به دور زمین می چرخد. مدار زمین ثابت

2007

ایده اصلی

این سایت به نظارت اختصاص داده شده است ماهواره های زمین مصنوعی(به علاوه ماهواره ). از آغاز عصر فضا (4 اکتبر 1957، اولین ماهواره، اسپوتنیک-1، پرتاب شد)، بشر تعداد زیادی ماهواره ایجاد کرده است که در مدارهای مختلف دور زمین می چرخند. تا به امروز، تعداد چنین اشیاء ساخته دست بشر از ده ها هزار نفر فراتر رفته است. اساساً این "آوارهای فضایی" است - قطعات ماهواره ها ، مراحل موشکی سپری شده و غیره. فقط بخش کوچکی از آنها ماهواره های فعال هستند.
از جمله آنها می توان به ماهواره های تحقیقاتی و هواشناسی و مخابراتی و مخابراتی و ماهواره های نظامی اشاره کرد. فضای اطراف زمین توسط آنها از ارتفاعات 200-300 کیلومتر و تا 40000 کیلومتر "ساکن" شده است. تنها بخشی از آنها برای رصد با استفاده از اپتیک های ارزان قیمت (دوربین، عینک جاسوسی، تلسکوپ آماتور) در دسترس است.

نویسندگان با ایجاد این سایت، هدف خود را جمع آوری اطلاعات در مورد روش های رصد و تیراندازی ماهواره ها، نشان دادن نحوه محاسبه شرایط پرواز آنها بر روی یک منطقه خاص، و توصیف جنبه های عملی موضوع رصد و تیراندازی قرار دادند. این سایت عمدتاً مطالب نویسنده را ارائه می دهد که در طول مشاهدات شرکت کنندگان بخش "کیهان نوردی" باشگاه نجومی "hν" در سیاره نما مینسک (مینسک، بلاروس) به دست آمده است.

و با این حال، در پاسخ به سوال اصلی - "چرا؟"، باید موارد زیر را بگوییم. در میان انواع سرگرمی هایی که فرد به آن علاقه دارد، نجوم و فضانوردی وجود دارد. هزاران نفر از دوستداران نجوم سیارات، سحابی ها، کهکشان ها، ستارگان متغیر، شهاب ها و سایر اجرام نجومی را رصد می کنند، از آنها عکس می گیرند، کنفرانس ها و "کلاس های کارشناسی ارشد" خود را برگزار می کنند. برای چی؟ این فقط یک سرگرمی است، یکی از بسیاری. راهی برای رهایی از مشکلات روزمره. حتی زمانی که آماتورها کارهایی با ارزش علمی انجام می دهند، آماتورهایی باقی می مانند که این کار را برای لذت خود انجام می دهند. ستاره شناسی و فضانوردی سرگرمی های بسیار "فناوری" هستند که در آن می توانید دانش خود را در زمینه اپتیک، الکترونیک، فیزیک و سایر رشته های علوم طبیعی به کار ببرید. و شما نمی توانید اعمال کنید - و فقط از تفکر لذت ببرید. در مورد ماهواره ها همه چیز مشابه است. به ویژه جالب است که آن ماهواره ها را دنبال کنید، اطلاعاتی که در مورد آنها در منابع باز توزیع نشده است - اینها ماهواره های اطلاعاتی نظامی کشورهای مختلف هستند. در هر صورت رصد ماهواره ای شکار است. اغلب می‌توانیم مکان و زمان نمایش ماهواره را از قبل مشخص کنیم، اما نه همیشه. و اینکه او چگونه "رفتار" خواهد کرد حتی دشوارتر است که پیش بینی شود.

با تشکر:

روش های توصیف شده بر اساس مشاهدات و تحقیقات ایجاد شد که در آن اعضای باشگاه نجوم "hν" سیاره نما مینسک (بلاروس) شرکت کردند:

• بوزبی ماکسیم.
• دریومین گنادی.
• کنکو زویا.
• مکینسکی ویتالی.

اعضای باشگاه نجوم "hν" نیز کمک بزرگی کردند. لبدوا تاتیانا, پوالیشف ولادیمیرو تکاچنکو الکسی. با تشکر ویژه الکساندر لاپشین(روسیه)، profi-s (اوکراین)، دانیل شستاکوف (روسیه) و آناتولی گریگوریف (روسیه) برای کمک آنها در ایجاد مورد II §1 "AES Photometry"، فصل 2 و فصل 5، و النا (تاو، روسیه)همچنین برای مشاوره و نوشتن چندین برنامه محاسباتی. نویسندگان نیز تشکر می کنند میخائیل آبگاریان (بلاروس)، یوری گوریاچکو (بلاروس)، آناتولی گریگوریف (روسیه)، لئونید یلنین (روسیه)، ویکتور ژوک (بلاروس)، ایگور مولوتوف (روسیه)، کنستانتین موروزوف (بلاروس)، سرگئی کری بابی (اوکراین)، ایوان پروکوپیوک (بلاروس)برای ارائه تصاویر برای برخی از بخش های سایت.

بخشی از مطالب در طول انجام سفارش UE "سیستم های اطلاعات جغرافیایی" آکادمی ملی علوم بلاروس دریافت شد. ارسال مطالب به صورت غیرتجاری به منظور محبوبیت برنامه فضایی بلاروس در بین کودکان و جوانان انجام می شود.

ویتالی مکینسکی، متصدی بخش "کیهان نوردی" باشگاه اخترشناسی "hν".

«اخبار سایت»:

• 09/01/2013: به طور قابل توجهی به روز شده زیر پاراگراف 2 "عکاسی از یک ماهواره بر فراز دهانه"بخش II §1 -- اطلاعاتی را در مورد دو روش فتومتری مسیرهای ماهواره ای (روش مشخصات مسیر فتومتریک و روش فتومتری ایزووفوت) اضافه کرد.
• 09/01/2013: به روز شده زیر پاراگراف II §1 - ​​اطلاعاتی در مورد کار با برنامه "Highecl" برای محاسبه شعله های احتمالی از GSS اضافه شده است.
• 1392/01/30: به روز شد "فصل 3"- اطلاعات اضافه شده در مورد کار با برنامه "MagVision" برای محاسبه افت نفوذ نور خورشید و ماه.
• 2013/01/22: به روز رسانی فصل 2. اضافه شدن انیمیشن حرکت ماهواره ای در سراسر آسمان در یک دقیقه.
• 1392/01/19: فرعی به روز شد "مشاهدات بصری AES" p.1 "تعیین مدار ماهواره" §1 از فصل 5. اطلاعات اضافه شده در مورد دستگاه های گرمایش برای الکترونیک و اپتیک برای محافظت در برابر شبنم، یخ زدگی و خنک کننده بیش از حد.
• 1392/01/19: اضافه شده به "فصل 3"اطلاعاتی در مورد افت نفوذ در هنگام روشنایی از ماه و گرگ و میش.
• 1392/01/09: مورد فرعی اضافه شد "فلش های ماهواره لیدار "CALIPSO"زیر پاراگراف "عکاسی فلش" ص. II "فتومتری AES" §1 از فصل 5. اطلاعات در مورد ویژگی های مشاهدات شراره از ماهواره لیزر لیدار "CALIPSO" و روند آماده سازی برای آنها شرح داده شده است.
• 1391/11/05: قسمت مقدماتی §2 از فصل 5 به روز شد.اطلاعاتی در مورد حداقل تجهیزات مورد نیاز برای رصدهای رادیویی ماهواره ای اضافه شده است و نمودار نشانگر سطح سیگنال LED داده شده است که برای تنظیم استفاده می شود. سطح سیگنال صوتی ورودی که برای ضبط کننده امن است.
• 11/04/2012: فرعی به روز شد "مشاهدات بصری AES" p.1 "تعیین مدارهای ماهواره" §1 از فصل 5. اطلاعاتی در مورد اطلس ستاره برنو و همچنین در مورد فیلم قرمز روی صفحه نمایش LCD دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده در مشاهدات اضافه شد.
• 1391/04/14: زیرمجموعه زیرمجموعه «عکس/فیلمبرداری از ماهواره ها» بند 1 «تعیین مدار ماهواره» §1 فصل 5 به روز شد.اطلاعات مربوط به کار با برنامه «SatIR» برای شناسایی ماهواره ها در عکس های با میدان دید وسیع و همچنین تعیین مختصات انتهای مسیرهای ماهواره ای بر روی آنها اضافه شده است.
• 2012/04/13: فرعی به روز شد "اخترسنجی AES روی تصاویر دریافتی: عکس و ویدئو"زیر پاراگراف "ضبط عکس/فیلم از ماهواره های مصنوعی" بند 1 "تعیین مدارهای ماهواره" §1 از فصل 5. اطلاعات اضافه شده در مورد کار با برنامه "AstroTortilla" برای تعیین مختصات مرکز میدان دید تصاویر قطعات از آسمان پر ستاره
• 2012/03/20: به روز شده زیر پاراگراف 2 "طبقه بندی مدارهای ماهواره بر اساس محور نیمه اصلی" §1 از فصل 2. اطلاعات اضافه شده در مورد بزرگی رانش GSS و اختلالات مدار.
• 1391/03/02: مورد فرعی اضافه شد "رصد و فیلمبرداری پرتاب موشک از راه دور"زیر پاراگراف "عکس / فیلمبرداری از ماهواره ها" ص I "تعیین مدار ماهواره ها" §1 از فصل 5. اطلاعات در مورد ویژگی های مشاهده پرواز وسایل نقلیه پرتاب در مرحله پرتاب شرح داده شده است.
• "تبدیل اخترسنجی به فرمت IOD"زیر پاراگراف "عکس / فیلمبرداری از ماهواره ها" p.I "تعیین مدارهای ماهواره" §1 از فصل 5. اضافه شدن شرح کار با برنامه "ObsEntry for Window" برای تبدیل اخترسنجی ماهواره ای به فرمت IOD - آنالوگ "OBSENTRY" برنامه، اما برای سیستم عامل ویندوز.
• 2012/02/25: فرعی به روز شد "مدارهای همزمان خورشید"بخش 1 "طبقه بندی مدارهای ماهواره بر اساس شیب" §1 از فصل 2. اطلاعات اضافه شده در مورد محاسبه مقدار شیب مدار ماهواره خورشیدی سنکرون بسته به گریز از مرکز و محور نیمه اصلی مدار.
• 2011/09/21: به روز شده زیر آیتم 2 "AES photometry over the span" از مورد II "AES photometry" §1 از فصل 5. اطلاعات اضافه شده در مورد اثر synodic، که تعیین چرخش ماهواره را مخدوش می کند. عادت زنانه.
• 1390/09/14: فرعی به روز شد "محاسبه عناصر مداری (کپلری) مدار ماهواره بر اساس داده های نجومی. One Flyby"زیر پاراگراف "عکس / فیلمبرداری از ماهواره های مصنوعی"، بند I "تعیین مدارهای ماهواره" §1 از فصل 5. اطلاعات اضافه شده در مورد برنامه "SatID" برای شناسایی ماهواره (با استفاده از TLE دریافتی) در بین ماهواره ها از یک TLE شخص ثالث پایگاه داده، و همچنین روشی را برای شناسایی ماهواره در برنامه "Heavensat" بر اساس گذر دیده شده در نزدیکی ستاره مرجع توصیف می کند.
• 1390/09/12: به‌روزرسانی شده «محاسبه عناصر مداری (کپلری) مدار ماهواره بر اساس داده‌های نجومی. " § 1 از فصل 5. اطلاعاتی در مورد موارد برنامه محاسبه مجدد TLE در تاریخ مورد نظر اضافه شد.
• 1390/09/12: مورد فرعی اضافه شد "ورود ماهواره ها به جو زمین"زیر پاراگراف "ضبط عکس/فیلم از ماهواره ها" ص I "تعیین مدار ماهواره" §1 از فصل 5. اطلاعات کار با برنامه "SatEvo" برای پیش بینی تاریخ ورود ماهواره ها به لایه های متراکم جو زمین است. شرح داده شده.
• "فلش های ماهواره های زمین ثابت"زیر پاراگراف "عکاسی فلاش" ص II "فتومتری AES" §1 از فصل 5. اطلاعاتی در مورد دوره مشاهده شراره های GSS اضافه شده است.
• 09/08/2011: فرعی به روز شد "تغییر روشنایی ماهواره در طول پرواز"زیر پاراگراف 2 "فتومتری AES بر روی دهانه" بخش II "فتومتری AES" §1 از فصل 5. اطلاعاتی در مورد شکل تابع فاز برای چندین نمونه از سطوح بازتابنده اضافه شده است.
• زیر پاراگراف 1 "مشاهده شراره های ماهواره ای" بند دوم "فتومتری AES" §1 از فصل 5. اطلاعاتی در مورد عدم یکنواختی مقیاس زمانی در امتداد تصویر مسیر ماهواره در ماتریس ردیاب عکس اضافه شده است.
• 09/07/2011: فرعی به روز شد "عکاسی از یک ماهواره بر فراز دهانه"بخش دوم "فوتومتری AES" §1 از فصل 5. نمونه ای از منحنی نور پیچیده ماهواره "NanoSail-D" (SCN:37361) و شبیه سازی چرخش آن اضافه شد.
• "فلش از ماهواره های مدار پایین"زیر پاراگراف 1 "مشاهده شراره های ماهواره" بند دوم "عکاسی ماهواره ها" §1 از فصل 5. اضافه شده عکس و مشخصات فتومتریک شعله از ماهواره LEO "METEOR 1-29".
• 09/06/2011: فرعی به روز شد "مدارهای ماهواره ای زمین ثابت و ژئوسنکرون"§1 از فصل 2. اطلاعات اضافه شده در مورد طبقه بندی ماهواره های زمین ثابت، اطلاعات در مورد شکل مسیرهای GSS.
• 09/06/2011: فرعی به روز شد "تصویربرداری از پرواز یک ماهواره: تجهیزات برای تیراندازی. عناصر نوری"زیر پاراگراف "عکس / فیلمبرداری از ماهواره ها" ص. I "تعیین مدار ماهواره ها" §1 از فصل 5. پیوندهایی به بررسی لنزهای خانگی که برای ماهواره های تیراندازی اعمال می شود اضافه شده است.
• 09/06/2011: فرعی به روز شد "زاویه فاز"بخش II "AES Photometry" §1 از فصل 5. اضافه شده انیمیشن تغییر فاز ماهواره بسته به زاویه فاز.
• 13.07.2011: پر کردن تمام فصل ها و بخش های سایت.
• 07/09/2011: نوشتن قسمت مقدماتی پاراگراف II به پایان رسید "فتومتری AES"§1 فصل 5.
• 2011/07/05: نوشتن قسمت مقدماتی §2 به پایان رسید "Radio Observations AES"فصل 5.
• 07/04/2011: فرعی به روز شد "پردازش مشاهدات"ص I "دریافت تله متری ماهواره ای" § 2 از فصل 5.
• 07/04/2011: نگارش به پایان رسید ص دوم "به دست آوردن تصاویر ابری"§2 فصل 5.
• 07/02/2011: نگارش به پایان رسید ص اول "دریافت تله متری ماهواره ای"§2 فصل 5.
• 07/01/2011: زیر پاراگراف نگارش تکمیل شد "عکس / فیلمبرداری از ماهواره"مورد I §1 از فصل 5.
• 2011/06/25: نگارش به پایان رسید برنامه های کاربردی.
• 2011/06/25: نوشتن مقدمه فصل 5 به پایان رسید: "چه چیزی و چگونه باید مشاهده کرد؟"
• 2011/06/25: مقدمه §1 تکمیل شد "مشاهدات نوری"فصل 5.
• 2011/06/25: نوشتن قسمت مقدماتی پاراگراف I به پایان رسید "تعیین مدار ماهواره"§1 فصل 5.
• 2011/06/25: فصل 4 تکمیل شد: "درباره زمان".
• 2011/01/25: فصل 2 تکمیل شد: چه مدارها و ماهواره هایی وجود دارد؟.
• 01/07/2011: فصل 3 تکمیل شد: "آماده شدن برای مشاهدات".
• 01/07/2011: فصل 1 تکمیل شد: "ماهواره ها چگونه حرکت می کنند؟"

مدار زمین ثابت چیست؟ این یک میدان دایره‌ای است که در بالای خط استوای زمین قرار دارد و در امتداد آن یک ماهواره مصنوعی با سرعت زاویه‌ای چرخش سیاره به دور محورش در گردش است. در سیستم مختصات افقی جهت خود را تغییر نمی دهد، اما بی حرکت در آسمان آویزان می شود. مدار زمین ثابت زمین (GSO) نوعی میدان ژئوسنکرون است و برای جا دادن ارتباطات، پخش تلویزیونی و سایر ماهواره ها استفاده می شود.

ایده استفاده از دستگاه های مصنوعی

مفهوم مدار زمین ثابت توسط مخترع روسی K. E. Tsiolkovsky آغاز شد. او در آثارش پیشنهاد کرد فضا را با کمک ایستگاه های مداری پر کند. دانشمندان خارجی نیز کار میدان های فضایی را توصیف کردند، به عنوان مثال، G. Oberth. شخصی که مفهوم استفاده از مدار را برای ارتباط ایجاد کرد، آرتور کلارک است. او در سال 1945 مقاله ای را در مجله Wireless World منتشر کرد و در آن به شرح مزایای میدان زمین ثابت پرداخت. برای کار فعال در این منطقه به افتخار دانشمند، مدار نام دوم خود را - "کمربند کلارک" دریافت کرد. بسیاری از نظریه پردازان به مشکل پیاده سازی یک ارتباط کیفی فکر کرده اند. بنابراین، هرمان پوتوچنیک در سال 1928 این ایده را بیان کرد که چگونه می توان از ماهواره های زمین ثابت استفاده کرد.

ویژگی های "کمربند کلارک"

برای اینکه یک مدار زمین ثابت نامیده شود، باید تعدادی پارامتر را داشته باشد:

1. Geosynchrony. این مشخصه شامل میدانی است که دوره ای متناظر با دوره انقلاب زمین دارد. یک ماهواره ژئوسنکرون مدار خود را به دور سیاره در یک روز غیرواقعی تکمیل می کند که 23 ساعت و 56 دقیقه و 4 ثانیه است. همین زمان برای زمین لازم است تا یک دور در یک فضای ثابت کامل شود.

2. برای نگهداری یک ماهواره در یک نقطه خاص، مدار زمین ثابت باید دایره ای و با شیب صفر باشد. یک میدان بیضوی منجر به تغییر به سمت شرق یا غرب خواهد شد، زیرا فضاپیما در نقاط خاصی از مدار خود به طور متفاوتی حرکت می کند.

3. «نقطه معلق» مکانیسم فضا باید روی خط استوا باشد.

4. محل قرارگیری ماهواره ها در مدار زمین ثابت باید به گونه ای باشد که تعداد کمی از فرکانس های در نظر گرفته شده برای ارتباط، منجر به همپوشانی فرکانس های دستگاه های مختلف در هنگام دریافت و ارسال و نیز جلوگیری از برخورد آنها نشود.

5. پیشران کافی برای ثابت نگه داشتن فضاپیما.

مدار زمین ثابت یک ماهواره از این نظر منحصر به فرد است که تنها با ترکیب پارامترهای آن است که می توان به عدم تحرک دستگاه دست یافت. ویژگی دیگر، امکان دیدن زمین با زاویه هفده درجه از ماهواره های واقع در میدان فضایی است. هر دستگاه تقریباً یک سوم سطح مداری را پوشش می دهد، بنابراین سه مکانیسم قادر به پوشش تقریباً کل سیاره هستند.

ماهواره های مصنوعی

این هواپیما در یک مسیر زمین مرکزی به دور زمین می چرخد. برای پرتاب آن از موشک چند مرحله ای استفاده می شود. این یک مکانیسم کیهانی است که قدرت راکتیو موتور را هدایت می کند. برای حرکت در مدار، ماهواره های مصنوعی زمین باید سرعت اولیه ای داشته باشند که مطابق با اولین سرعت فضایی باشد. پروازهای آنها در ارتفاع حداقل چند صد کیلومتری انجام می شود. دوره گردش دستگاه می تواند چندین سال باشد. ماهواره های زمین مصنوعی را می توان از وسایل نقلیه دیگر مانند ایستگاه های مداری و کشتی ها پرتاب کرد. پهپادها تا دو ده تن جرم و تا چند ده متر اندازه دارند. قرن بیست و یکم با تولد دستگاه هایی با وزن بسیار سبک - تا چندین کیلوگرم مشخص شد.

ماهواره ها توسط بسیاری از کشورها و شرکت ها راه اندازی شده اند. اولین دستگاه مصنوعی جهان در اتحاد جماهیر شوروی ساخته شد و در 4 اکتبر 1957 به فضا پرواز کرد. او نام "اسپوتنیک-1" را یدک می کشید. در سال 1958، ایالات متحده دومین دستگاه را به نام Explorer 1 راه اندازی کرد. اولین ماهواره ای که توسط ناسا در سال 1964 پرتاب شد Syncom-3 نام داشت. دستگاه‌های مصنوعی عمدتا غیرقابل برگشت هستند، اما مواردی هم هستند که به طور جزئی یا کامل برمی‌گردند. از آنها برای انجام تحقیقات علمی و حل مشکلات مختلف استفاده می شود. بنابراین، ماهواره های نظامی، تحقیقاتی، ناوبری و غیره وجود دارد. دستگاه های ایجاد شده توسط کارمندان دانشگاه یا آماتورهای رادیو نیز راه اندازی می شوند.

"نقطه توقف"

ماهواره های زمین ثابت در ارتفاع 35786 کیلومتری از سطح دریا قرار دارند. این ارتفاع دوره ای از چرخش را فراهم می کند که مطابق با دوره گردش زمین در رابطه با ستارگان است. وسیله نقلیه مصنوعی ثابت است، بنابراین مکان آن در مدار زمین ثابت "نقطه ایستگاه" نامیده می شود. شناور کردن یک اتصال طولانی مدت ثابت را فراهم می کند، هنگامی که آنتن جهت گیری کرد، همیشه به ماهواره صحیح هدایت می شود.

جنبش

ماهواره ها را می توان با استفاده از میدان های انتقال جغرافیایی از مداری با ارتفاع کم به مدار زمین ثابت منتقل کرد. مسیرهای اخیر یک مسیر بیضی شکل با یک نقطه در ارتفاع کم و یک قله در ارتفاع نزدیک به دایره زمین ثابت هستند. ماهواره ای که برای کار بیشتر غیرقابل استفاده شده است به مداری که در فاصله 200 تا 300 کیلومتری بالاتر از GSO قرار دارد فرستاده می شود.

ارتفاع مدار زمین ثابت

یک ماهواره در یک میدان مشخص در فاصله معینی از زمین نگه می دارد، نه نزدیک می شود و نه دور می شود. همیشه در بالای نقطه ای از خط استوا قرار دارد. بر اساس این ویژگی ها، نتیجه می شود که نیروهای گرانش و نیروی گریز از مرکز یکدیگر را متعادل می کنند. ارتفاع مدار زمین ثابت با روش های مبتنی بر مکانیک کلاسیک محاسبه می شود. این مطابقت نیروهای گرانشی و گریز از مرکز را در نظر می گیرد. مقدار اولین کمیت با استفاده از قانون گرانش جهانی نیوتن تعیین می شود. شاخص نیروی گریز از مرکز با ضرب جرم ماهواره در شتاب گریز از مرکز محاسبه می شود. نتیجه برابری جرم گرانشی و اینرسی این است که ارتفاع مدار به جرم ماهواره بستگی ندارد. بنابراین، مدار زمین ثابت تنها با ارتفاعی تعیین می شود که در آن نیروی گریز از مرکز از نظر مقدار مطلق برابر و در جهت مخالف نیروی گرانشی ایجاد شده توسط جاذبه زمین در یک ارتفاع معین است.

از فرمول محاسبه شتاب مرکز، می توانید سرعت زاویه ای را پیدا کنید. شعاع مدار زمین ثابت نیز با این فرمول یا با تقسیم ثابت گرانشی زمین مرکزی بر مجذور سرعت زاویه ای تعیین می شود. 42164 کیلومتر است. با توجه به شعاع استوایی زمین، ارتفاعی برابر با 35786 کیلومتر بدست می آوریم.

محاسبات را می توان به روش دیگری انجام داد، بر اساس این جمله که ارتفاع مدار، که فاصله از مرکز زمین است، با سرعت زاویه ای ماهواره، همزمان با حرکت چرخش سیاره، باعث می شود یک سرعت خطی، که برابر با اولین سرعت کیهانی در یک ارتفاع معین است.

سرعت در مدار زمین ثابت طول

این شاخص با ضرب سرعت زاویه ای در شعاع میدان محاسبه می شود. مقدار سرعت در مدار 3.07 کیلومتر بر ثانیه است که بسیار کمتر از اولین سرعت فضایی در مسیر نزدیک به زمین است. برای کاهش توان، باید شعاع مدار را بیش از شش برابر افزایش داد. طول با ضرب پی در شعاع در دو محاسبه می شود. 264924 کیلومتر است. این شاخص هنگام محاسبه "نقاط ایستاده" ماهواره ها در نظر گرفته می شود.

نفوذ نیروها

پارامترهای مداری که مکانیسم مصنوعی در امتداد آن گردش می کند می تواند تحت تأثیر آشفتگی های گرانشی قمری، ناهمگنی میدان زمین و بیضی بودن خط استوا تغییر کند. دگرگونی میدان در چنین پدیده هایی بیان می شود:

1. جابجایی یک ماهواره از موقعیت خود در امتداد مدار به سمت نقاط تعادل پایدار که به آن سوراخ های پتانسیل در مدار زمین ثابت می گویند.
2. زاویه تمایل میدان به استوا با سرعت معینی رشد می کند و در هر 26 سال و 5 ماه یک بار به 15 درجه می رسد.

برای نگه داشتن ماهواره در "نقطه ایستاده" مورد نظر، مجهز به یک پیشرانه است که هر 10-15 روز چندین بار روشن می شود. بنابراین برای جبران رشد شیب مدار از تصحیح شمال به جنوب و برای جبران رانش در طول میدان از اصلاح غرب به شرق استفاده می شود. برای تنظیم مسیر ماهواره در تمام مدت کارکرد آن، عرضه سوخت زیادی در کشتی مورد نیاز است.

سیستم های محرکه

انتخاب دستگاه با توجه به ویژگی های فنی فردی ماهواره تعیین می شود. به عنوان مثال، یک موتور موشک شیمیایی دارای منبع سوخت جابه‌جایی است و با ذخیره‌سازی طولانی مدت اجزای با جوش بالا (دیازوت تتروکسید، دی متیل هیدرازین نامتقارن) کار می‌کند. دستگاه های پلاسما دارای رانش قابل توجهی کمتری هستند، اما به دلیل عملکرد طولانی که در ده ها دقیقه برای یک حرکت اندازه گیری می شود، می توانند میزان سوخت مصرفی در هواپیما را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. این نوع پیشرانه برای مانور دادن ماهواره به موقعیت مداری دیگر استفاده می شود. عامل محدود کننده اصلی در طول عمر دستگاه، تامین سوخت در مدار زمین ثابت است.

معایب میدان مصنوعی

یک نقص مهم در تعامل با ماهواره‌های زمین‌ایستا تأخیر زیاد در انتشار سیگنال است. بنابراین، با سرعت نور 300 هزار کیلومتر در ثانیه و ارتفاع مداری 35786 کیلومتر، حرکت پرتو زمین-ماهواره حدود 0.12 ثانیه و پرتو زمین-ماهواره-زمین 0.24 ثانیه طول می کشد. با در نظر گرفتن تاخیر سیگنال در تجهیزات و سیستم های انتقال کابلی خدمات زمینی، کل تاخیر سیگنال "منبع - ماهواره - گیرنده" تقریبا به 2-4 ثانیه می رسد. چنین شاخصی به طور قابل توجهی استفاده از دستگاه های موجود در مدار در تلفن را پیچیده می کند و استفاده از ارتباطات ماهواره ای در سیستم های بلادرنگ را غیرممکن می کند.

یکی دیگر از معایب نامرئی بودن مدار زمین ثابت از عرض های جغرافیایی بالا است که در هدایت ارتباطات و پخش تلویزیونی در مناطق قطب شمال و قطب جنوب اختلال ایجاد می کند. در شرایطی که خورشید و ماهواره فرستنده در یک راستا با آنتن گیرنده قرار می گیرند، کاهش و حتی گاهی اوقات فقدان کامل سیگنال وجود دارد. در مدارهای زمین ایستا به دلیل عدم تحرک ماهواره، این پدیده به ویژه خود را نشان می دهد.

اثر داپلر

این پدیده شامل تغییر فرکانس ارتعاشات الکترومغناطیسی با پیشروی متقابل فرستنده و گیرنده است. این پدیده با تغییر فاصله در طول زمان و همچنین با حرکت وسایل نقلیه مصنوعی در مدار بیان می شود. این اثر خود را به صورت پایداری کم فرکانس حامل نوسانات ماهواره ای نشان می دهد که به ناپایداری فرکانس ابزاری تکرارکننده داخلی و ایستگاه زمینی اضافه می شود که دریافت سیگنال ها را پیچیده می کند. اثر داپلر به تغییر فرکانس ارتعاشات تعدیل کننده کمک می کند که نمی توان آن را کنترل کرد. در صورتی که از ماهواره های ارتباطی و پخش مستقیم تلویزیون در مدار استفاده شود، این پدیده عملاً حذف می شود، یعنی هیچ تغییری در سطح سیگنال در نقطه دریافت وجود ندارد.

نگرش در جهان به میدان های زمین ثابت

تولد مدار فضایی سوالات و مشکلات حقوقی بین المللی زیادی را ایجاد کرد. تعدادی از کمیته ها، به ویژه سازمان ملل متحد، با آنها سروکار دارند. برخی از کشورهای واقع در خط استوا ادعاهایی مبنی بر گسترش حاکمیت خود به بخشی از میدان فضایی واقع در بالای قلمرو خود داشتند. دولت‌ها اعلام کرده‌اند که مدار زمین‌ایستا یک عامل فیزیکی است که با وجود سیاره مرتبط است و به میدان گرانشی زمین بستگی دارد، بنابراین بخش‌های میدان امتداد قلمرو کشورهایشان است. اما چنین ادعاهایی رد شد، زیرا یک اصل عدم تخصیص فضای بیرونی در جهان وجود دارد. تمام مشکلات مربوط به عملکرد مدارها و ماهواره ها در سطح جهانی حل شده است.

ماهوارهارتباط

و مشکل

زمین ثابت

مدارها

پیشگفتار ................................................ ............... .................................5

1. مدار ماهواره های زمین ایستا. مناطق خدماتی…………………..10

1.1. مدارهای ماهواره های زمین ...................................................

1.2. مدار زمین ایستا ................................ ................................................ 13

1.3. روشنایی یک ماهواره زمین ثابت. روشنایی آنتن های زمینی
ایستگاه های خورشید و ماه………………………………………………………………………………………………………………

1.4. تأخیر سیگنال های رادیویی و اثر داپلر ……………………………27

1.5. مناطق خدماتی ماهواره های زمین ثابت……………………………………………………………………………

2.1. خدمات ارتباط رادیویی با استفاده از ماهواره در مدار زمین ثابت……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… .

2.2 مشخصات اصلی ماهواره های زمین ایستا و سیستم های ارتباطی

بر اساس آنها………………………………………………………………..42

2.4 در روند توسعه مدار زمین ایستا، طرح هایی برای ایجاد سیستم های ارتباطی جدید با ماهواره های زمین ایستا………………………. ................................ 65

3. محاسبه تداخل متقابل بین ماهواره های ثابت……………….70

3.1 تعیین نسبت های حفاظت سیگنال به نویز لازم

در ورودی دستگاه های گیرنده……………………………………………………………………

3.2. تأثیر تداخل بر سیگنال های FM آنالوگ……..…72 تأثیر تداخل در انتقال سیگنال ها به صورت گسسته……

3.3. محاسبه نسبت سیگنال به تداخل در ورودی دستگاه های گیرنده ……………………………………………………………………………………………………94

3.4. هنجارهای سطوح مجاز تداخل……………………………………..99

3.5. هنجارهای سطوح مجاز تداخل………………………………………………………………………………………

4. شاخص های اثربخشی استفاده از مدار زمین ایستا ................................... ...................................................... ................................112

4.1. رویکردهای ممکن برای توسعه شاخص…………………….

4.2. شاخص اثربخشی استفاده از HE…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………..124

5.1. پارامترهای آنتن که اثربخشی استفاده از HE را تعیین می‌کنند…………………………………………………………………………………

5.2 عوامل فنی مؤثر بر اثربخشی استفاده از GO مرتبط با روشهای انتقال سیگنال و استانداردسازی ..... 134

5.3. تجزیه و تحلیل همگنی سیستم های ارتباطی ماهواره ای ……………….143

6. تخمین ظرفیت مدار زمین ثابت………………………………………………………………………………

6.1 برآورد ظرفیت مدار بر اساس مفروضات واقعی ………

6.2 برآورد حداکثر توان GO …………………. ۱۶۱

7. مقررات بین المللی استفاده از مدار زمین ثابت……………………………………………………………………… ..................................................... 169

7.1 مقررات عمومی برای استفاده از GO………………………………169

7.2 رویه فعلی برای هماهنگی سیستم های جدید با استفاده از ماهواره های زمین ثابت…………………………………………………………………

8. استفاده برنامه ریزی شده از باندهای فرکانسی اختصاص داده شده به سرویس پخش ماهواره ای……………………………………………………………

8.1 طرح هایی برای سرویس پخش ماهواره ای به تصویب رسید
VAKR-77 و RAKR-83………………………………………………………...181

196

201

8.4مشکلات اجرای طرح های سرویس پخش ماهواره ای در باند 12 گیگاهرتز …………………………………………………………………………………

9. روش های ممکن برای اطمینان از دسترسی تضمین شده به مدار زمین ثابت و تصمیمات WACR ORB 1985………………………………

9.1. وظایف WACR ORB 1985 و کارهای مقدماتی در

CCIR………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

9.2 تصمیمات WACR ORB 1985 در مورد معرفی برنامه ریزی خدمات ماهواره ای ................................. ................................ ..215

9.3 در مورد استفاده از پارامترهای تعمیم یافته هنگام برنامه ریزی FSS………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

9.4. درباره توسعه نمونه ای از طرح FSS ...................................... 232

نتیجه................................................. ................................................ .242

کتابشناسی ................................ ...................... ......................................245

پیشگفتار

اواسط قرن بیستم با موفقیت فناوری موشکی و فضایی مشخص شد. نقش برجسته ای در ایجاد پایه های علمی این موفقیت ها توسط یک دانشمند روسی ایفا شد.

از لحظه ای که اولین ماهواره زمین مصنوعی (AES) در سال 1957 در اتحاد جماهیر شوروی پرتاب شد، امکان عملی ایجاد سیستم های ارتباطی با یک تکرار کننده (غیرفعال یا فعال) واقع در ماهواره به وجود آمد. اثربخشی چنین قرارگیری تکرار کننده قبلاً در آن زمان آشکار بود ، زیرا خطوط رله رادیویی دید مستقیم با ایستگاه های رله در برج های مرتفع به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گرفت و برای افزایش برد ارتباطی ، تکرار کننده بارها و بارها به ارتفاع زیادی با کمک هواپیما و سایر هواپیماها. به عنوان یک ایستگاه رله فضایی، ماهواره مصنوعی به دلیل ارتفاع زیاد (عملا نامحدود)، عمر طولانی بدون هزینه انرژی قابل توجه (ماهواره مانند یک جرم آسمانی در مدار حرکت می کند) راحت تر از سایر ابزارهای بالا بردن یک تکرار کننده فعال است. )، عملکرد موثر باتری های خورشیدی، که توسط تشکل های جوی - ابرها پنهان نشده است. معلوم شد که این مزایا مهمتر از عیب آشکار آن - هزینه بالای قرار دادن ماهواره ها در مدار است.

ارتفاع بالای ایستگاه فضایی نه تنها ایجاد خطوط ارتباطی خط دید پهن باند با طول و ظرفیت بالا، بلکه امکان برقراری ارتباط مستقیم از طریق ماهواره های تعداد زیادی از ایستگاه های زمینی واقع در منطقه خدماتی را نیز ممکن می سازد. از این ماهواره

قبلاً در اوایل دهه شصت ، اولین ماهواره های ارتباطی پرتاب شدند - مولنیا-1 (اتحاد جماهیر شوروی ، 1965) Telstar (ایالات متحده آمریکا ، 1962). مدار بیضوی بلند ماهواره مولنیا-l با ارتفاع اوج حدود 100 کیلومتری در نیمکره شمالی و شیب حدود 65 درجه به سمت استوا برای سرویس دهی به مناطقی که شامل مناطق زیرقطبی هستند مناسب است و با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است. توسط اتحاد جماهیر شوروی تاکنون مدار پایین Telstar (ارتفاع اوج 4800 کیلومتر، حضیض 800 کیلومتر، تمایل به صفحه استوایی 45 درجه) هرگز در آینده استفاده نشد.

با این حال، در سال 1945، مهندس انگلیسی A. Clark، که اکنون بیشتر به عنوان نویسنده رمان های علمی تخیلی شناخته می شود، پیشنهاد (ظاهراً برای اولین بار) استفاده از ماهواره ها را داد.

مدار زمین ثابت، ارتفاع مورد نیاز این مدار (~ کیلومتر از سطح زمین) را تعیین کرد و نشان داد که سه ماهواره زمین ثابت برای ایجاد یک سیستم ارتباطی که تقریباً کل قلمرو کره زمین را پوشش می دهد کافی است (شکل را ببینید). یکی از ویژگی های قابل توجه یک ماهواره در مدار زمین ثابت این است که به نظر می رسد بر روی نقطه خاصی از زمین "ثابت" شده است. این به شما امکان می دهد ارتباطات را از طریق سازماندهی کنید.
چنین ماهواره ای بدون وقفه، بدون ردیابی ماهواره ای توسط آنتن ایستگاه های زمینی. تصادفی نیست که سیستم های ارتباطی ماهواره ای با
AES در مدار زمین ثابت (GO) گسترده ترین توسعه را دریافت کرده است. بدین ترتیب تا آگوست 1985، 128 سامانه ارتباطی ماهواره ای در مدار زمین ایستا در کمیته بین المللی ثبت فرکانس (IFRF) به ثبت رسید و 222 سامانه دیگر در IFRF اعلام شد یا در حال هماهنگی هستند. فرض بر این است که در 6 سال آینده، حدود 200 ماهواره دیگر برای اهداف ارتباطی در GO پرتاب خواهد شد. مدار زمین ثابت برای برخی کاربردهای امیدوارکننده دیگر نیز مناسب است، به عنوان مثال، برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی با استفاده از باتری های خورشیدی نصب شده بر روی یک ماهواره زمین ثابت و انتقال آن به زمین با یک پرتو بسیار جهت دار.

آیا ما در خطر سرریز شدن مدار زمین ثابت هستیم؟ از نقطه نظر هندسی محض، یعنی از نظر احتمال برخورد و سایه متقابل ماهواره ها، هنوز چنین خطری وجود ندارد. از این گذشته ، طول مدار زمین ثابت بسیار بزرگ است - کیلومتر و اندازه ماهواره به چند متر محدود می شود. علاوه بر این، GO در عمل، برای ماهواره‌های پرتاب شده با مقداری تغییر در ارتفاع و سرعت، یک خط هندسی نیست، بلکه بدنه‌ای از چرخش ("دونات") است که حجم قابل توجهی دارد. محاسبه شده است که حتی اگر یک ماهواره مصنوعی به مدار زمین ثابت پرتاب شود، احتمال برخورد MX بیش از 1 زمان پرواز نخواهد بود. با این وجود، برای جلوگیری از "آلودگی" GO، اسناد کمیته مشورتی بین المللی رادیو (CCIR) نیاز به "خروج" ماهواره ها از مدار زمین ثابت پس از پایان عملیات را در نظر می گیرند، که برای آن مقدار معینی از انرژی موتور ماهواره باید تا پایان عمر مفید آن حفظ شود.

اگر مشکل پر کردن GO را از نقطه نظر سازگاری الکترومغناطیسی بین سیستم‌های ارتباطی با یک ماهواره زمین‌ایستا در نظر بگیریم، معلوم می‌شود که مدار زمین ثابت در برخی مناطق در برخی از باندهای فرکانسی در حال حاضر بیش از حد بارگذاری شده است. با انتخاب فضایی آنتن ها در حال حاضر در عمل، فاصله بین ماهواره های مجاور که در یک باند فرکانسی مشترک کار می کنند، به منظور جلوگیری از تداخل متقابل، در عمل 3-4 درجه است و فقط در موارد نادر به 2 درجه کاهش می یابد. تحت این شرایط، بیش از 100-180 ماهواره که در یک باند فرکانسی مشترک کار می کنند را نمی توان در GO قرار داد. جداسازی ماهواره‌ها بر اساس فرکانس برای برخی از سرویس‌ها دشوار است، زیرا برای مثال، یک ماهواره مدرن در سرویس ثابت معمولاً بیشتر پهنای باند اختصاص داده شده برای این سرویس را در یکی از باندهای دوگانه 4/6 یا 11/14 گیگاهرتز یا حتی هر دو استفاده می‌کند. . پیاده‌سازی سیستم‌های ارتباطی در سایر محدوده‌های فرکانس بالاتر تخصیص یافته برای سرویس ثابت امکان‌پذیر است، اما با مشکلات انرژی و فناوری خاصی همراه است.

بنابراین، بارگذاری بیش از حد مدار زمین ثابت توسط ماهواره ها به دلیل تداخل رادیویی بین آنها یک واقعیت امروزی است. هماهنگی بین ادارات ارتباطات مربوطه قبل از ثبت سیستم جدید گاهی اوقات سالها طول می کشد.

در ارتباط با وضعیت پیش آمده، تعدادی از ادارات ارتباطات (عمدتاً کشورهای در حال توسعه) تمایل دارند مدار زمین ایستا را بر اساس برنامه ریزی شده توزیع کنند و به هر کشور یک موقعیت و یک باند فرکانسی برای خدمت به یک منطقه خاص اختصاص دهند. تعدادی از پارامترهای سیگنال لازم). برای سرویس پخش، چنین طرحی در کنفرانس جهانی ارتباطات رادیویی اداری 1977 (WARC-77) برای کشورهای نیمکره شرقی، در کنفرانس ارتباطات رادیویی اداری منطقه ای 1983 (RARC-83) - برای کشورهای غربی تهیه و تصویب شد. نیمکره.

در سال 1985، WARC (اولین جلسه) در مورد استفاده از مدار زمین ایستا و برنامه ریزی خدمات با استفاده از آن با هدف دسترسی برابر همه کشورها به مدار زمین ثابت برگزار شد. در این جلسه تصمیم گرفته شد که یک طرح به اصطلاح تخصیص برای سیستم های ملی در سرویس ماهواره ای ثابت برای پاسخگویی به درخواست های ادارات با حداقل یک موقعیت مداری به هر اداره توسعه یابد. برای برنامه ریزی، باندها در باندهای 4/6 گیگاهرتز و 11/14 گیگاهرتز، هر کدام 800 مگاهرتز برای خطوط فضا-زمین و زمین-فضا اختصاص داده شده است. در باندهای باقیمانده، یک روش هماهنگی بهبود یافته باید معرفی شود.

بنابراین مشاهده می شود که استفاده از مدار زمین ثابت توسط ماهواره های ارتباطی در حال حاضر یکی از مهم ترین و جالب ترین مشکلات در توسعه فناوری ارتباطات و اکتشافات فضایی به نفع اقتصاد ملی است. این کتاب به این مشکل اختصاص یافته است. این کتاب اطلاعات اولیه در مورد حرکت ماهواره ها در مدار زمین ثابت، اصول تعیین مناطق خدماتی برای چنین ماهواره هایی را ارائه می دهد. سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای معمولی با ماهواره‌های زمین‌ایستا شرح داده شده‌اند، پارامترهای سیگنال‌های ارسالی در این سیستم‌ها، پارامترهای تجهیزات ایستگاه‌های زمینی و فضایی آورده شده‌اند. جنبه های قانونی و فنی مشکل تنظیم استفاده از مدار در نظر گرفته شده است، تداخل بین سیستم های ارتباطی با ماهواره های زمین ایستا تحلیل می شود. مهم ترین بخش های کتاب به روش های افزایش کارایی استفاده از مدار زمین ایستا، ارزیابی حداکثر ظرفیت قابل دستیابی این مدار و اصول استفاده از آن بر اساس برنامه ریزی شده اختصاص دارد.

می توان فرض کرد که این موضوعات برای مدت طولانی مرتبط باقی خواهند ماند و مورد توجه طیف وسیعی از خوانندگان، هم متخصصان در زمینه ایجاد و استفاده از سیستم های ارتباطی مدرن و هم خوانندگان علاقه مند به قابلیت ها و چشم اندازهای این سیستم ها خواهند بود. چنین سیستم هایی

فصول 1، 2، 4، 5، 6، § 3.1، 3.2، 3.3، 9.3 توسط L. Kantor نوشته شده است. فصل 7، 8، § 3.4، 3.5، 9.1، 9.2 -B. تیموفیف؛ § 9.4 توسط نویسندگان به طور مشترک بر اساس مطالبی که با مهربانی توسط V. Baklanova ارائه شده است.

1. مدار AESIS زمین ایستایی.مناطق خدمات

1.1. مدارهای ماهواره زمین

مسیر یک ماهواره مصنوعی زمین را مدار آن می نامند. در حین پرواز آزاد، زمانی که موتورهای جت داخل هواپیما خاموش می شوند، ماهواره زمین مانند یک جرم آسمانی، تحت تأثیر نیروهای گرانشی و اینرسی حرکت می کند و جاذبه زمین، نیروی گرانشی غالب است. اگر به سادگی زمین را کاملاً کروی در نظر بگیریم و میدان گرانشی زمین را تنها میدانی باشد که بر ماهواره تأثیر می گذارد، آنگاه حرکت ماهواره به دور زمین از قوانین کپلر تبعیت می کند. بر اساس این مفروضات، حرکت ماهواره در یک صفحه ثابت (در فضای مطلق) رخ می دهد - صفحه مداری که از مرکز زمین می گذرد. کل انرژی مکانیکی (سینتیکی و پتانسیل) ماهواره بدون تغییر باقی می ماند، در نتیجه با دور شدن ماهواره از زمین، سرعت آن کاهش می یابد و با نزدیک شدن به آن، افزایش می یابد. مدار یک ماهواره در یک میدان گرانشی کاملاً مرکزی به شکل یک بیضی یا یک دایره است - یک مورد خاص از یک بیضی.

معادله مدار بیضوی ماهواره زمین در سیستم مختصات قطبی (در نماد پذیرفته شده در) (دارای آب

= آر /(1+ ه COShttps://pandia.ru/text/78/235/images/image004_24.gif" width="12" height="13"> - ماژول شعاع بردار (فاصله از ماهواره تا مرکز زمین)؛ - زاویه ای مختصات شعاع بردار ("ناهنجاری واقعی")؛ e - خروج از مرکز مدار. آر- پارامتر کانونی

در ه= 0 معادله (1..gif" width="12" height="13 src=">.gif" width="17" height="19">=0°)، و نقطه اوج (=180 درجه) - با بالاترین ارزش r=r a (شکل 1.1). مرکز جسم جذب کننده - زمین - در یکی از کانون های بیضی قرار دارد (در یک مدار دایره ای، کانون ها با مرکز ادغام می شوند). از هندسه مشخص است که برای یک بیضی پارامتر کانونی است آر= ب 2/آ=آ(1-ه 2) کجا آ\u003d (a + p) / 2 - محور نیمه اصلی، ب= آ- نیم محور کوچک، ه= =

= (https://pandia.ru/text/78/235/images/image004_24.gif" width="12" height="13 src=">p)/2 آ- عجیب و غریب کانون های بیضی با فاصله ای از مرکز دوران جدا می شوند ae, - ae. اگر زمین را کروی فرض کنیم، ارتفاع مدار (ارتفاع ماهواره از سطح زمین)

ساعت= جی- آر، جایی که آرشعاع زمین است.

صفحه مدار به طور کلی با صفحه استوا تلاقی می کند (شکل 1.2). خط تقاطع صفحه مدار با صفحه استوا را خط گره ها می گویند، نقطه تلاقی مدار ماهواره با صفحه استوا هنگامی که ماهواره از نیمکره جنوبی به سمت شمالی می رود. - گره صعودی، نقطه تقاطع زمانی که ماهواره از شمال به جنوب حرکت می کند - گره نزولی.

یکی از ویژگی های مهم مدار ماهواره، تمایل صفحه آن به صفحه استوا است که با زاویه مشخص می شود. منبین این صفحات (اندازه گیری شده در گره صعودی، در خلاف جهت عقربه های ساعت از شرق "جهت") (شکل 1.2). با توجه به تمایل، استوایی ( من= 0)، قطبی ( من=90 درجه) و مایل (0 < من<90°) орбиты, по направлению движения ИСЗ от­носительно вращения земли -прямые (0<من<90°) и обратные (90°< من DIV_ADBLOCK659">

سیستم های ارتباطی و پخش نیاز به خط دید بین ایستگاه های ماهواره ای و زمینی برای یک جلسه با مدت زمان کافی دارند. اگر جلسه ارتباطی شبانه روزی نباشد، راحت است که هر روز در همان زمان تکرار شود. بنابراین، مدارهای همزمان با دوره چرخش برابر یا مضربی از زمان چرخش زمین به دور محور خود (یعنی روزهای بیدریال) از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. دوره گردش AES تی Q= تی 3متر/ n(جایی که تی 3- طول یک روز غیر واقعی: مترو n- اعداد صحیح)، تعداد مدارهای ماهواره در روز ن=تی 3/TQ= n/ متر,

1.2. مدار زمین ایستایی

با توجه به مطالب فوق می توان تعریفی از مدار زمین ایستا ارائه داد. مدار زمین ایستا (به طور دقیق تر، مدار یک ماهواره زمین ایستا) دایره ای است (گریز از مرکز) ه=0)، استوایی ( تی= 0)، مداری همزمان با دوره چرخش 24 ساعت، با حرکت ماهواره در جهت شرقی. به راحتی می توان درک کرد که یک ماهواره در یک مدار زمین ثابت بر روی یک نقطه معین از سطح زمین (در طول جغرافیایی معینی بالای استوا) در ارتفاع کیلومتری از سطح زمین "آویزان" خواهد شد (جدول 1.1 و شکل را ببینید). 1.3). مقدار دقیق دوره انقلاب، برابر با دوره چرخش زمین (روز غیر طبیعی)، 23 ساعت و 56 دقیقه است. 04 ص.

مزایای ماهواره های زمین ایستا آشکار و بسیار قابل توجه است. ارتباط از طریق یک ماهواره geostationary می تواند به طور مداوم، در تمام ساعات شبانه روز، بدون وقفه برای انتقال از یک ماهواره (ورودی) به ماهواره دیگر انجام شود. در ایستگاه های زمینی، سیستم های ردیابی خودکار ماهواره های مصنوعی را می توان ساده یا کاملاً حذف کرد، و مکانیسم های رانندگی (حرکت) خود آنتن را می توان تسهیل و ساده کرد. پایداری بالاتر سطح سیگنال از ماهواره به دلیل تغییر ناپذیری فاصله؛ تغییر فرکانس (یا بسیار کم) به دلیل اثر داپلر وجود ندارد (به بند 1.4 مراجعه کنید).

با توجه به ارتفاع زیاد ماهواره زمین ثابت، منطقه دید آن در سطح زمین بزرگ است - حدود یک سوم کل سطح زمین (شکل 1.4). با توجه به تمام این مزایا، مدار زمین ایستا به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و در راحت ترین باندهای فرکانسی از قبل با ماهواره های ارتباطی تقریباً تا حد مجاز اشباع شده است. باید تاکید کرد که ژئو

یک مدار ثابت تنها و منحصر به فرد است و هیچ ترکیب دیگری از پارامترها نمی تواند اثر عدم تحرک نسبی یک ماهواره آزادانه را برای یک ناظر زمینی به دست آورد.

از انجیر 1.4 می توان مشاهده کرد که مناطق قطبی توسط ماهواره های زمین ایستا خدمات ضعیفی ارائه می دهند، زیرا ماهواره در زوایای ارتفاع بسیار کم قابل مشاهده است و اصلاً در نزدیکی قطب قابل مشاهده نیست. زوایای ارتفاع کوچک باعث خطر سایه انداختن ماهواره توسط اجسام محلی می شود و سهم تشعشعات گرمابی زمین در نویز کلی ایستگاه زمینی را افزایش می دهد. از انجیر 1.4 می توان دید که وضعیت بدتر است، هر چه نقطه دریافت مورد علاقه ما در طول طول جغرافیایی دورتر از طول جغرافیایی ماهواره باشد. بنابراین، برای سرویس دهی به مناطق در عرض های جغرافیایی بالا، یک ماهواره زمین ایستا باید تا حد امکان نزدیک به نقطه بهینه در طول جغرافیایی قرار گیرد، به عبارت دیگر، به اصطلاح قوس سرویس، بخش GO، که ماهواره می تواند بدون حرکت در داخل آن قرار گیرد. نقض منطقه خدمات، باید حداقل باشد. این نیز از شکل مشاهده می شود. 1.5، که امکان تعیین زاویه ارتفاع نسبت به یک ماهواره زمین ثابت را در هر نقطه از منطقه فراهم می کند. در ارتباط با این نقص و همچنین در ارتباط با بار بزرگ مدار زمین ثابت، استفاده از انواع دیگر مدارها، عمدتاً مدارهای سنکرون، مورد توجه قرار گرفته است (جدول 1.1 را ببینید). تاکنون تنها یک مدار بیضی 12 ساعته با ارتفاع اوج حدود 40 هزار کیلومتر و شیب iDIV_ADBLOCK661 برای اهداف ارتباطی کاربرد پیدا کرده است.

با این حال، در مورد حرکت ماهواره در امتداد مدار مولنیای بیضی شکل بالا، آنتن های ایستگاه های زمینی (ES) باید ماهواره متحرک را دنبال کنند و حداقل 3 بار در روز، همه ES باید به طور همزمان به ماهواره دیگری با یک ارتباط انتقال دهند. زنگ تفريح.

به دلیل انحراف اجتناب ناپذیر پارامترهای GO از مقادیر مورد نیاز در طول پرتاب یک ماهواره مصنوعی، و همچنین به دلیل عوامل مزاحم که میدان گرانشی کاملاً مرکزی را نقض می کند، حرکت یک ماهواره زمین ثابت واقعی همیشه تا حدودی با یک ماهواره متفاوت است. زمین ثابت ایده آل غیر مرکزی بودن میدان گرانشی به دلیل کروی نبودن زمین (هم از نظر شکل و هم در توزیع توده های کره زمین) است. نقض حرکت ماهواره همچنین باعث مقاومت جوی، میدان های گرانشی خورشید و ماه و ... می شود که در نتیجه همه این آشفتگی ها، مدار ماهواره باز می شود، ماهواره پس از یک چرخش به دور زمین بر نمی گردد. دقیقا به موقعیت قبلی خود، مگر اینکه اصلاح لازم انجام شود. به ویژه مقاومت جوی باعث کاهش سرعت ماهواره می شود.

148">

در نتیجه - کاهش ارتفاع مدار؛ در همان زمان، گریز از مرکز مدار کاهش می یابد. اثر واقعی ترمز اتمسفر بر روی ماهواره های زمین ایستا اندک است (برای مدارهای بیضوی با ارتفاع حضیض کوچک یا مدارهای دایره ای کم که در لایه های متراکم تر جو می افتند قابل توجه است).

اجازه دهید تأثیر عدم دقت پارامترهای اولیه مدار را بر حرکت یک ماهواره زمین ثابت با میدان گرانشی مرکزی ایده آل زمین در نظر بگیریم. تفاوت دوره انقلاب ماهواره با روز نادر به مقدار مشخص تیمنجر به تغییر طول جغرافیایی ماهواره در طول یک چرخش ماهواره به دور زمین با مقدار =-https://pandia.ru/text/78/235/images/image019_16.gif" width="15" ارتفاع می شود. ="17 src="> تی = تیاز جانب- تی 3, تی 3 - روز غیر طبیعی تیج - دوره انقلاب ماهواره (به اصطلاح سایدریال). اگر یک تی C> تی 3، سپس<0, и спутник смещается в западном. направлении, отставая от движения Земли, и наоборот.

اگر زمانی که ماهواره پرتاب می شود، مدار دقیقاً گرد نباشد، بلکه دارای یک گریز از مرکز باشد. ه (ه 1) اما دوره انقلاب دقیقاً برابر با مقدار لازم است ( تی c = تی h)، سپس ماهواره در طول جغرافیایی حول موقعیت میانگین نوسان خواهد کرد https://pandia.ru/text/78/235/images/image024_16.gif" width="103" height="24"> با دامنه 2 ه.

تفاوت بین مدار و مدار کاملاً استوایی (شیب i0) در شیب کم باعث نوسان ماهواره با غالب نوسانات عرض جغرافیایی می شود که توسط قانون تعیین می شود.

جایی که و- استدلال عرض جغرافیایی ماهواره (زاویه بین گره صعودی مدار و جهت ماهواره در صفحه مدار). - عرض جغرافیایی نقطه فرعی ماهواره.

از (1.2) واضح است که دامنه نوسانات در عرض جغرافیایی برابر با میل است، دوره برابر با دوره انقلاب ماهواره است. مسیر حرکت نقطه فرعی ماهواره در من 0 در شکل نشان داده شده است. 1.6. تأثیر شیب مداری بر حرکت یک ماهواره شبه ثابت (یعنی تقریباً ثابت) از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا تمایل مداری حتی با یک مدار اولیه کاملاً استوایی به دلیل غیر ایده آل بودن میدان گرانشی رخ می دهد.

از عوامل مختل کننده مدار، فشردگی استوایی زمین (انحراف استوا از شکل دقیق یک دایره) تأثیر قابل توجهی دارد. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که به همین دلیل، نوسانات یک ماهواره زمین ایستا در صفحه مداری در طول جغرافیایی در ارتفاع با یک دوره طولانی - تا چندین سال، در نزدیکی نقاط تعادل پایدار است. نقاط تعادل پایدار، نقاط تلاقی نیمه محور فرعی مقطع استوایی زمین با مدار زمین ثابت هستند. سایر انحرافات میدان زمین از مرکز به شدت باعث تغییر کوچک در دوره انقلاب، تغییر کوچک در خروج از مرکز، تغییر در طول گره صعودی می شود.

میدان‌های گرانشی ماه و خورشید باعث تغییرات جزئی در دوره انقلاب و خروج از مرکز و تکامل میل مدار می‌شود که برای تمرین ضروری است. تغییر در شیب در طول سال وجود یک ماهواره مصنوعی می تواند به تاریخ نجومی (پارامترهای مدار ماه) بستگی داشته باشد، یعنی در حال حاضر پس از 1-2 سال، نوسانات ماهواره به دلیل تمایل به وجود آمده است. (شکل 1.6) به طور قابل توجهی بر عملکرد سیستم ارتباطی تأثیر می گذارد. برای کاهش تا حدودی وضعیت برای اولین بار، پرتاب یک ماهواره مصنوعی به مدار با تمایل "منفی" از پیش تعیین شده - طول زاویه صعود 270 درجه. سپس، در ابتدا، شیب مداری در قدر کاهش می یابد، به صفر می رسد، و تنها پس از آن شروع به افزایش با نرخ نشان داده شده در بالا می کند.

بدین ترتیب عواملی که در حرکت یک ماهواره زمین ایستا (بهتر است آن را شبه ایستا نامیده شود) تأثیر بسزایی دارند، در نظر گرفته می شوند. حرکت یک ماهواره نسبت به یک نقطه ایستاده معین اثر نامطلوبی بر عملکرد سیستم های ارتباطی دارد. در مرحله اول، اشاره مداوم آنتن های ایستگاه زمینی به ماهواره ها مورد نیاز است، که برای آن باید به یک درایو و یک سیستم هدایت خودکار مجهز شوند، که اغلب در شبکه هایی با تعداد زیادی ES ساده قابل قبول نیست. ثانیاً حرکت ماهواره ها منجر به کاهش مناطق خدماتی می شود. ثالثاً، حرکت ماهواره ها در طول طول جغرافیایی منجر به همگرایی احتمالی ماهواره های همسایه و افزایش تداخل متقابل بین آنها می شود و استفاده از مدار زمین ثابت را بدتر می کند. در این راستا در حال حاضر توصیه می شود که ناپایداری موقعیت ماهواره در طول جغرافیایی نباید از 0.1± درجه بیشتر شود. از آنجایی که عوامل مزاحم را نمی توان حذف کرد، لازم است به طور دوره ای تأثیر آنها بر حرکت ماهواره از بین برود - تا به اصطلاح تصحیح حرکت ماهواره ایجاد شود و شتاب مورد نیاز در جهت مورد نیاز به آن داده شود. برای اصلاح، موتورها روی ماهواره نصب می شوند: یا با فرمانی از زمین روشن می شوند یا به صورت آفلاین کار می کنند. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که هزینه های انرژی

برای تصحیح موقعیت ماهواره به دقت نگه داشتن بستگی ندارد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که برای نگه داشتن ماهواره در محدوده های باریک تر، لازم است اصلاحات بیشتر انجام شود، اما با هر اصلاح، مقدار انرژی کمتری مصرف شود. لازم به ذکر است که تصحیح شیب مداری به انرژی بسیار بیشتری نسبت به تصحیح طول جغرافیایی نیاز دارد.

پیشنهادهایی برای استفاده از نوسانات یک ماهواره شبه ثابت (نگاه کنید به شکل 1.6) برای قرار دادن چندین ماهواره در یک موقعیت اسمی ارائه شد. مشاهده می شود که وقتی چندین ماهواره در امتداد چنین خط سیری در یک جهت حرکت می کنند، فاصله زاویه ای مشخصی بین آنها حفظ می شود که ممکن است برای حفظ تداخل متقابل در سطح مورد نیاز کافی باشد (شکل 1.7). به عنوان مثال، قرار دادن سه ماهواره در یک "هشت" در نظر گرفته شد، که تنها دو ماهواره در هر زمان در حال کار هستند، که به شرط اینکه ماهواره به موقع از حالت فعال به حالت غیرفعال تغییر کند، امکان نگهداری را فراهم می کند. جدایی زاویه ای بین دو ماهواره فعال برابر با 3/4 از دهانه هشت در جهت شمال به جنوب. با این حال، این احتمالات هنوز محقق نشده است.

1.3. روشنایی AIS زمین ایستایی;

روشنایی آنتن ایستگاه های زمینی

خورشید و ماه

هنگام حرکت در امتداد مدار زمین ثابت، ماهواره ممکن است برای مدتی در سایه زمین باشد (شکل 1.8). این پدیده مهم است زیرا ماهواره‌ها معمولاً با پنل‌های خورشیدی تغذیه می‌شوند، به طوری که قرار گرفتن در سایه زمین، تجهیزات داخل هواپیما را از منبع تغذیه محروم می‌کند. انرژی باید در باتری ها ذخیره شود یا سیستم ارتباطی باید در هنگام سایه قطع شود. سایه نیز باعث تغییر شدید حالت لوکوموتیو ماهواره می شود. بنابراین مدت زمان سایه اندازی و زمان شروع آن مهم است.

برنج. 1.9. ترتیب متقابل صفحات مدارهای زمین و ماهواره استوایی a - تابستان در نیمکره شمالی. ب- دوره اعتدال

از آنجایی که صفحه مدار زمین ایستا (صفحه استوا) و صفحه مدار زمین هنگام حرکت به دور خورشید بر هم منطبق نیستند (به دلیل تمایل شناخته شده محور زمین)، در بیشتر مواقع سال، ماهواره زمین ایستا با هم مطابقت دارد. به هیچ وجه زیر سایه زمین قرار نگیرد: هنگامی که "پشت زمین" است، ماهواره بالاتر (یا زیر) خط خورشید-زمین قرار دارد (شکل 1.9، a). فقط در "دوره های نزدیک به اعتدال پاییزی یا بهاری، سایه ممکن می شود، زیرا ماهواره، با عبور از صفحه مدار زمین، روی خورشید مستقیم - زمین قرار دارد (شکل 1.9، ب).

همچنین بدیهی است که سایه زنی می تواند یک بار در طول دوره انقلاب زمین رخ دهد، یعنی در هر روز، و زمان سایه با زمان محلی برای طول جغرافیایی که ماهواره زمین ایستا در آن قرار دارد، مرتبط است - از شکل. 1.8 می توان مشاهده کرد که در هنگام سایه دهی ماهواره باید در نقطه فرعی ماهواره شب وجود داشته باشد.

تجزیه و تحلیل انجام شده تحت برخی مفروضات ساده کننده به ما امکان داد تا زمان ورود را محاسبه کنیم تیداخل و خارج تیماهواره خارج از سایه زمین بسته به تاریخ (شکل 1.10). همانطور که می بینیم، سایه زنی یک ماهواره زمین سکونتی تنها در داخل رخ می دهد

دوره هایی که کمتر از 1.5 ماه طول می کشد، نزدیک به اعتدال پاییز و بهار، و زمان از 1 ساعت و 10 دقیقه در روز تجاوز نمی کند. شکل 1.10 برای زمان مسکو و یک ماهواره در طول جغرافیایی = 0 درجه ساخته شده است. همانطور که می بینید، قرار گرفتن ماهواره در طول جغرافیایی غربی بیشتر از طول منطقه خدماتی منجر به شروع سایه در زمان بعدی، پس از زمان پخش معمول تلویزیون می شود، که امکان انجام بدون باتری را در دستگاه فراهم می کند. ماهواره..gif" width="107" height="27 "> (1.3)

جایی که در، tout از شکل تعیین می شود. 1.10 و ضریب 15 به این دلیل است که عرض یک منطقه زمانی 15 درجه است.

زمان سایه دهی ماهواره در هنگام تهیه طرح خدمات پخش برای ZAKR-77 در نظر گرفته شد - همه ماهواره ها نسبت به نقطه هدف آنتن آنتن به سمت غرب منتقل می شوند.

حال بیایید به پدیده دیگری بپردازیم که آن هم توسط قوانین نجومی صرفا حرکت اجرام آسمانی تعیین می شود - پدیده سقوط خورشید یا ماه به پرتو آنتن ایستگاه های زمینی. و در این صورت، ماهواره هنگام گردش به دور خورشید باید نزدیک صفحه مدار زمین باشد (یا هنگام چرخش به دور زمین نزدیک صفحه مدار ماه باشد)، اما مانند موردی که در این مورد وجود دارد، در پشت زمین نباشد. سایه، اما در مقابل آن. برخورد خورشید یا ماه در پرتو آنتن ES باعث تداخل در دریافت سیگنال ها به دلیل تابش گرمایی پرتوی این اجرام آسمانی می شود. چگالی شار قدرت دبلیو

طرح:

مقدمه

• 1 ایستگاه
• 2 قرار دادن ماهواره ها در مدار
• 3 محاسبه پارامترهای مدار زمین ثابت
  • 3.1 شعاع مدار و ارتفاع مدار
  • 3.2 سرعت مداری
  • 3.3 طول مدار
• 4 ارتباطات
یادداشت

مقدمه

مدار زمین ثابت(GSO) - یک مدار دایره ای واقع در بالای خط استوای زمین (0 درجه عرض جغرافیایی)، که در آن یک ماهواره مصنوعی به دور سیاره با سرعت زاویه ای برابر با سرعت زاویه ای چرخش زمین به دور محور آن می چرخد ​​و دائماً بالای سیاره است. همان نقطه در سطح زمین مدار زمین ثابت نوعی مدار ژئوسنکرون است و برای قرار دادن ماهواره های مصنوعی (ارتباطات، پخش تلویزیونی و غیره) استفاده می شود.

ماهواره باید در جهت چرخش زمین، در ارتفاع 35786 کیلومتری از سطح دریا رو به رو شود (محاسبه ارتفاع GSO را در زیر ببینید). این ارتفاع است که یک دوره چرخش برابر با دوره چرخش زمین نسبت به ستارگان را برای ماهواره فراهم می کند (روز غیر طبیعی: 23 ساعت، 56 دقیقه، 4.091 ثانیه).

ایده استفاده از ماهواره های زمین ایستا برای اهداف ارتباطی توسط [ چه زمانی؟] K. E. Tsiolkovsky و نظریه پرداز فضانوردی اسلوونیایی German Potocnik در سال 1928. مزایای مدار زمین ثابت پس از انتشار مقاله علمی عمومی توسط Arthur C. Clark در مجله Wireless World در سال 1945 به طور گسترده شناخته شد، بنابراین، در غرب، زمین ثابت شد. و مدارهای ژئوسنکرون گاهی اوقات " مدارهای کلارک"، آ " کمربند کلارک» مساحت فضای بیرونی را در فاصله 36000 کیلومتری از سطح دریا در صفحه استوای زمین، جایی که پارامترهای مدارها نزدیک به زمین ثابت هستند، نام ببرید. اولین ماهواره ای که با موفقیت به GSO پرتاب شد Syncom-2در جولای 1963 توسط ناسا پرتاب شد.

1. نقطه ایستاده

یک ماهواره در مدار زمین ثابت نسبت به سطح زمین ثابت است، بنابراین مکان آن در مدار، ایستگاه نامیده می شود. در نتیجه یک آنتن جهت دار جهت یابی به ماهواره و ثابت می تواند برای مدت طولانی ارتباط ثابتی با این ماهواره داشته باشد.

2. قرار گرفتن ماهواره ها در مدار

برای آرخانگلسک، حداکثر ارتفاع ممکن ماهواره در بالای افق 17.2 درجه است
بالاترین نقطه کمربند کلارک همیشه به سمت جنوب است. در پایین نمودار، درجات نصف النهارهایی هستند که ماهواره ها بر روی آنها قرار دارند.
در طرفین - ارتفاع ماهواره ها در بالای افق.
بالا - جهت به ماهواره. برای وضوح، می توانید 7.8 بار به صورت افقی کشیده و از چپ به راست منعکس کنید. سپس آن را مانند در آسمان به نظر می رسد.

یک مدار زمین ایستا فقط روی دایره ای درست بالای استوا با ارتفاع بسیار نزدیک به 35786 کیلومتر با دقت قابل دستیابی است.

اگر ماهواره های زمین ثابت در آسمان با چشم غیرمسلح قابل رویت بودند، خطی که روی آن قابل رویت خواهند بود با "کمربند کلارک" برای این منطقه منطبق خواهد بود. ماهواره های زمین ایستا، به لطف نقاط ایستاده موجود، برای استفاده برای ارتباطات ماهواره ای مناسب هستند: پس از جهت گیری، آنتن همیشه به ماهواره انتخاب شده هدایت می شود (اگر موقعیت آن تغییر نکند).

برای انتقال ماهواره ها از یک مدار کم ارتفاع به یک مدار زمین ایستا، از مدارهای انتقالی زمین ثابت (GPO) استفاده می شود - مدارهای بیضی شکل با حضیض در ارتفاع کم و اوج در ارتفاع نزدیک به مدار زمین ثابت.

پس از اتمام عملیات فعال بر روی سوخت باقیمانده، ماهواره باید به مدار دفع واقع در 200-300 کیلومتر بالاتر از GSO منتقل شود.

3. محاسبه پارامترهای مدار زمین ثابت

3.1. شعاع مدار و ارتفاع مدار

در مدار زمین ثابت، ماهواره به زمین نزدیک نمی شود و از آن دور نمی شود و علاوه بر این، در حین چرخش با زمین، دائماً بالای هر نقطه از خط استوا قرار می گیرد. بنابراین، نیروهای گرانش و نیروی گریز از مرکز وارد بر ماهواره باید یکدیگر را متعادل کنند. برای محاسبه ارتفاع مدار زمین ایستا می توان از روش های مکانیک کلاسیک استفاده کرد و از رابطه زیر استفاده کرد:

اف تو = اف Γ ,

جایی که اف تو- نیروی اینرسی، و در این مورد، نیروی گریز از مرکز. افΓ - نیروی گرانشی. قدر نیروی گرانشی وارد بر ماهواره را می توان با قانون گرانش جهانی نیوتن تعیین کرد:

,

جایی که متر ججرم ماهواره است، م 3- جرم زمین بر حسب کیلوگرم جیثابت گرانشی است و آرفاصله ماهواره تا مرکز زمین بر حسب متر یا در این مورد شعاع مدار است.

مقدار نیروی گریز از مرکز عبارت است از:

,

جایی که آ- شتاب گریز از مرکز که در حین حرکت دایره ای در مدار رخ می دهد.

همانطور که می بینید، جرم ماهواره متر جبه عنوان عاملی در عبارات نیروی گریز از مرکز و برای نیروی گرانش وجود دارد، یعنی ارتفاع مدار به جرم ماهواره بستگی ندارد، که برای هر مداری صادق است و نتیجه برابری توده های گرانشی و اینرسی در نتیجه، مدار زمین ثابت تنها با ارتفاعی تعیین می شود که در آن نیروی گریز از مرکز از نظر مقدار مطلق برابر و در جهت مخالف نیروی گرانشی ایجاد شده توسط جاذبه زمین در یک ارتفاع معین خواهد بود.

شتاب گریز از مرکز عبارت است از:

,

که در آن ω سرعت زاویه ای ماهواره بر حسب رادیان بر ثانیه است.

اجازه دهید یک توضیح مهم را بیان کنیم. در واقع شتاب گریز از مرکز فقط در چارچوب اینرسی مرجع معنای فیزیکی دارد، در حالی که نیروی گریز از مرکز به اصطلاح نیروی خیالی است و منحصراً در چارچوب های مرجع (مختصات) که با اجسام در حال چرخش مرتبط هستند صورت می گیرد. نیروی مرکزگرا (در این مورد نیروی گرانش) باعث شتاب مرکزگرا می شود. مدول (مقدار عددی مطلق) شتاب گریز از مرکز در چارچوب مرجع اینرسی برابر با گریز از مرکز در چارچوب مرجع مرتبط در مورد ما با ماهواره است. بنابراین، در ادامه با در نظر گرفتن تذکری که بیان شد، می‌توان از اصطلاح «شتاب مرکز» در کنار عبارت «نیروی گریز از مرکز» استفاده کرد.

با یکسان سازی عبارات نیروی گرانشی و نیروی گریز از مرکز با جایگزینی شتاب مرکز، به دست می آوریم:

.

کاهش می دهد متر ج، ترجمه آر 2 در سمت چپ و ω 2 به سمت راست، به دست می آوریم:

.

شما می توانید این عبارت را متفاوت بنویسید، و آن را با μ - ثابت گرانشی زمین مرکزی جایگزین کنید:

سرعت زاویه ای ω با تقسیم زاویه پیموده شده در یک دور (رادیان) بر دوره چرخش (زمان لازم برای یک دور کامل در مدار: یک روز غیر طبیعی یا 86164 ثانیه) محاسبه می شود. ما گرفتیم:

راد/ثانیه

شعاع مداری حاصل 42164 کیلومتر است. با کم کردن شعاع استوایی زمین، 6378 کیلومتر، ارتفاع 35786 کیلومتری به دست می آید.

3.2. سرعت مداری

سرعت مداری (سرعتی که ماهواره در فضا پرواز می کند) با ضرب سرعت زاویه ای در شعاع مدار محاسبه می شود:

کیلومتر بر ثانیهیا = 11052 کیلومتر در ساعت

شما می توانید محاسبات را به روش های دیگری انجام دهید. ارتفاع مدار زمین ثابت فاصله ای از مرکز زمین است که در آن سرعت زاویه ای ماهواره که با سرعت زاویه ای چرخش زمین منطبق است، سرعت مداری (خطی) برابر با اولین سرعت فضایی ایجاد می کند. یک مدار دایره ای) در یک ارتفاع معین. با حل این معادله ساده، ما، البته، همان مقادیری را که در محاسبات از طریق نیروی گریز از مرکز به دست می آوریم. همچنین واضح است که چرا مدارهای زمین ایستا تا این حد بالا هستند. لازم است ماهواره را به اندازه کافی از زمین دور کنید تا اولین سرعت فرار از آنجا بسیار کم باشد (حدود 3 کیلومتر بر ثانیه، در مدارهای پایین به حدود 8 کیلومتر بر ثانیه نگاه کنید).

همچنین توجه به این نکته مهم است که مدار زمین ثابت باید دقیقاً دایره ای باشد (و به همین دلیل است که این اولین سرعت کیهانی بود که در بالا ذکر شد). اگر سرعت کمتر از اولین سرعت فضایی (در یک فاصله معین از زمین) باشد، ماهواره کاهش می یابد، اگر سرعت از اولین سرعت فضایی بیشتر باشد، مدار بیضوی خواهد بود و ماهواره نخواهد بود. قادر به چرخش یکنواخت همزمان با زمین است.

3.3. طول مدار

طول مدار زمین ایستا: . با شعاع مدار 42164 کیلومتر، طول مداری 264924 کیلومتری به دست می آید.

طول مدار برای محاسبه "نقاط ایستگاه" ماهواره ها بسیار مهم است.

4. ارتباطات

ارتباط از طریق چنین ماهواره هایی با تاخیر زیاد در انتشار سیگنال مشخص می شود. حتی یک حرکت پرتو به ماهواره و عقب تقریباً یک چهارم ثانیه هزینه دارد. پینگ به نقطه دیگری از زمین حدود نیم ثانیه خواهد بود.

با ارتفاع مداری 35786 کیلومتر و سرعت نور در حدود 300000 کیلومتر بر ثانیه، مسیر پرتو زمین-ماهواره به 35786/300000 =~0.12 ثانیه نیاز دارد. مسیر پرتو "زمین (فرستنده) -> ماهواره -> زمین (گیرنده)" ~ 0.24 ثانیه. پینگ به ~0.48 ثانیه نیاز دارد

با در نظر گرفتن تاخیر سیگنال در تجهیزات ماهواره ای و تجهیزات خدمات زمینی، کل تاخیر سیگنال در مسیر زمین -> ماهواره -> زمین می تواند به 2-4 ثانیه برسد.

نگهداری ماهواره در نقطه ایستادن در مدار زمین ایستا مستلزم انرژی و بر این اساس هزینه های مالی است. این دقیقاً به این دلیل است که مدار باید کاملاً دایره ای باشد ، دارای ارتفاع کاملاً مشخص باشد و با سرعت کاملاً مشخص مشخص شود (هر سه پارامتر به هم مرتبط هستند). بنابراین، ماهواره های زمین ایستا به سرعت سوخت موجود خود را برای اصلاح سرعت و ارتفاع مدار مصرف می کنند. به همین دلیل است که در حال حاضر از ماهواره های "هشت" عمدتاً استفاده می شود که در مدارهای ژئوسنکرون قرار دارند که از جمله موارد دیگر می تواند بسیار پایین تر از زمین ثابت باشد. علاوه بر این، یک "دوقلو" از دو ماهواره در مدارهای بیضوی مخالف که در زاویه ای نسبت به صفحه استوایی قرار دارند، بسیار ارزان تر از یک ماهواره زمین ایستا هستند.

جنبه‌های کمی از دوران اکتشاف فعال فضایی به اندازه مفهوم مدار زمین ثابت که ارتباط نزدیکی با اختراع ماهواره‌های ارتباطی دارد، بر زندگی روزمره بشر تأثیر گذاشته است. این دو عامل یک پیشرفت فنی و علمی واقعی بود که انگیزه فوق العاده ای به توسعه نه تنها فن آوری های مخابراتی، بلکه به طور کلی همه علوم داد که باعث شد زندگی مردم به سطح کیفی جدیدی برسد.

این امر امکان پوشاندن کل سیاره را با شبکه ای متراکم از سیگنال های رادیویی پایدار فراهم کرد و حتی دورافتاده ترین نقاط سیاره را به گونه ای متصل کرد که تا همین اواخر موضوع رویاهای دانشمندان و موضوعی برای نویسندگان داستان های علمی تخیلی بود. امروزه شما می توانید آزادانه با کاوشگران قطبی قطب جنوب تلفنی صحبت کنید یا از طریق اینترنت فوراً با هر کامپیوتری که در سطح است تماس بگیرید و همه اینها به لطف مدار زمین ثابت و ماهواره های ارتباطی است.

مدار زمین ثابت یک مدار دایره ای است که دقیقاً بالای خط استوای سیاره قرار دارد. مدار زمین ثابت از این نظر منحصر به فرد است که ماهواره های واقع در آن دارای چرخش به دور زمین برابر با سرعت چرخش خود سیاره حول محور خود هستند، که این امکان را برای آنها فراهم می کند که دائماً بر روی یک نقطه از سطح شناور شوند. . این امر ثبات و کیفیت استثنایی سیگنال های رادیویی را تضمین می کند.

مدار زمین ثابت که نوعی مدار ژئوسنکرون است و دارای ویژگی های منحصر به فرد است، به طور گسترده ای برای قرار دادن ماهواره های مخابراتی، پخش تلویزیونی، هواشناسی، تحقیقاتی و سایر ماهواره ها استفاده می شود. ارتفاع مدار زمین ثابت 35785 کیلومتر از سطح دریا است. این ارتفاع دقیقا محاسبه شده است که هماهنگی چرخش با سیاره را تضمین می کند. ماهواره های مصنوعی واقع در GEO در جهتی مشابه زمین می چرخند. این تنها ترکیب ممکن از پارامترها است که به اثر حرکت همزمان ماهواره و سیاره دست می یابد.

مدار زمین ثابت یک نام جایگزین نیز دارد - کمربند کلارک، پس از نام شخصی که صاحب سهم شیر از شایستگی در توسعه ایده و توسعه مفهوم مدارهای زمین ثابت و ژئوسنکرون است. در سال 1945، در انتشار خود در مجله Wireless World، مشخصات مداری این منطقه باریک از فضای نزدیک به زمین را تعیین کرد و بحثی را در مورد پارامترهای فنی مورد نیاز برای یک سیستم ارتباطی زمین به ماهواره پیشنهاد کرد.

با توسعه سریع ارتباطات از راه دور و مدار زمین ثابت تبدیل به یک باند منحصر به فرد از فضای ماوراء جو با ازدحام غیرقابل جایگزین و اساسا فوق العاده این منطقه با انواع ماهواره ها به یک مشکل جدی تبدیل شده است. کارشناسان پیش بینی می کنند که در قرن بیست و یکم، شدیدترین رویارویی اقتصادی و سیاسی رقابتی برای مکانی در مدار زمین ثابت پیش بینی می شود. این مشکل با توافقات سیاسی بین المللی قابل حل نیست. یک بن بست کامل ایجاد خواهد شد. و در دو دهه آینده، طبق پیش‌بینی‌های شایسته، مدار زمین ثابت به‌عنوان سودمندترین مکان برای آن، منابع آن را به‌طور کامل تمام خواهد کرد.

یکی از محتمل ترین راه حل ها می تواند ساخت ایستگاه های سکوی چند منظوره سنگین در مدار باشد. با فناوری های مدرن، یکی از این ایستگاه ها می تواند با موفقیت جایگزین ده ها ماهواره شود. این پلت‌فرم‌ها از نظر اقتصادی سود بیشتری نسبت به ماهواره‌ها خواهند داشت و به نزدیک‌تر کردن کشورها کمک خواهند کرد.