На каква надморска височина са спътниците, които летят, изчисляването на орбитата, скоростта и посоката на движение

Точно както местата в театъра позволяват различен поглед върху гледката, различните орбити на спътниците дават перспектива, всяка от които има своя цел. Някои като че ли се движат над точка на повърхността, те осигуряват постоянен изглед на едната страна на Земята, докато други обикалят около нашата планета, прелитайки над много места в един ден.

Видове орбити

На каква височина летят сателитите? Има 3 вида земни орбити: висока, средна и ниска. На най-високото, най-отдалеченото от повърхността по правило има много метеорологични условия и някои комуникационни спътници. Сателитите, въртящи се в орбитата на средната земя, включват навигация и специални, предназначени да наблюдават определен регион. Повечето научни космически превозни средства, включително флотата на НАСА за наблюдение на Земята, са на ниска орбита.

Скоростта на тяхното движение зависи от това колко високо са спътниците. Докато се приближаваме към Земята, гравитацията става по-силна и движението се ускорява. Например, НАСА Aqua сателитна отнема около 99 минути, за да лети около планетата при около 705 km и метеорологични единица, към отдалечен 35786 km от повърхността, тя ще изисква 23 часа, 56 минути и 4 секунди. На разстояние от 384 403 км от центъра на Земята Луната завършва една революция за 28 дни.

Аеродинамичен парадокс

Промяната в надморската височина на спътника също променя скоростта на орбита. Тук има парадокс. Ако сателитният оператор иска да увеличи скоростта си, той не може просто да стартира двигателите за ускорение. Това ще увеличи орбитата (и височината), което ще доведе до намаляване на скоростта. Вместо това, стартирайте двигателите в посока, противоположна на посоката на движение на сателита, т.е. да извършите действие, което би забавило движещото се превозно средство на Земята. Това действие ще го премести по-долу, което ще увеличи скоростта.

Орбитни характеристики

В допълнение към надморската височина, пътят на сателитното движение се характеризира с ексцентричност и наклон. Първото се отнася до формата на орбитата. Сателит с ниска ексцентричност се движи по траектория, близка до кръговата. Ексцентричната орбита има формата на елипса. Разстоянието от космически кораб до Земята зависи от неговата позиция.

Наклонът е ъгълът на орбитата по отношение на екватора. Сателитът, който се върти директно над екватора, има нулев наклон. Ако космическият кораб преминава през северните и южните полюси (географски, а не магнитни), наклонът му е 90 °.

Всички заедно - височина, ексцентричност и наклон - определят движението на спътника и как Земята ще изглежда от гледна точка на него.

Висока Земя

Когато сателитът достига точно 42164 km от центъра на Земята (около 36 хиляди души. Км от повърхността), той влиза в зоната, за която той отговаря на въртене орбитата на планетата. Като се движи машината на същата скорост, както на Земята, това е. Д. Неговият период на революцията е 24 часа, изглежда, че тя остава на място само на дължина, въпреки че може да дрейф от север на юг. Тази специална висока орбита се нарича геосинхронна.

Сателитът се движи в кръгова орбита точно над екватора (ексцентрицитетът и наклонът са нулеви) и по отношение на Земята стоят неподвижни. Винаги се намира над същата точка на повърхността му.

Геостационарната орбита е изключително ценно за наблюдение на времето, тъй като сателитите върху него осигуряват постоянен преглед на същата повърхност. На всеки няколко минути метеорологичните инструменти като GOES предоставят информация за облаците, водните пари и ветровете и този постоянен поток от информация служи като основа за мониторинг и прогнозиране на времето.

В допълнение, геостационарните устройства могат да бъдат полезни за комуникация (телефония, телевизия, радио). Сателитите GOES осигуряват функционирането на издирвателен и спасителен маяк, използван за подпомагане на търсенето на кораби и самолети в бедствие.

И накрая, много от земните спътници с висока орбита на Земята наблюдават слънчевата активност и наблюдават нивата на магнитното поле и радиацията.

Изчисляване на надморската височина на GSO

Центровата сила F действа върху сателита_ф= (М.₁V²) / R и гравитационната сила F_т= (GM₁М₂) / R². Тъй като тези сили са едни и същи, може да се изравнят десните части и да се изрежат от масата М₁. В резултат на това получаваме равенство v²= (GM²) / R. Следователно скоростта v = ((GM₂) / R)^1/2

Тъй като геостационарната орбита е кръг с дължина 2pi-r, орбиталната скорост е v = 2pi-R / T.

Оттук R³= T²GM / (4пи-²).

Т = 8.64х10⁴s, G = 6.673 х 10^-11 Nmiddot тата²/ kg², М = 5.98х10²⁴kg, след това R = 4,23 × 10⁷ m. Ако извадим от R радиус на Земята, равно на 6.38x10⁶ m, можете да разберете на каква надморска височина сателитите летят над една точка от повърхността - 3,59x10⁷м.

Точките на Лагран

Други забележителни орбити са Lagrange точки, където гравитационната сила на Земята се компенсира от гравитацията на Слънцето. Всичко, което е там, също е привлечено от тези небесни тела и се върти с нашата планета около звездата.

От петте точки Lagrange в системата Sun-Earth, само последните две, наречени L4 и L5, са стабилни. В останалата част спътникът е като топка, балансирана на върха на стръмен хълм: всяко леко разстройство ще го изтласка. За да остане в балансирано състояние, космически кораб тук трябва непрекъснато да се коригира. В последните две точки на Lagrange сателитите са оприличени на топка в топката: дори след силно смущение те ще се върнат обратно.

L1 се намира между Земята и Слънцето, позволява на сателитите в нея да имат постоянен изглед към нашето осветление. Слънчевата обсерватория SOHO, спътник на НАСА и Европейската космическа агенция Те следват Слънцето от първата точка на Лагран, на 1.5 милиона километра от нашата планета.

L2 се намира на същото разстояние от Земята, но е зад нея. Сателитите на това място изискват само един термичен щит, за да се предпазят от светлината и топлината на Слънцето. Това е добро място за космически телескопи, използвани за изучаване на природата на Вселената, като се наблюдава фона на микровълновото излъчване.

Третата точка на Lagrange се намира срещу Земята от другата страна на Слънцето, така че звездата винаги е между нея и нашата планета. Сателитът в това положение няма да може да комуникира със Земята.

Четвъртата и петата точка от Lagrange в орбиталната траектория на нашата планета са изключително стабилни на 60 ° пред и зад Земята.

Средна орбита на Земята

По-близо до Земята спътниците се движат по-бързо. Има две средни орбити около Земята: полусинхронни и "Светкавици".

На каква надморска височина спътниците летят на половин синхронна орбита? Тя е почти кръгла (ниска ексцентричност) и се отстранява на разстояние 26,560 км от центъра на Земята (около 20,200 км над повърхността). Сателитът на тази надморска височина прави пълен ход за 12 часа. Докато се движи, Земята се върти под него. За 24 часа пресича 2 идентични точки на екватора. Тази орбита е последователна и много предсказуема. Използва се от системата глобално позициониране GPS.

Моливи орбитите (наклон 63.4 °) се използват за наблюдение на високи географски ширини. Геостационарните сателити са свързани с екватора, така че те не са подходящи за отдалечени северни или южни райони. Тази орбита е много ексцентрична: космическият кораб се движи по продължение на удължена елипса със Земята, разположена близо до единия край. Тъй като сателитът ускорява под действие на гравитацията, той се движи много бързо, когато е близо до нашата планета. Когато го махнете, скоростта се забавя, така че прекарва повече време в горната част на орбитата в най-отдалечения край на Земята, разстоянието до която може да достигне 40 хиляди километра. Периодът на разпространение е 12 часа, но около две трети от това време сателитът прекарва над едно полукълбо. Подобно на полусинхронна орбита, спътникът пътува по същия път на всеки 24 часа и се използва за комуникация в най-северния или южния край.

Ниска Земя

Повечето научни сателити, много метеорологични и космически станции са на почти кръгова ниска орбита около земята. Наклонът им зависи от това, което наблюдават. ТРММ стартира за наблюдение на валежите в тропиците, поради което има относително нисък наклон (35 °), оставащ близо до екватора.

Много от спътниците на системата за наблюдение на НАСА имат почти полярна, много наклонена орбита. Космическият кораб се движи около Земята от полюс до полюс с период от 99 минути. Половината от времето минава през дневната страна на нашата планета и полюсът отива до нощта.

Тъй като сателитът се движи, Земята се върти под него. Докато апаратът премине към осветената зона, той е над зоната, съседна на зоната на последната орбита. В продължение на 24 часа, полярните спътници покриват по-голямата част от Земята два пъти: веднъж през деня и веднъж в нощта.

Слънчева синхронна орбита

Точно както геосинхронните спътници трябва да са над екватора, което им позволява да останат над една точка, полярните орбитални спътници имат способността да останат в едно и също време. Тяхната орбита е слънчева синхронна - при пресичане на екваториалния космически кораб местното слънчево време винаги е същото. Например, спътникът Тера пресича над Бразилия винаги в 10:30 сутринта. Следващото пресичане за 99 минути над Еквадор или Колумбия също е в 10:30 местно време.

Слънчевата синхронна орбита е необходима за науката, тъй като позволява да се запази ъгълът на слънчева светлина, падащ върху повърхността на Земята, въпреки че ще варира в зависимост от сезона. Такава постоянство означава, че учените могат да сравняват изображенията на нашата планета за една година след няколко години, без да се притесняват от твърде много скокове в осветлението, които могат да създадат илюзията за промяна. Без слънчева синхронна орбита би било трудно да ги проследим във времето и да съберем необходимата информация за проучване на изменението на климата.

Пътят на сателита тук е много ограничен. Ако е на надморска височина 100 км, орбитата трябва да има наклон от 96 °. Всяко отклонение ще бъде неприемливо. Тъй като съпротивлението на атмосферата и привличащата сила на Слънцето и Луната променят орбитата на апарата, тя трябва редовно да се регулира.

Стартиране в орбита: стартиране

Стартирането на сателит изисква енергия, чието количество зависи от местоположението на мястото за изстрелване, височината и наклона на бъдещата траектория на движението му. За да стигнете до отдалечена орбита, трябва да отделите повече енергия. Сателитите със значителен наклон (например полярни) са по-енергийно интензивни от тези, които циркулират над екватора. Ротацията в орбита с нисък наклон се улеснява от въртенето на Земята. Международна космическа станция се движи под ъгъл 51,6397 °. Това е необходимо, за да могат космическите совалки и руските ракети да ги постигнат по-лесно. Височината на ISS е 337-430 км. Полярните сателити, от друга страна, не получават помощ от импулса на Земята, така че те се нуждаят от повече енергия, за да се изкачат на същото разстояние.

регулиране

След стартирането на сателита е необходимо да се положат усилия да се поддържа в определена орбита. Тъй като Земята не е идеална сфера, нейната гравитация е по-силна на някои места. Тази неравномерност, заедно с привличането на Слънцето, Луната и Юпитер (най-масивната планета на Слънчевата система), променя наклона на орбитата. През целия си живот позицията на спътниците на GOES беше коригирана три-четири пъти. Нискоочакваните автомобили на НАСА трябва да регулират ежегодно своя склон.

В допълнение, атмосферата се влияе от спътниците в близост до Земята. Най-горните пластове, макар и доста редки, имат достатъчно силна съпротива, за да ги привлекат по-близо до Земята. Действието на гравитацията води до ускоряване на спътниците. С течение на времето, те горят, спират по-ниско и по-ниско в атмосферата или падат на Земята.

Атмосферната съпротива е по-силна, когато слънцето е активно. Точно както въздухът в балон се разширява и се издига, когато се нагрява, атмосферата се издига и се разширява, когато Слънцето му дава допълнителна енергия. Рязаните слоеве на атмосферата се издигат и мястото им е заето от по-плътни. Следователно спътниците на орбитата на Земята трябва да променят позицията си около четири пъти годишно, за да компенсират съпротивлението на атмосферата. Когато слънчевата активност е максимална, позицията на апарата трябва да се регулира на всеки 2-3 седмици.

Космически отломки

Третата причина, която принуждава да смени орбитата, е космически отломки. Един от комуникационните сателити "Иридия" се сблъска с нефункциониращ руски космически кораб. Те се разпаднаха, образувайки облак от отломки, състоящ се от повече от 2500 парчета. Всеки елемент е добавен към базата данни, която вече има повече от 18 000 обекта с техногенен произход.

На НАСА внимателно се следи всичко, което може да е на пътя на спътниците, защото поради космически отломки вече няколко пъти е променяло орбитите.

инженери Център за контрол на мисиите проследява позицията на космически отломки и спътници, които могат да се намесват в движението и, ако е необходимо, да планират внимателно маневрите за укриване. Същият екип планира и маневрира, за да настрои наклона и височината на спътника.