Visina geostacionarne orbite komunikacijskog satelita. Geostacionarna statistika lansiranja

Geostacionarna orbita sa nultim nagibom i visinom od 35756 km do danas ostaje strateški važna orbita za umjetne Zemljine satelite. Sateliti postavljeni u ovu orbitu kruže oko centra Zemlje istom ugaonom brzinom kao i Zemljina površina. Zbog toga nema potrebe za satelitskim antenama za praćenje geostacionarnih satelita – geostacionarni satelit za određenu lokaciju na površini Zemlje uvijek se nalazi u jednoj tački na nebu.

Primjer konstelacije ruskih geostacionarnih komunikacijskih satelita 2005. godine:

Ali provjera najnovijeg grafikona na Guntherovoj web stranici pokazuje da nije više od 40 geostacionarnih satelita lansirano u 2017. godini, čak i ako taj broj uključuje lansiranja satelita na GPO (orbita geotransfera) i Orbite munje (Kosmos-2518). U vezi s ovim neskladom, pokušao sam samostalno procijeniti dinamiku godišnjih lansiranja u geostacionarnu orbitu i dinamiku promjena ukupne mase lansiranih geostacionarnih satelita koristeći istu lokaciju Gunther.

Većina geostacionarnih satelita je lansirana na orbite geotransfera (GPO), a zatim se uz pomoć vlastitih motora podiže perihel i ulazi u geostacionarnu orbitu. To je zbog želje da se minimizira začepljenje strateški važne geostacionarne orbite (gornji stupnjevi LV na GPO-u izgaraju mnogo brže nego na GSO-u zbog niskog perihela orbita). S tim u vezi, početna masa geostacionarnih satelita najčešće se ukazuje na inicijalnom lansiranju na GPO. Stoga sam odlučio da izračunam masu geostacionarnih satelita na GPO, kao i da u proračun uključim satelite koji su prvobitno bili namijenjeni za rad na GPO ili drugim eliptičnim orbitama smještenim između niskih i geostacionarnih orbita (uglavnom orbite tipa Lightning). S druge strane, u nekim slučajevima, sateliti se direktno ubacuju u geostacionarnu orbitu (na primjer, u slučaju sovjetskih, ruskih i američkih vojnih satelita), osim toga, za vojne satelite, masa je često jednostavno nepoznata (u ovom U tom slučaju potrebno je naznačiti gornju granicu mogućnosti rakete-nosača prilikom lansiranja na GPO). U tom smislu, proračuni su samo preliminarni. Trenutno je obrađeno 35 godina od 60 godina svemirskog doba, a tokom godina se dešava sledeća situacija:

1) U 2017. godini je zapravo postavljen novi rekord (192 tone) u smislu mase koja se stavlja u orbite GPO i Molniya:

2) Nema posebnog rasta broja svemirskih letjelica lansiranih u ove vrste orbita (crna linija je linija trenda):

3) Slična situacija se opaža i sa brojem lansiranja:

Općenito, postoji tendencija stabilnog povećanja teretnog prometa na visoko eliptične visoke orbite. Prosječne vrijednosti tokom decenija:

Po prosječnoj površini svemirskih objekata ( kumulativna površina poprečnog presjeka, mjereno u kvadratnim metrima) geostacionarni sateliti su još superiorniji od niskoorbitalnih vozila (čak i uzimajući u obzir gornje stupnjeve - RB):

To je vjerovatno zbog velikog broja razmjestivih struktura u geostacionarnim satelitima (antene, solarni paneli i termoregulacijske baterije).

Tokom godina, broj operativnih satelita u geostacionarnoj orbiti stalno raste. Samo u ovoj deceniji njihov broj je porastao sa četiri na pet stotina:

Prema bazi podataka aktivnih satelita, relejni satelit je trenutno najstariji operativni satelit u GSO. TDRS-3 lansiran 1988. Ukupno na GSO trenutno radi 40 uređaja čija je starost premašila 20 godina:

Ukupan broj geostacionarnih satelita, uzimajući u obzir orbite odlaganja, već premašuje hiljadu vozila (sa minimalnim brojem gornjih stepeni ( RB) rakete u ovim orbitama):

Primjeri geostacionarnih satelitskih konstelacija:

Sve veća prenatrpanost geostacionarne orbite dovodi do kontinuiranog trenda povećanja težine geostacionarnih satelita. Ako je prvi GSO sateliti su težili samo 68 kg, tada 2017 kina pokušao da pokrene mašinu od 7,6 tona. Očigledno je da će sve veća prenatrpanost geostacionarne orbite u budućnosti dovesti do stvaranja velikih geostacionarnih platformi sa elementima za višekratnu upotrebu. Vjerovatno će takve platforme rješavati nekoliko zadataka odjednom: komunikaciju i promatranje Zemljine površine za meteorologiju, potrebe odbrane itd.

Geostacionarni komunikacioni satelit mase 7,6 tona, kreiran na bazi nove kineske platforme DFH-5

Rijetko razmišljamo o tome kako je organizirano kretanje u svemiru blizu Zemlje. Na primjer, da je od Zemlje do svemirske stanice udaljen samo nekoliko koraka nego od Moskve do Sankt Peterburga, a signal koji je primila satelitska antena prešao je veću udaljenost nego što prosječan automobil pređe za pet godina. Osim toga, svakom lansiranju prethodi pažljiv dizajn orbite po kojoj će se vozilo kretati u svemiru. Orbite koje biramo

Kada su 1961. godine stručnjaci Koroljevog OKB-1 počeli stvarati prvi sovjetski komunikacijski satelit "Molniya-1" za televizijski sistem "Orbita", suočili su se s problemom odabira ciljne orbite za svoje dijete. Najefikasnija je, na prvi pogled, bila geostacionarna orbita sa visinom od 36 hiljada kilometara. Satelit koji se nalazi na njemu je u direktnom vidnom polju 24 sata na oko 1/3 Zemljine površine. Međutim, iz takve orbite nemoguće je osigurati komunikaciju na visokim geografskim širinama i televizijsko emitiranje u regijama krajnjeg sjevera. Osim toga, Sovjetski Savez tada nije imao nosače za postavljanje teških satelita u geostacionarnu orbitu.

Izlaz je pronašao balističar, koji je izumio orbitu u koju bi komunikacijski satelit mogao biti lansiran raketom koja je već u razvoju. Bila je to vrlo izdužena orbita s minimalnom visinom (perigejem) od 500 kilometara i maksimalnom (apogejem) od 40.000 kilometara. Orbitalni period je bio 12 sati, a u skladu sa zakonima nebeske mehanike, satelit je većinu vremena proveo u oblasti apogeja. Orbitalna inklinacija (63,4°) odabrana je tako da je u tom periodu satelit bio vidljiv sa većeg dijela teritorije SSSR-a. Povoljni uslovi za komunikaciju trajali su osam sati, nakon čega je satelit otišao na drugu stranu Zemlje, a na sljedećoj orbiti prošao je apogej iznad Sjeverne Amerike. Ponovo je postao dostupan za reemitovanje televizije tek nakon 16 sati.

Komunikacijski satelit "Molniya-1" uspješno je pušten u ovu orbitu iz trećeg pokušaja 23. aprila 1965. godine, a već sljedećeg dana održana je prva u Sovjetskom Savezu sesija svemirske komunikacije između Moskve i Vladivostoka. Za danonoćno televizijsko emitovanje bilo je potrebno u svemiru istovremeno držati tri satelita Molniya i izgraditi složene antene na Zemlji. Velika parabolična "ogledala" pratila su zamršenu putanju satelita na nebu: brzo se uzdigao na zapadu, popeo do zenita, prešao preko njega, zatim počeo da se kreće u suprotnom smjeru, ponovo se okrenuo i, ubrzavajući, spustio se prema istoku. horizont. Još jedan komplicirajući faktor bile su značajne promjene brzine pri kretanju po izduženoj orbiti, zbog čega se, zbog Doplerovog efekta, frekvencija signala primljenog na Zemlji stalno mijenjala.

Putanja odabrana za prvi sovjetski komunikacijski satelit kasnije je nazvana Molniya orbita. Njegov razvoj s pojavom snažnijih raketa bila je visokoeliptična orbita Tundra s perigejem od 500 kilometara, apogejem od 71.000 i orbitalnim periodom od 24 sata. Orbite s takvim periodom nazivaju se geosinhronim, jer se, krećući se duž njih, letjelica uvijek penje iznad istog područja Zemlje. Efikasnost korištenja satelita u orbiti Tundre je značajno povećana, jer oni mogu opsluživati ​​odabrano područje više od 12 sati na svakoj orbiti, a dva uređaja su dovoljna za organizaciju danonoćne komunikacije. Međutim, zemaljska oprema i dalje je složena jer geosinhroni sateliti stalno mijenjaju svoj položaj na nebu i moraju se pratiti.

Visi na nebu

Oprema za prijem je drastično pojednostavljena ako satelit ostane nepomičan u odnosu na Zemlju. Od cjelokupnog skupa geosinhronih orbita, to se postiže samo na jednoj kružnoj, koja se nalazi strogo iznad ekvatora (nagib 0 °). Ova orbita se naziva geostacionarna, jer u njoj izgleda da satelit lebdi iznad odabrane tačke na ekvatoru na visini od 35.786 kilometara.

Amerikanci su prvi lansirali geostacionarni satelit, ali im to nije odmah pošlo za rukom. Prva dva pokušaja 1963. završila su neuspjehom, a tek 10. septembra 1964. satelit Sinkom-3 je ušao u GSO. Zanimljivo je da je u svemir poletio 19. avgusta i skoro mjesec dana, uz pomoć vlastitog motora, šuljao se do tačke stajanja koju je izabrao za njega. Prvi domaći geostacionarni satelit "Raduga-1" lansiran je tek 22. decembra 1975. godine. Od tada se GSO stalno dopunjava, a danas se na njemu nalazi više od 400 satelita, a u blizini se kreće još 600 vozila.

Strogo govoreći, zbog raznih perturbacija i grešaka u zaključivanju, geostacionarni satelit ne "visi" potpuno nepomično nad ekvatorom, već čini oscilatorno kretanje u odnosu na svoju stajaću tačku. Kada se projektuje na površinu zemlje, njegova putanja podseća na malu osmicu. Osim toga, zbog gravitacionih perturbacija, vozilo može da "drift" po svojoj orbiti. Kako bi ostao u odabranoj poziciji i ne bi napustio nivelaciju zemaljskih antena, uređaj mora redovno prilagođavati svoju orbitu. Za to postoji zaliha goriva na brodu. Životni vijek geostacionarnog satelita ponekad ovisi o tome.

Jednostavne geometrijske konstrukcije pokazuju da se na geografskim širinama iznad 81° geostacionarni sateliti nalaze ispod horizonta, što znači da je komunikacija uz njihovu pomoć u polarnim područjima nemoguća. U praksi je mobilna komunikacija putem geostacionarnog satelita ograničena na geografsku širinu 65-70°, a fiksna - 70-75°. Komunikacija preko GSO-a ima još jedan ozbiljan nedostatak. Na putu do satelita i nazad, radio signal putuje više od 70 hiljada kilometara, trošeći na to četvrt sekunde. Uzimajući u obzir vrijeme za obradu i prijenos signala preko zemaljskih linija, kašnjenje može znatno premašiti pola sekunde. Kao rezultat toga, internetske usluge putem satelita reaguju sporo, a telefonska komunikacija postaje neugodna, jer se čak ni moderna sredstva "poništavanja eha" ne nose uvijek s velikim kašnjenjima. Da biste se riješili ovih nedostataka, potrebno je smanjiti visinu satelita.

Orbitalni elementi

Riječ "orbita" na latinskom znači "traka" ili "put". Orbitu blizu Zemlje karakteriše niz parametara: najniža i najveća nadmorska visina (perigej i apogej, koji takođe određuju orbitalni period), inklinacija (ugao između ravni orbite i ravni Zemljinog ekvatora), geografska dužina uzlaznog čvora, koji postavlja „u kom pravcu“ (oko koje linije u ekvatorijalnoj ravni) je orbita nagnuta, i argument perigeja koji specificira kako se eliptična orbita rotira u svojoj ravni. Gravitacijski poremećaji drugih planeta, pritisak sunčevog zračenja, nesferični oblik Zemlje, njeno magnetsko polje i atmosfera dovode do toga da se orbite satelita mogu primjetno mijenjati tokom vremena. Stoga se tokom rada satelita redovno provode mjerenja trajektorije, a po potrebi se koriguje njegova orbita.

Constellation Iridium

U relativno niskim orbitama formiraju se komercijalni i vladini komunikacioni satelitski sistemi. Tehnički, ove putanje se ne mogu nazvati pogodnim za komunikaciju, jer su sateliti na njima vidljivi većinu vremena nisko iznad horizonta, što negativno utječe na kvalitet prijema, a s planinskim terenom to može onemogućiti. Dakle, što je niža orbita, to bi više satelita trebalo da bude u sistemu. Dok su za globalni komunikacioni sistem u GSO-u dovoljna tri satelita, onda je u orbitama srednjih visina (5000-15.000 kilometara) potrebno 8 do 12 letelica. A za visine od 500-2000 kilometara potrebno je više od pedeset satelita.

Pa ipak, do kraja 1980-ih stvoreni su preduslovi za implementaciju niskoorbitalnih komunikacionih sistema. Prvo, sateliti su se sve više približavali GSO-u. "Parking mjesta" u ovoj orbiti podliježu međunarodnoj registraciji, a obližnji sateliti ne bi trebali raditi na istim radio frekvencijama, kako ne bi ometali jedni druge. Drugo, napredak u oblasti radio elektronike omogućio je stvaranje jeftinih (i što je najvažnije, laganih) satelita s prilično širokim mogućnostima. Raketa sposobna da lansira samo jedan veliki komunikacijski satelit u GSO mogla bi baciti cijeli "svežljaj" takvih uređaja u nisku orbitu. Treće, kraj hladnog rata i proces razoružanja oslobodili su stotine interkontinentalnih balističkih projektila koje su se mogle koristiti po povoljnim cijenama za lansiranje malih satelita. I konačno, tokom ovih godina potražnja za mobilnim komunikacijama počela je naglo da raste, što karakteriše upotreba omnidirekcionih antena male snage koje „ne dovršavaju“ GSO. Svi ovi faktori učinili su lansiranje čak i vrlo velikog broja jeftinih LEO satelita profitabilnijim od stvaranja konstelacije od nekoliko teških geostacionarnih vozila.

Orbcomm (SAD) i Gonets (Rusija) bili su među prvim LEO komunikacionim sistemima. Nisu pružali glasovni prijenos, već su bili namijenjeni slanju tekstualnih poruka i prikupljanju informacija od raznih senzora, poput meteoroloških. Danas Orbcomm uključuje 29 satelita teških 42 kilograma u orbiti sa visinom od 775 kilometara. Gonets sistem je prvobitno sadržavao samo 6 satelita, što je moglo odgoditi isporuku poruka za nekoliko sati. Sada se u njemu zamjenjuje treća generacija satelita, broj radnih uređaja dostigao je devet, ali bi u budućnosti trebao biti doveden na 45 - po devet u pet gotovo polarnih orbita (nagib 82,5 °) na visini od 1500 kilometara .

Polarne orbite nazivaju se orbite koje prolaze preko sjevernog i južnog pola Zemlje, odnosno nalaze se okomito na ekvator. Bilo koji dio zemljine površine povremeno pada u vidno polje satelita u polarnoj orbiti. Ako koristite nekoliko ovih orbita, rotiranih pod kutom jedna prema drugoj, i za svaku u jednakim intervalima za lansiranje nekoliko satelita, možete kontinuirano istraživati ​​cijelu površinu Zemlje. Ovako radi mreža satelitske telefonije Iridium. Koristi polarne orbite sa nagibom od 86,4° i visinom od 780 kilometara. U početku su sadržavali 77 satelita, otuda i naziv sistema: iridijum - 77. element Mendeljejevljevog periodnog sistema. Međutim, devet mjeseci nakon lansiranja, u novembru 1998., Iridium je bankrotirao. Cijena poziva, koja je dostigla sedam dolara po minuti, pokazala se previsokom za potrošače, dijelom zato što je Iridium sistem pružao zaista globalnu povezanost, od pola do pola. Lansiran nešto kasnije, sistem GlobalStar, radi ekonomičnosti, koristi umjesto polarnih orbita sa nagibom od 52 °, što ograničava komunikaciju na 70. paralelu (otprilike na geografskoj širini Jamala). Ali 48 satelita je dovoljno za rad (plus četiri rezervna), a cijena komunikacije te iste 1999. nije bila veća od dva dolara po minuti.

Sateliti Iridijum su se već pripremali za deorbitu i sagorevanje u gustim slojevima atmosfere kada je čitav sistem kupilo Ministarstvo odbrane SAD. Iridijum je do danas ostao jedini satelitski komunikacioni sistem koji obezbeđuje neprekidnu telefonsku komunikaciju širom sveta. Na primjer, od 2006. godine preko njega je omogućena stalna internet veza za polarnu stanicu Amundsen-Scott na Južnom polu. Brzina veze je 28,8 kilobita u sekundi, kao na starom telefonskom modemu.

Korišćenje prostora blizu Zemlje

U prvoj aproksimaciji, orbite satelita se dijele na niske (do 2000 kilometara od Zemlje), srednje (ispod geostacionarne orbite) i visoke. Letovi s ljudskom posadom ne obavljaju se na udaljenosti većoj od 600 kilometara, jer svemirski brodovi ne bi trebali ulaziti u radijacijske pojaseve koji okružuju našu planetu. Energetski protoni unutrašnjeg radijacionog pojasa predstavljaju opasnost po život astronauta. Maksimalni intenzitet zračenja postiže se na visini od oko 3000 kilometara, što sve svemirske letjelice izbjegavaju. Vanjski elektronski pojas nije toliko opasan. Njegov maksimum leži negdje između zona navigacije i geostacionarnih satelita. Sateliti koji rade u vrlo izduženim eliptičnim orbitama obično se uzdižu još više. Takvi su, na primjer, rendgenska opservatorija Chandra (SAD), koja, da bi se izbjegle smetnje, promatra daleko od radijacijskih pojaseva, te buduća ruska opservatorija Radioastron, čiji su podaci tačniji što je udaljenost od oni koji s njim rade u paru zemaljskih radio teleskopa. Najviše orbite oko Zemlje, koje se podjednako mogu smatrati i cirkumsolarnim, leže na visini od 1,5 miliona kilometara u blizini takozvanih Lagrangeovih tačaka.

Zajedno sa suncem

Blizu polarnih je još jedna važna klasa orbita, koje se nazivaju solarno-sinhrone (SSO), koje uvijek imaju konstantnu orijentaciju u odnosu na Sunce. Na prvi pogled se čini da je to u suprotnosti sa zakonima nebeske mehanike, prema kojima orbitalna ravan ostaje konstantna, što znači da se prilikom kretanja Zemlje oko Sunca mora okrenuti prema njoj s jedne ili druge strane. Ali ako uzmemo u obzir da Zemlja ima spljošteni oblik, ispada da orbitalna ravnina doživljava precesiju, odnosno da se lagano okreće iz okreta u zavoj. Odabirom ispravne visine i nagiba moguće je postići da rotacija orbitalne ravni tačno odgovara luku koji prolazi Zemlja oko Sunca. Na primjer, za orbitalnu visinu od 200 kilometara, nagib bi trebao biti nešto veći od 96 ° stepeni, a za 1000 kilometara - već više od 99 ° (brojevi preko 90 ° odgovaraju orbitalnom kretanju u odnosu na dnevnu rotaciju Zemlje).

Vrijednost SSO je u tome što, krećući se duž njega, satelit leti iznad zemaljskih objekata uvijek u isto doba dana, što je važno za vođenje svemirskih snimaka. Osim toga, zbog blizine MTR-a polarnim orbitama, sa njih je moguće pratiti cijelu Zemljinu površinu, što je važno za meteorološke, kartografske i izviđačke satelite, koji se zajednički nazivaju sateliti za daljinsko otkrivanje Zemlje (ERS). Određeni izbor SSO parametara omogućava satelitu da nikada ne ode u senku Zemlje, da uvek ostane na suncu blizu granice dana i noći. Istovremeno, satelit ne doživljava padove temperature, a solarni paneli mu kontinuirano daju energiju. Takve orbite su pogodne za radarsko mapiranje zemljine površine.

Civilni sateliti za daljinsko otkrivanje, koji su potrebni za razlikovanje objekata veličine jednog metra, obično rade na visinama od 500-600 kilometara. Za vojne izviđačke satelite s rezolucijom istraživanja od 10-30 centimetara, takve visine su previsoke. Stoga se njihove orbite često biraju tako da perigej leži iznad točke mjerenja. Ako postoji više od jednog "objekta pažnje", izviđač mora da promeni oblik orbite uz pomoć motora, ponekad "roni" u gornje slojeve atmosfere, spuštajući se do visine od oko 150 kilometara. Potreba da se što bliže "približi" Zemlji ima značajan nedostatak - otpor atmosfere dramatično skraćuje vrijeme boravka satelita u svemiru. Malo zjapite - i atmosfera će odvući satelit u njegov ponor, gdje će neminovno izgorjeti. Zbog toga na brodu LEO "špijuni" moraju da drže velike rezerve goriva za korekciju orbite i periodično podizanje visine. Na primjer, od 18 tona lansirne mase američkog foto-izviđača KH-11, gorivo čini oko 40%. Dakle, odabrana orbita može direktno uticati na dizajn, a ponekad i na izgled vozila.

Ova zavisnost se posebno jasno očitovala u dizajnu evropskog naučnog aparata GOCE, nedavno lansiranog sa ruskog kosmodroma Pleseck. Ima neobičan oblik, za razliku od ugaonih kontura većine modernih satelita, pa čak izaziva asocijacije na letjelicu velike brzine. Činjenica je da je za satelit koji proučava gravitaciono polje Zemlje odabran niski MTR visine 240-250 kilometara. Optimalno je sa stanovišta tačnosti mjerenja, ali da bi izdržao kočni učinak atmosfere, satelit je oblikovan minimalnog poprečnog presjeka. Osim toga, u krmenom dijelu uređaja ugrađeni su jonski električni raketni motori za korekciju putanje.

Clarkova orbita

O mogućnosti geostacionarnih satelita vjerovatno su prvi progovorili Konstantin Eduardovič Ciolkovski i Herman Potočnik, teoretičar kosmonautike iz Slovenije, poznatiji kao Herman Noordung. Međutim, ideja o njihovom korištenju za komunikaciju postala je raširena na prijedlog poznatog britanskog naučnika i pisca znanstvene fantastike Arthura Clarkea. Godine 1945. objavio je popularno naučni članak u Wireless World opisujući komunikacijske satelite u geostacionarnoj orbiti (GEO), koja se danas često naziva "Clarkeova orbita".

Globalni pogled

Ali ne zahtijevaju svi sateliti za daljinsko otkrivanje visoke rezolucije. Kakva je korist od detekcije objekta veličine 30 centimetara, ako je zadatak aparata da prati regionalna ili globalna kretanja vazdušnih masa i toplotnih režima velikih regiona. Za njegovu implementaciju mnogo je važnija širina obuhvata. Za globalni meteorološki monitoring sateliti se obično postavljaju u GSO ili visokom MTR, a za regionalni monitoring na relativno niskoj orbiti (500-1000 kilometara) sa nagibom koji omogućava redovno snimanje odabranog područja. Na primjer, obećavajući ruski satelit

Meteor-M bi trebao pratiti hidrometeorološku situaciju na globalnom nivou sa MTR visine 830 kilometara. A za uređaj "Elektro-L" izabran je GSO, jer će mu glavna namena biti da pregleda čitav disk Zemlje u vidljivom i infracrvenom opsegu. Osim toga, GSO je u ovom slučaju optimalan za dobivanje informacija o globalnim atmosferskim procesima koji se odvijaju u ekvatorijalnoj zoni.

Upravo zato što se značajan dio zemljine površine može sagledati sa GSO-a, on je "naseljen" ne samo komunikacijskim uređajima i meteorološkim satelitima, već i sistemima za upozorenje na raketni napad. Njihov glavni zadatak je otkrivanje lansiranja balističkih projektila, za koje oprema uključuje infracrveni teleskop sposoban da otkrije baklju motora koji radi. Nedostaci GSO-a u ovom slučaju ne igraju nikakvu ulogu - uostalom, satelit ne mora prenositi informacije na sjeverni ili južni pol, ali trećina zemljine površine je u potpunosti vidljiva.

Odabir parametara orbite za satelite globalnih navigacijskih sistema GPS i GLONASS pokazao se vrlo teškim. Iako je sama ideja (koristeći kašnjenje signala za mjerenje udaljenosti do satelita sa dobro poznatim koordinatama) bila očigledna, njena implementacija trajala je decenijama. U SSSR-u su istraživanja u ovom pravcu započela još 1958. godine. Pet godina kasnije počeli su radovi na prvom satelitskom navigacionom sistemu "Tsikada", koji je pušten u rad tek 16 godina kasnije. Njegova četiri navigaciona satelita radila su u niskim kružnim orbitama sa visinom od 1000 kilometara i nagibom od 83°. Njihove orbitalne ravni bile su ravnomjerno raspoređene duž ekvatora. Otprilike svakih sat i po do dva, potrošač je mogao stupiti u radio kontakt sa jednim od satelita Tsikada i nakon 5-6 minuta komunikacije odrediti svoju geografsku širinu i dužinu. Naravno, vojnim kupcima satelitske navigacije ovakav način rada se nije dopao. Trebali su u proizvoljnom trenutku iu bilo kojoj tački na Zemlji da odrede tri prostorne koordinate, vektor brzine i tačno vrijeme. Da biste to učinili, potrebno je istovremeno primati signale s najmanje četiri satelita. U niskim orbitama to bi zahtijevalo postavljanje stotina svemirskih letjelica, što bi bilo ne samo suludo skupo, već i jednostavno neizvodljivo. Činjenica je da vijek trajanja sovjetskih satelita nije prelazio jednu ili dvije godine (a češće i nekoliko mjeseci), a ispostavilo bi se da bi cijela raketna i svemirska industrija radila isključivo na proizvodnji i lansiranju navigacijskih satelita. Osim toga, LEO sateliti doživljavaju značajne smetnje zbog uticaja zemljine atmosfere, što utiče na tačnost koordinata koje se iz njih određuju.

Studije su pokazale da su potrebni parametri navigacionog sistema obezbeđeni kada se sateliti postavljaju na kružne putanje visine 19.000-20.000 kilometara (za GLONASS je odabrana visina od 19.100 kilometara) sa nagibom od oko 64 °. Utjecaj atmosfere ovdje je već beznačajan, a gravitacijske perturbacije od Mjeseca i Sunca još ne dovode do brzih promjena u orbiti.

Companion groblje

U posljednjih 20 godina, sve više zemalja je nabavilo vlastite telekomunikacione, meteorološke i vojne satelite u geostacionarnoj orbiti. Kao rezultat toga, GSO je postao skučen. Prosječna udaljenost između satelita je oko 500 kilometara, a na nekim njegovim dijelovima teška vozila "vise" samo nekoliko desetina kilometara jedno od drugog. To može ometati komunikaciju, pa čak i dovesti do sudara. Preskupo je vraćanje satelita iz visoke orbite na Zemlju. Zbog toga je, kako bi se očistio GSO, odlučeno da se po završetku aktivne operacije prebace na "orbitu za odlaganje" koja se nalazi 200-300 kilometara više na ostacima goriva. Ovo "satelitsko groblje" je i dalje mnogo slobodnije od radne orbite.

Teoretski, na takvoj visini, 18 satelita u tri orbitalne ravni dovoljno je da se najmanje četiri vozila istovremeno vide iz bilo koje tačke na Zemlji. Ali zapravo, da bi se poboljšala tačnost određivanja lokacije same letjelice, konstelacija GLONASS će se morati proširiti na 24 operativna satelita, a uzimajući u obzir rezervu, potrebno je imati 27-30 satelita u sistem. Ostali navigacijski sistemi, kao što su GPS (SAD), Galileo (Evropa) i Beidou (Kina), zasnovani su na približno istim principima. Njihove satelitske konstelacije nalaze se u kružnim orbitama na visini od 20.000-23.500 kilometara sa nagibom od 55-56°.

Pilotske staze

Orbite vozila s ljudskom posadom su posebno odabrane. Tako je prilikom izgradnje Međunarodne svemirske stanice (ISS) uzeta u obzir pogodnost lansiranja novih modula i svemirskih letjelica na nju, sigurnost posade i potrošnja goriva za održavanje visine. Kao rezultat toga, stanica je lansirana u orbitu na visini od oko 400 kilometara. To je nešto ispod granice Zemljinog radijacijskog pojasa, u kojem se pod utjecajem magnetskog polja naše planete akumuliraju nabijene čestice sunčevog vjetra. Duži boravak unutar radijacijskog pojasa izložio bi posadu opasnom zračenju ili bi zahtijevao moćna sredstva zaštite od zračenja orbitalne stanice. Također je nemoguće spustiti orbitu znatno niže, jer će u suprotnom, zbog značajnog aerodinamičkog otpora, stanica biti usporena i bit će potrebno dosta goriva za održavanje svoje visine. Nagib orbitalne ravni (51,6°) određen je uslovima lansiranja sa Bajkonura, najsjevernijeg kosmodroma s kojeg se izvode letovi s ljudskom posadom.

Slična razmatranja diktirala su i izbor orbite za svemirski teleskop Hubble, budući da se od samog početka pretpostavljalo da će ga astronauti povremeno posjećivati. Stoga je orbitalni nagib od 28,5° odabran prema geografskoj širini američkog kosmodroma Canaveral. Zbog toga se orbite ISS-a i teleskopa nalaze pod značajnim uglom jedna u odnosu na drugu, a spejs šatl ih ne može obići u jednom letu, jer je promena orbitalne ravni jedan od „najskupljih“ manevara, šatl jednostavno nema dovoljno goriva za to. Zbog toga je rad svemirskog teleskopa gotovo prerano završio. Nakon katastrofe spejs šatla Kolumbija 2003. godine, odlučeno je da astronauti mogu da se sklone na ISS ako se otkriju ozbiljna oštećenja letelice u letu. Let do teleskopa Hubble isključio je takvu mogućnost i skoro je bio otkazan. Na kraju je ipak odobren, a nakon velike modernizacije 2009. godine, Hubble, koji je bio na ivici neuspjeha, moći će raditi još pet godina, dok ga ne zamijeni novi teleskop nazvan po James Webbu . Istina, više neće biti lansiran u orbitu blizu Zemlje, već mnogo dalje - do Lagrangeove tačke na visini od 1,5 miliona kilometara, gdje je orbitalni period tačno godinu dana, a teleskop će se stalno skrivati ​​od Sunca iza Zemlja. Tamo još nema letova s ​​ljudskom posadom.

Opisali smo veliki broj različitih orbita, ali njihova raznolikost nipošto nije ograničena na ovo. Za bilo koju vrstu orbite postoje varijacije dizajnirane da poboljšaju njihova pozitivna i oslabe negativna svojstva. Na primjer, neki sateliti se kreću blizu geostacionarne orbite s nagibom do 10 °. To im omogućava da povremeno "gledaju" u visoke geografske širine, ali zemaljske antene moraju biti u stanju da se naginju gore i dolje kako bi pratile satelitske vibracije. Različite tranzicijske putanje koje povezuju dvije orbite igraju važnu ulogu. Sa proliferacijom ionskih potisnika malog potiska u svemiru blizu Zemlje, počele su se koristiti složene spiralne staze. Izbor putanje letjelice vrši se balistikom. Postoji čak i pojam "balistički dizajn", koji označava zajednički razvoj optimalne putanje leta vozila, njegovog izgleda i osnovnih parametara dizajna. Drugim riječima, orbita se razvija zajedno sa satelitom i raketom koja će ga lansirati.

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 sebi postavili cilj da zajedno sakupe informacije o metodama posmatranja i snimanja satelita, da pokažu kako se izračunavaju uslovi za njihov let iznad određenog terena, da opišu praktične aspekte problematike posmatranja. i pucanje. Sajt sadrži uglavnom autorski materijal dobijen tokom posmatranja učesnika sekcije "Kosmonautika" astronomskog kluba "hν" Planetarijuma 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, o kojima se informacije ne šire 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.

Opisani metodi su kreirani na osnovu opservacija i istraživanja, u kojima su učestvovali članovi hν astronomskog kluba Minskog planetarijuma (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 se takođe zahvaljuju Mihail Abgarjan (Bjelorusija), Jurij Gorjačko (Bjelorusija), Anatolij Grigorijeva (Rusija), Leonida Elenjina (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 - ​​dodata informacija 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 proračun vjerovatnih baklji iz GSS-a.
• 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: Dodat 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, kao i 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 io 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" §1 Poglavlja 2 je ažurirana. 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. Opisani su podaci o karakteristikama posmatranja leta lansirnih vozila 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 iss 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 gustu 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 preko raspona" Klauzula II "AES fotometrija" §1 Poglavlja 5. Dodate informacije o obliku funkcije faze 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", Odjeljak 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 za preglede domaćih objektiva u primjeni na satelitsko snimanje.
• 09/06/2011: Ažuriran podstav "fazni ugao" str 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 je 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.
• 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" 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?"

Baš kao što pozorišna sjedala pružaju različite perspektive na predstavu, različite satelitske orbite pružaju perspektivu, svaka s različitom svrhom. Neki kao da vise preko tačke na površini, pružaju stalan pogled na jednu stranu Zemlje, dok drugi kruže oko naše planete, prešavši preko mnogih mesta u toku dana.

Vrste orbite

Na kojoj visini sateliti lete? Postoje 3 vrste orbita oko Zemlje: visoke, srednje i niske. Na visokoj, najudaljenijoj od površine, po pravilu se nalazi mnogo vremenskih i poneki komunikacijski satelit. Sateliti koji rotiraju u orbiti srednje Zemlje uključuju navigaciju i specijalne satelite dizajnirane za praćenje određene regije. Većina naučnih svemirskih letelica, uključujući NASA-in sistem za posmatranje Zemlje, nalazi se u niskoj orbiti.

Brzina kojom sateliti lete zavisi od brzine njihovog kretanja. Kako se približavate Zemlji, gravitacija postaje jača i kretanje se ubrzava. Na primjer, NASA-inom satelitu Aqua potrebno je oko 99 minuta da obleti našu planetu na visini od oko 705 km, dok meteorološkom aparatu koji se nalazi 35 786 km od površine treba 23 sata, 56 minuta i 4 sekunde. Na udaljenosti od 384.403 km od centra Zemlje, Mjesec obavi jedan okret za 28 dana.

Aerodinamički paradoks

Promjenom visine satelita mijenja se i njegova orbitalna brzina. Ovdje postoji paradoks. Ako satelitski operater želi povećati svoju brzinu, ne može jednostavno pokrenuti potisnike da ubrzaju. Ovo će povećati orbitu (i visinu), što će rezultirati smanjenjem brzine. Umjesto toga, motore treba pokrenuti u smjeru suprotnom od smjera kretanja satelita, odnosno izvršiti radnju koja bi na Zemlji usporila vozilo u pokretu. To će ga pomjeriti niže, što će povećati brzinu.

Karakteristike orbite

Pored visine, putanju satelita karakterišu ekscentricitet i nagib. Prvi se odnosi na oblik orbite. Satelit s niskim ekscentricitetom kreće se duž putanje bliskoj kružnoj. Ekscentrična orbita je eliptična. Udaljenost od svemirske letjelice do Zemlje zavisi od njenog položaja.

Inklinacija je ugao orbite u odnosu na ekvator. Satelit koji kruži direktno iznad ekvatora ima nulti nagib. Ako letjelica prođe preko sjevernog i južnog pola (geografskog, a ne magnetskog), njen nagib je 90°.

Zajedno - visina, ekscentricitet i nagib - određuju kretanje satelita i kako će Zemlja izgledati iz svoje perspektive.

Visoko blizu zemlje

Kada satelit dostigne tačno 42164 km od centra Zemlje (oko 36 hiljada km od površine), ulazi u zonu u kojoj njegova orbita odgovara rotaciji naše planete. Budući da se letjelica kreće istom brzinom kao i Zemlja, odnosno da joj je orbitalni period 24 sata, čini se da ostaje na mjestu iznad jedne geografske dužine, iako može drijeti od sjevera prema jugu. Ova posebna visoka orbita naziva se geosinhrona.

Satelit se kreće po kružnoj orbiti direktno iznad ekvatora (ekscentricitet i nagib su jednaki nuli) i stacionaran je u odnosu na Zemlju. Nalazi se uvijek iznad iste tačke na svojoj površini.

Orbita Molniya (nagib 63,4 °) koristi se za posmatranje na visokim geografskim širinama. Geostacionarni sateliti su usidreni za ekvator, tako da nisu pogodni za udaljene sjeverne ili južne regije. Ova orbita je prilično ekscentrična: letjelica se kreće po izduženoj elipsi sa Zemljom koja se nalazi blizu jedne ivice. Pošto je satelit ubrzan gravitacijom, kreće se vrlo brzo kada je blizu naše planete. Kada se udaljava, njegova brzina se usporava, pa više vremena provodi na vrhu orbite na rubu najudaljenijem od Zemlje, do koje udaljenost može doseći 40 hiljada km. Orbitalni period je 12 sati, ali satelit provodi oko dvije trećine ovog vremena na jednoj hemisferi. Kao polusinhrona orbita, satelit prati istu putanju svaka 24 sata. Koristi se za komunikaciju na krajnjem sjeveru ili jugu.

Low Earth

Većina naučnih satelita, mnoge meteorološke i svemirske stanice nalaze se u gotovo kružnoj niskoj Zemljinoj orbiti. Njihov nagib zavisi od toga šta prate. TRMM je pokrenut za praćenje padavina u tropima, tako da ima relativno nizak nagib (35°) dok je ostao blizu ekvatora.

Mnogi NASA-ini sateliti za promatranje imaju orbite blizu polarnih, vrlo nagnutih. Letelica se kreće oko Zemlje od pola do pola u periodu od 99 minuta. Polovinu vremena prolazi preko dnevne strane naše planete, a na polu prelazi na noćnu stranu.

Kako se satelit kreće, Zemlja se rotira ispod njega. Do trenutka kada svemirska letjelica uđe u osvijetljeno područje, ona je iznad područja koja se nalazi uz zonu svoje posljednje orbite. U periodu od 24 sata, polarni sateliti pokrivaju većinu Zemlje dva puta: jednom tokom dana i jednom noću.

Sunčana sinhrona orbita

Baš kao što geosinhroni sateliti moraju biti iznad ekvatora, što im omogućava da ostanu iznad jedne tačke, sateliti u polarnoj orbiti imaju mogućnost da ostanu u isto vrijeme. Njihova orbita je sinhrona sa suncem - kada letjelica pređe ekvator, lokalno solarno vrijeme je uvijek isto. Na primjer, satelit Terra ga prelazi preko Brazila uvijek u 10:30 ujutro. Sljedeći prijelaz nakon 99 minuta preko Ekvadora ili Kolumbije također se odvija u 10:30 po lokalnom vremenu.

Sunčeva sinhrona orbita je neophodna za nauku, jer omogućava skladištenje sunčeve svjetlosti na površini Zemlje, iako će se mijenjati s godišnjim dobima. Ova konzistentnost znači da naučnici mogu upoređivati ​​slike naše planete u isto doba godine tokom nekoliko godina bez brige o prevelikim skokovima u osvjetljenju koji bi mogli stvoriti iluziju promjene. Bez Sunčeve sinhrone orbite, bilo bi teško pratiti ih tokom vremena i prikupiti informacije potrebne za proučavanje klimatskih promjena.

Putanja satelita je ovdje vrlo ograničena. Ako se nalazi na visini od 100 km, orbita bi trebala imati nagib od 96°. Svako odstupanje će biti neprihvatljivo. Pošto atmosferski otpor i gravitaciona sila Sunca i Mjeseca mijenjaju orbitu letjelice, potrebno je redovno prilagođavati.

U orbiti: lansiranje

Lansiranje satelita zahtijeva energiju, čija količina ovisi o lokaciji mjesta lansiranja, nadmorskoj visini i nagibu njegove buduće putanje. Potrebno je više energije da se dođe do udaljene orbite. Sateliti sa značajnim nagibom (na primjer, polarni) energetski su intenzivniji od onih koji kruže iznad ekvatora. Lansiranje u orbitu sa malim nagibom potpomognuto je rotacijom Zemlje. kreće se pod uglom od 51,6397°. To je neophodno kako bi spejs šatlovi i ruske rakete lakše došle do njega. Visina ISS-a - 337-430 km. Polarni sateliti, s druge strane, ne primaju pomoć od Zemljinog impulsa, pa im je potrebno više energije da se popnu na istu udaljenost.

Prilagodba

Nakon lansiranja satelita, moraju se uložiti napori da se zadrži u određenoj orbiti. Pošto Zemlja nije savršena sfera, njena gravitacija je na nekim mestima jača. Ova neravnina, zajedno sa privlačenjem Sunca, Mjeseca i Jupitera (najmasivnije planete u Sunčevom sistemu), mijenja nagib orbite. Tokom svog životnog veka, GOES sateliti su korigovani tri ili četiri puta. NASA LEO moraju prilagođavati nagib svake godine.

Osim toga, na Zemljine satelite utiče atmosfera. Najgornji slojevi, iako dovoljno tanki, nude dovoljno jak otpor da ih povuku bliže Zemlji. Djelovanje gravitacije uzrokuje ubrzanje satelita. Vremenom sagorevaju, spiralno se spuštaju sve brže u atmosferu ili padaju na Zemlju.

Atmosferski otpor je jači kada je Sunce aktivno. Baš kao što se zrak u balonu s vrućim zrakom širi i diže kada se zagrije, atmosfera se diže i širi kada joj sunce daje dodatnu energiju. Tanji slojevi atmosfere se uzdižu, a njihovo mjesto zauzimaju gušći. Stoga sateliti u Zemljinoj orbiti moraju mijenjati svoju poziciju oko četiri puta godišnje kako bi kompenzirali atmosferski otpor. Kada je solarna aktivnost na maksimumu, položaj aparata se mora korigovati svake 2-3 nedelje.

Svemirski otpad

Treći razlog za promjenu orbite je svemirski otpad. Jedan od komunikacijskih satelita Iridium sudario se s nefunkcionalnom ruskom svemirskom letjelicom. Razbili su se, formirajući oblak krhotina od preko 2.500 komada. Svaki element je dodan u bazu podataka koja danas ima preko 18.000 objekata koje je napravio čovjek.

NASA pažljivo prati sve što se može naći na putu satelita, budući da je svemirski otpad već nekoliko puta morao mijenjati orbite zbog svemirskog otpada.

Inženjeri prate položaj svemirskog otpada i satelita koji bi mogli ometati kretanje i pažljivo planiraju manevre izbjegavanja po potrebi. Isti tim planira i izvodi manevre za podešavanje nagiba i visine satelita.

"Satelit je lansiran u geostacionarnu orbitu" ... koliko smo puta čuli ovu frazu u vijestima na televiziji! Šta pod tim treba razumjeti - gdje se nalazi, tačnije - gdje se takav satelit rotira?

Za početak, satelit, kakav god da je, mora biti u kontaktu sa Zemljom (inače nema potrebe za lansiranjem). Ali satelit se kreće u odnosu na Zemlju, okrećući se oko nje, a antena, koja mora biti podešena na njega, miruje u odnosu na Zemlju... kako riješiti ovu kontradikciju? Vrlo je jednostavno: satelit mora da miruje u odnosu na tačku na kojoj se nalazi antena... kako je to moguće?

Kada kažemo da određeni objekt ostaje nepomičan u odnosu na drugi objekt koji se u ovom trenutku kreće, u stvarnosti mislimo da se navedeni objekti kreću istom brzinom u odnosu na neki treći objekt. Ovdje ste nepomični u odnosu na automobil, ali ako odvojeno razmotrite svoje kretanje i kretanje automobila u odnosu na cestu, ispada da se krećete istom brzinom. Nije bitno jeste li u automobilu ili ne: da letite iznad njega kroz zrak istom brzinom kao automobil (zamislimo na trenutak tako fantastičnu situaciju), također biste bili nepomični u odnosu na auto.

Dakle, da bi satelit bio nepomičan u odnosu na antenu na Zemlji, mora se rotirati oko naše planete istom brzinom kojom rotira oko svoje ose. Upravo to se dešava u geostacionarnoj orbiti! Njegov položaj u orbiti naziva se "stajaća tačka", jer iz ugla posmatrača na Zemlji, takav satelit ne "leti", već "visi" nepomično na nebu.

U geostacionarnoj orbiti, satelit se, s jedne strane, ne približava Zemlji, s druge se ne udaljava od nje. Da bi to bilo moguće, centrifugalna sila, koja "odnosi" satelit od Zemlje, mora uravnotežiti silu gravitacije, "povlačeći" je na planetu. To postaje moguće kada se satelit rotira u orbiti duž ekvatora, a visina orbite iznad površine Zemlje iznosi 35.786 kilometara.

Međutim, zadržati satelit u geostacionarnoj orbiti nije tako lako: na njega ne utječe samo Zemljina gravitacija – ni gravitacija Mjeseca i Sunca neće nikuda otići, Zemljino gravitacijsko polje nije potpuno ujednačeno, a naš ekvator nije savršeno okrugla. Zbog svih ovih okolnosti tzv. "Potencijalne geostacionarne orbitne rupe" su tačke iznad ekvatora na 75,3 i 165,3 stepeni istočno i 14,7 i 104,7 stepeni zapadno, u kojima je satelit pomeren sa svoje originalne orbite. Generalno, orbita odstupa za 0,85 stepeni godišnje i nakon 26 i po godina je već nagnuta za 15 stepeni u odnosu na ekvatorijalnu ravan! Da bi se prevladali takvi poremećaji, satelit je opremljen pogonskim sistemom, za koji se moraju napuniti stotine kilograma goriva - a njegova rezerva je ta koja ograničava vijek trajanja satelita (na primjer, moderni televizijski sateliti rade od 12 do 15 godina ).

Uz sve svoje prednosti, geostacionarna orbita nije uvijek primjenjiva: povezana je s ekvatorom, stoga, što je dalje od ekvatora, to je teže "dobiti" takav satelit - na primjer, više nije moguće obezbijediti komunikaciju na krajnjem sjeveru uz pomoć takvog satelita. Osim toga, signal može oslabiti, pa čak i nestati kada su sunce, satelit i antena u istoj liniji. Ova pojava (tzv. solarna interferencija) se javlja na sjevernoj hemisferi (tačnije, na njenim srednjim geografskim širinama) od 22. februara do 11. marta i od 3. do 21. oktobra u periodu do 10 minuta. Dakle, geostacionarna orbita nije uvijek primjenjiva - postoje sateliti koji se lansiraju u druge orbite.