syncom-3. Vještački uređaji su uglavnom nepovratni, ali ima i onih koji se vraćaju djelimično ili u potpunosti. Koriste se za obavljanje naučnih 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 zaustavljanja"

Geostacionarni sateliti se nalaze na nadmorskoj visini od 35.786 kilometara. Ova visina obezbeđuje period okretanja koji odgovara periodu kruženja Zemlje u odnosu na zvezde. Veštačko vozilo miruje, pa se njegova lokacija u geostacionarnoj orbiti naziva „tačka stanice“. Lebdenje obezbeđuje stalnu dugoročnu vezu, jednom kada je antena orijentisana, uvek će biti usmerena na ispravan satelit.

Pokret

Sateliti se mogu prebaciti iz orbite male visine u geostacionarnu pomoću polja geotransfera. Potonji su eliptična staza sa tačkom na maloj nadmorskoj visini i vrhom na visini koja je blizu geostacionarnog kruga. Satelit koji je postao neupotrebljiv za dalji rad šalje se u orbitu za odlaganje koja se nalazi 200-300 kilometara iznad GEO-a.

Visina geostacionarne orbite

Satelit se u datom polju drži na određenoj udaljenosti od Zemlje, niti se približava niti se 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 izračunava se 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 apsolutnoj vrijednosti i suprotna u smjeru gravitacijske sile koju stvara Zemljino privlačenje 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. S obzirom na ekvatorijalni radijus Zemlje, dobijamo visinu jednaku 35786 kilometara.

Proračuni se mogu uraditi i na drugi način, na osnovu tvrdnje da visina orbite, koja je udaljenost od centra Zemlje, sa ugaonom brzinom 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 svemirske brzine na putu oko Zemlje. Za smanjenje eksponenta potrebno je povećati radijus orbite za više od šest puta. Dužina se izračunava množenjem pi puta radijusa sa dva. To je 264924 kilometara. Indikator se uzima u obzir prilikom izračunavanja "stajaćih tačaka" satelita.

Uticaj sila

Parametri orbite duž koje vještački mehanizam kruži 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 potencijalne rupe u geostacionarnoj orbiti.
2. Ugao nagiba polja prema ekvatoru raste određenom brzinom i dostiže 15 stepeni jednom u 26 godina i 5 mjeseci.

Da bi satelit držao na željenoj „stajaćoj tački“, opremljen je pogonskim sistemom koji se uključuje nekoliko puta svakih 10-15 dana. Dakle, za kompenzaciju rasta 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 zalihu goriva i radi na komponentama visokog ključanja za dugotrajno skladištenje (diazot tetroksid, asimetrični dimetilhidrazin). Plazma uređaji imaju znatno manji potisak, ali zbog dugog rada, koji se mjeri u desetinama minuta za jedan pokret, mogu značajno smanjiti količinu potrošenog goriva na brodu. Ova vrsta pogonskog sistema se koristi za manevrisanje satelita na drugu orbitalnu poziciju. Glavni ograničavajući faktor u vijeku trajanja uređaja je opskrba gorivom 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 orbitalnoj visini od 35.786 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 sistemima kablovskog prenosa zemaljskih usluga, ukupno kašnjenje signala "izvor - satelit - prijemnik" dostiže približno 2-4 sekunde. Takav pokazatelj značajno komplikuje upotrebu uređaja 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 televizijskog prenosa u regionima Arktika i Antarktika. U situacijama kada su sunce i satelit predajnik u liniji sa prijemnom antenom, dolazi do smanjenja, a ponekad i potpunog odsustva signala. U geostacionarnim orbitama, zbog nepokretnosti satelita, ova pojava je posebno izražena.

Doplerov efekat

Ovaj fenomen se sastoji u promjeni frekvencija elektromagnetnih vibracija uz međusobno napredovanje predajnika i prijemnika. Fenomen se izražava promjenom udaljenosti tokom vremena, kao i kretanjem vještačkih vozila u orbiti. Efekat se manifestuje kao nestabilnost noseće frekvencije satelitskih oscilacija, koja se dodaje instrumentalnoj nestabilnosti frekvencije ugrađenog repetitora i zemaljske stanice, što otežava prijem signala. Doplerov efekat doprinosi promeni frekvencije modulirajućih vibracija, koje se ne mogu kontrolisati. U slučaju kada se u orbiti koriste sateliti za komunikaciju i direktno televizijsko emitovanje, ova pojava je praktično eliminisana, odnosno nema promena u nivou signala na prijemnoj tački.

Stav u svijetu prema geostacionarnim poljima

Rođenje svemirske orbite stvorilo je mnoga pitanja i međunarodno pravne probleme. Brojni komiteti, posebno Ujedinjeni narodi, bave se njima. Neke zemlje koje se nalaze na ekvatoru polagale su zahtjeve za proširenjem svog suvereniteta na dio svemirskog 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, pa 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 svjetskom nivou.

Putanja kretanja umjetnih svemirskih letjelica razlikuju se od orbita prirodnih nebeskih tijela: činjenica je da u prvom slučaju postoje takozvana "aktivna područja". Ovo su područja satelitske orbite po kojima se kreću uključivanjem mlaznog motora. Stoga je proračun putanje kretanja svemirskih letjelica složen i odgovoran zadatak, koji provode stručnjaci iz područja astrodinamike.

Svaki satelitski sistem ima određeni status, ovisno o namjeni satelita, njegovoj lokaciji, pokrivenosti područja usluge, vlasništvu kako same svemirske letjelice tako i zemaljske stanice koja prima njegove signale. U zavisnosti od statusa, satelitski sistemi su:

• Međunarodni (regionalni ili globalni);
• nacionalni;
• Departmental.

Osim toga, sve orbite su podijeljene na geostacionarni i negeostacionarni (zauzvrat, podijeljeni na LEO - niska orbita, MEO - srednja visina i HEO - eliptični). Pogledajmo bliže ove klase.

Geostacionarni satelitske orbite

Ova vrsta orbite najčešće se koristi za smještaj svemirskih letjelica, jer ima značajne prednosti: moguća je neprekidna komunikacija 24 sata dnevno i praktički nema pomaka frekvencije. Geostacionarni sateliti se nalaze na nadmorskoj visini od oko 36.000 km iznad površine Zemlje i kreću se brzinom njene rotacije, kao da "vise" nad određenom tačkom na ekvatoru, "podsatelitskom tačkom". Međutim, u stvari, položaj takvog satelita nije stacionaran: on doživljava određeni "drift" zbog brojnih faktora, kao rezultat toga, orbita se lagano pomiče s vremenom.

Kao što je već napomenuto, geostacionarni satelit praktički ne zahtijeva prekide u radu, jer nema međusobnog kretanja letjelice i njene zemaljske stanice. Sistem koji se sastoji od tri satelita ovog tipa sposoban je da pokrije gotovo cijelu površinu Zemlje.

Istovremeno, takvi sistemi nisu bez određenih nedostataka, od kojih je glavni kašnjenje signala. Stoga se za radio i televizijsko emitiranje najčešće koriste sateliti u geostacionarnim orbitama, kod kojih kašnjenja u oba smjera od 250 ms ne utiču na kvalitet signala. Kašnjenja u radiotelefonskom komunikacionom sistemu pokazuju se mnogo uočljivija (uzimajući u obzir obradu signala u zemaljskim mrežama, ukupno vreme je već oko 600 ms). Osim toga, područje pokrivenosti takvih satelita ne uključuje regije visoke geografske širine (iznad 76,50° S i J), odnosno nije zagarantovana zaista globalna pokrivenost.

U vezi sa brzim razvojem satelitskih komunikacija, u posljednjoj deceniji, geostacionarna orbita je postala „gužva“, a javljaju se problemi sa postavljanjem novih uređaja. Činjenica je da se, u skladu sa međunarodnim standardima, ne može postaviti više od 360 satelita u ekvatorijalnu orbitu, inače će doći do međusobnih smetnji.

Srednja visina satelitske orbite

Satelitske sisteme ovog tipa počele su razvijati kompanije koje su se prvobitno bavile proizvodnjom geostacionarnih svemirskih letjelica. Orbita srednje visine omogućava bolje komunikacijske performanse za mobilne pretplatnike, budući da je svaki mobilni korisnik u polju dosega više satelita u isto vrijeme; ukupno kašnjenje - ne više od 130 ms.

Lokacija negeostacionarnog satelita ograničena je takozvanim Van Allenovim radijacijskim pojasevima, prostornim pojasevima nabijenih čestica koje je "zarobilo" Zemljino magnetsko polje. Prvi od stabilnih pojaseva visokog zračenja nalazi se na nadmorskoj visini od oko 1500 km od površine planete, njegov opseg je nekoliko hiljada kilometara. Drugi pojas, istog visokog intenziteta (10.000 impulsa/s), nalazi se na udaljenosti od 13.000–19.000 km od Zemlje.

Svojevrsna "traka" za satelite srednje visine nalazi se između prvog i drugog radijacijskog pojasa, odnosno na visini od 5000-15000 km. Ovi uređaji su slabiji od geostacionarnih, stoga je potrebna orbitalna grupa od 8-12 satelita za potpuno pokrivanje površine Zemlje (na primjer, Spaceway NGSO, ICO, Rostelesat); svaki satelit je u zoni radio vidljivosti zemaljske stanice kratko vrijeme, otprilike 1,5-2 sata.

Niski krugovi satelitske orbite

Sateliti u niskim orbitama (700-1500 km) imaju neke prednosti u odnosu na druge svemirske letjelice u pogledu energetskih karakteristika, ali gube u trajanju komunikacijskih sesija, kao i u ukupnom vijeku trajanja. Orbitalni period satelita u prosjeku iznosi 100 minuta, dok otprilike 30% ovog vremena ostaje na sjenčanoj strani planete. Punjive ugrađene baterije mogu iskusiti oko 5000 ciklusa punjenja / pražnjenja godišnje, kao rezultat - njihov vijek trajanja ne prelazi 5-8 godina.

Izbor ovakvog raspona visina za satelitske sisteme niske orbite nije slučajan. Na visini manjoj od 700 km, gustina atmosfere je relativno velika, što uzrokuje "degradaciju" orbite - postepeno odstupanje od kursa, što zahtijeva povećane troškove goriva za održavanje. Na visini od 1500 km počinje prvi Van Allenov pojas, u čijoj je zoni zračenja rad brodske opreme praktički nemoguć.

Međutim, zbog male visine orbite, potrebna je orbitalna konstelacija od najmanje 48 svemirskih letjelica da pokrije cijelu teritoriju Zemlje. Period rotacije u ovim orbitama je 90 min-2 h, dok je maksimalno vreme boravka satelita u zoni radio vidljivosti samo 10-15 min.

Eliptične orbite

Eliptični Zemljine satelitske orbite su sinhroni, odnosno lansirani u orbitu, rotiraju se brzinom planete, a period okretanja je višekratnik dana. Trenutno se koristi nekoliko tipova takvih orbita: Archi-medes, Borealis, "Tundra", "Mightning".

Brzina eliptičnog satelita u apogeju (pri dostizanju vrha "elipse") je manja nego u perigeju, tako da u tom periodu uređaj može biti u zoni radio vidljivosti određenog područja duže od satelita sa kružnom orbitom. . Komunikacijske sesije, na primjer, u Molniji traju 8-10 sati, a sistem od tri satelita je sposoban da održava globalnu komunikaciju 24 sata dnevno.

2007

Glavna ideja

Ova stranica je posvećena nadzoru umjetni sateliti Zemlje(Dalje satelit ). Od početka svemirskog doba (4. oktobra 1957. lansiran je prvi satelit Sputnjik-1), čovečanstvo je stvorilo ogroman broj satelita koji kruže oko Zemlje u raznim orbitama. Do danas, broj takvih objekata koje je napravio čovjek premašuje desetine hiljada. U osnovi, ovo je "svemirski otpad" - fragmenti satelita, istrošene raketne stepenice itd. Samo mali dio njih su aktivni sateliti.
Među njima su i istraživački, i meteorološki, i komunikacijski i telekomunikacijski sateliti, te vojni sateliti. Prostor oko Zemlje je njima "naseljen" sa visina od 200-300 km i do 40.000 km. Samo dio njih je dostupan za posmatranje pomoću jeftine optike (dvogled, špijunske naočale, amaterski teleskopi).

Izradom ovog sajta, autori su sebi postavili za cilj da prikupe informacije o metodama posmatranja i snimanja satelita, pokažu kako se izračunavaju uslovi za njihov let iznad određenog područja, te opišu praktične aspekte problematike posmatranja i snimanja. . Na sajtu je uglavnom predstavljen autorski materijal dobijen tokom posmatranja učesnika sekcije "Kosmonautika" astronomskog kluba "hν" Planetarijuma u Minsku (Minsk, Belorusija).

Pa ipak, odgovarajući na glavno pitanje - "Zašto?", moramo 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 naučne vrednosti, oni ostaju amateri koji to rade za svoje zadovoljstvo. Astronomija i astronautika su vrlo "tehnološki" hobiji u kojima možete primijeniti svoja znanja iz optike, elektronike, fizike i drugih prirodnih nauka. I ne možete se prijaviti - i samo uživati ​​u kontemplaciji. Sa satelitima stvari stoje slično. Posebno je zanimljivo pratiti one satelite o kojima se informacije ne distribuiraju u otvorenim izvorima - to su vojni obavještajni sateliti različitih zemalja. U svakom slučaju, satelitsko posmatranje je lov. Često možemo unaprijed odrediti gdje i kada će se satelit pojaviti, ali ne uvijek. A kako će se "ponašati" još je teže predvidjeti.

hvala:

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

• Bozbey Maxim.
• Dryomin Gennady.
• Kenko Zoya.
• Mechinsky Vitaly.

Veliku pomoć pružili su i članovi astronomskog kluba "hν". Lebedeva Tatiana, Povalishev Vladimir i Tkachenko Alexey. Posebno hvala Alexander Lapshin(Rusija), profi-s (Ukrajina), Daniil Shestakov (Rusija) i Anatoly Grigoriev (Rusija) za njihovu pomoć u kreiranju stavke 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 Grigorijev (Rusija), Leonid Jelenjin (Rusija), Viktor Žuk (Bjelorusija), Igor Molotov (Rusija), Konstantin Morozov (Bjelorusija), Sergej Crybaby (Ukrajina), Ivan Prokopjuk (Bjelorusija) za pružanje ilustracija za neke dijelove stranice.

Dio materijala je primljen u toku ispunjavanja naloga UE "Geoinformacioni sistemi" Nacionalne akademije nauka Bjelorusije. 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: Značajno ažuriran podstav 2 "Fotometrija satelita u rasponu" Odjeljak II §1 -- dodane informacije o dvije metode fotometrije satelitskih tragova (metoda fotometrijskog profila staze i metoda izofot fotometrije).
• 01.09.2013: Ažuriran podstav paragrafa II §1 - ​​dodata informacija o radu sa programom "Highecl" za izračunavanje verovatnih baklji iz GSS-a.
• 30.01.2013: Ažurirano "poglavlje 3"-- Dodate informacije o radu sa programom "MagVision" za izračunavanje pada penetracije od osvjetljenja 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 zapažanja AES-a" 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: Dodano u "poglavlje 3" informacije o padu penetracije tokom osvjetljenja s mjeseca i sumraka.
• 01/09/2013: Dodata podstavka "Blicevi sa lidarskog satelita "CALIPSO" podstav „Fotografija blica“ str II „AES fotometrija“ §1 Poglavlja 5. Opisani su podaci o karakteristikama posmatranja baklji sa laserskog lidar satelita „CALIPSO“ i proces pripreme za njih.
• 11/05/2012: Ažuriran je uvodni dio §2 poglavlja 5. Dodate su informacije o potrebnoj minimalnoj opremi za satelitsko radio posmatranje, kao i dijagram LED indikatora nivoa signala koji se koristi za podešavanje nivo ulaznog audio signala koji je siguran za diktafon.
• 11/04/2012: Ažuriran podstav "Vizuelna zapažanja AES-a" str.1 "Određivanje satelitskih orbita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o atlasu zvijezda Brno, kao io crvenom filmu na LCD ekranima elektronskih uređaja koji se koriste u posmatranjima.
• 14.04.2012: Ažurirana je podtačka podtačke „Foto/video snimanje satelita“ tačke 1 „Određivanje satelitskih orbita“ §1 poglavlja 5. Informacije o radu sa programom „SatIR“ Dodan je za identifikaciju satelita na fotografijama sa širokim vidnim poljem, kao i za određivanje koordinata krajeva satelitskih tragova na njima.
• 04/13/2012: Ažuriran podstav "AES astrometrija na primljenim slikama: fotografija i video" podstav "Foto/video snimanje satelita" str.1 "Određivanje satelitskih orbita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o radu sa programom "AstroTortilla" za određivanje koordinata centra vidnog polja slike dijelova zvezdanog neba.
• 20.03.2012: Ažuriran podstav 2 "Klasifikacija satelitskih orbita prema velikoj poluosi" §1 Poglavlja 2. Dodate informacije o veličini GSS drifta i perturbacija orbite.
• 03/02/2012: Dodata podstavka "Posmatranje i snimanje lansiranja raketa na daljinu" podparagraf "Foto/video snimanje satelita" str I "Određivanje orbita satelita" §1 Poglavlja 5. Opisani su podaci o karakteristikama posmatranja leta lansirnih vozila u fazi lansiranja.
• "Pretvaranje astrometrije u IOD format" podstav "Foto/video snimanje satelita" str.I "Određivanje satelitskih orbita" §1 Poglavlja 5. Dodan opis rada sa programom "ObsEntry for Window" za pretvaranje satelitske astrometrije u IOD-format - analogni "OBSENTRY" program, ali za OS Windows.
• 25.02.2012: Ažuriran podstav "Sunčeve sinhrone orbite" Odjeljak 1 "Klasifikacija satelitskih orbita prema nagibu" §1 Poglavlja 2. Dodate informacije o proračunu vrijednosti nagiba iss sunce sinhrone satelitske orbite u zavisnosti od ekscentriciteta i velike poluose orbite.
• 21.09.2011: Ažurirana podtačka podtačke 2 "AES fotometrija za raspon" tačke II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o sinodičkom efektu, koji iskrivljuje određivanje rotacije satelita period.
• 09/14/2011: Ažuriran podstav "Proračun orbitalnih (keplerovih) elemenata satelitske orbite na osnovu astrometrijskih podataka. Jedan prelet" podstav "Foto/video snimanje umjetnih satelita", stav I "Određivanje satelitskih orbita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o programu "SatID" za identifikaciju satelita (koristeći primljeni TLE) među satelitima od treće strane TLE bazu podataka, a opisuje i metod za identifikaciju satelita u programu "Heavensat" na osnovu viđenog prolaza u blizini referentne zvijezde.
• 12.09.2011: Ažurirana podtačka "Proračun orbitalnih (keplerovih) elemenata satelitske orbite na osnovu astrometrijskih podataka. Nekoliko prolaza" podtačke "Foto/video snimanje satelita" str. I "Određivanje satelitskih orbita " §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o programu preračunavanja TLE -stavke na željeni datum.
• 09/12/2011: Dodata podstavka "Ulazak satelita u Zemljinu atmosferu" podstav "Foto/video snimanje satelita" str I "Određivanje orbita satelita" §1 Poglavlja 5. Informacije o radu sa programom "SatEvo" za predviđanje datuma ulaska satelita u guste slojeve Zemljine atmosfere je opisano.
• "Bljesci sa geostacionarnih satelita" podstav "Fotografija sa bljeskom" str II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o periodu vidljivosti GSS baklji.
• 09/08/2011: Ažuriran podstav "Promjena svjetline satelita tokom leta" podstav 2 "AES fotometrija preko raspona" odjeljak II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o obliku fazne funkcije za nekoliko primjera reflektirajućih površina.
• podstav 1 "Posmatranje satelitskih baklji" stav II "Fotometrija satelita" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o neujednačenosti vremenske skale duž slike satelitske staze na matrici fotodetektora.
• 09/07/2011: Ažuriran podstav "Fotometrija satelita u rasponu" Odjeljak II "Fotometrija AES-a" §1 poglavlja 5. Dodan primjer složene svjetlosne krive satelita "NanoSail-D" (SCN:37361) i simulacija njegove rotacije.
• "Bljeskovi sa satelita u niskoj orbiti" podstav 1 "Posmatranje satelitskih baklji" stav II "Fotometrija satelita" §1 Poglavlja 5. Dodata fotografija i fotometrijski profil baklje sa LEO satelita "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 "Snimanje leta satelita: oprema za snimanje. Optički elementi" podparagraf "Snimanje fotografija/video satelita" str. I "Određivanje orbita satelita" §1 Poglavlja 5. Dodate veze za preglede domaćih objektiva primijenjenih na satelite za snimanje.
• 09/06/2011: Ažuriran podstav "fazni ugao" Odjeljak II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Dodata animacija promjene faze satelita u zavisnosti od faznog ugla.
• 13.07.2011: Završeno popunjavanje svih poglavlja i sekcija sajta.
• 07/09/2011: Završeno pisanje uvodnog dijela u stav II "AES fotometrija"§1 Poglavlje 5.
• 07/05/2011: Završeno pisanje uvodnog dela u §2 "Radio Observations AES" Poglavlje 5.
• 07/04/2011: Ažuriran podstav "Obrada zapažanja" str. I "Prijem satelitske telemetrije" § 2 poglavlja 5.
• 07/04/2011: 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" tačka I §1 poglavlja 5.
• 25.06.2011: Završeno pisanje Prijave.
• 25.06.2011: Završeno pisanje uvoda u Poglavlje 5: "Šta i kako promatrati?"
• 25.06.2011: Završen uvod u §1 "Optička zapažanja" Poglavlje 5.
• 25.06.2011: Završeno pisanje uvodnog dela u stav I "Određivanje satelitskih orbita"§1 Poglavlje 5.
• 25.06.2011: Poglavlje 4 završeno: "Bilo je vrijeme".
• 25.01.2011.: Poglavlje 2 završeno: "Koje orbite i sateliti postoje?".
• 01/07/2011: Poglavlje 3 završeno: "Priprema za posmatranja".
• 01/07/2011: Poglavlje 1 završeno: "Kako se kreću sateliti?"

Zemlja, kao i svako kosmičko tijelo, ima svoje gravitacijsko polje i susjedne orbite, koje mogu sadržavati tijela i objekte različitih veličina. Najčešće se misli na Mjesec i Međunarodnu svemirsku stanicu. Prvi ide u svoju orbitu, a ISS - u nisku Zemljinu orbitu. Postoji nekoliko orbita koje se međusobno razlikuju po udaljenosti od Zemlje, relativnom položaju u odnosu na planetu i smjeru rotacije.

Orbite umjetnih Zemljinih satelita

Do danas, u najbližem prostoru blizu Zemlje postoji mnogo objekata koji su rezultat ljudske aktivnosti. U osnovi, to su umjetni sateliti koji služe za pružanje komunikacija, ali ima i dosta svemirskog otpada. Jedan od najpoznatijih umjetnih Zemljinih satelita je Međunarodna svemirska stanica.

AES se kreće u tri glavne orbite: ekvatorijalnoj (geostacionarnoj), polarnoj i nagnutoj. Prvi leži potpuno u ravnini ekvatorijalnog kruga, drugi je strogo okomit na njega, a treći se nalazi između njih.

geosinhrona orbita

Naziv ove putanje je zbog činjenice da tijelo koje se kreće duž nje ima brzinu jednaku sideričkom periodu Zemljine rotacije. Geostacionarna orbita je poseban slučaj geosinhrone orbite koja leži u istoj ravni kao i Zemljin ekvator.

Sa nagibom koji nije jednak nuli i nultom ekscentricitetu, satelit, kada se posmatra sa Zemlje, opisuje osmicu na nebu tokom dana.

Prvi satelit u geosinhronoj orbiti je američki Syncom-2, lansiran u njega 1963. godine. Danas je u nekim slučajevima postavljanje satelita u geosinkronu orbitu zbog činjenice da ih raketa-nosač ne može dovesti u geostacionarnu orbitu.

geostacionarna orbita

Ova putanja ima takvo ime iz razloga što, unatoč stalnom kretanju, objekt koji se nalazi na njoj ostaje statičan u odnosu na površinu zemlje. Mjesto na kojem se predmet nalazi naziva se stajalište.

Sateliti lansirani u takvu orbitu često se koriste za prijenos satelitske televizije, jer statika vam omogućava da jednom usmjerite antenu na nju i ostanete povezani dugo vremena.

Visina satelita u geostacionarnoj orbiti je 35.786 kilometara. Budući da su svi direktno iznad ekvatora, samo meridijan je imenovan da bi označio poziciju, na primjer, 180,0˚E Intelsat 18 ili 172,0˚E Eutelsat 172A.

Približni polumjer orbite je ~42.164 km, dužina je oko 265.000 km, a orbitalna brzina je oko 3,07 km/s.

Visoka eliptična orbita

Visoka eliptična orbita je putanja čija je visina u perigeju nekoliko puta manja nego u apogeju. Postavljanje satelita u takve orbite ima niz važnih prednosti. Na primjer, jedan takav sistem može biti dovoljan da opslužuje cijelu Rusiju ili, shodno tome, grupu država sa jednakom ukupnom površinom. Osim toga, HEO sistemi na visokim geografskim širinama su funkcionalniji od geostacionarnih satelita. A postavljanje satelita u visoku eliptičnu orbitu je oko 1,8 puta jeftinije.

Veliki primjeri sistema koji rade na HEO:

• Svemirske opservatorije pokrenule NASA i ESA.
• Satelitski radio Sirius XM Radio.
• Satelitske komunikacije Meridian, -Z i -ZK, Molniya-1T.
• Satelitski GPS sistem korekcije.

Niska zemljina orbita

Ovo je jedna od najnižih orbita, koja, ovisno o različitim okolnostima, može imati visinu od 160-2000 km i orbitalni period od 88-127 minuta, respektivno. Jedini put kada je LEO savladan svemirskim brodom s ljudskom posadom bio je program Apollo sa slijetanjem američkih astronauta na Mjesec.

Većina umjetnih satelita Zemlje koji se trenutno koriste ili su ikada korišteni radili su u niskoj zemljinoj orbiti. Iz istog razloga, najveći dio svemirskog otpada sada se nalazi u ovoj zoni. Optimalna orbitalna brzina za LEO satelite je u prosjeku 7,8 km/s.

Primjeri umjetnih satelita u LEO-u:

• Međunarodna svemirska stanica (400 km).
• Telekomunikacioni sateliti raznih sistema i mreža.
• Izviđačka vozila i sateliti sonde.

Obilje svemirskog otpada u orbiti glavni je moderni problem cjelokupne svemirske industrije. Danas je situacija takva da raste vjerovatnoća sudara različitih objekata u LEO-u. A to, zauzvrat, dovodi do uništenja i stvaranja još više fragmenata i detalja u orbiti. Pesimistične prognoze govore da lansirani Domino princip može u potpunosti lišiti čovječanstvo mogućnosti istraživanja svemira.

Niska referentna orbita

Uobičajeno je da se niska referentna orbita naziva orbita uređaja, koja omogućava promjenu nagiba, visine ili druge značajne promjene. Ako uređaj nema motor i ne izvodi manevre, njegova orbita se naziva niska orbita Zemlje.

Zanimljivo je da ruska i američka balistika različito izračunavaju njenu visinu, jer se prva zasniva na eliptičnom modelu Zemlje, a druga na sfernom. Zbog toga postoji razlika ne samo u visini, već iu položaju perigeja i apogeja.