Расположение спутников на орбитах

Содержание

В искусственные спутники Они представляют собой транспортные средства или устройства, специально созданные для запуска в космос без необходимости в команде, чтобы совершать орбитальные операции вокруг Земли или любого другого небесного тела.

Первые идеи о создании искусственных спутников исходили от авторов-фантастов, таких как Жюль Верн и Артур Кларк. Последний был офицером-радаром в Королевских ВВС и в конце Второй мировой войны задумал использовать три спутника на орбите вокруг Земли для обслуживания телекоммуникационной сети.

В то время еще не было средств для вывода спутника на орбиту. Военным США потребовалось еще несколько лет, чтобы создать первую спутниковую связь в начале 1950-х годов.

Космическая гонка между Соединенными Штатами и Советским Союзом дала толчок развитию индустрии искусственных спутников. Первым успешно выведенным на орбиту в 1957 г. был советский спутник «Спутник», который излучал сигналы в диапазоне 20-40 МГц.

После этого Соединенные Штаты запустили Echo I в целях связи. С тех пор обе державы осуществили многочисленные запуски на орбиту, и впоследствии многие страны присоединились к новой технологии.

Характеристика «пояса Кларка»

1. Геосинхронность. К такой характеристике относится поле, которое имеет период, соответствующий периоду обращения Земли. Геосинхронный спутник заканчивает оборот вокруг планеты за сидерический день, который равен 23 часам 56 минутам и 4 секундам. То же время необходимо Земле для выполнения одного оборота в фиксированном пространстве.

2. Для поддержания спутника на определенной точке геостационарная орбита должна быть круговой, с нулевым наклонением. Эллиптическое поле приведет к смещению либо к востоку, либо к западу, так как аппарат движется в определенных точках орбиты по-разному.

3. «Точка зависания» космического механизма должна находиться на экваторе.

4. Расположение спутников на геостационарной орбите должны быть таким, чтобы небольшое количество частот, предназначенных для связи, не привело к наложению частот разных аппаратов при приеме и передаче, а также для исключения их столкновения.

5. Достаточное количество топлива для поддержания неизменного положения космического механизма.

Геостационарная орбита спутника уникальна тем, что только при сочетании ее параметров можно добиться неподвижности аппарата. Еще одной особенностью является возможность видеть Землю под углом в семнадцать градусов из расположенных на космическом поле спутников. Каждый аппарат отхватывает примерно одну третью часть поверхности орбиты, поэтому три механизма способны обеспечить охват почти всей планеты.

Классификация высот для геоцентрических орбит

  • Низкая околоземная орбита (НОО): геоцентрические орбиты с высотой ниже 2000 км (1200 миль).
  • Средняя околоземная орбита (MEO): геоцентрические орбиты с высотой от 2000 км (1200 миль) до чуть ниже геосинхронной орбиты на расстоянии 35 786 километров (22 236 миль). Также известна как промежуточная круговая орбита. Это «чаще всего на 20 200 километров (12 600 миль) или 20 650 километров (12 830 миль) с периодом обращения 12 часов».
  • Геосинхронная орбита (ГСО) и геостационарная орбита (GEO) — это орбиты вокруг Земли, соответствующие периоду звездного вращения Земли. Хотя термины часто используются взаимозаменяемо, технически геосинхронная орбита соответствует периоду вращения Земли, но определение не требует, чтобы она имела нулевой наклон орбиты к экватору и, следовательно, не была стационарной выше заданной точки на экваторе, но может колебаться на север. и юг в течение дня. Таким образом, геостационарная орбита определяется как геостационарная орбита с нулевым наклоном. Геостационарные (и геостационарные) орбиты имеют большую полуось в 42 164 км (26 199 миль). Это работает до высоты 35 786 км (22 236 миль). Оба совершают один полный оборот вокруг Земли за звездные сутки (относительно звезд, а не Солнца).
  • Высокая околоземная орбита : геоцентрические орбиты выше высоты геосинхронной орбиты (35 786 км или 22 236 км). миль).

Специальные классификации

  • Солнечно-синхронная орбита : орбита, которая сочетает в себе высоту и наклон таким образом, что спутник проходит над любой заданной точкой поверхности планет в одно и то же местное солнечное время. Такая орбита может помещать спутник в постоянный солнечный свет и полезна для получения изображений, шпионских и метеорологических спутников.
  • Замороженная орбита : орбита, на которой естественный дрейф из-за формы центрального тела был сведен к минимуму за счет тщательного выбора орбитальных параметров.
  • Орбита Луны : орбитальные характеристики Луны. Средняя высота из 384 403 км (238 857 миль), эллиптическая — наклонная орбита.
  • За пределами низкой околоземной орбиты (BLEO) и за пределами околоземной орбиты (BEO) класс орбит, которые энергетически дальше низкой околоземной орбиты или требуют вывода на гелиоцентрическую орбиту как часть путешествия, которое может потребовать нескольких орбитальные вставки, соответственно.
  • Почти прямолинейная гало-орбита (NRHO): орбита, в настоящее время планируемая в цислунном пространстве, как селеноцентрическая орбита, которая будет служить плацдармом для будущего миссии. Планируемая орбита НАСА Lunar Gateway примерно в 2024 году в виде высокоэллиптической семидневной почти прямолинейной гало-орбиты вокруг Луны, которая доставит небольшую космическую станцию ​​в пределах 3000 километров (1900 миль) от северного полюса Луны при самом близком приближении и на расстоянии 70 000 километров (43 000 миль) над южным полюсом Луны.
  • Дальней ретроградной орбитой (DRO): Стабильная круговая ретроградная орбита (обычно относящаяся к Лунной далекой ретроградной орбите). Стабильность означает, что спутникам в DRO не нужно использовать топливо на станции, чтобы оставаться на орбите. Лунный DRO — это высокая лунная орбита с радиусом приблизительно 61 500 км. Это было предложено в 2017 году в качестве возможной орбиты шлюза, за пределами EM L1 и L2.
  • Затухающая орбита : Затухающая орбита — это орбита на малой высоте, которая со временем уменьшается из-за сопротивления атмосферы. Используется для утилизации умирающих искусственных спутников или для аэродинамического торможения межпланетного космического корабля.
  • Земляная орбита, гелиоцентрическая орбита, которая размещена так, что спутник сначала будет следовать за Землей, но с несколько меньшей скоростью орбитальная угловая скорость, так что она год за годом все больше отстает. Эта орбита использовалась на космическом телескопе Спитцер для того, чтобы резко снизить тепловую нагрузку от теплой Земли от более типичной геоцентрической орбиты, используемой для космических телескопов.
  • Орбита кладбища (или утилизация, junk orbit): орбита, на которую спутники переводятся в конце своей работы. Для геостационарных спутников на несколько сотен километров выше геосинхронной орбиты.
  • Парковочная орбита, временная орбита.
  • Переходная орбита, орбита, используемая во время орбитального маневра с одной орбиты на другую.
  • : Орбита, на которой наземный трек спутника повторяется через определенный период времени.

Геостационарные спутники

Вначале спутники связи имели периоды, отличные от периода вращения Земли, но это затрудняло размещение антенн, и связь была потеряна. Решением было разместить спутник на такой высоте, чтобы его период совпадал с периодом вращения Земли.

Таким образом, спутник вращается вместе с Землей и кажется фиксированным по отношению к ней. Высота, необходимая для вывода спутника на геостационарную орбиту, составляет 35786,04 км и известна как ремень clarke.

Высоту орбиты можно рассчитать, установив период, используя следующее выражение, полученное из закона всемирного тяготения Ньютона и законов Кеплера:

P = 2π (a3/ GM)½

Где P — период,к — длина большой полуоси эллиптической орбиты, грамм универсальная постоянная гравитации и M это масса Земли.

Так как таким образом ориентация спутника по отношению к Земле не изменяется, это гарантирует, что он всегда будет контактировать с ней.

Вычисление параметров геостационарной орбиты

Радиус орбиты и высота орбиты

На геостационарной орбите спутник не приближается к Земле и не удаляется от неё, и кроме того, вращаясь вместе с Землёй, постоянно находится над какой-либо точкой на экваторе. Следовательно, действующие на спутник силы гравитации и центробежная сила должны уравновешивать друг друга. Для вычисления высоты геостационарной орбиты можно воспользоваться методами классической механики и, перейдя в систему отсчета спутника, исходить из следующего уравнения:


,


,

Величина центробежной силы равна:


,

Как можно видеть, масса спутника  присутствует как множитель в выражениях для центробежной силы и для гравитационной силы, то есть высота орбиты не зависит от массы спутника, что справедливо для любых орбит и является следствием равенства гравитационной и инертной массы. Следовательно, геостационарная орбита определяется лишь высотой, при которых центробежная сила будет равна по модулю и противоположна по направлению гравитационной силе, создаваемой притяжением Земли на данной высоте.

Центростремительное ускорение равно:


,

Сделаем одно важное уточнение. В действительности, центростремительное ускорение имеет физический смысл только в инерциальной системе отсчета, в то время как центробежная сила является так называемой мнимой силой и имеет место исключительно в системах отсчета (координат), которые связаны с вращающимися телами

Центростремительная сила (в данном случае — сила гравитации) вызывает центростремительное ускорение. По модулю центростремительное ускорение в инерциальной системе отсчета равно центробежному в системе отсчета, связанной в нашем случае со спутником. Поэтому далее, с учетом сделанного замечания, мы можем употреблять термин «центростремительное ускорение» вместе с термином «центробежная сила».

Уравнивая выражения для гравитационной и центробежной сил с подстановкой центростремительного ускорения, получаем:


.


.


 рад/с

Можно сделать вычисления и иначе. Высота геостационарной орбиты — это такое удаление от центра Земли, где угловая скорость спутника, совпадающая с угловой скоростью вращения Земли, порождает орбитальную (линейную) скорость, равную первой космической скорости (для обеспечения круговой орбиты) на данной высоте.

Линейная скорость спутника, движущегося с угловой скоростью  на расстоянии  от центра вращения равна

радиуса

Скорость движения по геостационарной орбите вычисляется умножением угловой скорости на радиус орбиты:


 км/с

Длина орбиты

Длина геостационарной орбиты: . При радиусе орбиты 42 164 км получаем длину орбиты 264 924 км.

Длина орбиты крайне важна для вычисления «точек стояния» спутников.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУГОВЫХ ОРБИТ

Круговые орбиты можно классифицировать по нескольким параметрам. Такие термины, как Низкая околоземная орбита, Геостационарная орбита (и им подобные) указывают на отличительную черту конкретной орбиты. Краткий обзор определений круговых орбит представлен в таблице ниже.

Низкая околоземная орбита (LEO)

Для выполнения некоторых задач может требоваться размещение спутника на высокой околоземной орбите. В этих случаях период обращения спутника вокруг Земли превышает 24 часа, а кроме того расстояние до спутника является немалым, что приводит к большей задержке во время движения сигнала с Земли к спутнику и назад, а также большим потерям сигнала.

Выбор орбиты спутника зависит от функций, которые он выполняет. В то время, как для организации прямого вещания и подобных услуг, как правило, используются спутники, расположенные на геостационарных орбитах, для систем GPS и даже для мобильной телефонии используются спутники, вращающиеся намного ниже.

Система подвижной спутниковой связи Инмарсат

Работа системы Инмарсат осуществляется в диапазонах частот, выделенных Международным союзом электросвязи на первичной основе для подвижной спутниковой службы.

Для связи с абонентскими терминалами используется L-диапазон частот, в том числе:

направление Земля — спутник»    1626,5-1660,5 МГц

направление спутник – Земля      1525,0-1559,0 МГц

Работа фидерных линий осуществляется в С-диапазоне:

направление Земля — спутник»     6425-6450 МГц

направление спутник — Земля»    3600-3623 (3600-3630) МГц.

Структурно система Инмарсат состоит из трех основных частей:

  • космический сегмент, состоящий из рабочих и запасных геостационарных КА;
  • наземный сегмент, включающий в себя технические средства приема, обработки и передачи информации – береговые земные станции, а также средства управления и контроля функционирования сети в целом;
  • абонентские спутниковые станции и терминалы: мобильные (морской/речной, железнодорожный, автомобильный, воздушный и др. виды транспорта), носимые и стационарные спутниковые терминалы.

Спутниковая группировка в настоящее время состоит из 14 геостационарных спутников и принадлежит Инмарсат.

Наземный сегмент включает в себя:

1. Средства контроля и управления спутниковой группировкой:

 центры управления спутниками (Satellite Control Centre – SCC), основной и резервный;

Рис. Центр управления спутниками (SCC)

командно-измерительные станции (TT&C Station), расположенные в разных географических районах, в том числе одна из них – КИС «Каштан» (Московская область) – в Российской Федерации.

Рис. Командно-измерительная станция (TT&C Station)

2. Средства контроля и управления системой:

центр управления сетью (Network Operation Centre – NOC), основной и резервный. NOC отвечает за функционирование системы Инмарсат в целом.

Центр управления сетью (NOC)

  • координирующие станции сети (Network Coordination Station — NCS). NCS контролируют и обеспечивают функционирование сети земных станций;
  • спутниковые станции сопряжения (Satellite Access Stations — SAS) и центры коммутации сети (GSPS Services Gateway). SAS обеспечивают функционирование сервисов ШПД и персональной голосовой связи.

Спутниковая станция сопряжения (SAS)

3. Береговые земные станции:

Береговые земные станции (Land Earth Station – LES) принадлежат национальным операторам сети Инмарсат и обеспечивают коммутацию абонентских терминалов с наземными сетями связи (PSTN, Интернет, Х-25, Телекс). LES обеспечивают функционирование сервисов, предоставляемых через спутники Инмарсат 3 поколения. В настоящее время функционируют около 20 LES, расположенных в разных географических районах, в том числе две из них – БЗС Нудоль» (Московская обл.) и БЗС Находка» (Приморский край) – в Российской Федерации.

Оператором российских БЗС Нудоль» и Находка» является ФГУП Морсвязьспутник».

Система Инмарсат – это семейство стандартов и систем (подсистем), которые используют одни и те же спутники, и как правило общие Береговые земные станции, однако спутниковые терминалы существенно различаются по выполняемым функциям, конструкции и техническим параметрам.

Сейчас в системе Инмарсат работают терминалы, которые предоставляют абонентам как сервисы, не требующие высоких скоростей обмена информацией (удаленный мониторинг местоположения, М2М решения, обмен короткими сообщениями и др.), так и современные сервисы, обеспечивающие высококачественную телефонную связь, передачу видеоинформации в реальном масштабе времени, работу в IP-сетях на скоростях до 0,5 Мбит/с.

Основные разновидности ИСЗ

Конфигурация системы спутниковой связи зависит от типа ИСЗ, вида связи и параметров земной станции. Три основных разновидности ИСЗ в зависимости от орбиты спутника:

  • ИСЗ на высокой эллиптической орбите (ВЭО)
  • ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО)
  • ИСЗ на низковысотной орбите (НВО)

ИСЗ на высокой эллиптической орбите (ВЭО)

Спутники типа “Молния” с периодом обращения 12 часов, наклоном орбиты 63 градуса, высотой апогея над северным полушарием 40 тыс. км.

У спутника переменная скорость. В области апогея скорость движения ИСЗ замедляется и обеспечивает радиовидимость 6…8 часов. 6…8 часов это то время, когда один спутник находится в рабочей зоне. Для обеспечения непрерывной связи на одной орбите необходимо расположить не менее трех спутников, а лучше 4.

Преимущества ИСЗ с ВСО большой размер зоны обслуживания.

Недостатки: необходимость слежения земных антенн за спутниками и переориентация этих антенн с заходящего спутника на восходящий.

ИСЗ на геостационарной орбите (ГСО)

ГСО это орбита, на которую если поставить спутник, он будет вращаться вместе с Землей с одинаковой скоростью. Он находится неподвижно относительно земной точки.

ГСО — круговая орбита с периодом обращения ИСЗ 24 часа, расположенная в плоскости экватора на высоте 35 875 км с поверхности Земли. Орбита синхронно вращается с вращением Земли, поэтому спутник находится неподвижно относительно земной поверхности.

Достоинства:

  • Зона обслуживания одного спутника достигает треть поверхности Земли, т.е. 3-х спутников достаточно для глобальной сети.
  • Антенны земных станций не требуют систем слежения. Антенна неподвижна.
  • Не требуют сложной наземной аппаратуры, могут обеспечивать большое покрытие, но в зонах не сильно приближенных к полюсам Земли.

Недостатки:

В северных широтах спутник виден под малыми углами к горизонту и совсем не виден в приполярных областях.

Но если в южном полушарии это не так страшно, то в северном Скандинавские страны, Россия, Канада находятся достаточно близко к полюсу и там геостационарные спутники связь не обеспечивают.

  • Ограничение на количество спутников на ГСО.
  • Достаточно высокая цена самого аппарата ИСЗ и его запуска.

ИСЗ на низковысотной орбите (НВО)

В настоящее время развиваются спутники связи на низковысотной орбите.Спутники запускаются на круговые орбиты, бывает полярная орбита, которая проходит через нулевой меридиан, плоскость которых наклонена к плоскости экватора. Наличие большого количества спутников на разных орбитах, позволяет добиться высокого покрытия поверхности Земли этими системами связи.

Высота орбиты 200…2000 км над поверхностью Земли. Спутники относятся к легкому классу и для их запуска можно использовать недорогой носитель, либо дорогой носитель, который сразу забросит на орбиту два десятка аппаратов, которые потом выводятся в нужной точке. Покрытие может быть глобальное.

Главный недостаток ИСЗ на НВО, спутники вращаются по круговым низким орбитам на достаточно высокой линейной скорости и от момента, когда спутник выходит в ту зону, где находится абонент, до того момента, когда он из этой зоны выходит, может проходить 20-40 минут. Для того, чтобы обеспечить хорошее покрытие, нужно много спутников.

Пилотируемые корабли-спутники.

Пилотируемые корабли-спутники и обитаемые орбитальные станции являются наиболее сложными и совершенными ИСЗ. Они, как правило, рассчитаны на решение широкого круга задач, в первую очередь — на проведение комплексных научных исследований, отработку средств космической техники, изучение природных ресурсов Земли и др. Впервые запуск пилотируемого ИСЗ осуществлен 12 апреля 1961: на советском космическом корабле-спутнике «Восток» лётчик-космонавт Ю. А. Гагарин совершил полёт вокруг Земли по орбите с высотой апогея 327 км. 20 февраля 1962 вышел на орбиту первый американский космический корабль с космонавтом Дж. Гленном на борту. Новым шагом в исследовании космического пространства с помощью пилотируемых ИСЗ был полёт советской орбитальной станции «Салют», на которой в июне 1971 экипаж в составе Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева выполнил широкую программу научно-технических, медико-биологических и др. исследований.

Источники

  • https://wika.tutoronline.ru/fizika/class/9/vidy-i-naznachenie-iskusstvennyh-sputnikov-zemlihttp://wiki.laser.ru/index.php/Искусственные_спутники_Земли

Классификация направлений

  • Прогрессирующая орбита : орбита, которая находится в том же направлении, что и вращение главного (т. Е. восток на Земле). По соглашению, наклон орбиты Prograde определяется как угол менее 90 °.
  • Ретроградная орбита : орбита, противодействующая направлению вращения первичного элемента. Традиционно ретроградные орбиты задаются с углом наклона более 90 °. Помимо спутников на солнечно-синхронной орбите, несколько спутников запускаются на ретроградную орбиту на Земле, потому что для их запуска требуется больше топлива, чем для прямой орбиты. Это связано с тем, что, когда ракета стартует на земле, она уже имеет восточную составляющую скорости, равную скорости вращения планеты при ее запуске широта.

На какой высоте летают спутники?

Движение осуществляется на заданной орбите. Удаленность от планеты зависит от назначения аппарата, заданной траектории. Используется несколько видов орбит:

  • Околоземная или низкая. Обеспечивает наиболее приближенное расположение. Высота составляет 300-500 км над уровнем моря. Использовалась для работы первых космических аппаратов, сейчас там находятся аппараты для дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы;
  • Полярная. Расположена в плоскости полярных полюсов Земли. Угол наклона близок к 90 градусам. Из-за сплюснутости планеты, можно добиться различной скорости вращения, которая позволит проходить спутнику одну и ту же широту в одинаковое время;
  • Геостационарная. Высота на ней составляет от 35 000 км, расположена в плоскости экватора. Устойчивых точек всего две, на остальном пути необходимо поддерживать траекторию искусственно;
  • Сильноэллиптическая. Контур орбиты представляет собой эллипс. Высота меняется в зависимости от точки траектории. Благодаря большому размеру, позволяет поддерживать необходимое количество спутников одновременно над одной страной. Используется преимущественно в телекоммуникационных целях. Также здесь работают аппараты с телескопами для изучения отдаленных объектов;
  • Круглая. Сечение орбиты представляет собой круг. Показатель высоты близок к постоянному в любой момент времени.

Высота полета спутников над Землей задается на основании их целевого назначения и выбранной орбиты

Геостационарная орбита является наиболее важной и дорогой. Поэтому аппараты, выработавшие свой ресурс, удаляются с нее

Используется в основном в научных целях.

Для систем глобального позиционирования используются круглые орбиты с постоянной высотой. Такая траектория является оптимальной для передачи сигнала. Высота орбиты спутников GPS составляет 20 тысяч километров. Один аппарат за сутки совершает два витка вокруг планеты. Скорость позволяет использовать 4 спутника в одной плоскости для обеспечения постоянной передачи данных.

Структура искусственного спутника

Искусственные спутники содержат различные сложные механизмы для выполнения своих функций, которые включают прием, обработку и отправку различных типов сигналов. Они также должны быть легкими и автономными.

Основные конструкции общие для всех искусственных спутников, которые, в свою очередь, имеют несколько подсистем по назначению. Они монтируются в корпус из металла или других легких составов, который служит опорой и называется автобус.

В автобусе можно найти:

— Центральный модуль управления, содержащий компьютер, с помощью которого обрабатываются данные.

— Приемные и передающие антенны для связи и передачи данных по радиоволнам, а также телескопы, камеры и радары.

— Система солнечных батарей на крыльях для получения необходимой энергии и аккумуляторных батарей, когда спутник находится в тени. В зависимости от орбиты спутникам требуется около 60 минут солнечного света для подзарядки батарей, если они находятся на низкой орбите. Более далекие спутники проводят гораздо больше времени под воздействием солнечного излучения.

Поскольку спутники длительное время подвергаются воздействию этого излучения, необходима система защиты, чтобы избежать повреждения других систем.

Открытые части сильно нагреваются, в то время как в тени они достигают чрезвычайно низких температур, потому что атмосферы недостаточно для регулирования изменений. По этой причине радиаторы необходимы для устранения тепла и алюминиевые крышки для сохранения тепла, когда это необходимо.

Общие положения

Слово «орбита» в переводе с латинского означает «дорога», «колея». Этим термином великий немецкий ученый Иоганн Кеплер в начале XVII в. назвал траекторию движения небесных тел в космическом пространстве. Им были открыты и сформулированы основные законы их движения. После запуска в октябре 1957 г. первого в мире советского спутника Земли «Спутник-1» такие понятия, как «искусственное небесное тело» или «искусственный спутник Земли» стали реальностью. Их движение подчиняется тем же эмпирическим законам Кеплера.

Первый закон Кеплера гласит, что траектория движения планет является эллипсом, в одном из фокусов которого находится Солнце. Частный случай движения планеты − движение по круговой орбите (при этом эксцентриситет эллипса, т. е. отношение расстояния между фокусами к большой оси, будет равен нулю или мало отличаться от нуля). В соответствии с первым законом Кеплера один из фокусов эллипса, по которому движется искусственное небесное тело в поле тяготения Земли, должен находиться в центре Земли. Отсюда следует, что искусственный спутник Земли не может двигаться вдоль ее параллели, за исключением экваториальной плоскости. Второй фокус будет расположен на таком же расстоянии от апогея орбиты спутника, на каком центр Земли находится от ее перигея (рис. 1).

Рис. 1. Геометрическая иллюстрация к первому закону Кеплера, где: a – большая полуось эллипса; b – малая полуось эллипса; O (центр Земли) и O` – фокусы; c – расстояние между фокусами

Согласно второму закону Кеплера радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равные площади (рис. 2). Из второго закона Кеплера вытекает, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея около перигея более высокую линейную скорость, чем около апогея.

Рис. 2. Геометрическая иллюстрация ко второму закону Кеплера, где: O – центр Земли; Rc – радиус-вектор спутника

Третий закон гласит: квадраты времени обращения планеты вокруг Солнца пропорциональны кубу большой полуоси эллипса a (см. рис. 1):

где: Tc – период обращения планеты на орбите; a – величина большой полуоси эллипса;

k – постоянная.

То есть чем меньше высота орбиты, тем меньше период обращения.

В общем случае любая спутниковая орбита описывается рядом параметров, из которых основными являются:

геометрическая форма орбиты;

  • высота орбиты спутника, определяемая как наименьшее расстояние до земной поверхности в километрах;
  • наклонение орбиты – угол между плоскостью экватора и плоскостью орбиты.

По геометрической форме орбиты делятся на круговые и эллиптические и отличаются по наклонению к плоскости экватора. При совпадении с плоскостью экватора они называются экваториальными. Орбиты, перпендикулярные к плоскости экватора, называются полярными. По высоте орбиты над земной поверхностью (Н) они условно делятся на низкие (Н ≤ 2000 км), средние (Н = 2000…20000 км) и высокие (Н ≥ 20000 км). Особое место среди разнообразных орбит занимают высокоэллиптические орбиты с большим отношением между высотами апогея и перигея.

Точку пересечения с поверхностью Земли радиуса-вектора, соединяющего спутник с центром Земли, называют подспутниковой точкой. В этой точке наблюдатель видит спутник в зените. При отклонении от подспутниковой точки увеличивается расстояние от наблюдателя до спутника, а отклонение от зенита можно описать двумя угловыми величинами: азимутом и углом места .

Недостатки геостационарной орбиты

Задержка сигнала

Связь через геостационарные спутники характеризуется большими задержками в распространении сигнала. При высоте орбиты 35 786 км и скорости света около 300 000 км/с ход луча «Земля-спутник» требует около 0,12 с. Ход луча «Земля (передатчик) → спутник → Земля (приемник)» ≈0,24 с. Полная задержка (измеряемая утилитой Ping) при использовании спутниковой связи для приема и передачи данных составит почти полсекунды. С учетом задержки сигнала в аппаратуре ИСЗ, в аппаратуре и в кабельных системах передач наземных служб общая задержка сигнала на маршруте «источник сигнала → спутник → приёмник» может достигать 2—4 секунд. Такая задержка затрудняет применение спутников на ГСО в телефонии и делает невозможной применение спутниковой связи с использованием ГСО в различных сервисах реального времени (например в онлайн-играх).

Невидимость ГСО с высоких широт

Так как геостационарная орбита не видна с высоких широт (приблизительно от 81° до полюсов), а на широтах выше 75° наблюдается очень низко над горизонтом (в реальных условиях спутники просто скрываются выступающими объектами и рельефом местности) и виден лишь небольшой участок орбиты (см. таблицу), то невозможна связь и телетрансляция с использованием ГСО в высокоширотных районах Крайнего Севера (Арктики) и Антарктиды. К примеру, американские полярники на станции Амундсен-Скотт для связи с внешним миром (телефония, интернет) используют оптоволоконный кабель длиной 1670 километров до расположенной на 75° ю.ш. французской станции Конкордия, с которой уже видно несколько американских геостационарных спутников.

Таблица наблюдаемого сектора геостационарной орбиты в зависимости от широты места
Все данные приведены в градусах и их долях.

Широта
местности
Видимый сектор орбиты
Теоретический
сектор
Реальный
(с уч. рельефа)
сектор
90
82
81 29,7
80 58,9
79 75,2
78 86,7 26,2
75 108,5 77
60 144,8 132,2
50 152,8 143,3
40 157,2 149,3
20 161,5 155,1
162,6 156,6

Из вышележащей таблицы видно, например, что если на широте С.-Петербурга (~60°) видимый сектор орбиты (и соответственно количество принимаемых спутников) равен 84 % от максимально возможного (на экваторе), то на широте полуострова Таймыр (~75°) видимый сектор составляет 49 %, а на широте Шпицбергена и мыса Челюскина (~78°) — лишь 16 % от наблюдаемого на экваторе. В этот сектор орбиты в районе Сибири попадает 1-2 спутника (не всегда необходимой страны).

Солнечная интерференция

Одним из самых неприятных недостатков геостационарной орбиты является уменьшение и полное отсутствие сигнала в ситуации, когда Солнце и спутник-передатчик находятся на одной линии с приёмной антенной (положение «Солнце за спутником»). Данное явление присуще и другим орбитам, но именно на геостационарной, когда спутник «неподвижен» на небе, проявляется особенно ярко. В средних широтах северного полушария солнечная интерференция проявляется в периоды с 22 февраля по 11 марта и с 3 по 21 октября, с максимальной длительностью до десяти минут. В такие моменты в ясную погоду солнечные лучи сфокусированные светлым покрытием антенны могут повредить (расплавить или перегреть) приёмо-передающую аппаратуру спутниковой антенны.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Editor
Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Работатека
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector