Geostacionarna orbita (slika 13.7) karakterizirana je činjenicom da ako se sateliti koji se nalaze na njoj kreću kutnim brzinama jednakim kutnoj brzini rotacije Zemlje oko svoje osi, tada se sa Zemljine površine čini da su nepomični, "viseći" na jednom mjestu, u jednoj točki. Budući da je udaljenost od satelita koji se kreće geostacionarnom orbitom do Zemlje tri puta veća od promjera Zemlje, satelit "vidi" oko 40% zemljine površine odjednom.

Postavljanje umjetnih satelita u geostacionarnu orbitu nije lak zadatak. Ranije nije bilo dovoljno snažnih raketa za lansiranje, pa su prvi komunikacijski sateliti bili u eliptičnoj, niskoj Zemljinoj orbiti (primjerice, prvi američki relejni satelit Telstar).

Slika 13.7 - Geostacionarna orbita

Održavanje komunikacije sa satelitima u eliptičnoj orbiti vrlo je složeno i skupo, kako u prijenosu tako iu prijemu.

Zbog brze promjene položaja satelita potrebno je imati mobilni sustav praćenja antena. Sateliti u takvim orbitama mogu se koristiti za stvaranje stalne veze samo kada su iznad horizonta u odnosu na odašiljačke i prijamne uređaje, tj. za njih bi trebalo biti vidljivo i "izlazak" jednog satelita i "zalazak" drugog.

Razvoj raketne tehnologije i stvaranje snažnih raketnih nosača omogućili su široko korištenje geostacionarne orbite za "instalaciju" relejnih satelita na njoj. Slika 13.8 prikazuje često korištenu metodu za lansiranje satelita u geostacionarnu orbitu. Umjetni satelit prvo se lansira u kružnu orbitu blizu površine Zemlje (250 ... 300 km od površine), zatim se, povećavajući svoju brzinu, prebacuje na eliptičnu srednju orbitu, čija je najbliža točka - perigej. nalazi se približno na udaljenosti od 270 km od Zemlje, a udaljena točka je apogej na udaljenosti od oko 36 000 km, što već odgovara visini geostacionarne orbite *.

Slika 13.8 - Redoslijed lansiranja satelita u geostacionarnu orbitu:

1 - resetiranje oplate; 2 - završetak početnog leta; 3 - potpuno odvajanje zadnje faze; 4 - određivanje položaja za prvo uključivanje vlastitog (apogee) motora; 5 - prvo uključivanje vlastitog motora za ulazak u srednju (transfernu) orbitu; 6 - određivanje položaja u srednjoj orbiti; 7 - drugo uključivanje vlastitog motora za ulazak u geostacionarnu orbitu; 8 - preorijentacija ravnine orbite satelita i ispravljanje grešaka; 9 - orijentacija satelita okomito na ravninu orbite i ispravljanje pogrešaka; 10 koraka, postavljanje solarne ploče, potpuno odvajanje; 11 - otkrivanje antena, uključivanje stabilizatora; 12 - stabilizacija položaja i početak rada

Kada umjetni satelit “uđe” u eliptičnu među(transfernu) orbitu, i ako sve funkcionira besprijekorno, tada se u točki apogeja uključuje vlastiti mlaz, tzv. apogee engines, koji brzo povećavaju linearnu brzinu satelita. do 3,074 km/s. Takva brzina je potrebna za prebacivanje na geostacionarnu orbitu i "zaustavljanje" (točnije, za kretanje po njoj), nakon čega se satelit pomiče po geostacionarnoj orbiti na planirani položaj do točke stajanja komandama sa Zemlje. Zatim se otvaraju solarni paneli, postavljaju se antene, usmjeravaju na određeni teritorij Zemlje, solarni paneli se usmjeravaju prema Suncu i uključuje se ugrađeni odašiljač-relej. Točno pozicioniranje satelita u geostacionarnoj orbiti provode njegovi vlastiti mlazni motori koji rade na kruto ili tekuće gorivo. Nakon lansiranja satelita do točke stajanja u orbiti, motori se gase i on se kreće po geostacionarnoj orbiti kao nebesko tijelo pod utjecajem inercije brzinom od 3,074 km/s i sila gravitacije Zemlje. . Za relejni satelit vrlo je važno da njegova vlastita orbita odgovara idealnoj geostacionarnoj. Dakle, ako se satelit kreće po orbiti koja je nešto manja od geostacionarne, tada se on postupno pomiče sa svog položaja u smjeru zapada, a ako njegova orbita prelazi geostacionarnu, tada dolazi do pomaka u smjeru istoka, tj. smjer kretanja Zemlje. Pomak od 1° u geostacionarnoj orbiti odgovara udaljenosti u njoj od oko 750 km. Ako zemaljski prijamnik ima rotirajuću antenu za praćenje, lako ju je ponovno točno usmjeriti prema satelitu. Međutim, većina pojedinačnih zemaljskih uređaja za prijem sa satelita ima fiksne antene s vrlo uskim, "igličastim" dijagramom zračenja, te je stalno ručno podešavanje smjera antene prema satelitu prilično glomazno, a zbog nepreciznosti njezina usmjeravanja primljeni televizijska slika primjetno se pogoršava ili potpuno nestaje. U tom smislu, kako bi se osigurao pouzdan i pouzdan prijem, potrebno je osigurati stalno "praćenje" satelita u vremenu, stabilnost zračenja njegovih ugrađenih antena samo na dodijeljenom području. Zbog toga satelit mora često korigirati svoj položaj i orbitu, što sam provodi uz pomoć vlastitih motora i dovodi do potrošnje goriva. To utječe na njegov vijek trajanja. U nedostatku goriva za motore, satelit se počinje pomicati sa svoje pozicije, što dovodi do periodičnog približavanja susjednih satelita i, sukladno tome, povećanja međusobnih smetnji, te povećanja smetnji prijemnim uređajima na Zemlji.

Sa stajališta životnog vijeka satelita iznimno je važna količina goriva koju potroše vlastiti mlazni (apogejski) motori. I, očito, što je više goriva preostalo nakon početne instalacije satelita u orbiti, to se više prilagodbi položaja može izvršiti i, prema tome, satelit će dulje funkcionirati. Trajanje "života" satelita u orbiti je obično 5 ... 7 godina, a neki - 10 godina ili više, nakon čega se zamjenjuje novim instaliranim na istoj poziciji.

Prednosti geostacionarne orbite. Geostacionarna orbita (koja se u Engleskoj i nekim europskim zemljama naziva Clarkov pojas) jedinstvena je i ima značajnu operativnu vrijednost. Nekoliko ekvatorijalnih država željelo je da se dio orbite koji se nalazi iznad njihovog teritorija koristi samo uz dogovor s njima. Naravno, neekvatorijalne zemlje se s tim nisu mogle složiti, smatrajući geostacionarnu orbitu zajedničkim vlasništvom čovječanstva. Tek 1988. godine bilo je moguće dogovoriti plan raspodjele satelitskih pozicija za emitiranje u frekvencijskom pojasu 6/4 GHz i 14/11 GHz.

Prednosti geostacionarne orbite potiču sve veći broj korisnika da na nju postavljaju satelite raznih namjena. S europskog kontinenta možete "promatrati" nekoliko desetaka umjetnih satelita koji se kreću geostacionarnom orbitom. Preko njih se, prije svega, odvija telefonska komunikacija sa zemljama američkog kontinenta i zemljama Bliskog istoka. Osim toga, mnogi sateliti koriste se za prijenos televizijskih i zvučnih emisija. Korištenje geostacionarne orbite u ove svrhe daje sljedeće prednosti:

§ satelit se dugotrajno kreće geostacionarnom putanjom od zapada prema istoku bez utroška energije za to kretanje (poput nebeskog tijela) zbog gravitacijske privlačnosti Zemlje i vlastite inercije, linearnom brzinom od 3,074 km/s ;

§ krećući se duž geostacionarne orbite kutnom brzinom jednakom kutnoj brzini rotacije Zemlje, satelit čini revoluciju točno u jednom danu, zbog čega se ispostavlja da nepomično "visi" iznad površine Zemlje;

§ opskrbu energijom svojih sustava provodi iz solarnih panela osvijetljenih Suncem;

§ budući da satelit ne prelazi Zemljin pojas zračenja, već se nalazi iznad njega, povećava se pouzdanost i radni vijek njegovih elektroničkih uređaja i izvora energije – solarnih baterija;

§ komunikacija s odašiljačkom stanicom odvija se kontinuirano, bez prebacivanja s jednog "dolaznog" satelita na drugi - "uzvodno", tj. potreban je samo jedan satelit kako bi se osigurala kontinuirana stalna komunikacija;

§ kod odašiljačkih antena u sustavu Zemlja-Satelit uređaji za automatsko satelitsko praćenje mogu se pojednostaviti ili potpuno eliminirati, a kod zemaljskih prijemnih antena zapravo nisu potrebni, što osigurava jednostavnost prijamnih uređaja, njihovu nisku cijenu, dostupnost i masovnu rasprostranjenost;

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

§ Geostacionarna orbita je jedinstvena - sateliti koji se nalaze u orbitama iznad nje "odlaze" u svemir, a oni koji se nalaze u orbitama ispod nje postupno se približavaju Zemlji. I samo sateliti u geostacionarnoj orbiti rotiraju sinkrono na konstantnoj udaljenosti od Zemlje i miruju u odnosu na nju;

§ nakon isteka vremena rada satelit se prebacuje u tzv. "grobljansku" orbitu, koja je 200 km viša od geostacionarne, te se postupno udaljava od Zemlje u svemir.

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

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

Što je geostacionarna orbita? Riječ je o kružnom polju, koje se nalazi iznad Zemljinog ekvatora, po kojem kruži umjetni satelit kutnom brzinom rotacije planeta oko svoje osi. Ne mijenja smjer u horizontalnom koordinatnom sustavu, već nepomično visi na nebu. Geostacionarna orbita Zemlje (GSO) je vrsta geosinkronog polja i koristi se za smještaj komunikacijskih, televizijskih i drugih satelita.

Ideja korištenja umjetnih uređaja

Sam koncept geostacionarne orbite pokrenuo je ruski izumitelj K. E. Ciolkovski. U svojim radovima predložio je naseljavanje svemira uz pomoć orbitalnih stanica. Strani znanstvenici također su opisali rad svemirskih polja, na primjer, G. Oberth. Osoba koja je razvila koncept korištenja orbite za komunikaciju je Arthur Clarke. Godine 1945. objavio je članak u časopisu Wireless World, gdje je opisao prednosti geostacionarnog polja. Za aktivan rad na ovom području u čast znanstvenika, orbita je dobila svoje drugo ime - "Clarkov pojas". Mnogi teoretičari razmišljali su o problemu provedbe kvalitativne veze. Tako je Herman Potochnik 1928. izrazio ideju kako se mogu koristiti geostacionarni sateliti.

Karakteristike "Clark pojasa"

Da bi se orbita mogla nazvati geostacionarnom, mora zadovoljiti nekoliko parametara:

1. Geosinkronija. Ova karakteristika uključuje polje koje ima period koji odgovara periodu Zemljine revolucije. Geosinkroni satelit završi svoju orbitu oko planeta u zvjezdanom danu, što je 23 sata 56 minuta i 4 sekunde. Isto je vrijeme potrebno da Zemlja izvrši jednu revoluciju u fiksnom prostoru.

2. Da bi se satelit zadržao na određenoj točki, geostacionarna orbita mora biti kružna, s nultim nagibom. Eliptično polje rezultirat će pomakom prema istoku ili zapadu, jer se letjelica drugačije kreće u određenim točkama svoje orbite.

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

4. Položaj satelita u geostacionarnoj orbiti treba biti takav da mali broj frekvencija namijenjenih komunikaciji ne dovodi do preklapanja frekvencija različitih uređaja tijekom prijema i odašiljanja, kao i da se isključi njihova kolizija.

5. Dovoljno pogonskog goriva da svemirska letjelica ostane nepomična.

Geostacionarna orbita satelita jedinstvena je po tome što je samo kombinacijom njezinih parametara moguće postići nepomičnost aparata. Još jedna značajka je mogućnost da se Zemlja vidi pod kutom od sedamnaest stupnjeva sa satelita koji se nalaze u svemirskom polju. Svaki uređaj pokriva otprilike jednu trećinu orbitalne površine, tako da su tri mehanizma sposobna pokriti gotovo cijeli planet.

umjetni sateliti

Zrakoplov se okreće oko Zemlje duž geocentrične putanje. Za lansiranje se koristi višestupanjska raketa. To je kozmički mehanizam koji pokreće jalovu snagu motora. Da bi se kretali po orbiti, umjetni sateliti Zemlje moraju imati početnu brzinu koja odgovara prvoj svemirskoj brzini. Njihovi letovi se izvode na visini od najmanje nekoliko stotina kilometara. Razdoblje cirkulacije uređaja može biti nekoliko godina. Umjetni sateliti Zemlje mogu se lansirati iz drugih vozila, poput orbitalnih stanica i brodova. UAV-ovi imaju masu do dva desetaka tona i veličinu do nekoliko desetaka metara. Dvadeset i prvo stoljeće obilježilo je rođenje uređaja s ultra-lakom težinom - do nekoliko kilograma.

Mnoge zemlje i tvrtke lansirale su satelite. Prvi umjetni aparat na svijetu stvoren je u SSSR-u i poletio je u svemir 4. listopada 1957. godine. Nosio je ime "Sputnik-1". Godine 1958. Sjedinjene Države lansirale su drugi uređaj, Explorer 1. Prvi satelit koji je NASA lansirala 1964. zvao se Syncom-3. Umjetni uređaji uglavnom su nepovratni, no ima i onih koji se vraćaju djelomično ili u cijelosti. Koriste se za provođenje znanstvenih istraživanja i rješavanje raznih problema. Dakle, postoje vojni, istraživački, navigacijski sateliti i drugi. Lansiraju se i uređaji koje su izradili zaposlenici sveučilišta ili radio amateri.

"Točka zaustavljanja"

Geostacionarni sateliti nalaze se na nadmorskoj visini od 35.786 kilometara. Ova visina daje period revolucije koji odgovara periodu kruženja Zemlje u odnosu na zvijezde. Umjetno vozilo miruje, pa se njegov položaj u geostacionarnoj orbiti naziva "stanička točka". Lebdenje osigurava stalnu dugotrajnu vezu, jednom kada je antena usmjerena, uvijek će biti usmjerena na točan satelit.

Pokret

Sateliti se mogu prenijeti iz orbite na niskim visinama u geostacionarnu pomoću geotransfernih polja. Potonji su eliptični put s točkom na niskoj visini i vrhom na visini koja je blizu geostacionarnog kruga. Satelit koji je postao neupotrebljiv za daljnji rad šalje se u orbitu za odlaganje koja se nalazi 200-300 kilometara iznad GSO-a.

Visina geostacionarne orbite

Satelit se u određenom polju drži na određenoj udaljenosti od Zemlje, niti se približava niti udaljava. Uvijek se nalazi iznad neke točke na ekvatoru. Na temelju ovih značajki proizlazi da se sile gravitacije i centrifugalne sile međusobno uravnotežuju. Visina geostacionarne orbite izračunava se metodama koje se temelje na klasičnoj mehanici. Ovo uzima u obzir korespondenciju gravitacijskih i centrifugalnih sila. Vrijednost prve veličine određena je pomoću Newtonovog zakona univerzalne gravitacije. Indeks centrifugalne sile izračunava se množenjem mase satelita sa centripetalnim ubrzanjem. Rezultat jednakosti gravitacijske i inercijske mase je zaključak da visina orbite ne ovisi o masi satelita. Stoga je geostacionarna orbita određena samo visinom na kojoj je centrifugalna sila jednaka po apsolutnoj vrijednosti i suprotnog smjera gravitacijskoj sili koju stvara privlačenje Zemlje na danoj visini.

Iz formule za izračunavanje centripetalne akceleracije možete pronaći kutnu brzinu. Polumjer geostacionarne orbite također se određuje ovom formulom ili dijeljenjem geocentrične gravitacijske konstante s kvadratom kutne brzine. Duga je 42164 kilometara. S obzirom na ekvatorijalni radijus Zemlje, dobivamo visinu jednaku 35786 kilometara.

Proračuni se mogu napraviti i na drugi način, temeljen na tvrdnji da visina orbite, koja je udaljenost od središta Zemlje, s kutnom brzinom satelita, koja se podudara s kretanjem rotacije planeta, dovodi do linearna brzina, koja je jednaka prvoj kozmičkoj brzini na određenoj visini.

brzina u geostacionarnoj orbiti. Duljina

Ovaj se pokazatelj izračunava množenjem kutne brzine s polumjerom polja. Vrijednost brzine u orbiti je 3,07 kilometara u sekundi, što je znatno manje od prve svemirske brzine na putu blizu Zemlje. Za smanjenje eksponenta potrebno je povećati radijus orbite više od šest puta. Duljina se izračunava množenjem pi puta radijusa s dva. Duga je 264924 kilometara. Indikator se uzima u obzir pri izračunavanju "točaka stajanja" satelita.

Utjecaj sila

Parametri orbite po kojoj cirkulira umjetni mehanizam mogu se mijenjati pod utjecajem gravitacijskih lunisolarnih poremećaja, nehomogenosti Zemljinog polja i eliptičnosti ekvatora. Transformacija polja se izražava u takvim pojavama kao što su:

1. Pomak satelita s položaja duž orbite prema točkama stabilne ravnoteže, koje se nazivaju potencijalne rupe u geostacionarnoj orbiti.
2. Kut nagiba polja prema ekvatoru raste određenom brzinom i doseže 15 stupnjeva jednom u 26 godina i 5 mjeseci.

Kako bi satelit ostao na željenoj "točki stajanja", opremljen je pogonskim sustavom koji se uključuje nekoliko puta svakih 10-15 dana. Dakle, za kompenzaciju rasta nagiba orbite koristi se korekcija "sjever-jug", a za kompenzaciju pomaka duž polja koristi se korekcija "zapad-istok". Za regulaciju putanje satelita tijekom cijelog razdoblja njegovog rada potrebna je velika zaliha goriva na brodu.

Propulzijski sustavi

Izbor uređaja određen je pojedinačnim tehničkim karakteristikama satelita. Na primjer, kemijski raketni motor ima opskrbu istisnim gorivom i radi na dugotrajnom skladištenju komponenti visokog vrelišta (diazot tetroksid, asimetrični dimetilhidrazin). Plazma uređaji imaju znatno manji potisak, ali zbog dugotrajnog rada, koji se mjeri u desecima minuta za jedan pokret, mogu značajno smanjiti količinu goriva koja se troši na brodu. Ova vrsta pogonskog sustava koristi se za manevriranje satelita na drugu orbitalnu poziciju. Glavni ograničavajući faktor u vijeku trajanja uređaja je opskrba gorivom u geostacionarnoj orbiti.

Nedostaci umjetnog terena

Značajan nedostatak u interakciji s geostacionarnim satelitima su velika kašnjenja u širenju signala. Dakle, pri brzini svjetlosti od 300 tisuća kilometara u sekundi i orbitalnoj visini od 35.786 kilometara, kretanje snopa Zemlja-satelit traje oko 0,12 sekundi, a snop Zemlja-satelit-Zemlja traje 0,24 sekunde. Uzimajući u obzir kašnjenje signala u opremi i sustavima kabelskog prijenosa zemaljskih usluga, ukupno kašnjenje signala "izvor - satelit - prijemnik" doseže približno 2-4 sekunde. Takav pokazatelj značajno komplicira korištenje uređaja u orbiti u telefoniji i onemogućuje korištenje satelitskih komunikacija u sustavima u stvarnom vremenu.

Još jedan nedostatak je nevidljivost geostacionarne orbite s velikih geografskih širina, što ometa komunikaciju i televizijsko emitiranje u područjima Arktika i Antarktika. U situacijama kada su sunce i satelit odašiljača u liniji s prijemnom antenom dolazi do slabljenja, a ponekad i potpunog izostanka signala. U geostacionarnim orbitama, zbog nepomičnosti satelita, ova pojava je posebno izražena.

Doppler efekt

Taj se fenomen sastoji u promjeni frekvencija elektromagnetskih vibracija uz međusobno napredovanje odašiljača i prijamnika. Fenomen se izražava promjenom udaljenosti tijekom vremena, kao i kretanjem umjetnih vozila u orbiti. Učinak se očituje kao niska stabilnost nosive frekvencije satelitskih oscilacija, koja se pridodaje instrumentalnoj nestabilnosti frekvencije ugrađenog repetitora i zemaljske stanice, što otežava prijem signala. Dopplerov efekt doprinosi promjeni frekvencije modulirajućih vibracija, koje se ne mogu kontrolirati. U slučaju kada se u orbiti koriste sateliti za komunikaciju i izravno televizijsko emitiranje, ova pojava je praktički eliminirana, odnosno nema promjena u razini signala na točki prijema.

Odnos u svijetu prema geostacionarnim poljima

Rađanje svemirske orbite stvorilo je mnoga pitanja i međunarodne pravne probleme. Njima se bavi niz odbora, posebice Ujedinjenih naroda. Neke zemlje koje se nalaze na ekvatoru zahtijevale su proširenje svog suvereniteta na dio svemirskog polja iznad njihovog teritorija. Države su izjavile da je geostacionarna orbita fizički čimbenik koji je povezan s postojanjem planeta i ovisi o gravitacijskom polju Zemlje, pa su segmenti polja produžetak teritorija njihovih zemalja. Ali takve su tvrdnje odbačene, jer u svijetu postoji princip neprisvajanja svemira. Svi problemi vezani uz rad orbita i satelita rješavaju se na svjetskoj razini.

Putanje umjetnih svemirskih letjelica razlikuju se od orbita prirodnih nebeskih tijela: činjenica je da u prvom slučaju postoje takozvana "aktivna područja". To su područja satelitske orbite na kojem se kreću uključivanjem mlaznog motora. Dakle, proračun putanje kretanja svemirskih letjelica je složen i odgovoran zadatak, kojim se bave stručnjaci u području astrodinamike.

Svaki satelitski sustav ima određeni status, ovisno o namjeni satelita, njegovoj lokaciji, pokrivenosti područja usluge, vlasništvu kako same letjelice tako i zemaljske stanice koja prima njegove signale. Ovisno o statusu, satelitski sustavi su:

• Međunarodni (regionalni ili globalni);
• Nacionalni;
• Odjelni.

Osim toga, sve su orbite dodatno podijeljene na geostacionarni i negeostacionarni (zauzvrat, podijeljeni na LEO - nisku orbitu, MEO - srednju visinu i HEO - eliptičnu). Pogledajmo pobliže ove klase.

Geostacionarni satelitske orbite

Ova vrsta orbite najčešće se koristi za smještaj svemirskih letjelica, jer ima značajne prednosti: moguća je stalna 24-satna komunikacija i praktički nema pomaka frekvencije. Geostacionarni sateliti nalaze se na visini od oko 36.000 km iznad površine Zemlje i kreću se brzinom njezine rotacije, kao da "vise" nad određenom točkom na ekvatoru, "podsatelitskom točkom". Međutim, zapravo, položaj takvog satelita nije stacionaran: on doživljava neki "drift" zbog niza čimbenika, kao rezultat toga, orbita se malo pomiče s vremenom.

Kao što je već navedeno, geostacionarni satelit praktički ne zahtijeva prekide u radu, budući da nema međusobnog kretanja svemirske letjelice i njezine zemaljske stanice. Sustav koji se sastoji od tri satelita ovog tipa sposoban je pokriti gotovo cijelu Zemljinu površinu.

U isto vrijeme, takvi sustavi nisu bez određenih nedostataka, od kojih je glavni određeno kašnjenje signala. Stoga se za radijsko i televizijsko emitiranje najčešće koriste sateliti u geostacionarnim orbitama, kod kojih kašnjenja u oba smjera od 250 ms ne utječu na kvalitetu signala. Kašnjenja u radiotelefonskom komunikacijskom sustavu pokazuju se puno uočljivijima (uzimajući u obzir obradu signala u zemaljskim mrežama, ukupno vrijeme je već oko 600 ms). Osim toga, područje pokrivenosti takvih satelita ne uključuje područja visoke geografske širine (iznad 76,50° N i J), tj. istinska globalna pokrivenost nije zajamčena.

U vezi s brzim razvojem satelitskih komunikacija, u posljednjem desetljeću, geostacionarna orbita je postala "gužva", a problemi nastaju s postavljanjem novih uređaja. Činjenica je da se, u skladu s međunarodnim standardima, ne može postaviti više od 360 satelita u blizu ekvatorijalne orbite, inače će doći do međusobnih smetnji.

Srednja visina satelitske orbite

Satelitske sustave ovog tipa počele su razvijati tvrtke koje su se izvorno bavile proizvodnjom geostacionarnih svemirskih letjelica. Orbita srednje visine pruža bolju komunikacijsku izvedbu za mobilne pretplatnike, budući da je svaki mobilni korisnik u polju dosega nekoliko satelita u isto vrijeme; ukupno kašnjenje - ne više od 130 ms.

Lokacija negeostacionarnog satelita ograničena je takozvanim Van Allenovim pojasevima zračenja, prostornim pojasevima nabijenih čestica koje je "uhvatilo" Zemljino magnetsko polje. Prvi od stabilnih pojaseva visokog zračenja nalazi se na nadmorskoj visini od oko 1500 km od površine planeta, njegov opseg je nekoliko tisuća kilometara. Drugi pojas, s istim visokim intenzitetom (10 000 impulsa/s), nalazi se unutar 13 000–19 000 km od Zemlje.

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

Niski krugovi satelitske orbite

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

Izbor takvog raspona visina za satelitske sustave niske orbite nije slučajan. Na visini manjoj od 700 km, gustoća atmosfere je relativno visoka, što uzrokuje "degradaciju" orbite - postupno odstupanje od kursa, što zahtijeva povećane troškove goriva za njeno održavanje. Na visini od 1500 km počinje prvi Van Allenov pojas u čijoj je zoni zračenja rad opreme na brodu praktički nemoguć.

Međutim, zbog male visine orbite, potrebna je orbitalna konstelacija od najmanje 48 svemirskih letjelica kako bi se pokrio cijeli teritorij Zemlje. Period rotacije u ovim orbitama iznosi 90 min-2 h, dok je maksimalno vrijeme zadržavanja satelita u zoni radiovidljivosti samo 10-15 min.

Eliptične orbite

Eliptičan Orbite Zemljinih satelita su sinkroni, odnosno kada se lansiraju u orbitu, rotiraju se brzinom planeta, a period revolucije je višekratnik dana. Trenutno se koristi nekoliko vrsta takvih orbita: Archi-medes, Borealis, "Tundra", "Lightning".

Brzina eliptičnog satelita u apogeju (pri dosezanju vrha "elipse") manja je nego u perigeju, pa u tom razdoblju uređaj može biti u zoni radiovidljivosti određenog područja dulje od satelita s kružnom orbitom. . Komunikacijske sesije, na primjer, u Molniji traju 8-10 sati, a sustav od tri satelita sposoban je održavati 24-satnu globalnu komunikaciju.

2007. godine

Glavna ideja

Ova stranica posvećena je nadzoru umjetni zemljini sateliti(Unaprijediti satelit ). Od početka svemirskog doba (4. listopada 1957. lansiran je prvi satelit Sputnik-1) čovječanstvo je stvorilo ogroman broj satelita koji kruže oko Zemlje u različitim orbitama. Do danas broj takvih predmeta koje je izradio čovjek premašuje desetke tisuća. Uglavnom, to je "svemirski otpad" - fragmenti satelita, potrošeni raketni stupnjevi itd. Samo mali dio njih su aktivni sateliti.
Među njima su i istraživački, i meteorološki, i komunikacijsko-telekomunikacijski sateliti, te vojni sateliti. Prostor oko Zemlje njima je "naseljen" od visina od 200-300 km pa do 40.000 km. Samo dio njih dostupan je za promatranje pomoću jeftine optike (dalekozori, dalekozori, amaterski teleskopi).

Kreirajući ovu stranicu, autori su si postavili cilj prikupiti informacije o metodama promatranja i snimanja satelita, pokazati kako izračunati uvjete za njihov let iznad određenog područja i opisati praktične aspekte problematike promatranja i snimanja. Stranica predstavlja uglavnom autorov materijal dobiven tijekom promatranja sudionika sekcije "Kozmonautika" astronomskog kluba "hν" u Planetariju u Minsku (Minsk, Bjelorusija).

Pa ipak, odgovarajući na glavno pitanje - "Zašto?", moramo reći sljedeće. Među svim vrstama hobija koje čovjek voli, tu su astronomija i astronautika. Tisuće ljubitelja astronomije promatraju planete, maglice, galaksije, promjenjive zvijezde, meteore i druge astronomske objekte, fotografiraju ih, drže svoje konferencije i "master classeve". Za što? To je samo hobi, jedan od mnogih. Način da pobjegnete od svakodnevnih problema. Čak i kada amateri rade posao od znanstvene vrijednosti, oni ostaju amateri koji to rade iz vlastitog zadovoljstva. Astronomija i astronautika su vrlo "tehnološki" hobiji u kojima možete primijeniti svoje znanje iz optike, elektronike, fizike i drugih prirodnih znanstvenih disciplina. I ne možete se prijaviti - i samo uživati ​​u kontemplaciji. Sa satelitima stvari stoje slično. Posebno je zanimljivo pratiti one satelite, informacije o kojima se ne distribuiraju u otvorenim izvorima - to su vojni obavještajni sateliti različitih zemalja. U svakom slučaju, satelitsko promatranje je lova. Često možemo unaprijed odrediti gdje i kada će se satelit pojaviti, ali ne uvijek. A kako će se on sam "ponašati", još je teže predvidjeti.

Hvala:

Opisane metode nastale su na temelju promatranja i istraživanja u kojima su sudjelovali članovi astronomskog kluba "hν" Planetarija u Minsku (Bjelorusija):

• Bozbey Maxim.
• Drjomin Genadij.
• Kenko Zoya.
• Mečinski Vitalij.

Veliku pomoć pružili su i članovi astronomskog kluba „hν“. Lebedeva Tatjana, Povalishev Vladimir i Tkačenko Aleksej. Posebno hvala Aleksandar Lapšin(Rusija), profi-s (Ukrajina), Daniil Shestakov (Rusija) i Anatoly Grigoriev (Rusija) za njihovu pomoć u stvaranju stavke II §1 "AES fotometrija", Poglavlje 2 i Poglavlje 5, i Elena (Tau, Rusija) također za savjetovanje i pisanje nekoliko proračunskih programa. Autori također zahvaljuju Mikhail Abgaryan (Bjelorusija), Yury Goryachko (Bjelorusija), Anatoly Grigoriev (Rusija), Leonid Yelenin (Rusija), Victor Zhuk (Bjelorusija), Igor Molotov (Rusija), Konstantin Morozov (Bjelorusija), Sergei Crybaby (Ukrajina), Ivan Prokopyuk (Bjelorusija) za pružanje ilustracija za neke dijelove stranice.

Dio materijala primljen je tijekom ispunjavanja naloga UE "Geoinformacijski sustavi" Nacionalne akademije znanosti Bjelorusije. Podnošenje materijala provodi se na nekomercijalnoj osnovi kako bi se popularizirao bjeloruski svemirski program među djecom i mladima.

Vitaly Mechinsky, kustos sekcije "Kozmonautika" astrokluba "hν".

Novosti sa stranice:

• 01.09.2013.: Značajno ažuriran podstavak 2 "Fotometrija satelita preko raspona" Odjeljak II §1 -- dodane informacije o dvije metode fotometrije satelitskih staza (metoda fotometrijskog profila staze i metoda izofotske fotometrije).
• 01.09.2013.: Ažurirani podstavak stavka II §1 - ​​​​dodane informacije o radu s programom "Highecl" za izračunavanje vjerojatnih baklji iz GSS-a.
• 30.01.2013.: Ažurirano "Poglavlje 3"-- Dodane informacije o radu s programom "MagVision" za izračunavanje pada prodora od osvjetljenja Sunca i Mjeseca.
• 22.01.2013.: Ažurirano Poglavlje 2. Dodana animacija kretanja satelita po nebu u jednoj minuti.
• 19.01.2013.: Ažurirani podstavak "Vizualna promatranja AES-a" p.1 "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o uređajima za grijanje za elektroniku i optiku za zaštitu od rose, mraza i prekomjernog hlađenja.
• 19.01.2013: Dodano u "Poglavlje 3" informacije o padu penetracije tijekom osvjetljenja s mjeseca i sumraka.
• 01/09/2013: Dodana podtočka "Bljeskovi lidarskog satelita "CALIPSO" podstavak "Fotografija bljeskalicom" p. II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Opisani su podaci o značajkama promatranja baklji s laserskog lidarskog satelita "CALIPSO" i proces pripreme za njih.
• 11/05/2012: Ažuriran je uvodni dio §2 poglavlja 5. Dodane su informacije o potrebnoj minimalnoj opremi za satelitska radijska motrenja i dan je dijagram LED indikatora razine signala koji se koristi za postavljanje razinu ulaznog audio signala koja je sigurna za snimač.
• 11/04/2012: Ažurirani podstavak "Vizualna promatranja AES-a" str.1 "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o zvjezdanom atlasu Brno, kao io crvenom filmu na LCD zaslonima elektroničkih uređaja koji se koriste u promatranjima.
• 14.04.2012.: Ažurirana je podtočka podtočke "Foto / video snimanje satelita" klauzule 1 "Određivanje satelitskih orbita" §1 poglavlja 5. Informacije o radu s programom "SatIR" Dodana je identifikacija satelita na fotografijama sa širokim vidnim poljem, kao i određivanje koordinatnih krajeva satelitskih tragova na njima.
• 04/13/2012: Ažurirani podstavak "AES astrometrija na primljenim slikama: foto i video" podstavak "Foto/video snimanje umjetnih satelita" stavak 1 "Određivanje satelitskih orbita" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o radu s programom "AstroTortilla" za određivanje koordinata središta vidnog polja slika dijelova zvjezdanog neba.
• 20.03.2012.: Ažurirani podstavak 2 "Klasifikacija satelitskih orbita prema velikoj poluosi" §1 poglavlja 2. Dodane informacije o veličini GSS pomaka i poremećaja orbite.
• 03/02/2012: Dodana podtočka "Promatranje i snimanje ispaljivanja raketa na daljinu" podstavak "Foto/video snimanje satelita" p. I "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Opisane su informacije o značajkama promatranja leta lansirnih vozila u fazi lansiranja.
• "Pretvaranje astrometrije u IOD-format" podstavak "Foto / video snimanje satelita" p.I "Određivanje satelitskih orbita" §1 poglavlja 5. Dodan opis rada s programom "ObsEntry for Window" za pretvaranje satelitske astrometrije u IOD-format - analog "OBSENTRY" programa, ali za OS Windows.
• 25.02.2012.: Ažurirani podstavak "Sunčevo-sinkrone orbite" Odjeljak 1 "Klasifikacija orbita satelita prema nagibu" §1 Poglavlja 2. Dodane informacije o izračunu vrijednosti nagiba i ss satelitske orbite sinkrone Sunce ovisno o ekscentričnosti i velikoj poluosi orbite.
• 21.09.2011.: Ažurirana podtočka podtočke 2 "AES fotometrija preko raspona" točke II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o sinodičkom učinku, koji iskrivljuje određivanje rotacije satelita razdoblje.
• 14.09.2011.: Ažurirani podstavak "Izračun orbitalnih (Keplerovih) elemenata orbite satelita na temelju astrometrijskih podataka. Jedan prelet" podstavak "Foto/video snimanje umjetnih satelita", stavak I "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o programu "SatID" za prepoznavanje satelita (koristeći primljeni TLE) među satelitima iz TLE treće strane baze podataka, a također opisuje metodu za identifikaciju satelita u programu "Heavensat" na temelju viđenog prolaza u blizini referentne zvijezde.
• 12.09.2011.: Ažurirana podstavka "Izračun orbitalnih (Keplerovih) elemenata orbite satelita na temelju astrometrijskih podataka. Nekoliko raspona" podtočke "Foto/video snimanje satelita" str. I "Određivanje satelitske orbite" " §1 poglavlja 5. Dodane informacije o programu rekalkulacije TLE-stavki na željeni datum.
• 09/12/2011: Dodana podtočka "Ulazak satelita u Zemljinu atmosferu" podstavak "Foto/video snimanje satelita" p. I "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Informacije o radu s programom "SatEvo" za predviđanje datuma ulaska satelita u guste slojeve Zemljine atmosfere su opisao.
• "Bljeskovi geostacionarnih satelita" podstavak "Fotografija bljeskalicom" p. II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o razdoblju vidljivosti GSS baklji.
• 08.09.2011.: Ažurirani podstavak "Promjena svjetline satelita tijekom leta" podstavak 2 "AES fotometrija preko raspona" odjeljak II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o obliku fazne funkcije za nekoliko primjera reflektirajućih površina.
• podstavak 1 "Promatranje satelitskih baklji" stavak II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Dodane informacije o neujednačenosti vremenske skale duž slike satelitske staze na matrici fotodetektora.
• 09/07/2011: Ažurirani podstavak "Fotometrija satelita preko raspona" Odjeljak II "Fotometrija AES" §1 poglavlja 5. Dodan je primjer složene krivulje svjetlosti satelita "NanoSail-D" (SCN:37361) i simulacija njegove rotacije.
• "Bljeskovi satelita u niskoj orbiti" podstavak 1 "Promatranje satelitskih baklji" stavak II "Fotometrija satelita" §1 poglavlja 5. Dodana fotografija i fotometrijski profil baklje s LEO satelita "METEOR 1-29".
• 06.09.2011.: Ažurirani podstavak "Geostacionarne i geosinkrone orbite satelita"§1 poglavlja 2. Dodane informacije o klasifikaciji geostacionarnih satelita, informacije o obliku GSS putanja.
• 06.09.2011.: Ažurirani podstavak "Snimanje leta satelita: oprema za snimanje. Optički elementi" podstavak "Foto / video snimanje satelita" str. I "Određivanje orbita satelita" §1 poglavlja 5. Dodane poveznice na recenzije domaćih objektiva primijenjenih na snimanje satelita.
• 06.09.2011.: Ažurirani podstavak "fazni kut" Odjeljak II "AES fotometrija" §1 poglavlja 5. Dodana animacija promjene faze satelita ovisno o faznom kutu.
• 13.07.2011: Završeno popunjavanje svih poglavlja i odjeljaka stranice.
• 07/09/2011: Završeno pisanje uvodnog dijela II "AES fotometrija"§1 Poglavlje 5.
• 05.07.2011.: Završeno pisanje uvodnog dijela §2 "Radio Observations AES" 5. poglavlje.
• 07/04/2011: Ažurirani podstavak "Obrada opažanja" str. I "Prijem satelitske telemetrije" § 2 poglavlja 5.
• 07/04/2011: Završeno pisanje str. II "Dobijanje slika naoblake"§2 Poglavlje 5.
• 7/02/2011: Završeno pisanje str. I "Prijem satelitske telemetrije"§2 Poglavlje 5.
• 01.07.2011.: Završeno pisanje podstavaka "Foto / video snimanje satelita" točka I §1 poglavlja 5.
• 25.06.2011.: Završeno pisanje Prijave.
• 25.06.2011.: Završeno pisanje uvoda u Poglavlje 5: "Što i kako promatrati?"
• 25.06.2011.: Uvod u §1 završen "Optička promatranja" 5. poglavlje.
• 25.06.2011.: Završeno pisanje uvodnog dijela I. odlomka "Određivanje satelitskih orbita"§1 Poglavlje 5.
• 25.06.2011.: dovršeno poglavlje 4: "O vremenu".
• 25.01.2011.: dovršeno Poglavlje 2: "Koje orbite i sateliti postoje?".
• 01/07/2011: Poglavlje 3 završeno: "Priprema za promatranje".
• 01/07/2011: Poglavlje 1 završeno: "Kako se sateliti kreću?"

Zemlja, kao i svako kozmičko tijelo, ima svoje gravitacijsko polje i susjedne orbite, u kojima se mogu nalaziti tijela i objekti različitih veličina. Najčešće se misli na Mjesec i Međunarodnu svemirsku postaju. Prvi ide u vlastitu orbitu, a ISS - u nisku Zemljinu orbitu. Postoji nekoliko orbita koje se međusobno razlikuju po udaljenosti od Zemlje, relativnom položaju u odnosu na planet i smjeru rotacije.

Orbite umjetnih Zemljinih satelita

Do danas, u najbližem svemiru blizu Zemlje postoje mnogi objekti koji su rezultat ljudske aktivnosti. Uglavnom, radi se o umjetnim satelitima koji služe za komunikaciju, ali ima i dosta svemirskog otpada. Jedan od najpoznatijih umjetnih Zemljinih satelita je Međunarodna svemirska postaja.

AES se kreću u tri glavne orbite: ekvatorijalnoj (geostacionarnoj), polarnoj i kosoj. Prvi leži u potpunosti u ravnini ekvatorskog kruga, drugi je strogo okomit na njega, a treći se nalazi između njih.

geosinkrona orbita

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

Uz nagib koji nije jednak nuli i nulti ekscentricitet, satelit promatran sa Zemlje danju opisuje osmicu na nebu.

Prvi satelit u geosinkronoj orbiti je američki Syncom-2, koji je u nju lansiran 1963. godine. Danas je u nekim slučajevima postavljanje satelita u geosinkronu orbitu posljedica činjenice da ih lansirna raketa ne može dovesti u geostacionarnu orbitu.

geostacionarna orbita

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

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

Nadmorska visina satelita u geostacionarnoj orbiti je 35.786 kilometara. Budući da su svi izravno iznad ekvatora, samo je meridijan imenovan kako bi označio položaj, na primjer, 180.0˚E Intelsat 18 ili 172.0˚E Eutelsat 172A.

Približan polumjer orbite je ~42 164 km, duljina oko 265 000 km, a orbitalna brzina oko 3,07 km/s.

Visoka eliptična orbita

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

Veliki primjeri sustava koji rade na HEO:

• Svemirske zvjezdarnice koje su lansirale NASA i ESA.
• Satelitski radio Sirius XM Radio.
• Satelitske komunikacije Meridian, -Z i -ZK, Molniya-1T.
• Satelitski sustav GPS korekcije.

Niska Zemljina orbita

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

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

Primjeri umjetnih satelita u LEO:

• Međunarodna svemirska postaja (400 km).
• Telekomunikacijski sateliti raznih sustava i mreža.
• Izviđačka vozila i sateliti sonde.

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

Niska referentna orbita

Uobičajeno je da se niskom referentnom orbitom naziva orbita uređaja koja omogućuje promjenu nagiba, visine ili druge značajne promjene. Ako uređaj nema motor i ne izvodi manevre, njegova se orbita naziva niska Zemljina orbita.

Zanimljivo je da ruski i američki balističari različito računaju njegovu visinu, jer se prvi temelje na eliptičnom modelu Zemlje, a drugi na sfernom. Zbog toga postoji razlika ne samo u visini, već iu položaju perigeja i apogeja.