Orbita geostacjonarna. „fotometria satelitarna” Pomysł wykorzystania sztucznych urządzeń
Satelita Ziemi to dowolny obiekt poruszający się po zakrzywionej ścieżce wokół planety. Księżyc jest pierwotnym, naturalnym satelitą Ziemi i istnieje wiele sztucznych satelitów, zwykle krążących blisko Ziemi. Ścieżka, po której porusza się satelita, to orbita, która czasami przybiera kształt koła.
Treść:
Aby zrozumieć, dlaczego satelity poruszają się w ten sposób, musimy wrócić do naszego przyjaciela Newtona. istnieje pomiędzy dowolnymi dwoma obiektami we Wszechświecie. Gdyby nie ta siła, satelita poruszający się w pobliżu planety poruszałby się nadal z tą samą prędkością i w tym samym kierunku – po linii prostej. Jednak ta prostoliniowa, bezwładna ścieżka satelity jest równoważona przez silne przyciąganie grawitacyjne skierowane w stronę centrum planety.
Orbity sztucznych satelitów Ziemi
Czasami orbita satelity wygląda jak elipsa, zgnieciony okrąg, który porusza się wokół dwóch punktów zwanych ogniskami. Obowiązują te same podstawowe prawa ruchu, z tą różnicą, że planeta znajduje się w jednym z ognisk. W rezultacie siła wypadkowa przyłożona do satelity nie jest jednakowa na całej orbicie, a prędkość satelity stale się zmienia. Porusza się najszybciej, gdy jest najbliżej Ziemi – w punkcie zwanym perygeum – i najwolniej, gdy jest najdalej od Ziemi – w punkcie zwanym apogeum.
Istnieje wiele różnych orbit satelitów Ziemi. Największą uwagę przyciągają orbity geostacjonarne, ponieważ są nieruchome nad określonym punktem na Ziemi.
Orbita wybrana dla sztucznego satelity zależy od jego zastosowania. Na przykład telewizja transmitowana na żywo wykorzystuje orbitę geostacjonarną. Wiele satelitów komunikacyjnych wykorzystuje również orbitę geostacjonarną. Inne systemy satelitarne, takie jak telefony satelitarne, mogą korzystać z niskich orbit okołoziemskich.
Podobnie systemy satelitarne wykorzystywane do nawigacji, takie jak Navstar czy Global Positioning (GPS), zajmują stosunkowo niską orbitę okołoziemską. Istnieje również wiele innych typów satelitów. Od satelitów pogodowych po satelity badawcze. Każdy z nich będzie miał swój własny typ orbity w zależności od zastosowania.
Rzeczywista wybrana orbita satelity Ziemi będzie zależeć od czynników, w tym od jego funkcji i obszaru, na którym ma służyć. W niektórych przypadkach orbita satelity Ziemi może sięgać nawet 160 km w przypadku niskiej orbity okołoziemskiej LEO, podczas gdy w innych może sięgać ponad 22 000 mil (36 000 km), jak w przypadku niskiej orbity okołoziemskiej GEO.
Pierwszy sztuczny satelita Ziemi
Pierwszy sztuczny satelita Ziemi został wystrzelony 4 października 1957 roku przez Związek Radziecki i był to pierwszy sztuczny satelita w historii.
Sputnik 1 był pierwszym z kilku satelitów wystrzelonych przez Związek Radziecki w ramach programu Sputnik, z których większość zakończyła się sukcesem. Satelita 2 podążał za drugim satelitą na orbicie i jednocześnie pierwszym, który miał na pokładzie zwierzę, suczkę o imieniu Łajka. Sputnik 3 poniósł pierwszą awarię.
Pierwszy satelita Ziemi miał masę około 83 kg, miał dwa nadajniki radiowe (20,007 i 40,002 MHz) i okrążał Ziemię w odległości 938 km od apogeum i 214 km w perygeum. Do uzyskania informacji o stężeniu elektronów w jonosferze wykorzystano analizę sygnałów radiowych. Podczas trwania emitowanych sygnałów radiowych zakodowano temperaturę i ciśnienie, co wskazywało, że satelita nie został przebity przez meteoryt.
Pierwszym satelitą Ziemi była aluminiowa kula o średnicy 58 cm, posiadająca cztery długie i cienkie anteny o długości od 2,4 do 2,9 m. Anteny wyglądały jak długie wąsy. Sonda otrzymała informacje o gęstości górnych warstw atmosfery i propagacji fal radiowych w jonosferze. Instrumenty i źródła energii elektrycznej umieszczono w kapsule, w której znajdowały się także nadajniki radiowe pracujące na częstotliwościach 20,007 i 40,002 MHz (długość fali około 15 i 7,5 m), a emisje prowadzono w naprzemiennych grupach o czasie trwania 0,3 s. Telemetria naziemna obejmowała dane dotyczące temperatury wewnątrz i na powierzchni kuli.
Ponieważ kula była wypełniona azotem pod ciśnieniem, Sputnik 1 miał pierwszą okazję do wykrycia meteorytów, chociaż tak się nie stało. Utrata ciśnienia wewnątrz, spowodowana przenikaniem na powierzchnię zewnętrzną, znalazła odzwierciedlenie w danych temperaturowych.
Rodzaje sztucznych satelitów
Sztuczne satelity występują w różnych typach, kształtach, rozmiarach i odgrywają różne role.
- Satelity pogodowe pomóż meteorologom przewidzieć pogodę lub zobaczyć, co się aktualnie dzieje. Dobrym przykładem jest geostacjonarny operacyjny satelita środowiskowy (GOES). Te ziemskie satelity zazwyczaj zawierają kamery, które mogą przesyłać zdjęcia pogody na Ziemi ze stałych pozycji geostacjonarnych lub z orbit polarnych.
- Satelity telekomunikacyjne umożliwiają transmisję rozmów telefonicznych i informacyjnych drogą satelitarną. Typowe satelity komunikacyjne to Telstar i Intelsat. Najważniejszą cechą satelity komunikacyjnego jest transponder, czyli odbiornik radiowy, który odbiera rozmowę na jednej częstotliwości, a następnie ją wzmacnia i ponownie przesyła na Ziemię na innej częstotliwości. Satelita zazwyczaj zawiera setki lub tysiące transponderów. Satelity komunikacyjne są zwykle geosynchroniczne.
- Satelity nadawcze przesyłają sygnały telewizyjne z jednego punktu do drugiego (podobnie jak satelity komunikacyjne).
- Satelity naukowe, takie jak Kosmiczny Teleskop Hubble'a, realizują wszelkiego rodzaju misje naukowe. Patrzą na wszystko, od plam słonecznych po promienie gamma.
- Satelity nawigacyjne pomóc statkom i samolotom w nawigacji. Najbardziej znane to satelity GPS NAVSTAR.
- Satelity ratunkowe reagować na sygnały zakłóceń radiowych.
- Satelity obserwacyjne Ziemi sprawdzanie planety pod kątem zmian we wszystkim, od temperatury, pokrywy leśnej po pokrywę lodową. Najbardziej znane to seria Landsat.
- Satelity wojskowe Ziemie znajdują się na orbicie, ale większość informacji o rzeczywistym położeniu pozostaje tajemnicą. Satelity mogą obejmować przekaźnik szyfrowanej komunikacji, monitorowanie obiektów nuklearnych, monitorowanie ruchów wroga, wczesne ostrzeganie o wystrzeleniu rakiet, podsłuchiwanie naziemnych łączy radiowych, obrazowanie radarowe i fotografię (przy użyciu zasadniczo dużych teleskopów fotografujących obszary interesujące pod względem wojskowym).
Ziemia ze sztucznego satelity w czasie rzeczywistym
Obrazy Ziemi ze sztucznego satelity, transmitowane w czasie rzeczywistym przez NASA z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Zdjęcia są rejestrowane przez cztery kamery o wysokiej rozdzielczości odizolowane od ujemnych temperatur, co pozwala nam poczuć się bliżej kosmosu niż kiedykolwiek wcześniej.
Eksperyment (HDEV) na pokładzie ISS został aktywowany 30 kwietnia 2014 roku. Jest zamontowany na zewnętrznym mechanizmie ładunkowym modułu Columbus Europejskiej Agencji Kosmicznej. Eksperyment ten obejmuje kilka kamer wideo o wysokiej rozdzielczości zamkniętych w obudowie.
Rada; ustaw odtwarzacz na HD i pełny ekran. Są chwile, kiedy ekran będzie czarny, może to mieć dwie przyczyny: stacja przechodzi przez strefę orbitalną, w której znajduje się w nocy, orbita trwa około 90 minut. Lub ekran gaśnie po zmianie kamer.
Ile satelitów znajduje się na orbicie okołoziemskiej w 2018 roku?
Według indeksu obiektów wystrzelonych w przestrzeń kosmiczną Biura Narodów Zjednoczonych ds. Przestrzeni Kosmicznej (UNOOSA) na orbicie okołoziemskiej znajduje się obecnie około 4256 satelitów, co oznacza wzrost o 4,39% w porównaniu z rokiem ubiegłym.
W 2015 r. wystrzelono 221 satelitów, co stanowi drugi wynik w ciągu jednego roku, choć jest to wynik poniżej rekordowej liczby 240 wystrzelonych w 2014 r. Wzrost liczby satelitów krążących wokół Ziemi jest mniejszy niż liczba wystrzelonych na orbitę w zeszłym roku, ponieważ satelity mają ograniczoną żywotność. Duże satelity komunikacyjne działają przez 15 lat lub dłużej, podczas gdy w przypadku małych satelitów, takich jak CubeSats, żywotność może wynosić jedynie 3–6 miesięcy.
Ile z tych satelitów krążących wokół Ziemi działa?
Związek Naukowców (UCS) wyjaśnia, który z tych satelitów na orbicie działa, i to nie tak dużo, jak myślisz! Obecnie na orbicie znajduje się tylko 1419 działających satelitów Ziemi – co stanowi zaledwie około jednej trzeciej całkowitej liczby satelitów Ziemi. Oznacza to, że na planecie jest mnóstwo bezużytecznego metalu! Dlatego firmy cieszą się dużym zainteresowaniem sposobami wychwytywania i zwracania śmieci kosmicznych przy użyciu technik takich jak sieci kosmiczne, proce czy żagle słoneczne.
Co robią te wszystkie satelity?
Według UCS głównymi celami satelitów operacyjnych są:
- Komunikacja - 713 satelitów
- Obserwacja/nauka Ziemi – 374 satelity
- Demonstracja/rozwój technologii przy użyciu 160 satelitów
- Nawigacja i GPS - 105 satelitów
- Nauka o kosmosie - 67 satelitów
Należy zauważyć, że niektóre satelity mają wiele celów.
Kto jest właścicielem satelitów Ziemi?
Warto zauważyć, że w bazie danych UCS istnieją cztery główne typy użytkowników, chociaż 17% satelitów należy do wielu użytkowników.
- 94 satelity zarejestrowane przez ludność cywilną: są to zazwyczaj instytucje edukacyjne, chociaż istnieją inne organizacje krajowe. Celem 46% tych satelitów jest rozwój technologii takich jak nauka o Ziemi i kosmosie. Obserwacje stanowią kolejne 43%.
- 579 należy do użytkowników komercyjnych: organizacji komercyjnych i organizacji rządowych, które chcą sprzedać gromadzone przez siebie dane. 84% tych satelitów koncentruje się na usługach komunikacyjnych i globalnego pozycjonowania; z pozostałych 12% to satelity obserwacyjne Ziemi.
- Właścicielami 401 satelitów są użytkownicy rządowi: głównie krajowe organizacje kosmiczne, ale także inne organy krajowe i międzynarodowe. 40% z nich to satelity komunikacyjne i globalnego pozycjonowania; kolejne 38% koncentruje się na obserwacji Ziemi. Z pozostałej części rozwój nauki i technologii kosmicznej stanowi odpowiednio 12% i 10%.
- 345 satelitów należy do wojska: ponownie skupiamy się na systemach łączności, obserwacji Ziemi i globalnym pozycjonowaniu, przy czym 89% satelitów pełni jeden z tych trzech celów.
Ile satelitów mają kraje?
Według UNOOSA około 65 krajów wystrzeliło satelity, chociaż baza danych UCS zawiera tylko 57 krajów zarejestrowanych przy użyciu satelitów, a niektóre satelity są wymienione u wspólnych/międzynarodowych operatorów. Największy:
- USA z 576 satelitami
- Chiny ze 181 satelitami
- Rosja ze 140 satelitami
- Wielka Brytania jest wymieniona jako posiadająca 41 satelitów oraz uczestniczy w dodatkowych 36 satelitach obsługiwanych przez Europejską Agencję Kosmiczną.
Pamiętaj, kiedy patrzysz!
Następnym razem, gdy spojrzysz w nocne niebo, pamiętaj, że między tobą a gwiazdami znajduje się około dwóch milionów kilogramów metalu otaczającego Ziemię!
Od czasu wystrzelenia pierwszego satelity sztucznej Ziemi (AES) w 1957 r. życie ludzkie uległo ogromnym zmianom. Ludzkość wiele osiągnięć postępu technologicznego (międzynarodowa łączność satelitarna, dokładne prognozy pogody, Internet) zawdzięcza satelitom krążącym po orbitach w przestrzeni blisko Ziemi. Dziś takich satelitów są dziesiątki tysięcy, wykonujących zupełnie inne zadania. Ich rozmiary wahają się od ogromnych (około 100 metrów) do bardzo małych (dosłownie kilku centymetrów). Każdy z nich ma swoje zadanie i własną orbitę. Na jakich orbitach latają satelity? Jakie są rodzaje orbit i o co w tym wszystkim chodzi?
Trochę historii
Ludzie od dawna zauważyli, że ogromne ciała kosmiczne, czy to komety, planety, czy gwiazdy, poruszają się po niebie, zachowując pewną okresowość. Ci, którzy byli szczególnie ciekawi, nagrywali swoje obserwacje, co dawało każdemu nowemu pokoleniu coraz większą wiedzę na temat ruchu w przestrzeni kosmicznej.
Na przykład, studiując prace duńskiego astronoma Tycho Brahe, Johannes Kepler, niemiecki astronom z XVI wieku, ustalił, że wszystkie ciała kosmiczne poruszają się według pewnych praw. W szczególności Kepler zasugerował, że Mars (to właśnie dla tej planety Brahe obserwował przez długi czas) w ogóle nie porusza się wokół Słońca po okręgu. W swojej pracy „Nowa astronomia przedstawiona w badaniach nad ruchem gwiazdy Mars” Kepler wykazał, że Mars krąży wokół Słońca po elipsie. Później Kepler sformułował jeszcze kilka wniosków, które połączył w trzy definicje. Dziś te definicje (nazywamy je teraz Prawami) znane są nam pod jego imieniem.
Nie będziemy wchodzić w historię ze wszystkimi szczegółami. Jeszcze lepiej, przyjrzyjmy się, co ludzkość osiągnęła i jakie wnioski wyciągnęła, korzystając z praw Keplera. Zacznijmy od zdefiniowania orbity.
Co to jest orbita satelity
W rzeczywistości orbita satelity jest trajektorią jego ruchu. Ruch na orbicie odbywa się poprzez bezwładność (przy wyłączonych silnikach), a jednocześnie na satelitę (może to być sztuczny satelita lub planeta) oddziałuje wyłącznie grawitacja (głównie oczywiście Ziemia). Orbity satelitów Mają kształt eliptyczny i poruszają się po wyimaginowanej płaszczyźnie przechodzącej przez środek Ziemi. Ta płaszczyzna, a co za tym idzie orbita, nie jest symetryczna, ale raczej wydłużona, to znaczy nie jest stała, cały czas się zmienia, czasem zwiększając się, a czasem malejąc wzdłuż trajektorii. Z naukowego punktu widzenia najwyższy punkt orbity (maksymalna odległość od Ziemi) nazywany jest apogeum, a najniższy punkt (minimalna odległość od Ziemi) nazywany jest perygeum. Znajdują się odpowiednio na południowej i północnej półkuli Ziemi.
Zgodnie z Drugim Prawem Keplera planeta (w naszym przypadku satelita) poruszająca się w płaszczyźnie przechodzi (opisuje) równe pola w równych odstępach czasu. Z tego możemy wywnioskować, że satelity poruszają się nierównomiernie. Im bliżej Ziemi znajduje się satelita (perygeum), tym większa jest jego prędkość liniowa, a im dalej od Ziemi (apogeum), tym mniejsza jest jego prędkość. Zjawisko to pozwoliło naukowcom założyć, a następnie obliczyć różne orbity satelitów, optymalny dla określonego celu.
Jakie są orbity?
W zależności od zadanej prędkości początkowej satelita wystrzelony w przestrzeń kosmiczną zajmuje określoną orbitę (lub najpierw jedną, a potem drugą). Właściwości orbity satelity pozwalają na optymalizację sprzętu nadawczo-odbiorczego w celu optymalnej realizacji powierzonych zadań. Orbity różnią się nachyleniem, wielkością półosi wielkiej (lub wysokością nad powierzchnią Ziemi) oraz prędkością obrotu satelity wokół Ziemi. Rozważmy bardziej szczegółowo rodzaje orbit satelitarnych.
Orbity o zadanym nachyleniu
Klasyfikacja ta pokazuje, jak orbity różnią się nachyleniem. Im większy kąt nachylenia orbity, tym lepiej widoczny będzie satelita na północnych szerokościach geograficznych. Im wyższy satelita, tym szersze staje się pole widzenia. Istnieją orbity równikowe (orbita wzdłuż równika ziemskiego), polarne (orbita prostopadła do równika) i orbity synchroniczne ze Słońcem. Na tej ostatniej orbicie najczęściej umieszczane są satelity przeznaczone do foto i wideo rejestracji powierzchni Ziemi.
Orbity na różnych wysokościach (półoś wielka)
W zależności od wysokości orbity wystrzelony satelita nazywany jest odpowiednio orbitą niską lub orbitą średnią.
Satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej latać nad powierzchnią Ziemi na wysokości od 160 kilometrów do 2000 kilometrów. Ich najczęstszą nazwą w literaturze naukowej jest LEO (od angielskiego Low Earth Orbit).
Takie satelity o niskiej orbicie są najczęściej wykorzystywane do zapewnienia osobistej łączności radiotelefonicznej. Wyjaśnia to nieprzerwany kontakt terminali uziemiających z wzmacniaczami satelitarnymi, a także moc sygnału nadawczego i odbiorczego. Aspekt ten został jednak zastosowany w dziedzinie telekomunikacji masowej stosunkowo niedawno. Zatem w krajach o rozwiniętej infrastrukturze udział usług świadczonych przez satelity niskoorbitalne wynosi zaledwie około 35%. Główną część stanowią satelity krążące po orbicie geostacjonarnej.
Satelity średnioorbitalne nazywane są satelitami lecącymi nad powierzchnią Ziemi na wysokości od 2000 kilometrów do 35786 kilometrów. Nazywa się je odpowiednio MEO (od angielskiego „Medium Earth Orbit”).
To właśnie te wysokości orbitalne wykorzystywane są przez globalne systemy nawigacji (GPS, GLONASS) i jest to w miarę sprawiedliwe, gdyż podana wysokość satelitów średnioorbitalnych pozwala na najdokładniejszą wymianę danych z odbiornikami (nawigatorami).
Orbita geostacjonarna
Klasyfikacja ta pokazuje prędkość obrotu satelity wokół Ziemi znajdującego się na określonej orbicie. Prędkość orbitalna takiego satelity wynosi 23 godziny 56 minut i 4,09 sekundy. Łatwo zrozumieć, że liczba ta jest równa ziemskiemu dniu. W rezultacie satelita na takiej orbicie wydaje się „wisieć” na niebie w jednym miejscu.
Orbita geostacjonarna znajduje się w odległości 35 786 kilometrów od powierzchni Ziemi. Orbita przechodzi w płaszczyźnie równikowej Ziemi. Jego promień wynosi 42164 km. To około 6 razy więcej niż promień naszej planety (6378 kilometrów). Niebiańskie współrzędne takiego satelity na orbicie geostacjonarnej pozostają stałe. Dzięki temu możliwe jest ich wykorzystanie do telewizji satelitarnej. Sygnał pochodzący z takich satelitów jest wyraźny i niezakłócony.
Utrzymanie stałego punktu pozycjonowania („zawieszenie” w jednym miejscu) nie jest absolutne, ponieważ na satelitę stale wpływa najbliższy naturalny satelita Ziemi, czyli Księżyc. Księżyc powoduje zaburzenia grawitacyjne na orbicie satelity, przyciągając go do siebie. Pozycja satelity jest regulowana za pomocą silników, w które jest wyposażony.
„Pas Clarka”
Po raz pierwszy w historii angielski inżynier Arthur Clarke obliczył orbitę geostacjonarną. Stało się to w odległym już roku 1945. Clark zaproponował wykorzystanie tej orbity dla satelitów komunikacyjnych. Pomysł ten, ku zaskoczeniu samego Clarka, został zrealizowany i to bardzo szybko! Prawie wszystkie światowe systemy komunikacji zawdzięczają swoje istnienie tej osobie. W szerszym znaczeniu wszyscy ludzie korzystający dziś z Internetu mają wobec Arthura C. Clarke’a nieoceniony dług. W Anglii i większości innych krajów, zwłaszcza europejskich, orbita geostacjonarna nazywa się „Pasem Clarka”.
Umieszczenie satelitów na orbicie
Proces wysłania satelity i jego wystrzelenia na daną wysokość (orbitę) to zespół działań naukowych i praktycznych, opartych na przejrzystych obliczeniach matematycznych i fizycznych. Bezpośrednie dostarczenie satelity odbywa się za pomocą wielostopniowej rakiety wykorzystującej orbitę pośrednią.
Po co to jest
Rozważanie tak złożonych, ale interesujących tematów, jak satelity na orbicie, definicja i klasyfikacja orbit i inne, całkiem logicznie rodzi szereg pytań. Jaki jest z tego pożytek? Dlaczego musisz to wszystko wiedzieć?
Jak już wspomniano na początku artykułu, wraz z pojawieniem się orbitalnych sztucznych satelitów Ziemi i eksploracją orbity bliskiej Ziemi przez człowieka, wiele zmieniło się w życiu współczesnej ludzkości. Na przykład znacznie spadł średni koszt międzynarodowych rozmów telefonicznych. Stało się możliwe wykorzystanie zasobów światowego systemu nawigacji satelitarnej. Dokładna prognoza pogody, obliczanie zmian klimatycznych w określonych regionach planety, prognozowanie zmian geoklimatycznych w skali planety, badanie dna morskiego i złóż minerałów, dostęp do sieci WWW w dowolnym miejscu planety, eksploracja kosmosu, w końcu - wszystko to stało się możliwe dzięki satelitom na orbicie.
Niestety, dziś orbita blisko Ziemi jest przesycona różnymi „śmieciami kosmicznymi”. Szacuje się, że w pobliżu orbity geostacjonarnej, na której zazwyczaj znajduje się sprzęt komunikacyjny, znajduje się ponad 1100 obiektów latających o średnicy większej niż pół metra. Jednak tylko 300 z tych obiektów to satelity operacyjne. Wśród niebezpiecznych obiektów, które niepotrzebnie porzucono w przestrzeni kosmicznej na różnych wysokościach, znajdują się 32 dawno wyłączone reaktory jądrowe. Wszystko to świadczy o niewdzięczności poszczególnych „użytkowników” orbity wobec tych, którzy niegdyś dali nam bezcenną wiedzę o prawach ruchu ciał we wszechświecie.
Trajektorie sztucznych statków kosmicznych różnią się od orbit naturalnych ciał niebieskich: faktem jest, że w pierwszym przypadku istnieją tak zwane „sekcje aktywne”. To są obszary orbity satelitów, po którym poruszają się włączając silnik odrzutowy. Zatem obliczenie trajektorii statku kosmicznego jest złożonym i odpowiedzialnym zadaniem, którym zajmują się specjaliści z zakresu astrodynamiki.
Każdy system satelitarny ma określony status, zależny od przeznaczenia satelity, jego umiejscowienia, zasięgu obsługiwanego terytorium oraz własności zarówno samego statku kosmicznego, jak i stacji naziemnej odbierającej jego sygnały. W zależności od statusu, systemy satelitarne to:
- Międzynarodowy (regionalny lub globalny);
- Krajowy;
- Oddziałowy.
Ponadto wszystkie orbity są podzielone NA geostacjonarne i niegeostacjonarne (z kolei podzielone na LEO – niskoorbitalne, MEO – średnie wysokościowe i HEO – eliptyczne). Przyjrzyjmy się bliżej tym klasom.
Geostacjonarny orbity satelitów
Ten typ orbity jest najczęściej używany do umieszczania statków kosmicznych, ponieważ ma znaczące zalety: możliwa jest ciągła, całodobowa komunikacja i praktycznie nie ma przesunięcia częstotliwości. Satelity geostacjonarne znajdują się na wysokości około 36 000 km nad powierzchnią Ziemi i poruszają się z prędkością jej obrotu, jakby „unosiły się” nad pewnym punktem równika, „punktem podsatelitarnym”. Jednak w rzeczywistości pozycja takiego satelity nie jest stacjonarna: ulega pewnemu „dryftowi” pod wpływem wielu czynników, w efekcie – orbita nieznacznie przesuwa się w czasie.
Jak już wspomniano, satelita geostacjonarny praktycznie nie wymaga przerw w działaniu, ponieważ nie ma wzajemnego ruchu statku kosmicznego i jego stacji naziemnej. System składający się z trzech satelitów tego typu jest w stanie pokryć niemal całą powierzchnię Ziemi.
Jednocześnie takie systemy nie są pozbawione pewnych wad, z których główną jest pewne opóźnienie sygnału. Dlatego do transmisji radiowych i telewizyjnych najczęściej wykorzystywane są satelity na orbitach geostacjonarnych, w których opóźnienia w obu kierunkach wynoszące 250 ms nie wpływają na jakość sygnału. Znacznie bardziej zauważalne są opóźnienia w systemie łączności radiotelefonicznej (biorąc pod uwagę przetwarzanie sygnału w sieciach naziemnych, łączny czas wynosi już około 600 ms). Ponadto obszar zasięgu takich satelitów nie obejmuje obszarów o dużych szerokościach geograficznych (powyżej 76,50° N i S), co oznacza, że nie jest gwarantowany prawdziwie globalny zasięg.
W związku z szybkim rozwojem łączności satelitarnej, w ostatniej dekadzie orbita geostacjonarna stała się „zatłoczona” i pojawiły się problemy z rozmieszczeniem nowych urządzeń. Faktem jest, że zgodnie z międzynarodowymi standardami na orbicie okołorównikowej można umieścić nie więcej niż 360 satelitów, w przeciwnym razie nastąpią wzajemne zakłócenia.
Średniego wzrostu orbity satelitów
Systemy satelitarne tego typu zaczęły być opracowywane przez firmy początkowo zajmujące się produkcją geostacjonarnych statków kosmicznych. Orbita na średniej wysokości zapewnia lepszą wydajność komunikacji abonentom sieci komórkowej, ponieważ każdy użytkownik komunikacji mobilnej znajduje się w zasięgu kilku satelitów jednocześnie; opóźnienie całkowite – nie więcej niż 130 ms.
Położenie satelity niegeostacjonarnego ograniczone jest tzw. pasami radiacyjnymi Van Allena, czyli przestrzennymi pasami naładowanych cząstek, które zostały „przechwycone” przez ziemskie pole magnetyczne. Pierwszy ze stabilnych pasów wysokiego promieniowania znajduje się w przybliżeniu na wysokości 1500 km od powierzchni planety, jego zasięg wynosi kilka tysięcy kilometrów. Drugi pas, o tej samej dużej intensywności (10 000 impulsów/s), położony jest w odległości 13 000–19 000 km od Ziemi.
Rodzaj „trasy” dla satelitów średniej wysokości znajduje się pomiędzy pierwszym a drugim pasem promieniowania, czyli na wysokości 5000–15 000 km. Urządzenia te są słabsze od geostacjonarnych, dlatego do całkowitego pokrycia powierzchni Ziemi wymagana jest grupa orbitalna złożona z 8-12 satelitów (na przykład Spaceway NGSO, ICO, Rostelesat); każdy satelita znajduje się w strefie widoczności radiowej stacji naziemnej przez krótki czas, około 1,5-2 godzin.
Niski okrągły orbity satelitów
Satelity na niskich orbitach (700-1500 km) mają pewne zalety w stosunku do innych statków kosmicznych pod względem charakterystyki energetycznej, jednak tracą na czasie trwania sesji komunikacyjnych, a także na ogólnej żywotności. Okres orbitowania satelity wynosi średnio 100 minut, z czego około 30% pozostaje po zacienionej stronie planety. Akumulatory pokładowe są w stanie przejść około 5000 cykli ładowania/rozładowania rocznie, dzięki czemu ich żywotność nie przekracza 5-8 lat.
Wybór tego zakresu wysokości dla systemów satelitarnych na niskich orbitach nie jest przypadkowy. Na wysokości mniejszej niż 700 km gęstość atmosfery jest stosunkowo duża, co powoduje „degradację” orbity – stopniowe odchylenie od kursu, co wymaga zwiększonego zużycia paliwa, aby ją utrzymać. Na wysokości 1500 km rozpoczyna się pierwszy pas Van Allena, w strefie promieniowania, w którym obsługa urządzeń pokładowych jest praktycznie niemożliwa.
Jednak ze względu na małą wysokość orbity do pokrycia całego terytorium Ziemi wymagana jest konstelacja orbitalna złożona z co najmniej 48 statków kosmicznych. Okres rotacji na tych orbitach wynosi 90 min-2 godzin, natomiast maksymalny czas przebywania satelity w strefie widzialności radiowej wynosi zaledwie 10-15 minut.
Orbity eliptyczne
Eliptyczny Orbity satelitów Ziemi są synchroniczne, to znaczy umieszczone na orbicie obracają się z prędkością planety, a okres obiegu jest wielokrotnością dnia. Obecnie stosuje się kilka rodzajów takich orbit: Archi-medes, Borealis, „Tundra”, „Molniya”.
Prędkość satelity eliptycznego w apogeum (po osiągnięciu szczytu „elipsy”) jest mniejsza niż w perygeum, więc w tym okresie urządzenie może znajdować się w strefie widoczności radiowej określonego regionu dłużej niż satelita o orbicie kołowej . Sesje komunikacyjne, na przykład, z Molniyą trwają 8-10 godzin, a system trzech satelitów jest w stanie utrzymać całodobową globalną komunikację.
Tak jak miejsca w teatrze zapewniają różne perspektywy na przedstawienie, tak różne orbity satelitów zapewniają perspektywy, z których każda ma inny cel. Niektóre wydają się unosić nad punktem na powierzchni, zapewniając ciągły widok na jedną stronę Ziemi, podczas gdy inne krążą wokół naszej planety, przelatując nad wieloma miejscami w ciągu dnia.
Rodzaje orbit
Na jakiej wysokości latają satelity? Istnieją 3 rodzaje orbit okołoziemskich: wysoka, średnia i niska. Na najwyższym poziomie, najdalej od powierzchni, z reguły znajduje się wiele satelitów pogodowych i niektórych satelitów komunikacyjnych. Satelity krążące po średniej orbicie okołoziemskiej obejmują nawigację i specjalne, przeznaczone do monitorowania określonego regionu. Większość naukowych statków kosmicznych, w tym flota należąca do NASA w ramach Systemu Obserwacji Ziemi, znajduje się na niskiej orbicie.
Szybkość ich ruchu zależy od wysokości, na jakiej latają satelity. Gdy zbliżasz się do Ziemi, grawitacja staje się silniejsza, a ruch przyspiesza. Przykładowo satelita NASA Aqua potrzebuje około 99 minut, aby okrążyć naszą planetę na wysokości około 705 km, natomiast urządzenie meteorologiczne znajdujące się 35 786 km od powierzchni zajmuje 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. W odległości 384 403 km od środka Ziemi Księżyc wykonuje jeden obrót w ciągu 28 dni.
Paradoks aerodynamiczny
Zmiana wysokości satelity powoduje również zmianę jego prędkości orbitalnej. Jest tu paradoks. Jeśli operator satelitarny chce zwiększyć prędkość, nie może po prostu odpalić silników, aby przyspieszyć. Zwiększy to orbitę (i wysokość), co spowoduje zmniejszenie prędkości. Zamiast tego silniki powinny zostać uruchomione w kierunku przeciwnym do ruchu satelity, co spowolniłoby poruszający się pojazd na Ziemi. Ta czynność przesunie go niżej, pozwalając na zwiększenie prędkości.
Charakterystyka orbity
Oprócz wysokości ścieżkę satelity charakteryzuje ekscentryczność i nachylenie. Pierwsza dotyczy kształtu orbity. Satelita o małej mimośrodowości porusza się po trajektorii zbliżonej do kołowej. Ekscentryczna orbita ma kształt elipsy. Odległość statku kosmicznego od Ziemi zależy od jego położenia.
Nachylenie to kąt orbity względem równika. Satelita krążący bezpośrednio nad równikiem ma zerowe nachylenie. Jeśli statek kosmiczny przelatuje nad biegunem północnym i południowym (geograficznym, a nie magnetycznym), jego nachylenie wynosi 90°.
Wszystko razem - wysokość, ekscentryczność i nachylenie - determinują ruch satelity i to, jak Ziemia będzie wyglądać z jego punktu widzenia.
Wysoko blisko Ziemi
Kiedy satelita osiągnie dokładnie 42 164 km od środka Ziemi (około 36 tys. km od powierzchni), wchodzi w strefę, w której jego orbita pokrywa się z rotacją naszej planety. Ponieważ statek porusza się z tą samą prędkością co Ziemia, tj. jego okres obiegu wynosi 24 godziny, wydaje się, że pozostaje nieruchomy na jednej długości geograficznej, chociaż może dryfować z północy na południe. Ta specjalna wysoka orbita nazywana jest geosynchroniczną.
Satelita porusza się po orbicie kołowej bezpośrednio nad równikiem (mimośród i nachylenie wynoszą zero) i pozostaje nieruchomy względem Ziemi. Zawsze znajduje się nad tym samym punktem na swojej powierzchni.
Do obserwacji na dużych szerokościach geograficznych wykorzystywana jest orbita Molniya (nachylenie 63,4°). Satelity geostacjonarne są przywiązane do równika, więc nie nadają się do regionów dalekiej północy lub południa. Orbita ta jest dość ekscentryczna: statek kosmiczny porusza się po wydłużonej elipsie, a Ziemia znajduje się blisko jednej krawędzi. Ponieważ satelita jest przyspieszany przez grawitację, porusza się bardzo szybko, gdy znajduje się blisko naszej planety. W miarę oddalania się jego prędkość maleje, dlatego więcej czasu spędza na szczycie swojej orbity, na krawędzi najdalszej od Ziemi, do której odległość może osiągnąć 40 tys. km. Okres orbitalny wynosi 12 godzin, ale satelita spędza około dwóch trzecich tego czasu na jednej półkuli. Podobnie jak orbita półsynchroniczna, satelita podąża tą samą trasą co 24 godziny i służy do komunikacji na dalekiej północy i południu.
Nisko blisko Ziemi
Większość satelitów naukowych, wiele satelitów meteorologicznych i stacja kosmiczna znajdują się na prawie kołowej orbicie niskiej Ziemi. Ich nachylenie zależy od tego, co monitorują. TRMM został uruchomiony w celu monitorowania opadów w tropikach, dzięki czemu ma stosunkowo niewielkie nachylenie (35°), pozostając blisko równika.
Wiele satelitów systemu obserwacyjnego NASA ma orbitę prawie polarną o dużym nachyleniu. Sonda okrąża Ziemię od bieguna do bieguna w ciągu 99 minut. Przez połowę czasu przechodzi przez dzienną stronę naszej planety, a na biegunie przechodzi na nocną stronę.
Gdy satelita się porusza, Ziemia pod nim obraca się. Zanim pojazd dotrze do oświetlonego obszaru, znajduje się już nad obszarem sąsiadującym ze strefą swojego ostatniego orbitowania. W ciągu 24 godzin satelity polarne pokrywają większą część Ziemi dwukrotnie: raz w ciągu dnia i raz w nocy.
Orbita synchroniczna ze Słońcem
Tak jak satelity geosynchroniczne muszą być umieszczone nad równikiem, co pozwala im pozostać powyżej jednego punktu, tak satelity na orbicie polarnej mają możliwość pozostania w tym samym czasie. Ich orbita jest synchroniczna ze słońcem – kiedy statek kosmiczny przekracza równik, lokalny czas słoneczny jest zawsze taki sam. Na przykład satelita Terra zawsze przelatuje nad Brazylią o godzinie 10:30. Kolejna przeprawa 99 minut później nad Ekwadorem lub Kolumbią również następuje o godzinie 10:30 czasu lokalnego.
Orbita synchroniczna ze Słońcem jest niezbędna dla nauki, ponieważ pozwala światłu słonecznemu pozostać na powierzchni Ziemi, choć będzie się różnić w zależności od pory roku. Ta spójność oznacza, że naukowcy mogą porównywać zdjęcia naszej planety z tej samej pory roku przez kilka lat, nie martwiąc się o zbyt duże skoki światła, które mogłyby stworzyć iluzję zmiany. Bez orbity synchronicznej ze Słońcem trudno byłoby je śledzić w czasie i gromadzić informacje potrzebne do badania zmian klimatycznych.
Ścieżka satelity jest tutaj bardzo ograniczona. Jeśli znajduje się na wysokości 100 km, orbita powinna mieć nachylenie 96°. Wszelkie odstępstwa będą niedopuszczalne. Ponieważ opór atmosferyczny oraz siła grawitacji Słońca i Księżyca zmieniają orbitę statku kosmicznego, należy ją regularnie regulować.
Wstrzyknięcie na orbitę: wystrzelenie
Wystrzelenie satelity wymaga energii, której ilość zależy od lokalizacji miejsca startu, wysokości i nachylenia przyszłej trajektorii jego ruchu. Dotarcie na odległą orbitę wymaga więcej energii. Satelity o znacznym nachyleniu (na przykład polarne) są bardziej energochłonne niż te krążące wokół równika. Wejście na orbitę o niskim nachyleniu jest wspomagane przez obrót Ziemi. porusza się pod kątem 51,6397°. Jest to konieczne, aby ułatwić dotarcie do niego promom kosmicznym i rosyjskim rakietom. Wysokość ISS wynosi 337–430 km. Z drugiej strony satelity polarne nie otrzymują żadnego wsparcia od pędu Ziemi, więc potrzebują więcej energii, aby pokonać tę samą odległość.
Modyfikacja
Po wystrzeleniu satelity należy dołożyć wszelkich starań, aby utrzymać go na określonej orbicie. Ponieważ Ziemia nie jest idealną kulą, w niektórych miejscach jej grawitacja jest silniejsza. Ta nieregularność, wraz z przyciąganiem grawitacyjnym Słońca, Księżyca i Jowisza (najmasywniejszej planety Układu Słonecznego), zmienia nachylenie orbity. W ciągu całego swojego życia satelity GOES były dostosowywane trzy lub cztery razy. Pojazdy NASA krążące na niskich orbitach muszą co roku dostosowywać swoje nachylenie.
Ponadto atmosfera ma wpływ na satelity bliskie Ziemi. Warstwy najwyższe, choć dość rozrzedzone, stawiają na tyle duży opór, że przyciągają je bliżej Ziemi. Działanie grawitacji prowadzi do przyspieszenia satelitów. Z biegiem czasu spalają się, opadając spiralnie niżej i szybciej do atmosfery lub opadają na Ziemię.
Opór atmosferyczny jest silniejszy, gdy Słońce jest aktywne. Tak jak powietrze w balonie rozszerza się i unosi po podgrzaniu, tak atmosfera unosi się i rozszerza, gdy Słońce dostarcza jej dodatkowej energii. Cienkie warstwy atmosfery unoszą się, a ich miejsce zajmują gęstsze warstwy. Dlatego satelity krążące wokół Ziemi muszą zmieniać swoją pozycję około cztery razy w roku, aby skompensować opór atmosferyczny. Kiedy aktywność słoneczna jest maksymalna, położenie urządzenia należy korygować co 2-3 tygodnie.
Kosmiczne śmieci
Trzecim powodem wymuszającym zmianę orbity są śmieci kosmiczne. Jeden z satelitów komunikacyjnych Iridium zderzył się z niedziałającym rosyjskim statkiem kosmicznym. Rozbiły się, tworząc chmurę gruzu składającą się z ponad 2500 kawałków. Każdy element został dodany do bazy danych, która dziś zawiera ponad 18 000 obiektów pochodzenia sztucznego.
NASA uważnie monitoruje wszystko, co może znaleźć się na drodze satelitów, ponieważ orbity musiały już kilkakrotnie zmieniać się z powodu śmieci kosmicznych.
Inżynierowie monitorują położenie śmieci kosmicznych i satelitów, które mogą zakłócać ruch, i w razie potrzeby dokładnie planują manewry unikowe. Ten sam zespół planuje i wykonuje manewry w celu dostosowania nachylenia i wysokości satelity.
Co to jest orbita geostacjonarna? Jest to okrągłe pole znajdujące się nad równikiem Ziemi, wzdłuż którego sztuczny satelita obraca się z prędkością kątową obrotu planety wokół własnej osi. Nie zmienia swojego kierunku w poziomym układzie współrzędnych, lecz wisi nieruchomo na niebie. Geostacjonarna orbita Ziemi (GEO) jest rodzajem pola geosynchronicznego i służy do umieszczania satelitów komunikacyjnych, nadawczych telewizyjnych i innych.
Pomysł wykorzystania sztucznych urządzeń
Sama koncepcja orbity geostacjonarnej została zapoczątkowana przez rosyjskiego wynalazcę K. E. Ciołkowskiego. W swoich pracach proponował zaludnienie przestrzeni za pomocą stacji orbitalnych. Zagraniczni naukowcy opisali także działanie pól kosmicznych, np. G. Oberth. Twórcą koncepcji wykorzystania orbity do komunikacji jest Arthur C. Clarke. W 1945 roku opublikował artykuł w czasopiśmie Wireless World, w którym opisał zalety pola geostacjonarnego. Za aktywną pracę w tej dziedzinie, na cześć naukowca, orbita otrzymała drugie imię - „Pas Clarka”. Wielu teoretyków zastanawiało się nad problemem wdrożenia komunikacji wysokiej jakości. W ten sposób Herman Potochnik w 1928 roku wyraził pomysł, w jaki sposób można wykorzystać satelity geostacjonarne.
Charakterystyka „Pasu Clarka”
Aby orbitę można było nazwać geostacjonarną, musi spełniać szereg parametrów:
1. Geosynchronia. Cecha ta obejmuje pole, które ma okres odpowiadający okresowi obrotu Ziemi. Satelita geosynchroniczny okrąża planetę w ciągu doby gwiazdowej, która trwa 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Ziemia potrzebuje tego samego czasu na wykonanie jednego obrotu w ustalonej przestrzeni.
2. Aby utrzymać satelitę w określonym punkcie, orbita geostacjonarna musi być kołowa i mieć zerowe nachylenie. Pole eliptyczne spowoduje przemieszczenie na wschód lub na zachód, ponieważ statek porusza się w różny sposób w pewnych punktach swojej orbity.
3. „Punkt zawisu” mechanizmu kosmicznego musi znajdować się na równiku.
4. Rozmieszczenie satelitów na orbicie geostacjonarnej powinno być takie, aby przy niewielkiej liczbie częstotliwości przeznaczonych do komunikacji nie powodowało nakładania się częstotliwości różnych urządzeń podczas odbioru i transmisji oraz aby uniknąć ich kolizji.
5. Wystarczająca ilość paliwa do utrzymania stałego położenia mechanizmu kosmicznego.
Orbita geostacjonarna satelity jest wyjątkowa, ponieważ tylko dzięki połączeniu jej parametrów urządzenie może pozostać nieruchome. Kolejną cechą jest możliwość widzenia Ziemi pod kątem siedemnastu stopni z satelitów znajdujących się w polu kosmicznym. Każde urządzenie przechwytuje około jednej trzeciej powierzchni orbity, więc trzy mechanizmy są w stanie objąć prawie całą planetę.
Sztuczne satelity
Satelity zostały wystrzelone przez wiele krajów i firm. Pierwsze na świecie sztuczne urządzenie powstało w ZSRR i poleciał w kosmos 4 października 1957 roku. Został nazwany Sputnik 1. W 1958 roku Stany Zjednoczone wystrzeliły drugi statek kosmiczny, Explorer 1. Pierwszy satelita wystrzelony przez NASA w 1964 roku otrzymał nazwę Syncom-3. Sztuczne urządzenia w większości nie podlegają zwrotowi, ale zdarzają się takie, które zwracane są w części lub w całości. Służą do prowadzenia badań naukowych i rozwiązywania różnych problemów. Są więc satelity wojskowe, badawcze, nawigacyjne i inne. Na rynek trafiają także urządzenia tworzone przez pracowników uczelni lub radioamatorów.
„Punkt stały”
Satelity geostacjonarne znajdują się na wysokości 35 786 kilometrów nad poziomem morza. Wysokość ta zapewnia okres orbitalny odpowiadający okresowi obrotu Ziemi względem gwiazd. Sztuczny pojazd jest nieruchomy, dlatego jego położenie na orbicie geostacjonarnej nazywa się „punktem postoju”. Unoszenie zapewnia stałą, długoterminową komunikację, po ustawieniu antena będzie zawsze skierowana na żądanego satelitę.
Ruch
Satelity można przenosić z orbity na małej wysokości na orbitę geostacjonarną za pomocą pól geotransferowych. Te ostatnie to ścieżka eliptyczna z punktem na małej wysokości i szczytem na wysokości zbliżonej do koła geostacjonarnego. Satelita, który stał się nienadający się do dalszej pracy, zostaje wysłany na orbitę utylizacyjną zlokalizowaną 200-300 kilometrów nad GEO.
Wysokość orbity geostacjonarnej
Satelita w danym polu utrzymuje określoną odległość od Ziemi, nie zbliżając się, ani nie oddalając. Zawsze znajduje się nad jakimś punktem na równiku. Z tych cech wynika, że siły grawitacji i siła odśrodkowa równoważą się. Wysokość orbity geostacjonarnej oblicza się metodami opartymi na mechanice klasycznej. W tym przypadku brana jest pod uwagę zgodność sił grawitacyjnych i odśrodkowych. Wartość pierwszej wielkości określa się korzystając z prawa powszechnego ciążenia Newtona. Wskaźnik siły odśrodkowej oblicza się, mnożąc masę satelity przez przyspieszenie dośrodkowe. Z równości masy grawitacyjnej i bezwładnościowej wynika, że wysokość orbity nie zależy od masy satelity. Dlatego orbitę geostacjonarną wyznacza się jedynie na podstawie wysokości, na której siła odśrodkowa jest równa co do wielkości i skierowana przeciwnie do siły grawitacji wytwarzanej przez grawitację Ziemi na danej wysokości.
Ze wzoru na obliczenie przyspieszenia dośrodkowego można znaleźć prędkość kątową. Promień orbity geostacjonarnej jest również wyznaczany za pomocą tego wzoru lub poprzez podzielenie geocentrycznej stałej grawitacyjnej przez kwadrat prędkości kątowej. Ma długość 42 164 km. Biorąc pod uwagę promień równikowy Ziemi, uzyskujemy wysokość równą 35 786 kilometrów.
Obliczenia można przeprowadzić w inny sposób, bazując na stwierdzeniu, że wysokość orbity, czyli odległość od środka Ziemi, przy prędkości kątowej satelity pokrywającej się z ruchem obrotowym planety, powoduje powstanie liniowego prędkość równa pierwszej prędkości kosmicznej na danej wysokości.
Prędkość na orbicie geostacjonarnej. Długość
Wskaźnik ten oblicza się, mnożąc prędkość kątową przez promień pola. Wartość prędkości na orbicie wynosi 3,07 km na sekundę, czyli znacznie mniej niż pierwsza prędkość kosmiczna na ścieżce bliskiej Ziemi. Aby zmniejszyć szybkość, konieczne jest zwiększenie promienia orbity ponad sześciokrotnie. Długość oblicza się, mnożąc liczbę Pi i promień pomnożony przez dwa. To 264924 km. Wskaźnik jest brany pod uwagę przy obliczaniu „punktów stojących” satelitów.
Wpływ sił
Parametry orbity, po której obraca się sztuczny mechanizm, mogą zmieniać się pod wpływem grawitacyjnych zaburzeń księżycowo-słonecznych, niejednorodności pola ziemskiego i eliptyczności równika. Transformacja pola wyraża się w takich zjawiskach jak:
- Przemieszczenie satelity z jego położenia na orbicie w kierunku punktów stabilnej równowagi, które nazywane są potencjalnymi dziurami na orbicie geostacjonarnej.
- Kąt nachylenia pola do równika rośnie z określoną prędkością i osiąga 15 stopni raz na 26 lat i 5 miesięcy.
Aby utrzymać satelitę w pożądanym „punkcie stojącym”, jest on wyposażony w układ napędowy, który włącza się kilka razy co 10-15 dni. Zatem, aby skompensować wzrost nachylenia orbity, stosuje się korekcję „północ-południe”, a dla kompensacji dryfu wzdłuż pola stosuje się korektę „zachód-wschód”. Aby regulować ścieżkę satelity przez cały okres jego życia, wymagany jest duży zapas paliwa na pokładzie.
Układy napędowe
Wybór urządzenia zależy od indywidualnych cech technicznych satelity. Na przykład chemiczny silnik rakietowy ma wyporowe zasilanie paliwem i działa na długo przechowywanych, wysokowrzących składnikach (czterotlenek diazotu, niesymetryczna dimetylohydrazyna). Urządzenia plazmowe mają znacznie mniejszy ciąg, ale dzięki długotrwałej pracy, mierzonej w kilkudziesięciu minutach na pojedynczy ruch, mogą znacznie zmniejszyć ilość paliwa zużywanego na pokładzie. Ten typ układu napędowego służy do manewrowania satelitą na inną pozycję orbitalną. Głównym czynnikiem ograniczającym żywotność urządzenia jest zasilanie paliwem na orbicie geostacjonarnej.
Wady sztucznego pola
Istotną wadą interakcji z satelitami geostacjonarnymi są duże opóźnienia w propagacji sygnału. Zatem przy prędkości światła 300 tysięcy kilometrów na sekundę i wysokości orbity 35 786 kilometrów ruch wiązki Ziemia-satelita zajmuje około 0,12 sekundy, a wiązki Ziemia-satelita-Ziemia - 0,24 sekundy. Biorąc pod uwagę opóźnienie sygnału w urządzeniach i systemach transmisji kablowej służb naziemnych, całkowite opóźnienie sygnału „źródło-satelita-odbiornik” sięga około 2-4 sekund. Wskaźnik ten znacząco komplikuje wykorzystanie urządzeń na orbicie dla telefonii i uniemożliwia wykorzystanie łączności satelitarnej w systemach czasu rzeczywistego.
Kolejną wadą jest niewidoczność orbity geostacjonarnej z dużych szerokości geograficznych, co zakłóca komunikację i transmisje telewizyjne w regionach Arktyki i Antarktyki. W sytuacjach, gdy słońce i satelita nadawczy znajdują się w jednej linii z anteną odbiorczą, następuje spadek, a czasem całkowity brak sygnału. Na orbitach geostacjonarnych, ze względu na bezruch satelity, zjawisko to objawia się szczególnie wyraźnie.
efekt Dopplera
Zjawisko to polega na zmianie częstotliwości drgań elektromagnetycznych przy wzajemnym ruchu nadajnika i odbiornika. Zjawisko to wyraża się zmianą odległości w czasie, a także ruchem sztucznych pojazdów na orbicie. Efekt objawia się niską stabilnością częstotliwości nośnej satelity, do której dochodzi sprzętowa niestabilność częstotliwości pokładowego wzmacniacza i stacji naziemnej, co komplikuje odbiór sygnałów. Efekt Dopplera przyczynia się do zmiany częstotliwości drgań modulujących, której nie można kontrolować. W przypadku wykorzystania na orbicie satelitów komunikacyjnych i bezpośredniej transmisji telewizyjnej zjawisko to jest praktycznie wyeliminowane, to znaczy nie następuje zmiana poziomu sygnału w punkcie odbioru.
Stosunek do pól geostacjonarnych na świecie
Narodziny orbity kosmicznej wywołały wiele pytań i międzynarodowych problemów prawnych. W ich rozstrzyganie zaangażowanych jest wiele komisji, w szczególności Organizacja Narodów Zjednoczonych. Niektóre kraje położone na równiku domagały się rozszerzenia swojej suwerenności na część pola kosmicznego znajdującą się nad ich terytorium. Państwa stwierdziły, że orbita geostacjonarna jest czynnikiem fizycznym związanym z istnieniem planety i zależnym od pola grawitacyjnego Ziemi, zatem segmenty pola stanowią przedłużenie terytorium ich krajów. Ale takie twierdzenia zostały odrzucone, ponieważ na świecie obowiązuje zasada nieprzywłaszczania przestrzeni kosmicznej. Wszelkie problemy związane z eksploatacją orbit i satelitów rozwiązywane są na poziomie globalnym.
