legmagasabb pályája. geostacionárius pálya

Geostacionárius pályán a műhold nem közelíti meg a Földet és nem távolodik el tőle, ráadásul a Földdel együtt forogva folyamatosan az egyenlítő bármely pontja felett helyezkedik el. Ezért a műholdra ható gravitációs és centrifugális erőknek ki kell egyensúlyozniuk egymást. A geostacionárius pálya magasságának kiszámításához használhatja a módszereket klasszikus mechanikaés miután átváltott a műhold vonatkoztatási rendszerére, folytassa a következő egyenletből:

ahol a tehetetlenségi erő, és ebben az esetben a centrifugális erő; a gravitációs erő. A műholdra ható gravitációs erő nagyságát a törvény határozza meg gravitáció Newton:

ahol a műhold tömege, a Föld tömege kilogrammban, a gravitációs állandó és a pálya sugara (a műhold és a Föld középpontja közötti távolság méterben).

A centrifugális erő nagysága:

ahol a pálya menti körkörös mozgás során fellépő centripetális gyorsulás.

Amint látható, a műhold tömege mind a centrifugális, mind a gravitációs erő kifejezéseiben jelen van. Vagyis a pálya magassága nem függ a műhold tömegétől, ami bármely pályára igaz, és a gravitációs és a tehetetlenségi tömeg egyenlőségének a következménye. Ezért a geostacionárius pályát csak az a magasság határozza meg, amelyen a centrifugális erő abszolút értékben egyenlő lesz, és ellentétes irányú a Föld vonzása által létrehozott gravitációs erővel egy adott magasságban.

A centripetális gyorsulás a következő:

ahol a műhold szögsebessége, radián per másodpercben.

A gravitációs és centrifugális erők egyenlősége alapján a következőket kapjuk:

Szögsebesség ω úgy számítják ki, hogy az egy fordulat alatt megtett szöget elosztják a forgási periódussal (az az idő, amelyre egy fordulat). teljes fordulat keringés: egy sziderális nap, vagyis 86 164 másodperc). Kapunk: rad/s

A pálya becsült sugara 42 164 km. A Föld egyenlítői sugarát (6378 km) levonva a GSO magassága 35786 km lesz.

Keringési sebesség

A mozgás sebességét a geostacionárius pályán úgy számítjuk ki, hogy a szögsebességet megszorozzuk a pálya sugarával: km/s

Ez körülbelül 2,5-szer kisebb, mint az első 8 km/s-os menekülési sebesség a Föld-közeli pályán (6400 km-es sugárral). Mivel a körpályán a sebesség négyzete fordítottan arányos a sugarával, a sebességcsökkenést az első térpályához képest úgy érjük el, hogy a pálya sugarát több mint 6-szorosra növeljük.

Pályahossz

Geostacionárius pálya hossza: . 42 164 km-es pályasugárral 264 924 km-es pályahosszt kapunk. A pálya hossza rendkívül fontos a műholdak "állomáspontjainak" kiszámításához.

Műhold pályahelyzetben tartása geostacionárius pályán A geostacionárius pályán keringő műhold számos olyan erő (perturbáció) hatása alatt áll, amelyek megváltoztatják ennek a pályának a paramétereit. Az ilyen perturbációk közé tartoznak különösen a gravitációs hold-napzavarok, a Föld gravitációs mezőjének inhomogenitásának hatása, az egyenlítő ellipticitása stb. A pályaromlás két fő jelenségben fejeződik ki:

1) A műhold a pálya mentén mozog eredeti pályahelyzetéből a stabil egyensúly négy pontja, az úgynevezett "geostacionárius pálya lehetséges lyukai" (hosszúságuk 75,3°K, 104,7°Ny, 165,3°K) felé. , és 14,7° W) a Föld egyenlítője felett;

2) A pálya dőlése az egyenlítőhöz képest (a kezdeti = 0-ról) évente körülbelül 0,85 fokkal növekszik, és 26,5 év alatt eléri a 15 fokos maximális értéket.

Ezen zavarok kompenzálására és a műholdnak a kijelölt helyen tartására a műholdat meghajtó rendszerrel (vegyi vagy elektromos rakétával) szerelik fel. A tolóhajtóművek időszakos bekapcsolása (korrekció "észak-dél" a pálya dőlésszögének növekedésének kompenzálására és "nyugat-kelet" a pálya menti sodródás kompenzálására) a műholdat a kijelölt pozícióban tartja. Az ilyen zárványok több (10-15) napon belül többször készülnek. Lényeges, hogy az észak-déli irányú korrekció sokkal nagyobb karakterisztikus sebességnövekedést igényel (évente kb. 45-50 m/s), mint a hosszanti korrekciónál (évenként kb. 2 m/s). A műhold pályájának korrekciójának biztosításához a működésének teljes időtartama alatt (modern televíziós műholdak esetén 12-15 év) jelentős üzemanyag-készletre van szükség a fedélzeten (vegyi motor esetén több száz kilogramm). A műhold vegyi rakétahajtóműve lökettérfogatú üzemanyag-ellátó rendszerrel (ellátó gáz – hélium) rendelkezik, hosszú távú, magas forráspontú alkatrészekkel (általában aszimmetrikus dimetilhidrazinnal és nitrogén-tetroxiddal) működik. Számos műhold van felszerelve plazmamotorral. Tolóerejük lényegesen kisebb, mint a vegyszereké, de nagyobb hatásfokuk lehetővé teszi (a hosszú távú, egyetlen manőverre több tíz perc alatt mért működés miatt) a fedélzeten szükséges üzemanyag tömeg radikális csökkentését. A meghajtórendszer típusának megválasztását a berendezés sajátos műszaki jellemzői határozzák meg.

Ugyanezt a meghajtási rendszert alkalmazzák, ha szükséges, a műhold másik pályahelyzetbe való manőverezésére. Egyes esetekben, általában a műhold élettartamának végén, az üzemanyag-fogyasztás csökkentése érdekében az észak-déli pályakorrekciót leállítják, és a maradék üzemanyagot csak a nyugat-keleti korrekcióra használják fel. Az üzemanyag-kapacitás a fő korlátozó tényező a geostacionárius pályán álló műhold élettartamában.

Terv:

1 Állomás
2 Műholdak elhelyezése pályán
3 A geostacionárius pálya paramétereinek számítása
- 3.1 Pályasugár és pályamagasság
- 3.2 Keringési sebesség
- 3.3 Pályahossz
4 Kommunikáció

Bevezetés

geostacionárius pálya(GSO) - a Föld egyenlítője (0° szélességi fok) felett elhelyezkedő körpálya, amelyen egy mesterséges műhold kering a bolygó körül. szögsebesség, egyenlő a Föld tengelye körüli forgásának szögsebességével, és állandóan ugyanazon pont felett van a Föld felszíne. A geostacionárius pálya a geoszinkron pálya egy változata, és elhelyezésre szolgál mesterséges műholdak(kommunikáció, műsorszórás stb.)

A műholdnak a Föld forgási irányába kell néznie, 35 786 km tengerszint feletti magasságban (lásd alább a GSO magasságszámítást). Ez a magasság biztosítja a műhold számára a Földnek a csillagokhoz viszonyított forgási periódusával megegyező forgási periódust (sziderikus nap: 23 óra, 56 perc, 4,091 másodperc).

A geostacionárius műholdak kommunikációs célú felhasználásának gondolatát [ mikor?] K. E. Ciolkovszkij és a szlovén űrhajós teoretikus, German Potocnik 1928-ban. A geostacionárius pálya előnyei azután váltak széles körben ismertté, hogy Arthur C. Clark 1945-ben publikált egy népszerű tudományos cikket a Wireless World folyóiratban, ezért Nyugaton a geostacionárius. és a geoszinkron pályákat néha " Clark pályái", a " Clark övét» nevezzük a világűrnek azt a vidékét, amely 36 000 km tengerszint feletti távolságban van a Föld egyenlítőjének síkjában, ahol a pályák paraméterei közel állnak a geostacionáriushoz. Az első műhold, amelyet sikeresen felbocsátottak a GSO-ba, az volt Syncom-2 a NASA indította útjára 1963 júliusában.

1. Állópont

A geostacionárius pályán álló műhold a Föld felszínéhez képest stacioner, ezért a pályán elfoglalt helyét állomásnak nevezzük. Ennek eredményeként a műholdra orientált és fixen rögzített irányított antenna hosszú ideig képes állandó kapcsolatot fenntartani ezzel a műholddal.

2. Műholdak pályára állítása

Arhangelszk esetében a műhold maximális lehetséges magassága a horizont felett 17,2 °
A Clark-öv legmagasabb pontja mindig délre van. A grafikon alján a fokok azok a meridiánok, amelyek felett a műholdak találhatók.
Az oldalakon - a műholdak magassága a horizont felett.
Fent - a műhold iránya. Az egyértelműség kedvéért vízszintesen 7,8-szorosára nyújtható, és balról jobbra tükröződhet. Akkor ugyanúgy fog kinézni, mint az égen.

A geostacionárius pályát csak az egyenlítő feletti körön lehet pontosan biztosítani, amelynek magassága nagyon közel van 35 786 km-hez.

Ha a geostacionárius műholdak szabad szemmel láthatóak lennének az égen, akkor az a vonal, amelyen láthatóak lennének, egybeesne a terület „Clark övével”. A geostacionárius műholdak a rendelkezésre álló állópontoknak köszönhetően kényelmesen használhatók műholdas kommunikáció: A tájolást követően az antenna mindig a kiválasztott műholdra mutat (hacsak nem változtat a helyzetén).

A műholdak kis magasságú pályáról geostacionárius pályára történő átviteléhez geostacionárius átviteli (geotranszfer) pályákat (GPO) használnak - elliptikus pályákat, amelyek kis magasságban vannak, és apogeus a geostacionárius pályához közeli magasságban.

A maradék üzemanyaggal való aktív működés befejezése után a műholdat a GSO felett 200-300 km-rel elhelyezkedő ártalmatlanító pályára kell helyezni.

3. A geostacionárius pálya paramétereinek kiszámítása

3.1. Pályasugár és pályamagasság

Geostacionárius pályán a műhold nem közelíti meg a Földet és nem távolodik el tőle, ráadásul a Földdel együtt forogva folyamatosan az egyenlítő bármely pontja felett helyezkedik el. Ezért a műholdra ható gravitációs és centrifugális erőknek ki kell egyensúlyozniuk egymást. A geostacionárius pálya magasságának kiszámításához használhatja a klasszikus mechanika módszereit, és a következő egyenletből indul ki:

F u = F Γ ,

ahol F u- a tehetetlenségi erő, és ebben az esetben a centrifugális erő; FΓ - gravitációs erő. A műholdra ható gravitációs erő nagysága Newton egyetemes gravitációs törvényével határozható meg:

ahol m c a műhold tömege, M 3 - a Föld tömege kilogrammban, G a gravitációs állandó, és R a műhold és a Föld középpontja közötti távolság, vagy ebben az esetben a pálya sugara.

A centrifugális erő nagysága:

ahol a- centripetális gyorsulás, amely a pályán lévő körkörös mozgás során következik be.

Amint látja, a műhold tömege m c tényezőként van jelen a centrifugális erő és a gravitációs erő kifejezéseiben, vagyis a pálya magassága nem függ a műhold tömegétől, ami bármely pályára igaz, és a pálya egyenlőségének következménye. a gravitációs és a tehetetlenségi tömegek. Ezért a geostacionárius pályát csak az a magasság határozza meg, amelyen a centrifugális erő abszolút értékben egyenlő lesz, és ellentétes irányú a Föld vonzása által létrehozott gravitációs erővel egy adott magasságban.

A centripetális gyorsulás a következő:

ahol ω a műhold szögsebessége, radián per másodpercben.

Tegyünk egy fontos pontosítást. Valójában a centripetális gyorsulásnak van fizikai jelentése csak az inerciális vonatkoztatási rendszerben, míg a centrifugális erő az úgynevezett képzeletbeli erő, és kizárólag a forgó testekhez kapcsolódó vonatkoztatási rendszerekben (koordinátákban) lép fel. A centripetális erő (jelen esetben a gravitációs erő) centripetális gyorsulást okoz. Modulo (abszolút számértékkel) a centripetális gyorsulás az inerciális vonatkoztatási rendszerben megegyezik a centrifugális gyorsulással az esetünkben a műholdra kapcsolt vonatkoztatási rendszerben. Ezért a továbbiakban, figyelembe véve az elhangzott megjegyzést, használhatjuk a "centripetális gyorsulás" kifejezést a "centrifugális erő" kifejezéssel együtt.

A gravitációs erő és a centrifugális erő kifejezéseit a centripetális gyorsulás helyettesítésével kiegyenlítve kapjuk:

Csökkentő m c, fordítás R 2 balra és ω 2 jobbra, kapjuk:

Ezt a kifejezést másként is felírhatja, helyettesítve μ-vel - a geocentrikus gravitációs állandóval:

Az ω szögsebességet úgy számítjuk ki, hogy az egy fordulat alatt megtett szöget (radián) elosztjuk a forgási periódussal (az az idő, amely alatt egy teljes fordulat a pályán: egy sziderális nap, vagyis 86 164 másodperc). Kapunk:

rad/s

Az így kapott pályasugár 42 164 km. A Föld egyenlítői sugarát (6378 km) levonva 35.786 km magasságot kapunk.

3.2. Keringési sebesség

A keringési sebességet (az a sebesség, amellyel a műhold repül az űrben) úgy számítjuk ki, hogy a szögsebességet megszorozzuk a pálya sugarával:

km/s vagy = 11052 km/h

A számításokat más módon is elvégezheti. A geostacionárius pálya magassága az a távolság a Föld középpontjától, ahol a műhold szögsebessége a Föld forgásának szögsebességével egybeeső keringési (lineáris) sebességet generál, amely megegyezik az első térsebességgel (hogy biztosítsa a körpálya) adott magasságban. Ezt az egyszerű egyenletet megoldva természetesen ugyanazokat az értékeket kapjuk, mint a centrifugális erővel végzett számításoknál. Az is világos, hogy miért olyan magasak a geostacionárius pályák. A műholdat elég távol kell elmozdítani a Földtől ahhoz, hogy az első űrsebesség ilyen kicsi legyen (kb. 3 km/s, vö. kb. 8 km/s alacsony pályán)

Fontos megjegyezni azt is, hogy a geostacionárius pályának pontosan kör alakúnak kell lennie (és ezért volt az első kozmikus sebesség, amit fent említettünk). Ha a sebesség kisebb, mint az első űrsebesség (a Földtől adott távolságban), akkor a műhold csökken, ha a sebesség nagyobb, mint az első űrsebesség, akkor a pálya elliptikus lesz, és a műhold nem képes egyenletesen szinkronban forogni a Földdel.

3.3. Pályahossz

Geostacionárius pálya hossza: . 42 164 km-es pályasugárral 264 924 km-es pályahosszt kapunk.

A pálya hossza rendkívül fontos a műholdak "állomáspontjainak" kiszámításához.

4. Kommunikáció

Az ilyen műholdakon keresztüli kommunikációt nagy késések jellemzik a jelterjedésben. Már egy sugármozgatás is csaknem negyed másodpercbe kerül a műholdra és vissza. A ping a Föld másik pontjára körülbelül fél másodpercig tart.

A 35 786 km-es pályamagasság és a körülbelül 300 000 km/s fénysebesség mellett a Föld-műhold sugárútja 35786/300000 = ~ 0,12 mp. Nyalábút "Föld (adó) -> Műhold -> Föld (vevő)" ~ 0,24 mp. A ping ~0,48 másodpercet vesz igénybe

Figyelembe véve a jelkésleltetést a műholdas berendezésekben és a földi szolgálatok berendezéseiben, a Föld -> műhold -> Föld útvonalon a teljes jelkésés elérheti a 2-4 s-ot.

A műhold fenntartása a geostacionárius pályán álló ponton energiát és ennek megfelelően pénzügyi költségeket igényel. Ez pontosan annak a ténynek köszönhető, hogy a pályának szigorúan kör alakúnak kell lennie, szigorúan meghatározott magasságúnak és szigorúan meghatározott sebességgel kell jellemeznie (mindhárom paraméter összefügg). Ezért a geostacionárius műholdak gyorsan elhasználják a rendelkezésre álló üzemanyagot a pálya sebességének és magasságának korrigálására. Éppen ezért jelenleg főleg nem „függő”, hanem „nyolc” geoszinkron pályán elhelyezett műholdat használnak, amelyek többek között jóval alacsonyabbak is lehetnek a geostacionáriusnál. Ráadásul az egyenlítői síkhoz képest szögben elhelyezkedő, ellentétes elliptikus pályán lévő két műhold „ikerpárja” sokkal olcsóbb működésben, mint egy geostacionárius műhold.

A geostacionárius műholdak azonban továbbra is nélkülözhetetlenek számos katonai hírszerzési célra, valamint az úgynevezett űrcélzáshoz, vagyis az űrhajók pályára lépésekor, illetve pályáról pályára való mozgása során történő tájékozódáshoz. Emellett a jövőben a geostacionárius műholdak biztosíthatják az úgynevezett űrliftek működését.

Ez az absztrakt az orosz Wikipédia egyik cikkén alapul. A szinkronizálás befejeződött: 07/09/11 23:38:18
Hasonló absztraktok: Geostacionárius banán Texas felett, Szputnyik (RN), Pan (műhold), Mab (műhold), Io (műhold), Zeya (műhold), Zoya (műhold), Szputnyik-3, Szputnyik-5.

3. fejezet

MESTERSÉGES FÖLD-MŰHOLDAK KERÜLÉSE. MŰHOLD KERÜLÉSRE

A műhold pályáját pályának nevezzük. A műhold szabad repülése során, amikor fedélzeti sugárhajtóműveit kikapcsolják, a mozgás gravitációs erők és tehetetlenség hatására történik, a fő erő pedig a Föld vonzása.

Ha a Földet szigorúan gömb alakúnak tekintjük, és a Föld gravitációs mezejének hatása az egyetlen, a műholdra ható erő, akkor a mesterséges műhold mozgása betartja a Kepler ismert törvényeit: rögzített (abszolút értelemben) tér) a Föld középpontján áthaladó sík - a pálya síkja; a pálya ellipszis (3.1. ábra) vagy kör alakú (az ellipszis speciális esete).

Amikor a műhold mozog, a teljes mechanikai energia (kinetikai és potenciális) változatlan marad, aminek következtében a műhold a Földtől távolodva mozgásának sebessége csökken.

A Föld műhold elliptikus pályájának egyenletét a poláris koordináta-rendszerben a képlet határozza meg

Elliptikus pálya esetén a perigeuspont az r \u003d rp sugárvektor legkisebb értékének megfelelő pálya pontja, az apogeuspont az r \u003d ra legnagyobb értékének megfelelő pont (3.2. ábra). ).

A Föld az ellipszis egyik gócában van. A (3.1) képletben szereplő mennyiségeket a következő összefüggések kapcsolják össze:

A gócok és az ellipszis középpontja közötti távolság ae, azaz arányos az excentricitással. Műhold magassága a Föld felszíne felett

ahol R- a föld sugara. A pálya síkjának és az egyenlítő síkjának metszésvonalát (a - a a 3.1. ábrán) csomópontok vonalának nevezzük, a pálya síkja és az egyenlítő síkja közötti i szög a dőlésszög. a pályáról. A dőlésszög alapján megkülönböztetünk egyenlítői (i = 0°), poláris (i = 90°) és ferde pályát (0°). 90°

A műhold pályáját a d apogeus hosszúsága is jellemzi - a műhold alatti pont hosszúsági foka (a sugárvektor metszéspontja a Föld felszínével) abban a pillanatban, amikor a műhold áthalad az apogeen és a T forradalom periódusa (a pálya ugyanazon pontjának két egymást követő áthaladása közötti idő).

A kommunikációs és műsorszórási rendszerek megkövetelik, hogy a műhold és a hozzá tartozó földi állomások között megfelelő időtartamú rálátás legyen. Ha az ülés nem éjjel-nappal van, akkor célszerű minden nap ugyanabban az időben megismételni. Ezért előnyben részesítik azokat a szinkron keringési pályákat, amelyek forgási periódusa megegyezik a Föld tengelye körüli forgási idejével, vagy annak többszöröse, azaz a sziderális napok (23 óra 56 perc 4 s).

A 12 órás forgási periódusú magas elliptikus pályát széles körben alkalmazták, amikor a Molniya műholdakat kommunikációs és függőrendszerekhez használták (a perigeus magassága 500 km, az apogee 40 ezer km). Egy műhold mozgása nagy magasságban - az apogee régióban - lelassul, a Föld déli féltekéje felett elhelyezkedő perigeus régióban pedig a műhold nagyon gyorsan elhalad. A Molnija típusú pályán lévő műhold láthatósági zónája a pálya nagy részében a jelentős magasság miatt nagy. Az északi féltekén található, ezért kényelmes az északi országok számára. A volt Szovjetunió teljes területének kiszolgálása az egyik műholddal legalább 8 órán keresztül lehetséges, így három, egymást helyettesítő műhold elegendő volt az éjjel-nappali működéshez. Jelenleg a kommunikáció és a műsorszórás megszakításainak kiküszöbölése, a földi állomások antennáit műholdakra mutató rendszerek egyszerűsítése és egyéb működési előnyök érdekében áttértek a földi műholdak geostacionárius pályáinak (GSO) használatára.

A geostacionárius műhold pályája kör alakú (excentricitás e = 0), egyenlítői (hajlásszög i = 0°), szinkron keringési pályája 24 órás forgási periódussal, a műhold keleti irányú mozgásával.

A GSO pályáját még 1945-ben a később tudományos-fantasztikus íróként ismert Arthur Clark angol mérnök számította ki és javasolta kommunikációs műholdakhoz. Angliában és sok más országban a geostacionárius pályát "Clark-övnek" nevezik (3.3. ábra).

A pálya egy kör alakú, amely a Föld egyenlítőjének síkjában fekszik, és a földfelszín feletti magassága 35 786 km. A műhold forgási iránya egybeesik a Föld napi forgási irányával. Ezért egy földi megfigyelő számára úgy tűnik, hogy a műhold az égi félteke egy bizonyos pontján áll.

A geostacionárius pálya egyedülálló abban, hogy semmilyen más paraméterkombináció nem tudja elérni a szabadon mozgó műhold mozdulatlanságát egy földi megfigyelőhöz képest. Meg kell jegyezni a geostacionárius műholdak néhány előnyét. A kommunikáció folyamatosan, éjjel-nappal, átmenetek nélkül történik (bejövő műhold a másikra);

a földi állomások antennáin a mesterséges műholdak automatikus nyomkövető rendszereit leegyszerűsítették, sőt egyes esetekben ki is zárják;

az adó- és vevőantennák meghajtásának (mozgásának) mechanizmusa könnyebbé, egyszerűbbé, gazdaságosabbá válik; stabilabb jelcsillapítási értéket értek el a Föld-űr útvonalon; a geostacionárius műhold láthatósági zónája a Föld felszínének körülbelül egyharmada; három geostacionárius műhold elegendő egy globális kommunikációs rendszer létrehozásához; a Doppler-effektus miatt nincs (vagy nagyon kicsi lesz) frekvenciaeltolódás.

A Doppler-effektust fizikai jelenségnek nevezzük, amely abban áll, hogy az adó és a vevő kölcsönös mozgása során a nagyfrekvenciás elektromágneses rezgések frekvenciája megváltozik. A Doppler-effektust a változás magyarázza

távolság az időben. Ez a hatás a műholdak pályán való mozgása során is felléphet. Szigorúan gesztációs műholdon keresztüli kommunikációs vonalakon a Doppler-eltolódás nem fordul elő, a valódi geostacionárius műholdakon jelentéktelen, az erősen megnyúlt elliptikus vagy alacsony körpályákon pedig jelentős lehet. A hatás a műhold által közvetített rezgések vivőfrekvenciájának instabilitásában nyilvánul meg, ami hozzáadódik a fedélzeti átjátszó és a földi állomás berendezésében fellépő hardveres frekvencia-instabilitáshoz. Ez az instabilitás jelentősen megnehezítheti a jelek vételét, ami a vétel zajállóságának csökkenéséhez vezethet.

Sajnos a Doppler-effektus hozzájárul a moduláló rezgések frekvenciájának megváltozásához. Az átvitt jel spektrumának ezt a tömörítését (vagy szétterítését) nem lehet hardveres módszerekkel szabályozni, így ha a frekvenciaeltolás meghaladja az elfogadható határokat (például 2 Hz bizonyos típusú frekvenciaosztó berendezéseknél), akkor a csatorna elfogadhatatlan.

A rádiójel késése a Föld - AES - Föld vonal mentén történő terjedése során a kommunikációs csatornák tulajdonságaira is jelentős hatással van.

Simplex (egyirányú) üzenetek (televízióműsorok, hangsugárzás és egyéb diszkrét (szakaszos) üzenetek) továbbításakor ezt a késést a fogyasztó nem érzi, a duplex (kétirányú) kommunikációnál viszont már több másodperces késleltetés is észrevehető. Például egy elektromágneses hullám a Földről a GSO-ra és vissza 2 ... 4 s-ot "utazik" (figyelembe véve a jelkésleltetést a műholdberendezésben) és a földi berendezéseket. Ebben az esetben nincs értelme a pontos átvitelnek. időjelek.

A geostacionárius műhold pályára állítása általában többlépcsős rakétával, köztes pályán keresztül történik. A modern hordozórakéta egy összetett űrhajó, amelyet egy rakétahajtómű sugárhajtása hajt.

A hordozórakéta összetétele rakétákat és fejegységeket tartalmaz. A rakétablokk egy kompozit rakéta autonóm része tüzelőanyag-rekesszel, meghajtórendszerrel és szakaszelválasztó rendszer elemeivel. A fejegység tartalmaz egy hasznos terhet és egy burkolatot, amely megvédi a műhold szerkezetét a légkörben történő repülés során a szembejövő légáram erő- és hőhatásaitól, és belső felületére olyan elemek rögzítésére szolgál, amelyek részt vesznek az indítás előkészítésében, de nem. funkció repülés közben. A fő burkolat lehetővé teszi a műhold kialakításának könnyítését, és egy passzív elem, amelynek igénye megszűnik, miután a hordozórakéta elhagyja a légkör sűrű rétegeit, ahol ledobják. Az űrhajó rakománya közvetítő kommunikációs és műsorszóró berendezésekből, rádiótelemetriai rendszerekből, magából a műholdtestből áll az összes segéd- és támogató rendszerrel.

Az eldobható többfokozatú hordozórakéta működési elve a következő: amíg az első fokozat üzemel, addig a többi a valós teherbírással együtt az első lépcső rakományának tekinthető. Elválasztása után a második elkezd dolgozni, amely a következő szakaszokkal és a valódi hasznos teherrel együtt egy új független rakétát alkot. A második szakaszban az összes további (ha van ilyen) a valódi hasznos teherrel együtt hasznos teher szerepét tölti be, és így tovább, azaz repülését több szakasz jellemzi, amelyek mindegyike mintegy egy szakasz a kezdeti sebesség közlésére az összetételében szereplő más egyfokozatú rakétákkal. Ebben az esetben minden következő egyfokozatú rakéta kezdeti sebessége megegyezik az előző végső sebességével. A hordozó első és következő szakaszának elutasítását az üzemanyag teljes kiégése után hajtják végre a meghajtórendszerben.

Azt az utat, amelyet a hordozórakéta bejár, amikor egy mesterséges műholdat pályára állít, repülési útvonalnak nevezzük. Aktív és passzív területek jellemzik. A repülés aktív szakasza a hordozórakéta fokozatainak áthaladása járó hajtóművek mellett, a passzív fázis a kiégett rakétaegységek repülése a hordozórakétáról való leválasztásuk után.

A hordozó függőlegesen indulva (1. szakasz, 185 ... 250 km magasságban található), majd kilép egy görbe vonalra

2. aktív telephely keleti irányban. Ebben a szakaszban az első szakasz a tengelyének a lokális horizonthoz viszonyított dőlésszögének fokozatos csökkentését biztosítja. 3., 4. szakasz - a második és harmadik szakasz repülésének aktív szakaszai, 5 - a műhold pályája, 6, 7 - az első és második szakasz rakétablokkjainak repülésének passzív szakaszai (3.4. ábra).

Mesterséges műhold megfelelő pályára állításánál fontos szerepet játszik a hordozórakéta kilövésének ideje és helye. A számítások szerint előnyösebb a kozmodromot az Egyenlítőhöz minél közelebb helyezni, mivel keleti gyorsuláskor a hordozórakéta további sebességet nyer. Ezt a sebességet a Vk kozmodróm kerületi sebességének nevezzük, vagyis a bolygó napi forgásából adódó, a Föld tengelye körüli mozgásának sebességét.

azaz az Egyenlítőnél 465 m/s, a Bajkonuri kozmodróm szélességi fokán pedig - 316 m/s. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy ugyanazzal a hordozórakétával egy nehezebb műholdat is fel lehet lőni az egyenlítőről.

A hordozórakéta repülésének utolsó szakasza egy mesterséges műhold pályára állítása, amelynek alakját a műhold által a rakétából átadott mozgási energia, azaz a hordozó végsebessége határozza meg. Abban az esetben, ha a műhold elegendő energiát kap a GEO-ra való kilövéséhez, a hordozórakétának a Földtől 35 875 km-re lévő pontra kell vinnie, és ezzel egyidejűleg 3075 m/-es sebességről tájékoztatnia kell. s.

Egy geostacionárius műhold keringési sebessége könnyen kiszámítható. A GSO magassága a Föld felszíne felett 35 786 km, a GSO sugara 6 366 km-rel nagyobb (a Föld átlagos sugara), azaz 42 241 km. A GSO sugár értékét megszorozva 2 literrel (6,28), megkapjuk a kerületét - 265 409 km. Ha elosztjuk a nap másodpercekben mért időtartamával (86 400 s), akkor megkapjuk a műhold keringési sebességét - átlagosan 3,075 km/s, vagyis 3075 m/s.

Általában a műholdak hordozórakétával történő felbocsátása négy szakaszban történik: belépés a kezdeti pályára; belépés a "várakozó" pályára (parkolópálya); transzfer pályára lépés; kilépés a végső pályára (3.5. ábra). Az ábrák a műhold GSO-ba való felbocsátásának következő szakaszaira vonatkoznak: 1 - kezdeti átviteli pálya; 2 - először

az apogee motor bekapcsolása, hogy közbenső átviteli pályára lépjen; 3 - a helyzet meghatározása a pályán;

4 - az apogee motor második beépítése a kezdeti sodródási pályára való belépéshez; 5 - a pályasík átirányítása és hibajavítás; 6 - a pálya síkjára merőleges tájolás és hibajavítás; 7-

a műholdplatform leállítása, a panelek kinyitása, a rakéta teljes leválasztása; 8 - antennák feltárása, girostabilizátor beépítése; 9 - helyzetstabilizálás: az antennák tájolása a Föld kívánt pontjára, a napelemek iránya a Nap felé, a fedélzeti ismétlő bekapcsolása és a működési mód névleges beállítása.

: 23 óra 56 perc 4,091 másodperc).

A geostacionárius műholdak kommunikációs célú felhasználásának gondolatát Herman Potočnik szlovén űrhajós-elméleti kutató fogalmazta meg 1928-ban.

A geostacionárius pálya előnyei azután váltak széles körben ismertté, hogy 1945-ben megjelent a Wireless World folyóiratban Arthur Clark populáris tudományos cikk, ezért nyugaton a geostacionárius és geoszinkron pályákat gyakran nevezik. Clark pályái", a " Clark övét» nevezzük a világűrnek azt a vidékét, amely 36 000 km tengerszint feletti távolságban van a Föld egyenlítőjének síkjában, ahol a pályák paraméterei közel állnak a geostacionáriushoz. Az első műhold, amelyet sikeresen felbocsátottak a GSO-ba, az volt Syncom-3 A NASA 1964 augusztusában indította útjára.

Enciklopédiai YouTube

1 / 5
A geostacionárius pályát csak az egyenlítő feletti körön lehet pontosan biztosítani, amelynek magassága nagyon közel van 35 786 km-hez.

Ha a geostacionárius műholdak szabad szemmel láthatóak lennének az égen, akkor az a vonal, amelyen láthatóak lennének, egybeesne a terület „Clark övével”. A geostacionárius műholdak a rendelkezésre álló állópontoknak köszönhetően kényelmesen használhatók műholdas kommunikációhoz: a tájolást követően az antenna mindig a kiválasztott műholdra lesz irányítva (ha nem változtat pozíciót).

A műholdak kis magasságú pályáról geostacionárius pályára történő átviteléhez geostacionárius átviteli (geotranszfer) pályákat (GPO) használnak - elliptikus pályákat, amelyek kis magasságban vannak, és apogeus a geostacionárius pályához közeli magasságban.

A maradék üzemanyaggal való aktív működés befejezése után a műholdat a GSO felett 200-300 km-rel elhelyezkedő ártalmatlanító pályára kell helyezni.

A geostacionárius pálya paramétereinek számítása

Pályasugár és pályamagasság

Geostacionárius pályán a műhold nem közelíti meg a Földet és nem távolodik el tőle, ráadásul a Földdel együtt forogva folyamatosan az egyenlítő bármely pontja felett helyezkedik el. Ebből következően a műholdra ható gravitációs és centrifugális erőknek ki kell egyensúlyozniuk egymást. A geostacionárius pálya magasságának kiszámításához a klasszikus mechanika módszereit használhatjuk, és a műhold referenciakeretére váltva a következő egyenletből indulhatunk ki:
F u = F Γ (\displaystyle F_(u)=F_(\Gamma )),
ahol F u (\displaystyle F_(u))- a tehetetlenségi erő, és ebben az esetben a centrifugális erő; F Γ (\displaystyle F_(\Gamma ))- gravitációs erő. A műholdra ható gravitációs erő nagysága Newton egyetemes gravitációs törvényéből határozható meg:
F Γ = G ⋅ M 3 ⋅ m c R 2 (\displaystyle F_(\Gamma )=G\cdot (\frac (M_(3)\cdot m_(c))(R^(2)))),
hol van a műhold tömege, M 3 (\displaystyle M_(3)) a Föld tömege kilogrammban, G (\displaystyle G) a gravitációs állandó, és R (\displaystyle R) a műhold és a Föld középpontja közötti távolság, vagy ebben az esetben a pálya sugara.

A centrifugális erő nagysága:
F u = m c ⋅ a (\displaystyle F_(u)=m_(c)\cdot a),
ahol a (\displaystyle a)- centripetális gyorsulás, amely a pályán lévő körkörös mozgás során következik be.

Amint látja, a műhold tömege m c (\displaystyle m_(c)) tényezőként szerepel a centrifugális erő és a gravitációs erő kifejezéseiben, vagyis a pálya magassága nem függ a műhold tömegétől, ami bármely pályára igaz, és a pálya egyenlőségének következménye. a gravitációs és a tehetetlenségi tömeg. Ezért a geostacionárius pályát csak az a magasság határozza meg, amelyen a centrifugális erő abszolút értékben egyenlő lesz, és ellentétes irányú a Föld vonzása által létrehozott gravitációs erővel egy adott magasságban.

A centripetális gyorsulás a következő:
a = ω 2 ⋅ R (\displaystyle a=\omega ^(2)\cdot R),
ahol a műhold szögsebessége, radián per másodpercben.

Tegyünk egy fontos pontosítást. Valójában a centripetális gyorsulásnak csak az inerciális vonatkoztatási rendszerben van fizikai jelentése, míg a centrifugális erő az úgynevezett képzeletbeli erő, és kizárólag a forgó testekhez kapcsolódó referenciarendszerekben (koordinátákban) lép fel. A centripetális erő (jelen esetben a gravitációs erő) centripetális gyorsulást okoz. A centripetális gyorsulás abszolút értéke az inerciális vonatkoztatási rendszerben megegyezik a centrifugálissal az esetünkben a műholdhoz tartozó vonatkoztatási rendszerben. Ezért a továbbiakban, figyelembe véve az elhangzott megjegyzést, használhatjuk a "centripetális gyorsulás" kifejezést a "centrifugális erő" kifejezéssel együtt.

A gravitációs és centrifugális erők kifejezéseit a centripetális gyorsulás helyettesítésével kiegyenlítve kapjuk:
m c ⋅ ω 2 ⋅ R = G ⋅ M 3 ⋅ m c R 2 (\displaystyle m_(c)\cdot \omega ^(2)\cdot R=G\cdot (\frac (M_(3)\cdot m_(c) ))(R^(2)))).
Csökkentő m c (\displaystyle m_(c)), fordítás R 2 (\displaystyle R^(2)) balra, és ω 2 (\displaystyle \omega ^(2)) jobbra a következőket kapjuk:
R 3 = G ⋅ M 3 ω 2 (\displaystyle R^(3)=G\cdot (\frac (M_(3))(\omega ^(2)))) R = G ⋅ M 3 ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)](\frac (G\cdot M_(3)))(\omega ^(2)))).
Ezt a kifejezést másként is felírhatja, helyettesítve G ⋅ M 3 (\displaystyle G\cdot M_(3)) a µ (\displaystyle \mu )- geocentrikus gravitációs állandó:
R = μ ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)](\frac (\mu )(\omega ^(2)))))
Szögsebesség ω (\displaystyle\omega)úgy számítjuk ki, hogy elosztjuk az egy fordulatban megtett szöget ( 360 ∘ = 2 ⋅ π (\displaystyle 360^(\circ )=2\cdot \pi ) radián) fordulatperiódusonként (egy teljes keringés megtételéhez szükséges idő: egy sziderális nap vagy 86 164 másodperc). Kapunk:
ω = 2 ⋅ π 86164 = 7 , 29 ⋅ 10 − 5 (\displaystyle \omega =(\frac (2\cdot \pi )(86164))=7,29\cdot 10^(-5)) rad/s
Az így kapott pályasugár 42 164 km. A Föld egyenlítői sugarát (6378 km) levonva 35.786 km magasságot kapunk.

A számításokat más módon is elvégezheti. A geostacionárius pálya magassága az a távolság a Föld középpontjától, ahol a műhold szögsebessége, amely egybeesik a Föld forgásának szögsebességével, az első kozmikus sebességgel megegyező keringési (lineáris) sebességet generál (hogy biztosítsa körpálya) adott magasságban.

Szögsebességgel mozgó műhold lineáris sebessége ω (\displaystyle\omega) a távolságon R (\displaystyle R) a forgás középpontjától az
v l = ω ⋅ R (\displaystyle v_(l)=\omega \cdot R)
Az első térsebesség távolságban R (\displaystyle R) tömegtárgyból M (\displaystyle M) egyenlő
v k = GMR; (\displaystyle v_(k)=(\sqrt (G(\frac (M)(R))));)
Az egyenletek jobb oldalát egymással egyenlővé téve az előzőleg kapott kifejezéshez jutunk sugár GSO:
R = G M ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)](G(\frac (M)(\omega ^(2))))))
Keringési sebesség

A geostacionárius pályán a mozgás sebességét úgy számítjuk ki, hogy a szögsebességet megszorozzuk a pálya sugarával:
v = ω ⋅ R = 3,07 (\displaystyle v=\omega \cdot R=3,07) km/s
Ez körülbelül 2,5-szer kisebb, mint az első 8 km/s-os kozmikus sebesség a Föld-közeli pályán (6400 km-es sugarú körben). Mivel a körpályán a sebesség négyzete fordítottan arányos a sugarával,
v = GMR; (\displaystyle v=(\sqrt (G(\frac (M)(R))));)
akkor az első térsebességhez viszonyított sebességcsökkenést a pálya sugarának több mint 6-szoros növelésével érjük el.
R ≈ 6400 ∗ (8 3 , 07) 2 ≈ 43000 (\displaystyle R\approx \,\!(6400*((\frac (8)(3,07)))^(2))\approx \,\ !43000)
Pályahossz

Geostacionárius pálya hossza: 2 ⋅ π ⋅ R (\displaystyle (2\cdot \pi \cdot R)). 42 164 km-es pályasugárral 264 924 km-es pályahosszt kapunk.

A pálya hossza rendkívül fontos a műholdak „állomás állomásának” kiszámításához.

Műhold pályahelyzetben tartása geostacionárius pályán

Egy geostacionárius pályán keringő műhold számos olyan erő (perturbáció) hatása alatt áll, amelyek megváltoztatják ennek a pályának a paramétereit. Az ilyen perturbációk közé tartoznak különösen a gravitációs hold-napzavarok, a Föld gravitációs mezőjének inhomogenitásának hatása, az egyenlítő ellipticitása stb. A pálya romlása két fő jelenségben fejeződik ki:

1) A műhold a pálya mentén mozog eredeti pályahelyzetéből a négy stabil egyensúlyi pont egyike, az ún. "Geostacionárius pályapotenciál gödrök" (hosszúságuk 75,3° K, 104,7° Ny, 165,3° K és 14,7° Ny) a Föld egyenlítője felett;

2) A pálya dőlése az Egyenlítőhöz képest (a kezdeti 0-ról) évente körülbelül 0,85 fokkal növekszik, és 26,5 év alatt eléri a 15 fokos maximális értéket.

Ezen zavarok kompenzálására és a műholdnak a kijelölt helyen tartására a műholdat meghajtó rendszerrel (vegyi vagy elektromos rakétával) szerelik fel. A tolóhajtóművek időszakos bekapcsolása (korrekció "észak-dél" a pálya dőlésszögének növekedésének kompenzálására és "nyugat-kelet" a pálya menti sodródás kompenzálására) a műholdat a kijelölt pozícióban tartja. Az ilyen zárványok több (10-15) napon belül többször készülnek. Lényeges, hogy az észak-déli irányú korrekció sokkal nagyobb karakterisztikus sebességnövekedést igényel (évente kb. 45-50 m/s), mint a hosszanti korrekciónál (évenként kb. 2 m/s). A műhold pályájának korrekciójának biztosításához a működésének teljes időtartama alatt (modern televíziós műholdak esetén 12-15 év) jelentős üzemanyag-készletre van szükség a fedélzeten (vegyi motor esetén több száz kilogramm). A műhold vegyi rakétamotorja pozitív lökettérfogatú üzemanyag-ellátással (boost gas-hélium) rendelkezik, és hosszú távú, magas forráspontú komponensekkel (általában aszimmetrikus dimetil-hidrazinnal és dinitrogén-tetroxiddal) működik. Számos műhold van felszerelve plazmamotorral. Tolóerejük lényegesen kisebb a kémiaiakhoz képest, ugyanakkor nagyobb hatásfokuk lehetővé teszi (a hosszú távú, egyetlen manőverre több tíz perc alatt mért működés miatt) a fedélzeti üzemanyag szükséges tömegének radikális csökkentését. A meghajtórendszer típusának megválasztását a berendezés sajátos műszaki jellemzői határozzák meg.

Ugyanezt a meghajtási rendszert alkalmazzák, ha szükséges, a műhold másik pályahelyzetbe való manőverezésére. Egyes esetekben, általában a műhold élettartamának végén, az üzemanyag-fogyasztás csökkentése érdekében az észak-déli pályakorrekciót leállítják, és a maradék üzemanyagot csak a nyugat-keleti korrekcióra használják fel.

Az üzemanyag-kapacitás a fő korlátozó tényező a geostacionárius pályán álló műhold élettartamában.

A geostacionárius pálya hátrányai

jel késleltetés

A geostacionárius műholdakon keresztüli kommunikációt nagy késések jellemzik a jelterjedésben. A 35 786 km-es pályamagasság és körülbelül 300 000 km/s fénysebesség mellett a Föld-műhold sugár útja körülbelül 0,12 másodpercet vesz igénybe. Nyalábút "Föld (adó) → Műhold → Föld (vevő)" ≈0,24 s. A teljes késleltetés (a Ping segédprogram által mérve), amikor műholdas kommunikációt használunk adatok fogadására és továbbítására, majdnem fél másodperc lesz. Figyelembe véve a jelkésleltetést a műholdas berendezésekben, a berendezésekben és a földfelszíni szolgáltatások kábeles átviteli rendszereiben, a teljes jelkésleltetés a „jelforrás → műhold → vevő” útvonalon elérheti a 2-4 másodpercet. Az ilyen késleltetés megnehezíti a GSO-műholdak használatát a telefonálásban, és lehetetlenné teszi a GSO-n keresztüli műholdas kommunikáció használatát különféle valós idejű szolgáltatásokban (például online játékokban).

GSO láthatatlanság magas szélességi fokokról

Mivel a geostacionárius pálya nem látható nagy szélességi fokokról (körülbelül 81 °-tól a pólusokig), és 75 ° feletti szélességi fokon nagyon alacsonyan figyelhető meg a horizont felett (valós körülmények között a műholdakat egyszerűen elrejtik a kiálló tárgyak és a terep), és a pályának csak egy kis része látható ( lásd a táblázatot), akkor a GSO használatával a kommunikáció és a televíziós műsorszórás a Távol-Észak (Arktisz) és az Antarktisz magas szélességi körzeteiben lehetetlen. Például az amerikai sarkkutatók az Amundsen-Scott állomáson a külvilággal való kommunikációhoz (telefonálás, internet) 1670 kilométer hosszú száloptikai kábelt használnak a déli szélesség 75. fokáig. A francia Concordia állomás, ahonnan már több amerikai geostacionárius műhold (~ 60 °) látható, a pálya látható szektora (és ennek megfelelően a vett műholdak száma) a lehetséges maximális 84%-a (be és az adó a műhold egy vonalban van a vevőantennával (a nap helyzete a műhold mögött). Ez a jelenség más pályákra is jellemző, de a geostacionárius pályán, amikor a műhold „álló” az égen, nyilvánul meg. különösen fényesen.Az északi félteke középső szélességein a napsugárzás a február 22-től március 11-ig tartó időszakban, illetve októbertől jelentkezik, maximum tíz perc időtartammal, .

Az egyenlítői államok ezen állításait elutasították, mivel ellentétesek a világűr nem kisajátításának elvével. Az ENSZ Világűr Bizottságában az ilyen kijelentéseket jogosan kritizálták. Először is, nem lehet igényelni az érintett állam területétől ilyen jelentős távolságra lévő terület vagy terület kisajátítását. Másodszor, a világűr nem tartozik nemzeti előirányzat alá. Harmadszor, technikailag alkalmatlan bármiféle fizikai kapcsolatról beszélni az állam területe és egy ilyen távoli térrégió között. Végül minden egyes esetben a geostacionárius műhold jelensége egy adott űrobjektumhoz kapcsolódik. Ha nincs műhold, akkor nincs geostacionárius pálya.

Manapság az emberiség többféle pályát használ a műholdak elhelyezésére. A legnagyobb figyelem a geostacionárius pályára irányul, amely egy műhold „stacionárius” elhelyezésére használható a Föld egy adott pontja fölé. A műhold működéséhez választott pálya a céljától függ. Például az élő televíziós műsorok sugárzására használt műholdak geostacionárius pályára kerülnek. Sok kommunikációs műhold is geostacionárius pályán áll. Más műholdas rendszerek, különösen azok, amelyeket a műholdas telefonok közötti kommunikációra használnak, alacsony földpályán vannak. Hasonlóképpen, a navigációs rendszerekhez használt műholdrendszerek, mint például a Navstar vagy a Global Positioning System (GPS) szintén viszonylag alacsony földpályán vannak. Számtalan más műhold létezik – meteorológiai, kutatási és így tovább. És mindegyikük, céljától függően, „regisztrációs engedélyt” kap egy bizonyos pályán.

Olvassa el még:

A műhold működéséhez választott konkrét pálya számos tényezőtől függ, többek között a műhold funkcióitól, valamint az általa kiszolgált területtől. Egyes esetekben ez egy rendkívül alacsony földi pálya (LEO) lehet, amely mindössze 160 kilométeres magasságban található a Föld felett, más esetekben a műhold több mint 36 000 kilométeres magasságban található a Föld felett - azaz , a geostacionárius pályán GEO. Ráadásul számos műhold nem körpályát, hanem elliptikus pályát használ.

A Föld gravitációja és a műholdpályák

Ahogy a műholdak megfordulnak a Föld-közeli pályán, a Föld gravitációs ereje miatt lassan eltolódnak onnan. Ha a műholdak nem keringenek, fokozatosan a Földre esnének, és a felső légkörben égnének. A műholdak Föld körüli forgása azonban olyan erőt hoz létre, amely taszítja őket bolygónkról. Mindegyik pályának megvan a maga kiszámított sebessége, amely lehetővé teszi a Föld gravitációs és centrifugális erejének egyensúlyba hozását, állandó pályán tartva az eszközt, és megakadályozva, hogy magasságot érjen vagy veszítsen.

Teljesen világos, hogy minél alacsonyabban kering a műhold, annál erősebben hat rá a Föld gravitációja, és annál nagyobb sebességre van szükség ennek az erőnek a leküzdéséhez. Minél nagyobb a távolság a Föld felszíne és a műhold között, annál kisebb sebességre van szükség ahhoz, hogy állandó pályán maradjon. A Föld felszíne felett mintegy 160 km-rel keringő berendezéshez körülbelül 28 164 km/h sebességre van szükség, ami azt jelenti, hogy egy ilyen műhold körülbelül 90 perc alatt kerüli meg a Földet. A Föld felszíne felett 36 000 km-es távolságban egy műholdnak valamivel kevesebb, mint 11 266 km/h sebességre van szüksége ahhoz, hogy állandó pályán álljon, ami lehetővé teszi, hogy egy ilyen műhold körülbelül 24 óra alatt megkerülje a Földet.

A kör- és elliptikus pályák definíciói

Minden műhold a Föld körül kering a két alapvető pályatípus valamelyikével.
- Körkörös műholdpálya: amikor egy űrszonda körpályán kering a Föld körül, távolsága a Föld felszínétől mindig ugyanaz marad.
- Elliptikus műholdpálya: A műhold elliptikus pályán történő elforgatása azt jelenti, hogy egy keringés során különböző időpontokban megváltoztatjuk a Föld felszínétől való távolságot.
Olvassa el még:

műholdpályák

A különböző típusú műholdpályákhoz számos különböző meghatározás kapcsolódik:
- A Föld középpontja: Amikor egy műhold a Föld körül kering – kör- vagy elliptikus pályán – a műhold pályája olyan síkot alkot, amely áthalad a Föld súlypontján vagy a Föld középpontján.
- A Föld körüli mozgás iránya: A műholdak bolygónk körüli keringésének módjai két kategóriába sorolhatók a fordulat iránya szerint:
1. Booster Orbit: Egy műhold Föld körüli forgását gyorsulónak nevezzük, ha a műhold a Föld forgásával megegyező irányban forog;
2. Retrográd pálya: A műhold Föld körüli forgását retrográdnak nevezzük, ha a műhold a Föld forgási irányával ellentétes irányban forog.
- Pályapálya: a műhold pályájának útja a földfelszínen az a pont, amely felett repülés közben a műhold közvetlenül a feje fölött van a Föld körüli keringési folyamatában. A pálya egy kört alkot, amelynek középpontjában a Föld középpontja található. Meg kell jegyezni, hogy a geostacionárius műholdak különleges esetek, mivel állandóan ugyanazon a pont felett vannak a Föld felszíne felett. Ez azt jelenti, hogy pályanyomuk egyetlen pontból áll, amely a Föld egyenlítőjén található. Azt is hozzá lehet tenni, hogy a szigorúan az Egyenlítő felett keringő műholdak keringési útja éppen ezen az egyenlítőn húzódik.
Ezeket a pályákat jellemzően az egyes műholdak pályapályáinak nyugati irányú eltolódása jellemzi, miközben a műhold alatti Föld kelet felé forog.
- Orbitális csomópontok: Ezek azok a pontok, ahol a pályanyom áthalad egyik féltekéről a másikra. A nem egyenlítői pályákhoz két ilyen csomópont létezik:
1. Növekvő csomópont: Ez az a csomópont, ahol a pálya nyomvonala a déli féltekétől az északi felé halad.
2. Csökkenő csomópont: Ez az a csomópont, ahol a pálya nyomvonala az északi féltekéről a déli felé halad.
- Műhold magassága: Sok pálya kiszámításakor figyelembe kell venni a műhold magasságát a Föld középpontja felett. Ez a mutató tartalmazza a műhold és a Föld felszíne közötti távolságot, valamint bolygónk sugarát. Általános szabály, hogy ez 6370 kilométernek felel meg.
- Keringési sebesség: Körpályák esetén ez mindig ugyanaz. Az elliptikus pályák esetében azonban minden más: a keringő műhold sebessége éppen ezen a pályán elfoglalt helyzetétől függően változik. Maximumát a Földhöz legközelebbi megközelítésnél éri el, ahol a műholdnak a legnagyobb ellenállása lesz a bolygó gravitációjával, és minimálisra csökken, amikor eléri a Földtől legnagyobb távolságra lévő pontot.
- Emelkedési szög: A műhold magassági szöge az a szög, amelyben a műhold a horizont felett van. Ha a szög túl kicsi, a jelet a közeli tárgyak blokkolhatják, ha a vevőantenna nincs elég magasra emelve. Az akadály fölé emelt antennáknál azonban akkor is probléma adódik, ha kis emelkedési szöggel rendelkező műholdakról érkezik jel. Ennek az az oka, hogy a műholdjelnek ekkor nagyobb távolságot kell megtennie a föld atmoszféráján, és ennek következtében nagyobb csillapításnak van kitéve. A többé-kevésbé kielégítő vétel minimális megengedett emelkedési szöge öt fokos szög.
- Hajlásszög: Nem minden műhold pályája követi az egyenlítői vonalat – sőt, a legtöbb alacsony földi pálya nem követi ezt a vonalat. Ezért meg kell határozni a műhold pályájának dőlésszögét. Az alábbi diagram ezt a folyamatot szemlélteti.
A műholdpálya dőlésszöge
A műhold pályájával kapcsolatos egyéb mutatók

Ahhoz, hogy egy műholdat kommunikációs szolgáltatások nyújtására lehessen használni, a földi állomásoknak képesnek kell lenniük "figyelni" annak érdekében, hogy jelet kapjanak tőle és jelet küldjenek neki. Nyilvánvaló, hogy a műholddal való kommunikáció csak akkor lehetséges, ha az a földi állomások láthatósági zónájában van, és a pálya típusától függően csak rövid ideig tartózkodhat a látási zónában. Annak érdekében, hogy a műholddal való kommunikáció a lehető leghosszabb ideig lehetséges legyen, több lehetőség is használható:
- Első lehetőség egy ellipszis alakú pálya használatából áll, amelynek apogeuspontja pontosan a földi állomás tervezett elhelyezése felett van, ami lehetővé teszi, hogy a műhold ennek az állomásnak a látómezejében maradjon maximum ideig.
- Második lehetőség több műhold egy pályára állításából áll, és így amikor az egyik eltűnik a szem elől, és megszakad vele a kommunikáció, egy másik lép a helyére. A többé-kevésbé megszakítás nélküli kommunikáció megszervezéséhez általában három műholdat kell pályára állítani. Az egyik „köteles” műhold másikra cserélésének folyamata azonban további nehézségeket okoz a rendszerben, valamint számos követelményt támaszt legalább három műholddal szemben.
A körpályák definíciói

A körpályák több paraméter szerint osztályozhatók. Az olyan kifejezések, mint az alacsony földi pálya, a geostacionárius pálya (és hasonlók) egy adott pálya azonosságát jelzik. A körpályák definícióinak rövid áttekintése az alábbi táblázatban található.