Altitudine dell'orbita geostazionaria del satellite di comunicazione. Statistiche di lancio geostazionario

L'orbita geostazionaria con inclinazione zero e un'altitudine di 35756 km rimane fino ad oggi un'orbita strategicamente importante per i satelliti artificiali della terra. I satelliti posti in questa orbita ruotano attorno al centro della Terra alla stessa velocità angolare della superficie terrestre. Grazie a ciò, non sono necessarie antenne satellitari per tracciare i satelliti geostazionari: un satellite geostazionario per una posizione specifica sulla superficie terrestre si trova sempre in un punto del cielo.

Un esempio di una costellazione di satelliti di comunicazione geostazionari russi nel 2005:

Ma controllare l'ultimo grafico con il sito Web di Gunther mostra che non sono stati lanciati più di 40 satelliti geostazionari nel 2017, anche se quel numero include i lanci di satelliti su GPO (orbita di trasferimento geografico) e Orbite fulminee (Cosmo-2518). In relazione a questa discrepanza, ho cercato di valutare in modo indipendente la dinamica dei lanci annuali in orbita geostazionaria e la dinamica dei cambiamenti nella massa totale dei satelliti geostazionari lanciati utilizzando lo stesso sito di Gunther.

La maggior parte dei satelliti geostazionari viene lanciata su orbite di trasferimento geografico (GPO), e quindi, con l'aiuto dei propri motori, il perielio si solleva ed entra nell'orbita geostazionaria. Ciò è dovuto al desiderio di ridurre al minimo l'intasamento dell'orbita geostazionaria strategicamente importante (gli stadi superiori del LV sul GPO si esauriscono molto più velocemente rispetto al GSO a causa del basso perielio delle orbite). A questo proposito, la massa iniziale dei satelliti geostazionari è più spesso indicata al lancio iniziale al GPO. Pertanto, ho deciso di calcolare la massa dei satelliti geostazionari su GPO, nonché di includere nel calcolo i satelliti originariamente destinati a operare su GPO o altre orbite ellittiche situate tra orbite basse e geostazionarie (principalmente orbite di tipo Lightning). D'altra parte, in alcuni casi, i satelliti vengono iniettati direttamente in un'orbita geostazionaria (ad esempio, nel caso di satelliti militari sovietici, russi e americani), inoltre, per i satelliti militari, la massa è spesso semplicemente sconosciuta (in questo caso, è necessario indicare il limite superiore delle capacità del veicolo di lancio durante i lanci su GPO). A questo proposito, i calcoli sono solo preliminari. Al momento sono stati elaborati 35 anni su 60 dell'era spaziale e negli anni si verifica la seguente situazione:

1) Nel 2017 è stato effettivamente stabilito un nuovo record (192 tonnellate) in termini di massa da mettere nelle orbite GPO e Molniya:

2) Non c'è una crescita particolare nel numero di veicoli spaziali lanciati in questi tipi di orbite (la linea nera è la linea di tendenza):

3) Una situazione simile si osserva con il numero di lanci:

In generale, c'è una tendenza ad un aumento stabile del traffico merci verso orbite alte altamente ellittiche. Valori medi su decenni:

Per l'area media degli oggetti spaziali ( area della sezione trasversale cumulativa, misurati in metri quadrati) i satelliti geostazionari sono ancora più superiori ai veicoli a bassa orbita (anche tenendo conto degli stadi superiori - RB):

Ciò è probabilmente dovuto al gran numero di strutture dispiegabili nei satelliti geostazionari (antenne, pannelli solari e batterie di termoregolazione).

Nel corso degli anni, il numero di satelliti operativi in ​​orbita geostazionaria è cresciuto costantemente. Solo in questo decennio, il loro numero è cresciuto da quattro a cinquecento:

Secondo il database dei satelliti attivi, il satellite relè è attualmente il più vecchio satellite operativo del GSO. TDRS-3 lanciato nel 1988. In totale, sono attualmente operativi 40 dispositivi presso il GSO, la cui età ha superato i 20 anni:

Il numero totale di satelliti geostazionari, tenendo conto delle orbite di smaltimento, supera già i mille veicoli (con un numero minimo di stadi superiori ( RB) razzi in queste orbite):

Esempi di costellazioni satellitari geostazionarie:

Il crescente sovraffollamento dell'orbita geostazionaria sta portando a una continua tendenza all'aumento del peso dei satelliti geostazionari. Se il primo GSO i satelliti pesavano solo 68 kg, poi nel 2017 Cina provato ad avviare una macchina da 7,6 tonnellate. È ovvio che il crescente sovraffollamento dell'orbita geostazionaria porterà in futuro alla creazione di grandi piattaforme geostazionarie con elementi riutilizzabili. Probabilmente, tali piattaforme risolveranno diversi compiti contemporaneamente: comunicazione e osservazione della superficie terrestre per la meteorologia, esigenze di difesa e così via.

Satellite di comunicazione geostazionario con una massa di 7,6 tonnellate, creato sulla base di una nuova piattaforma cinese DFH-5

Raramente pensiamo a come è organizzato il movimento nello spazio vicino alla Terra. Ad esempio, che dalla Terra alla stazione spaziale è a un tiro di schioppo che da Mosca a San Pietroburgo, e il segnale ricevuto dall'antenna parabolica ha percorso una distanza maggiore di quella percorsa da un'auto media in cinque anni. Inoltre, ogni lancio è preceduto da un'attenta progettazione dell'orbita lungo la quale il veicolo si sposterà nello spazio. Le orbite che scegliamo

Quando nel 1961 gli specialisti dell'OKB-1 di Korolev iniziarono a creare il primo satellite per comunicazioni sovietico "Molniya-1" per il sistema televisivo "Orbit", affrontarono il problema della scelta di un'orbita target per la loro idea. La più efficace, a prima vista, sembrava essere un'orbita geostazionaria con un'altitudine di 36 mila chilometri. Il satellite che si trova su di esso è in linea di vista diretta 24 ore su 24 per circa 1/3 della superficie terrestre. Tuttavia, da una tale orbita è impossibile fornire comunicazioni ad alte latitudini e trasmissioni televisive nelle regioni dell'estremo nord. Inoltre, l'Unione Sovietica non aveva vettori per mettere in orbita geostazionaria i satelliti pesanti.

Una via d'uscita è stata trovata dalla balistica, che ha inventato un'orbita in cui un satellite per comunicazioni potrebbe essere lanciato da un razzo già in fase di sviluppo. Era un'orbita molto allungata con un'altitudine minima (perigeo) di 500 chilometri e una massima (apogeo) di 40.000 chilometri. Il periodo orbitale era di 12 ore e, secondo le leggi della meccanica celeste, il satellite trascorreva la maggior parte del tempo nella regione dell'apogeo. L'inclinazione orbitale (63,4 °) è stata scelta in modo che durante questo periodo il satellite fosse visibile dalla maggior parte del territorio dell'URSS. Le condizioni favorevoli per la comunicazione sono durate otto ore, dopo di che il satellite è andato dall'altra parte della Terra e nell'orbita successiva ha superato l'apogeo sul Nord America. Ancora una volta, è diventato disponibile per la ritrasmissione televisiva solo dopo 16 ore.

Il satellite di comunicazione "Molniya-1" è stato messo con successo in questa orbita al terzo tentativo il 23 aprile 1965, e il giorno successivo ha avuto luogo la prima sessione dell'Unione Sovietica di comunicazione spaziale tra Mosca e Vladivostok. Per la trasmissione televisiva 24 ore su 24, era necessario mantenere tre satelliti Molniya nello spazio contemporaneamente e costruire antenne complesse sulla Terra. Grandi "specchi" parabolici seguivano nel cielo l'intricata traiettoria del satellite: salì rapidamente a ovest, salì allo zenit, lo attraversò, poi iniziò a muoversi nella direzione opposta, si voltò di nuovo e, accelerando, discese a est orizzonte. Un altro fattore di complicazione sono stati i significativi cambiamenti di velocità durante il movimento in un'orbita allungata, per cui, a causa dell'effetto Doppler, la frequenza del segnale ricevuto sulla Terra è cambiata costantemente.

La traiettoria scelta per il primo satellite per comunicazioni sovietico fu in seguito chiamata orbita Molniya. Il suo sviluppo con l'avvento di razzi più potenti fu l'orbita ellittica della Tundra con un perigeo di 500 chilometri, un apogeo di 71.000 e un periodo orbitale di 24 ore. Le orbite con un tale periodo sono chiamate geosincrone, poiché, spostandosi lungo di esse, l'astronave scavalca sempre la stessa regione della Terra. L'efficienza dell'utilizzo dei satelliti nell'orbita della Tundra è notevolmente aumentata, poiché possono servire l'area selezionata per più di 12 ore su ciascuna orbita e due dispositivi sono sufficienti per organizzare la comunicazione 24 ore su 24. Tuttavia, le apparecchiature a terra rimangono complesse poiché i satelliti geosincroni cambiano costantemente la loro posizione nel cielo e devono essere monitorati.

Sospeso nel cielo

L'apparecchiatura di ricezione è drasticamente semplificata se il satellite rimane fermo rispetto alla Terra. Dell'intero insieme di orbite geosincrone, questo si ottiene solo su una circolare, situata rigorosamente sopra l'equatore (inclinazione 0 °). Questa orbita è chiamata geostazionaria, perché in essa il satellite sembra librarsi su un punto selezionato dell'equatore a un'altitudine di 35.786 chilometri.

Gli americani furono i primi a lanciare un satellite geostazionario, ma non ci riuscirono subito. I primi due tentativi nel 1963 si conclusero con un fallimento e solo il 10 settembre 1964 il satellite Sinkom-3 entrò nel GSO. È interessante che si sia lanciato nello spazio il 19 agosto e per quasi un mese, con l'aiuto del suo stesso motore, si sia avvicinato di soppiatto al punto in cui è stato scelto per lui. Il primo satellite geostazionario domestico "Raduga-1" è stato lanciato solo il 22 dicembre 1975. Da allora, il GSO è stato costantemente rifornito e oggi ci sono più di 400 satelliti su di esso e altri 600 veicoli si stanno muovendo vicino ad esso.

A rigor di termini, a causa di varie perturbazioni ed errori di inferenza, il satellite geostazionario non "sospende" completamente immobile sull'equatore, ma compie un movimento oscillatorio rispetto al suo punto fisso. Quando viene proiettato sulla superficie terrestre, la sua traiettoria ricorda un piccolo otto. Inoltre, a causa delle perturbazioni gravitazionali, il veicolo può "andare alla deriva" lungo la sua orbita. Per rimanere nella posizione prescelta e non lasciare l'allineamento delle antenne di terra, il dispositivo deve regolare regolarmente la sua orbita. Per questo, c'è una scorta di carburante a bordo. La vita utile di un satellite geostazionario a volte dipende da questo.

Semplici costruzioni geometriche mostrano che a latitudini superiori a 81 °, i satelliti geostazionari sono sotto l'orizzonte, il che significa che la comunicazione con il loro aiuto nelle regioni polari è impossibile. In pratica, la comunicazione mobile tramite satellite geostazionario è limitata alla latitudine 65-70 ° e fissa - 70-75 °. La comunicazione tramite GSO ha un altro grave inconveniente. Sulla strada per il satellite e ritorno, il segnale radio percorre più di 70 mila chilometri, impiegando un quarto di secondo su di esso. Tenendo conto del tempo per l'elaborazione e la trasmissione del segnale su linee terrestri, il ritardo può superare significativamente mezzo secondo. Di conseguenza, i servizi Internet via satellite rispondono lentamente e la comunicazione telefonica diventa scomoda, poiché anche i moderni mezzi di "cancellazione dell'eco" non sempre fanno fronte a lunghi ritardi. Per eliminare questi svantaggi, è necessario ridurre l'altezza dei satelliti.

Elementi orbitali

La parola "orbita" in latino significa "traccia" o "percorso". L'orbita vicina alla Terra è caratterizzata da una serie di parametri: l'altitudine minima e massima (perigeo e apogeo, che determinano anche il periodo orbitale), l'inclinazione (l'angolo tra il piano orbitale e il piano dell'equatore terrestre), la longitudine del nodo ascendente, che stabilisce “in quale direzione” (attorno a quale linea nel piano equatoriale) viene inclinata l'orbita, e l'argomento del perigeo che specifica come l'orbita ellittica viene ruotata nel proprio piano. I disturbi gravitazionali di altri pianeti, la pressione della radiazione solare, la forma non sferica della Terra, il suo campo magnetico e l'atmosfera portano al fatto che le orbite dei satelliti possono cambiare notevolmente nel tempo. Pertanto, durante il funzionamento del satellite, vengono regolarmente eseguite misurazioni della traiettoria e, se necessario, viene corretta la sua orbita.

Costellazione dell'iridio

In orbite relativamente basse si stanno formando sistemi satellitari per comunicazioni commerciali e governative. Tecnicamente, queste traiettorie non possono essere definite convenienti per la comunicazione, poiché i satelliti su di esse sono visibili per la maggior parte del tempo in basso sopra l'orizzonte, il che influisce negativamente sulla qualità della ricezione e, in caso di terreno montuoso, può renderlo impossibile. Pertanto, più bassa è l'orbita, più satelliti dovrebbero esserci nel sistema. Mentre tre satelliti sono sufficienti per il sistema di comunicazione globale nel GSO, nelle orbite di media altitudine (5000-15.000 chilometri) sono necessari da 8 a 12 veicoli spaziali. E per altezze di 500-2000 chilometri sono necessari più di cinquanta satelliti.

Eppure, entro la fine degli anni '80, si erano formati i prerequisiti per l'implementazione di sistemi di comunicazione a bassa orbita. Innanzitutto, i satelliti si stavano avvicinando sempre di più al GSO. I "parcheggi" in questa orbita sono soggetti a registrazione internazionale e i satelliti vicini non dovrebbero operare sulle stesse frequenze radio, in modo da non interferire tra loro. In secondo luogo, i progressi nel campo dell'elettronica radio hanno permesso di creare satelliti economici (e, soprattutto, leggeri) con capacità abbastanza ampie. Un razzo in grado di lanciare un solo grande satellite per comunicazioni nel GSO potrebbe lanciare un intero "fascio" di tali dispositivi in ​​orbita bassa. Terzo, la fine della guerra fredda e il processo di disarmo hanno rilasciato centinaia di missili balistici intercontinentali che potrebbero essere utilizzati a prezzi stracciati per lanciare piccoli satelliti. Ed è proprio in questi anni, infine, che la domanda di comunicazioni mobili ha iniziato a crescere rapidamente, caratterizzata dall'utilizzo di antenne omnidirezionali a bassa potenza che "non finiscono" il GSO. Tutti questi fattori hanno reso più redditizio il lancio anche di un numero molto elevato di satelliti LEO economici rispetto alla creazione di una costellazione di diversi veicoli geostazionari pesanti.

Orbcomm (USA) e Gonets (Russia) sono stati tra i primi sistemi di comunicazione LEO. Non fornivano la trasmissione vocale, ma avevano lo scopo di inviare messaggi di testo e raccogliere informazioni da vari sensori, come quelli meteorologici. Oggi, Orbcomm comprende 29 satelliti del peso di 42 chilogrammi in orbite con un'altitudine di 775 chilometri. Il sistema Gonets originariamente conteneva solo 6 satelliti, il che poteva ritardare la consegna dei messaggi di diverse ore. Ora viene sostituita la terza generazione di satelliti, il numero di dispositivi funzionanti ha raggiunto nove, ma in futuro dovrebbe essere portato a 45 - nove ciascuno in cinque orbite quasi polari (inclinazione 82,5°) ad un'altitudine di 1500 chilometri .

Le orbite polari sono chiamate orbite che passano sopra i poli nord e sud della Terra, cioè si trovano perpendicolari all'equatore. Qualsiasi parte della superficie terrestre cade periodicamente nel campo visivo di un satellite in orbita polare. Se usi più di queste orbite, ruotate di un angolo l'una rispetto all'altra, e per ognuna a intervalli uguali per lanciare diversi satelliti, puoi continuare a sorvegliare l'intera superficie della Terra. Ecco come funziona la rete di telefonia satellitare Iridium. Utilizza orbite polari con un'inclinazione di 86,4° e un'altitudine di 780 chilometri. Inizialmente, ospitavano 77 satelliti, da cui il nome del sistema: iridio - il 77esimo elemento della tavola periodica di Mendeleev. Tuttavia, nove mesi dopo il lancio, nel novembre 1998, Iridium fallì. Il costo della chiamata, che ha raggiunto i sette dollari al minuto, si è rivelato troppo alto per i consumatori, in parte perché il sistema Iridium ha fornito una connettività veramente globale, da polo a polo. Lanciato poco dopo, il sistema GlobalStar, per ragioni di economia, utilizza invece orbite polari con un'inclinazione di 52°, che limita la comunicazione al 70° parallelo (circa alla latitudine di Yamal). Ma 48 satelliti sono sufficienti per il funzionamento (più quattro di riserva) e il costo della comunicazione nello stesso 1999 non era più di due dollari al minuto.

I satelliti Iridium si stavano già preparando a deorbitare e bruciare negli strati densi dell'atmosfera quando l'intero sistema fu acquistato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Fino ad oggi, Iridium rimane l'unico sistema di comunicazione satellitare che fornisce comunicazioni telefoniche continue in tutto il mondo. Ad esempio, dal 2006, attraverso di essa, è stata fornita una connessione Internet permanente per la stazione polare Amundsen-Scott al Polo Sud. La velocità di connessione è di 28,8 kilobit al secondo, come su un vecchio modem telefonico.

Uso dello spazio vicino alla Terra

In prima approssimazione, le orbite dei satelliti si suddividono in bassa (fino a 2000 chilometri dalla Terra), media (al di sotto dell'orbita geostazionaria) e alta. I voli con equipaggio non superano i 600 chilometri, poiché le astronavi non dovrebbero entrare nelle cinture di radiazioni che circondano il nostro pianeta. I protoni energetici della fascia interna delle radiazioni rappresentano un pericolo per la vita degli astronauti. La massima intensità di radiazione viene raggiunta ad un'altitudine di circa 3000 chilometri, che tutti i veicoli spaziali evitano. Una cintura elettronica esterna non è così pericolosa. Il suo massimo si trova da qualche parte tra le zone di navigazione e i satelliti geostazionari. I satelliti che operano in orbite ellittiche molto allungate di solito salgono ancora più in alto. Tali sono, ad esempio, l'osservatorio a raggi X Chandra (USA), che, per evitare interferenze, osserva lontano dalle fasce di radiazione, e il futuro osservatorio russo Radioastron, i cui dati sono tanto più precisi quanto maggiore è la distanza da quelli che lavorano con esso in un paio di radiotelescopi terrestri. Le orbite vicine alla Terra più alte, che possono essere ugualmente considerate circumsolari, si trovano ad un'altitudine di 1,5 milioni di chilometri vicino ai cosiddetti punti di Lagrange.

Insieme al sole

Vicino a quelle polari c'è un'altra importante classe di orbite, dette solari-sincrone (SSO), che hanno sempre un orientamento costante rispetto al Sole. A prima vista, sembra che ciò contraddica le leggi della meccanica celeste, secondo le quali il piano orbitale rimane costante, il che significa che durante il movimento della Terra attorno al Sole, deve girarsi da una parte o dall'altra. Ma se teniamo conto che la Terra ha una forma appiattita, si scopre che il piano orbitale sta vivendo una precessione, cioè gira leggermente da una svolta all'altra. Scegliendo l'altezza e l'inclinazione corrette, è possibile ottenere che la rotazione del piano orbitale corrisponda esattamente all'arco percorso dalla Terra intorno al Sole. Ad esempio, per un'altitudine orbitale di 200 chilometri, l'inclinazione dovrebbe essere leggermente superiore a 96 ° gradi e per 1000 chilometri - già superiore a 99 ° (i numeri superiori a 90 ° corrispondono al movimento orbitale contro la rotazione giornaliera della Terra).

Il valore dell'SSO sta nel fatto che, spostandosi lungo di esso, il satellite sorvola oggetti terrestri sempre alla stessa ora del giorno, importante per condurre le immagini spaziali. Inoltre, a causa della vicinanza dell'MTR alle orbite polari, è possibile monitorare l'intera superficie terrestre da esse, il che è importante per i satelliti meteorologici, cartografici e di ricognizione, che sono collettivamente chiamati satelliti di telerilevamento terrestre (ERS). Una certa scelta dei parametri SSO permette al satellite di non andare mai all'ombra della Terra, restando sempre al sole vicino al confine tra giorno e notte. Allo stesso tempo, il satellite non subisce cali di temperatura e i pannelli solari gli forniscono continuamente energia. Tali orbite sono utili per la mappatura radar della superficie terrestre.

I satelliti di telerilevamento civili, necessari per distinguere tra oggetti dell'ordine di un metro, di solito operano ad altitudini di 500-600 chilometri. Per i satelliti da ricognizione militare con una risoluzione di rilevamento di 10-30 centimetri, tali altezze sono troppo alte. Pertanto, le loro orbite sono spesso scelte in modo che il perigeo si trovi al di sopra del punto di rilevamento. Se c'è più di un "oggetto di attenzione", l'esploratore deve modificare la forma dell'orbita con l'aiuto del motore, talvolta effettuando "tuffi" nell'alta atmosfera, scendendo ad altezze di circa 150 chilometri. La necessità di "avvicinarsi" alla Terra il più vicino possibile ha un notevole svantaggio: la resistenza dell'atmosfera riduce drasticamente la durata della permanenza del satellite nello spazio. Rimani un po 'a bocca aperta e l'atmosfera trascinerà il satellite nel suo abisso, dove inevitabilmente si esaurirà. Per questo motivo, le "spie" a bordo di LEO devono mantenere grandi riserve di carburante per correggere l'orbita e il periodico aumento di quota. Ad esempio, su 18 tonnellate della massa di lancio della ricognizione fotografica americana KH-11, il carburante rappresenta circa il 40%. Pertanto, l'orbita scelta può influenzare direttamente il design e talvolta l'aspetto del veicolo.

Questa dipendenza si è manifestata particolarmente chiaramente nella progettazione dell'apparato scientifico europeo GOCE, recentemente lanciato dal cosmodromo russo di Plesetsk. Ha una forma insolita, a differenza dei contorni angolari della maggior parte dei satelliti moderni, e evoca persino associazioni con un aereo ad alta velocità. Il fatto è che per un satellite che studia il campo gravitazionale terrestre è stato scelto un MTR basso con un'altezza di 240-250 chilometri. È ottimale dal punto di vista della precisione della misurazione, ma per resistere all'effetto frenante dell'atmosfera, il satellite è stato sagomato con una sezione trasversale minima. Inoltre, nella parte posteriore del dispositivo sono installati motori a razzo elettrici ionici per la correzione della traiettoria.

L'orbita di Clark

Probabilmente i primi a parlare della possibilità di satelliti geostazionari furono Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky e Herman Potochnik, un teorico della cosmonautica sloveno, meglio conosciuto come Herman Noordung. Tuttavia, l'idea di usarli per la comunicazione si è diffusa su suggerimento del famoso scienziato e scrittore di fantascienza britannico Arthur Clarke. Nel 1945 pubblicò un articolo di divulgazione scientifica su Wireless World che descriveva i satelliti per comunicazioni nell'orbita geostazionaria (GEO), ora spesso chiamata "Clarke Orbit".

Visione globale

Ma non tutti i satelliti di telerilevamento richiedono un'alta risoluzione. A che serve poter rilevare un oggetto delle dimensioni di 30 centimetri, se il compito dell'apparato è tracciare i movimenti regionali o globali delle masse d'aria e i regimi termici di vaste regioni. Per la sua attuazione, l'ampiezza della copertura è molto più importante. Per il monitoraggio meteorologico globale, i satelliti sono generalmente posizionati in GSO o MTR alto, e per il monitoraggio regionale, in un'orbita relativamente bassa (500-1000 chilometri) con un'inclinazione che consente il rilevamento regolare dell'area selezionata. Ad esempio, un promettente satellite russo

Meteor-M dovrebbe monitorare la situazione idrometeorologica su scala globale con un MTR di 830 chilometri di altezza. E per il dispositivo "Electro-L" è stato scelto il GSO, poiché il suo scopo principale sarà quello di rilevare l'intero disco della Terra nelle gamme del visibile e dell'infrarosso. Inoltre, GSO in questo caso è ottimale per ottenere informazioni sui processi atmosferici globali che si verificano nella zona equatoriale.

Proprio perché dal GSO è possibile rilevare una parte significativa della superficie terrestre, essa è “popolata” non solo da apparati di comunicazione e satelliti meteorologici, ma anche da sistemi di allerta per attacchi missilistici. Il loro compito principale è rilevare i lanci di missili balistici, per i quali l'attrezzatura include un telescopio a infrarossi in grado di rilevare la torcia di un motore in funzione. Le carenze del GSO in questo caso non giocano un ruolo - dopotutto, il satellite non ha bisogno di trasmettere informazioni al Polo Nord o Sud, ma un terzo della superficie terrestre è in piena vista.

La scelta dei parametri orbitali per i satelliti dei sistemi di navigazione globale GPS e GLONASS si è rivelata molto difficile. Sebbene l'idea stessa (usare il ritardo del segnale per misurare la distanza dai satelliti con coordinate ben note) fosse ovvia, la sua implementazione ha richiesto decenni. In URSS, la ricerca in questa direzione iniziò già nel 1958. Cinque anni dopo, sono iniziati i lavori sul primo sistema di navigazione satellitare "Tsikada", che è stato commissionato solo 16 anni dopo. I suoi quattro satelliti di navigazione operavano in orbite circolari basse con un'altitudine di 1000 chilometri e un'inclinazione di 83°. I loro piani orbitali erano distribuiti uniformemente lungo l'equatore. Circa una volta ogni un'ora e mezza o due, un consumatore potrebbe entrare in contatto radio con uno dei satelliti Cicada e, dopo 5-6 minuti di comunicazione, determinarne la latitudine e la longitudine. Naturalmente, ai clienti militari della navigazione satellitare non piaceva questa modalità di funzionamento. Avevano bisogno in un momento arbitrario e in qualsiasi punto della Terra per determinare tre coordinate spaziali, un vettore di velocità e un tempo esatto. Per fare ciò, è necessario ricevere contemporaneamente segnali da almeno quattro satelliti. In orbite basse, ciò richiederebbe il posizionamento di centinaia di veicoli spaziali, il che sarebbe non solo follemente costoso, ma anche semplicemente impraticabile. Il fatto è che la vita utile dei satelliti sovietici non superava uno o due anni (e più spesso diversi mesi) e risulterebbe che l'intera industria spaziale e missilistica lavorerebbe esclusivamente alla produzione e al lancio di satelliti di navigazione. Inoltre, i satelliti LEO subiscono disturbi significativi dovuti all'influenza dell'atmosfera terrestre, che influisce sull'accuratezza delle coordinate determinate da essi.

Gli studi hanno dimostrato che i parametri necessari del sistema di navigazione vengono forniti quando i satelliti vengono posizionati su traiettorie circolari con un'altezza di 19.000-20.000 chilometri (per GLONASS è stata selezionata un'altitudine di 19.100 chilometri) con un'inclinazione di circa 64 °. L'influenza dell'atmosfera qui è già insignificante e le perturbazioni gravitazionali della Luna e del Sole non portano ancora a rapidi cambiamenti nell'orbita.

Cimitero dei compagni

Negli ultimi 20 anni, sempre più paesi hanno acquisito i propri satelliti per telecomunicazioni, meteorologici e militari in orbita geostazionaria. Di conseguenza, il GSO è diventato angusto. La distanza media tra i satelliti è di circa 500 chilometri e, in alcuni punti, i veicoli pesanti "appendono" a poche decine di chilometri l'uno dall'altro. Ciò può interferire con le comunicazioni e persino portare a collisioni. È troppo costoso riportare i satelliti dall'orbita alta sulla Terra. Pertanto, al fine di eliminare il GSO, è stato deciso che dopo il completamento dell'operazione attiva, dovrebbero essere trasferiti nell'"orbita di smaltimento" situata 200-300 chilometri più in alto sui resti di carburante. Questo "cimitero satellitare" è ancora molto più libero dell'orbita di lavoro.

In teoria, a una tale altitudine, 18 satelliti su tre piani orbitali sono sufficienti per vedere contemporaneamente almeno quattro veicoli da qualsiasi punto della Terra. Ma in effetti, per migliorare la precisione nella determinazione della posizione del veicolo spaziale stesso, la costellazione GLONASS dovrà essere ampliata a 24 satelliti operativi e, tenendo conto della riserva, è necessario disporre di 27-30 satelliti nel sistema. Altri sistemi di navigazione, come GPS (USA), Galileo (Europa) e Beidou (Cina), si basano all'incirca sugli stessi principi. Le loro costellazioni di satelliti si trovano in orbite circolari con un'altitudine di 20.000-23.500 chilometri con un'inclinazione di 55-56 °.

Tracce pilota

Le orbite dei veicoli con equipaggio sono appositamente selezionate. Pertanto, durante la costruzione della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), sono stati presi in considerazione la comodità di lanciare nuovi moduli e veicoli spaziali, la sicurezza dell'equipaggio e il consumo di carburante per mantenere l'altitudine. Di conseguenza, la stazione è stata lanciata in un'orbita con un'altitudine di circa 400 chilometri. Questo è leggermente al di sotto del confine della cintura di radiazione terrestre, in cui le particelle cariche del vento solare si accumulano sotto l'influenza del campo magnetico del nostro pianeta. Una permanenza prolungata all'interno della cintura di radiazioni esporrebbe l'equipaggio a radiazioni pericolose o richiederebbe potenti mezzi di protezione dalle radiazioni della stazione orbitale. È anche impossibile abbassare significativamente l'orbita, altrimenti, a causa della notevole resistenza aerodinamica, la stazione verrà decelerata e sarà necessario molto carburante per mantenere la sua altezza. L'inclinazione del piano orbitale (51,6 °) è determinata dalle condizioni dei lanci da Baikonur, il cosmodromo più settentrionale da cui vengono effettuati voli con equipaggio.

Considerazioni simili hanno dettato la scelta dell'orbita per il telescopio spaziale Hubble, poiché fin dall'inizio si presumeva che gli astronauti lo visitassero periodicamente. Pertanto, l'inclinazione orbitale di 28,5° è stata scelta in base alla latitudine del cosmodromo americano di Canaveral. Di conseguenza, le orbite della ISS e del telescopio si trovano ad un angolo significativo l'una rispetto all'altra e la navetta spaziale non può visitarle in un volo, perché cambiare il piano orbitale è una delle manovre più "costose", la navetta semplicemente non ha abbastanza carburante per questo. Per questo motivo, il lavoro del telescopio spaziale è quasi terminato prematuramente. All'indomani del disastro della navetta Columbia nel 2003, è stato deciso che gli astronauti avrebbero dovuto rifugiarsi sulla ISS se fossero stati scoperti gravi danni al veicolo spaziale in volo. Il volo per il telescopio Hubble ha escluso tale possibilità ed è stato quasi cancellato. Di conseguenza, è stato ancora approvato e, dopo un importante ammodernamento nel 2009, l'Hubble, che era sull'orlo del fallimento, potrà funzionare per altri cinque anni, fino a quando non verrà sostituito da un nuovo telescopio intitolato a James Webb . È vero, non sarà più lanciato nell'orbita vicina alla Terra, ma molto più lontano - fino al punto di Lagrange a un'altitudine di 1,5 milioni di chilometri, dove il periodo orbitale è esattamente uguale a un anno, e il telescopio si nasconderà costantemente dal Sole dietro la Terra. Non ci sono ancora voli con equipaggio lì.

Abbiamo descritto un certo numero di orbite diverse, ma la loro diversità non è affatto limitata a questo. Per qualsiasi tipo di orbita, esistono varianti progettate per esaltarne le proprietà positive e indebolire quelle negative. Ad esempio, alcuni satelliti si avvicinano a un'orbita geostazionaria con un'inclinazione fino a 10°. Ciò consente loro di "guardare" periodicamente ad alte latitudini, ma le antenne terrestri devono essere in grado di inclinarsi su e giù per tracciare le vibrazioni dei satelliti. Vari percorsi di transizione che collegano le due orbite giocano un ruolo importante. Con la proliferazione di propulsori ionici a bassa spinta nello spazio vicino alla Terra, iniziarono ad essere utilizzati complessi percorsi a spirale. La scelta della traiettoria della navicella viene effettuata dalla balistica. Esiste persino il termine "progettazione balistica", che indica lo sviluppo congiunto della traiettoria di volo ottimale del veicolo, il suo aspetto e i parametri di progettazione di base. In altre parole, l'orbita si sviluppa insieme al satellite e al razzo che la lancerà.

anno 2007

Idea principale

Questo sito è dedicato ai problemi di sorveglianza satelliti della terra artificiale(Ulteriore Satelliti ). Dall'inizio dell'era spaziale (4 ottobre 1957, è stato lanciato il primo satellite, Sputnik-1), l'umanità ha creato un numero enorme di satelliti che circondano la Terra in tutti i tipi di orbita. Oggi il numero di tali oggetti artificiali supera le decine di migliaia. Fondamentalmente si tratta di "detriti spaziali" - frammenti di satelliti, stadi di razzi esauriti, ecc. Solo una piccola parte di loro gestisce satelliti.
Tra questi ci sono i satelliti meteorologici e di ricerca, i satelliti per le comunicazioni e le telecomunicazioni e i satelliti militari. Lo spazio intorno alla Terra è "popolato" da loro da altezze di 200-300 km e fino a 40.000 km. Solo alcuni di essi sono accessibili per l'osservazione utilizzando ottiche poco costose (binocoli, telescopi, telescopi amatoriali).

Durante la creazione di questo sito, gli autori si sono posti l'obiettivo di raccogliere insieme informazioni sui metodi di osservazione e ripresa dei satelliti, mostrare come calcolare le condizioni per il loro volo su un determinato terreno, descrivere gli aspetti pratici del problema dell'osservazione e tiro. Il sito contiene principalmente materiale dell'autore ottenuto nel corso delle osservazioni dei partecipanti alla sezione "Cosmonautica" del club astronomico "hν" presso il Planetario di Minsk (Minsk, Bielorussia).

Eppure, rispondendo alla domanda principale - "Perché?", Bisogna dire quanto segue. Tra tutti i tipi di hobby a cui una persona è affezionata, c'è l'astronomia e l'astronautica. Migliaia di appassionati di astronomia osservano pianeti, nebulose, galassie, stelle variabili, meteore e altri oggetti astronomici, li fotografano, tengono le loro conferenze e "master class". Per che cosa? È solo un hobby, uno dei tanti. Un modo per allontanarsi dai problemi quotidiani. Anche quando i dilettanti svolgono un lavoro di importanza scientifica, rimangono dei dilettanti che lo fanno per il proprio piacere. L'astronomia e la cosmonautica sono hobby molto "tecnologici", dove puoi applicare le tue conoscenze di ottica, elettronica, fisica e altre scienze naturali. Oppure potresti non usarlo e goderti il ​​piacere della contemplazione. Con i satelliti le cose sono simili. È particolarmente interessante tenere traccia di quei satelliti, le cui informazioni non sono diffuse in fonti aperte: si tratta di satelliti di intelligence militare di diversi paesi. In ogni caso, l'osservazione dei satelliti è una caccia. Spesso possiamo indicare in anticipo dove e quando apparirà il satellite, ma non sempre. E come si "comporterà" è ancora più difficile da prevedere.

I metodi descritti sono stati creati sulla base di osservazioni e ricerche, a cui hanno preso parte membri del club di astronomia hν del Planetario di Minsk (Bielorussia):

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

Anche i membri del club "hν" degli amanti dell'astronomia hanno aiutato molto. Lebedeva Tatiana, Povalishev Vladimir e Alexey Tkachenko... Ringraziamenti speciali Alessandro Lapshin(Russia), profi-s (Ucraina), Daniil Shestakov (Russia) e Anatoly Grigoriev (Russia) per il loro aiuto nella creazione della clausola II §1 "AES Photometry", capitolo 2 e capitolo 5, e Elena (Tau, Russia) anche per consultare e scrivere diversi programmi di calcolo. Gli autori ringraziano anche Mikhail Abgaryan (Bielorussia), Yuri Goryachko (Bielorussia), Anatoly Grigorieva (Russia), Leonida Elenina (Russia), Viktor Zhuk (Bielorussia), Igor Molotov (Russia), Konstantin Morozov (Bielorussia), Sergey Plaks (Ucraina), Ivan Prokopyuk (Bielorussia) per le illustrazioni fornite per alcune sezioni del sito.

Alcuni dei materiali sono stati ricevuti durante l'esecuzione dell'ordine dell'impresa unitaria "Sistemi di informazione geografica" dell'Accademia nazionale delle scienze della Bielorussia. La presentazione dei materiali viene effettuata su base non commerciale al fine di divulgare il programma spaziale bielorusso tra bambini e giovani.

Vitaly Mechinsky, curatore della sezione "Cosmonautica" dell'astroclub "hν".

Novità del sito:

• 09/01/2013: Il comma 2 è stato notevolmente aggiornato "Fotometria AES per volo" p.II §1 - ​​Aggiunte informazioni su due metodi di fotometria delle tracce satellitari (metodo del profilo fotometrico di una traccia e metodo della fotometria isofotica).
• 09/01/2013: Aggiornata la sottoclausola II §1 - ​​aggiunte informazioni su come lavorare con il programma Highecl per il calcolo delle probabili razzi dal GSS.
• 30/01/2013: Aggiornato "Capitolo 3"- aggiunte informazioni sull'utilizzo del programma "MagVision" per il calcolo dell'incidenza della penetrazione dell'illuminazione del Sole e della Luna.
• 22/01/2013: Aggiornato il capitolo 2. Aggiunta l'animazione del movimento dei satelliti nel cielo in un minuto.
• 19/01/2013: Sottoparagrafo aggiornato "Osservazioni visive dei satelliti" p.1 "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni sui dispositivi di riscaldamento per l'elettronica e l'ottica per la protezione da rugiada, gelo e raffreddamento eccessivo.
• 19/01/2013: Aggiunto in "Capitolo 3" informazioni sulla caduta di penetrazione durante l'esposizione dalla luna e dal crepuscolo.
• 01/09/2013: Aggiunto comma "Bagliori dal satellite lidar" CALIPSO " della sottovoce "Bagliori fotografici", clausola II "Fotometria AES" §1 del capitolo 5. Vengono descritte le informazioni sulle caratteristiche dell'osservazione dei brillamenti dal lidar laser del satellite "CALIPSO" e il processo di preparazione per essi.
• 11/05/2012: Aggiornata la parte introduttiva del §2 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni sulle apparecchiature minime richieste per la radiosorveglianza dei satelliti, e mostra anche uno schema dell'indicatore LED del livello del segnale, che viene utilizzato per impostare il livello del segnale audio in ingresso che è sicuro per il registratore.
• 04/11/2012: Sottoparagrafo aggiornato "Osservazioni visive dei satelliti" p.1 "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del capitolo 5. Aggiunte informazioni sull'atlante stellare di Brno, nonché sulla pellicola rossa sugli schermi LCD dei dispositivi elettronici utilizzati nelle osservazioni.
• 14/04/2012: Aggiornata la sottovoce della sottovoce "Riprese foto/video dei satelliti", voce 1 "Determinazione delle orbite AES" §1 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni su come lavorare con il "SatIR" programma per identificare i satelliti nelle fotografie con un ampio campo visivo, oltre a determinare le estremità delle coordinate delle tracce satellitari su di essi.
• 13/04/2012: Sottoparagrafo aggiornato "Astrometria AES nelle immagini ottenute: foto e video" sottovoce "Riprese foto/video dei satelliti" voce 1 "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del capitolo 5. Aggiunte informazioni sull'utilizzo del programma "AstroTortilla" per determinare le coordinate del centro del campo visivo delle immagini di il cielo stellato.
• 20/03/2012: Aggiornata la sottoclausola 2 "Classificazione delle orbite AES in base al semiasse maggiore" §1 del Capitolo 2. Aggiunte informazioni sull'entità della deriva del GSS e sui disturbi orbitali.
• 03/02/2012: Aggiunto comma "Osservare e filmare a distanza i lanci di missili" sottovoce "Riprese foto / video di satelliti" p. I "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del capitolo 5. Vengono descritte le informazioni sulle caratteristiche di osservazione del volo dei veicoli di lancio nella fase di lancio.
• "Conversione dell'astrometria in formato IOD" sottovoce "Ripresa fotografica / video di satelliti" voce I "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del capitolo 5. Aggiunta una descrizione del lavoro con il programma "ObsEntry for Window" per convertire l'astrometria dei satelliti in formato IOD - un analogo del programma "OBSENTRY", ma per OS Windows.
• 25/02/2012: Sottoparagrafo aggiornato "Orbite eliosincrone" p.1 "Classificazione delle orbite dei satelliti per inclinazione" §1 del Capitolo 2. Aggiunte informazioni sul calcolo del valore dell'inclinazione i ss dell'orbita solare-sincrona del satellite, in funzione dell'eccentricità e del semiasse maggiore dell'orbita.
• 21/09/2011: Aggiornata la sottoclausola 2 "Fotometria AES per un volo" Clausola II "Fotometria AES" §1 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni sull'effetto sinodico, che distorce la determinazione del periodo di rotazione del satellite.
• 14/09/2011: Sottoparagrafo aggiornato "Calcolo degli elementi orbitali (kepleriani) dell'orbita del satellite sulla base di dati astrometrici. Un flyby" sottovoce "Ripresa fotografica/video dei satelliti", voce I "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni sul programma "SatID" per l'identificazione di un satellite (utilizzando TLE ricevuti) tra i satelliti di una terza parte TLE database, e descrive anche il metodo per identificare un satellite nel programma Heavensat basato sul volo visto vicino alla stella di riferimento.
• 09/12/2011: Aggiornata la sottovoce "Calcolo degli elementi orbitali (kepleriani) dell'orbita del satellite in base ai dati astrometrici. Diversi voli della" sottovoce "Riprese foto/video del satellite" voce I "Determinazione delle orbite del satellite" §1 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni sul programma di ricalcolo TLE -elementi per la data desiderata.
• 09/12/2011: Aggiunto comma "Ingresso satellitare nell'atmosfera terrestre" della sottovoce "Riprese foto/video dei satelliti", punto I "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del capitolo 5. Informazioni sull'utilizzo del programma "SatEvo" per prevedere la data di ingresso dei satelliti nel denso vengono descritti gli strati dell'atmosfera terrestre.
• "Bagliori da satelliti geostazionari" sottoparagrafo "Brazzi fotografici", clausola II "Fotometria AES" §1 del capitolo 5. Aggiunte informazioni sul periodo di visibilità dei razzi GSS.
• 09/08/2011: Sottoparagrafo aggiornato "Cambiamento della luminosità del satellite durante il volo" Sottoclausola 2 "Fotometria AES su una campata" Paragrafo II "Fotometria AES" §1 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni sulla forma della funzione di fase per alcuni esempi di superfici riflettenti.
• comma 1 "Osservazione dei brillamenti di satelliti", punto II "Fotometria dei satelliti" §1 del Capitolo 5. Aggiunte informazioni sull'irregolarità della scala temporale lungo l'immagine della traccia dei satelliti sulla matrice del fotorivelatore.
• 09/07/2011: Sottoparagrafo aggiornato "Fotometria AES per volo" p.II "Fotometria AES" §1 del Capitolo 5. Aggiunto un esempio di curva di luce complessa del satellite "NanoSail-D" (SCN: 37361) e modellazione della sua rotazione.
• "Bagliori dai satelliti LEO" Sottoparagrafo 1 "Osservazione di razzi AES", Sezione II "Fotometria AES" §1 del Capitolo 5. Aggiunta una fotografia e un profilo fotometrico di un bagliore da LEO AES "METEOR 1-29".
• 09/06/2011: Sottoparagrafo aggiornato "Orbite satellitari geostazionarie e geosincrone"§1 del Capitolo 2. Aggiunte informazioni sulla classificazione dei satelliti geostazionari, informazioni sulla forma delle traiettorie GSS.
• 09/06/2011: Sottoparagrafo aggiornato "Rilievo di volo AES: apparecchiature di rilevamento. Elementi ottici" sottovoce "Riprese foto/video dei satelliti" p. I "Determinazione delle orbite dei satelliti" §1 del capitolo 5. Aggiunti collegamenti a recensioni di obiettivi domestici applicati all'imaging dei satelliti.
• 09/06/2011: Sottoparagrafo aggiornato "Angolo di fase" p.II "Fotometria AES" §1 del Capitolo 5. Aggiunta l'animazione del cambio di fase del satellite in funzione dell'angolo di fase.
• 13.07.2011: Completata la compilazione di tutti i capitoli e sezioni del sito.
• 07/09/2011: Completata la stesura dell'introduzione alla clausola II "Fotometria AES"§1 del capitolo 5.
• 07/05/2011: Completata la stesura dell'introduzione al §2 "Satelliti di radiosorveglianza" Capitoli 5.
• 07/04/2011: Sottoparagrafo aggiornato "Elaborazione osservazioni" p. I "Ricezione della telemetria satellitare" §2 del capitolo 5.
• 07/04/2011: Finito di scrivere p. II "Ottenimento di immagini di nuvolosità"§2 Capitolo 5.
• 07/02/2011: Finito di scrivere p.I "Ricezione telemetria satellitare"§2 Capitolo 5.
• 07/01/2011: Completata la stesura del comma "Riprese foto/video dei satelliti" Clausola I §1 del Capitolo 5.
• 25/06/2011: Finito di scrivere Applicazioni.
• 25/06/2011: La stesura dell'introduzione al Capitolo 5 è terminata: "Cosa e come osservare?"
• 25/06/2011: La stesura dell'introduzione al §1 è terminata "Osservazioni ottiche" Capitoli 5.
• 25/06/2011: La stesura dell'introduzione alla clausola I è terminata "Determinazione delle orbite dei satelliti"§1 del capitolo 5.
• 25/06/2011: Il capitolo 4 ha finito di scrivere: "A proposito del tempo".
• 25/01/2011: Il capitolo 2 ha finito di scrivere: "Che tipo di orbite e satelliti ci sono?".
• 01/07/2011: Il capitolo 3 è terminato scrivendo: "Prepararsi per le osservazioni".
• 01/07/2011: La stesura del Capitolo 1 è terminata: "Come si stanno muovendo i satelliti?"

Proprio come i sedili del teatro offrono prospettive diverse su uno spettacolo, orbite di satelliti diverse forniscono prospettive, ognuna con uno scopo diverso. Alcuni sembrano sospesi su un punto sulla superficie, forniscono una visione costante di un lato della Terra, mentre altri girano intorno al nostro pianeta, spazzando via molti luoghi in un giorno.

Tipi di orbita

A che altitudine volano i satelliti? Esistono 3 tipi di orbite vicine alla Terra: alta, media e bassa. In alto, più lontano dalla superficie, di regola, ci sono molti satelliti meteorologici e alcuni satelliti per le comunicazioni. I satelliti che ruotano nell'orbita terrestre media includono la navigazione e quelli speciali progettati per monitorare una regione specifica. La maggior parte dei veicoli spaziali scientifici, inclusa la flotta del sistema di osservazione della Terra della NASA, sono in orbita bassa.

La velocità di volo dei satelliti dipende dalla velocità del loro movimento. Man mano che ti avvicini alla Terra, la gravità diventa più forte e il movimento accelera. Ad esempio, il satellite Aqua della NASA impiega circa 99 minuti per volare intorno al nostro pianeta ad un'altitudine di circa 705 km, mentre un apparato meteorologico situato a 35 786 km dalla superficie impiega 23 ore, 56 minuti e 4 secondi. A una distanza di 384.403 km dal centro della Terra, la Luna compie una rivoluzione in 28 giorni.

Paradosso aerodinamico

Cambiando l'altitudine di un satellite cambia anche la sua velocità orbitale. C'è un paradosso qui. Se l'operatore satellitare vuole aumentare la sua velocità, non può semplicemente avviare i propulsori per accelerare. Ciò aumenterà l'orbita (e l'altitudine), con conseguente diminuzione della velocità. Invece, i motori dovrebbero essere avviati nella direzione opposta alla direzione del movimento del satellite, cioè per eseguire un'azione che sulla Terra rallenterebbe un veicolo in movimento. In questo modo lo sposterai più in basso, il che aumenterà la velocità.

Caratteristiche dell'orbita

Oltre all'altitudine, il percorso del satellite è caratterizzato da eccentricità e inclinazione. Il primo riguarda la forma dell'orbita. Un satellite con una bassa eccentricità si muove lungo una traiettoria prossima ad una circolare. L'orbita eccentrica è ellittica. La distanza dal veicolo spaziale alla Terra dipende dalla sua posizione.

L'inclinazione è l'angolo dell'orbita rispetto all'equatore. Un satellite che orbita direttamente sopra l'equatore ha inclinazione zero. Se la navicella passa sopra i poli nord e sud (geografico, non magnetico), la sua inclinazione è di 90 °.

Insieme - altezza, eccentricità e inclinazione - determinano il movimento del satellite e come apparirà la Terra dalla sua prospettiva.

Alto vicino alla terra

Quando il satellite raggiunge esattamente 42164 km dal centro della Terra (circa 36 mila km dalla superficie), entra nella zona in cui la sua orbita corrisponde alla rotazione del nostro pianeta. Poiché la navicella si muove alla stessa velocità della Terra, cioè il suo periodo orbitale è di 24 ore, sembra che rimanga sul posto al di sopra di una singola longitudine, sebbene possa spostarsi da nord a sud. Questa speciale orbita alta è chiamata geosincrona.

Il satellite si muove su un'orbita circolare direttamente sopra l'equatore (eccentricità e inclinazione sono uguali a zero) ed è fermo rispetto alla Terra. Si trova sempre sullo stesso punto sulla sua superficie.

L'orbita Molniya (inclinazione 63,4 °) viene utilizzata per l'osservazione ad alte latitudini. I satelliti geostazionari sono ancorati all'equatore, quindi non sono adatti per lontane regioni settentrionali o meridionali. Questa orbita è piuttosto eccentrica: l'astronave si muove in un'ellisse allungata con la Terra situata vicino a un bordo. Poiché il satellite è accelerato dalla gravità, si muove molto rapidamente quando è vicino al nostro pianeta. Quando si allontana, la sua velocità rallenta, quindi trascorre più tempo nella parte superiore dell'orbita nel bordo più lontano dalla Terra, la cui distanza può raggiungere i 40 mila km. Il periodo orbitale è di 12 ore, ma il satellite trascorre circa i due terzi di questo tempo su un emisfero. Come un'orbita semisincrona, il satellite segue lo stesso percorso ogni 24 ore e viene utilizzato per le comunicazioni nell'estremo nord o sud.

Terra bassa

La maggior parte dei satelliti scientifici, molte stazioni meteorologiche e spaziali si trovano in un'orbita terrestre bassa quasi circolare. La loro pendenza dipende da ciò che stanno monitorando. TRMM è stato lanciato per monitorare le precipitazioni ai tropici, quindi ha un'inclinazione relativamente bassa (35°) pur rimanendo vicino all'equatore.

Molti dei satelliti di osservazione della NASA hanno orbite quasi polari e molto inclinate. La navicella si muove intorno alla Terra da un polo all'altro con un periodo di 99 minuti. La metà del tempo passa sul lato diurno del nostro pianeta e al polo passa sul lato notturno.

Mentre il satellite si muove, la Terra ruota sotto di esso. Quando l'astronave entra nell'area illuminata, si trova al di sopra dell'area adiacente alla zona della sua ultima orbita. In un periodo di 24 ore, i satelliti polari coprono la maggior parte della Terra due volte: una di giorno e una di notte.

Orbita eliosincrona

Proprio come i satelliti geosincroni devono essere al di sopra dell'equatore, il che consente loro di rimanere al di sopra di un punto, i satelliti in orbita polare hanno la capacità di rimanere contemporaneamente. La loro orbita è eliosincrona: quando la navicella attraversa l'equatore, l'ora solare locale è sempre la stessa. Ad esempio, il satellite Terra lo attraversa sul Brasile sempre alle 10:30. La successiva traversata dopo 99 minuti sull'Ecuador o la Colombia avviene anche alle 10:30 ora locale.

Un'orbita eliosincrona è essenziale per la scienza, poiché consente alla luce solare di essere immagazzinata sulla superficie terrestre, anche se cambierà con la stagione. Questa coerenza significa che gli scienziati possono confrontare le immagini del nostro pianeta nello stesso periodo dell'anno per diversi anni senza preoccuparsi di salti troppo grandi nell'illuminazione che potrebbero creare l'illusione del cambiamento. Senza un'orbita eliosincrona, sarebbe difficile seguirli nel tempo e raccogliere le informazioni necessarie per studiare i cambiamenti climatici.

Il percorso del satellite qui è molto limitato. Se si trova a un'altitudine di 100 km, l'orbita dovrebbe avere un'inclinazione di 96°. Qualsiasi deviazione sarà inaccettabile. Poiché la resistenza atmosferica e l'attrazione gravitazionale del Sole e della Luna alterano l'orbita del velivolo, è necessario regolarla regolarmente.

In orbita: lancio

Il lancio di un satellite richiede energia, la cui quantità dipende dalla posizione del sito di lancio, dall'altitudine e dalla pendenza della sua traiettoria futura. Ci vuole più energia per raggiungere un'orbita lontana. I satelliti con un'inclinazione significativa (ad esempio quelli polari) consumano più energia di quelli che ruotano sopra l'equatore. Il lancio in orbita con bassa inclinazione è assistito dalla rotazione della Terra. si muove con un angolo di 51,6397 °. Ciò è necessario per facilitare il raggiungimento di navette spaziali e razzi russi. Altitudine della ISS - 337-430 km. I satelliti polari, invece, non ricevono assistenza dall'impulso terrestre, quindi hanno bisogno di più energia per percorrere la stessa distanza.

Regolazione

Dopo aver lanciato un satellite, è necessario impegnarsi per mantenerlo in un'orbita specifica. Poiché la Terra non è una sfera perfetta, la sua gravità è più forte in alcuni punti. Questa irregolarità, insieme all'attrazione del Sole, della Luna e di Giove (il pianeta più massiccio del sistema solare), altera l'inclinazione dell'orbita. Nel corso della sua vita, i satelliti GOES sono stati corretti tre o quattro volte. I LEO della NASA devono regolare la loro inclinazione ogni anno.

Inoltre, i satelliti della Terra sono influenzati dall'atmosfera. Gli strati più alti, sebbene abbastanza sottili, offrono una resistenza abbastanza forte da avvicinarli alla Terra. L'azione della gravità fa accelerare i satelliti. Nel tempo, bruciano, scendendo a spirale sempre più velocemente nell'atmosfera o cadono sulla Terra.

La resistenza atmosferica è più forte quando il Sole è attivo. Proprio come l'aria in una mongolfiera si espande e sale quando si riscalda, l'atmosfera sale e si espande quando il sole le fornisce energia extra. Gli strati più sottili dell'atmosfera si alzano e quelli più densi prendono il loro posto. Pertanto, i satelliti nell'orbita terrestre devono cambiare posizione circa quattro volte l'anno per compensare la resistenza atmosferica. Quando l'attività solare è al massimo, la posizione dell'apparato deve essere corretta ogni 2-3 settimane.

Detriti spaziali

La terza ragione che costringe al cambiamento di orbita sono i detriti spaziali. Uno dei satelliti di comunicazione Iridium si è scontrato con un veicolo spaziale russo non funzionante. Si sono frantumati, formando una nuvola di detriti di oltre 2.500 pezzi. Ogni elemento è stato aggiunto al database, che oggi conta oltre 18.000 oggetti creati dall'uomo.

La NASA monitora attentamente tutto ciò che potrebbe trovarsi sulla traiettoria dei satelliti, poiché i detriti spaziali hanno già dovuto cambiare orbita più volte a causa dei detriti spaziali.

Gli ingegneri tracciano la posizione dei detriti spaziali e dei satelliti che potrebbero ostacolare il movimento e pianificano attentamente le manovre evasive secondo necessità. La stessa squadra pianifica ed esegue manovre per regolare l'inclinazione e l'altitudine del satellite.

"Il satellite è stato lanciato in orbita geostazionaria"... quante volte abbiamo sentito questa frase al telegiornale! Cosa dovrebbe essere inteso con questo - dove si trova, più precisamente - dove ruota un tale satellite?

Tanto per cominciare, il satellite, qualunque esso sia, deve restare in contatto con la Terra (altrimenti non c'è bisogno di lanciarlo). Ma il satellite si muove rispetto alla Terra, ruotando intorno ad esso, e l'antenna, che deve essere sintonizzata su di esso, è stazionaria rispetto alla Terra... come risolvere questa contraddizione? È molto semplice: il satellite deve diventare stazionario rispetto al punto in cui si trova l'antenna... come è possibile?

Quando diciamo che un certo oggetto rimane immobile rispetto a un altro oggetto che si muove in questo momento, in realtà intendiamo che gli oggetti menzionati si muovono con la stessa velocità rispetto a un terzo oggetto. Qui sei immobile rispetto all'auto, ma se consideri separatamente il tuo movimento e il movimento dell'auto rispetto alla strada, risulta che ti muovi alla stessa velocità. Non importa se sei in macchina o no: se la sorvolassi in aria alla stessa velocità di un'auto (immaginiamo per un attimo una situazione così fantastica), saresti immobile anche rispetto al macchina.

Pertanto, affinché un satellite sia stazionario rispetto a un'antenna sulla Terra, deve ruotare attorno al nostro pianeta alla stessa velocità con cui ruota attorno al suo asse. Questo è esattamente ciò che accade nell'orbita geostazionaria! La sua posizione in orbita è chiamata "punto in piedi", perché dal punto di vista di un osservatore sulla Terra, un tale satellite non "vola", ma "è sospeso" immobile nel cielo.

In orbita geostazionaria, il satellite, da un lato, non si avvicina alla Terra, dall'altro, non si allontana da essa. Perché ciò sia possibile, la forza centrifuga, "portando" il satellite lontano dalla Terra, deve bilanciare la forza di gravità, "tirandolo" verso il pianeta. Ciò diventa possibile quando il satellite ruota in un'orbita lungo l'equatore e l'altezza dell'orbita sopra la superficie terrestre è di 35.786 chilometri.

Tuttavia, mantenere un satellite in orbita geostazionaria non è così facile: non è solo la gravità terrestre a influenzarlo: anche la gravità della Luna e del Sole non andrà da nessuna parte, il campo gravitazionale terrestre non è completamente uniforme e il nostro equatore non è perfettamente rotondo. A causa di tutte queste circostanze, il cosiddetto. I "potenziali buchi orbitali geostazionari" sono punti sopra l'equatore a 75,3 e 165,3 gradi est e 14,7 e 104,7 gradi ovest, in corrispondenza dei quali il satellite viene spostato dalla sua orbita originale. In generale l'orbita devia di 0,85 gradi all'anno e dopo 26 anni e mezzo è già inclinata di 15 gradi rispetto al piano equatoriale! Per superare tali disturbi, il satellite è dotato di un sistema di propulsione, per il quale devono essere caricati centinaia di chilogrammi di carburante - ed è la sua riserva che limita la vita utile del satellite (ad esempio, i moderni satelliti televisivi funzionano da 12 a 15 anni ).

Nonostante tutti i suoi vantaggi, l'orbita geostazionaria non è sempre applicabile: è collegata all'equatore, quindi, più lontano dall'equatore, più difficile è "ottenere" un tale satellite - ad esempio, non è più possibile fornire comunicazioni nell'estremo nord con l'aiuto di un tale satellite. Inoltre, il segnale può indebolirsi e persino scomparire quando il sole, il satellite e l'antenna sono sulla stessa linea. Questo fenomeno (la cosiddetta interferenza solare) si verifica nell'emisfero settentrionale (più precisamente, alle sue medie latitudini) dal 22 febbraio all'11 marzo e dal 3 al 21 ottobre per periodi fino a 10 minuti. Quindi l'orbita geostazionaria non è sempre applicabile: ci sono satelliti che vengono lanciati in altre orbite.