So wie es die Plätze im Theater erlaubenUnterschiedliche Blicke auf die Aussicht, verschiedene Umlaufbahnen von Satelliten geben eine Perspektive, von denen jede ihren Zweck hat. Einige scheinen über einen Punkt der Oberfläche zu schweben, sie bieten einen konstanten Blick auf eine Seite der Erde, während andere um unseren Planeten kreisen und an einem Tag viele Stellen überfliegen.
На какой высоте летают спутники?Es gibt drei Arten erdnaher Umlaufbahnen: hoch, mittel und niedrig. In der Höhe, am weitesten von der Oberfläche entfernt, befinden sich in der Regel viele Wetter- und einige Kommunikationssatelliten. Satelliten, die sich in einer Umlaufbahn auf mittlerer Erde drehen, umfassen Navigation und Spezialsatelliten zur Überwachung einer bestimmten Region. Die meisten wissenschaftlichen Raumfahrzeuge, einschließlich der NASA Earth Observation System-Flotte, befinden sich in einer niedrigen Umlaufbahn.
Es kommt darauf an, wie hoch die Satelliten fliegendie Geschwindigkeit ihrer Bewegung. Wenn wir uns der Erde nähern, wird die Schwerkraft stärker und die Bewegung beschleunigt sich. Zum Beispiel benötigt der NASA-Satellit Aqua 99 Minuten, um unseren Planeten in einer Höhe von etwa 705 km zu umfliegen, und die meteorologische Einheit, 35.786 km von der Oberfläche entfernt, benötigt 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden. In einer Entfernung von 384.403 km vom Erdmittelpunkt vollendet der Mond eine Umdrehung in 28 Tagen.
Изменение высоты спутника также изменяет его Umlaufgeschwindigkeit. Es gibt ein Paradoxon. Wenn ein Satellitenbetreiber seine Geschwindigkeit erhöhen möchte, kann er die Motoren nicht einfach zum Beschleunigen starten. Dies erhöht die Umlaufbahn (und Höhe), was zu einer Verringerung der Geschwindigkeit führt. Stattdessen sollten Sie die Motoren in die entgegengesetzte Richtung zum Satelliten starten, dh eine Aktion ausführen, die ein sich bewegendes Fahrzeug auf der Erde verlangsamt. Solch eine Aktion wird es niedriger bewegen, was die Geschwindigkeit erhöht.
Neben der Höhe ist der Satellitenpfadgekennzeichnet durch Exzentrizität und Neigung. Der erste bezieht sich auf die Form der Umlaufbahn. Ein Satellit mit geringer Exzentrizität bewegt sich auf einem Pfad, der einem kreisförmigen nahe kommt. Die exzentrische Umlaufbahn ist elliptisch. Die Entfernung des Raumfahrzeugs zur Erde hängt von seiner Position ab.
Die Neigung ist der Winkel der Umlaufbahn in Bezug aufÄquator. Ein Satellit, der sich direkt über dem Äquator dreht, hat eine Neigung von Null. Wenn das Raumfahrzeug über den Nord- und Südpol fährt (geografisch und nicht magnetisch), beträgt seine Neigung 90 °.
Alle zusammen - Höhe, Exzentrizität und Neigung - bestimmen die Bewegung des Satelliten und wie die Erde aus seiner Sicht aussehen wird.
Wenn der Satellit genau 42164 km vom Zentrum entfernt istDie Erde (ungefähr 36.000 km von der Oberfläche entfernt) betritt die Zone, in der ihre Umlaufbahn der Rotation unseres Planeten entspricht. Da sich die Vorrichtung mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde bewegt, d. H. Ihre Umlaufzeit 24 Stunden beträgt, scheint sie oberhalb einer einzigen Länge an Ort und Stelle zu bleiben, obwohl sie von Norden nach Süden driften kann. Diese besondere hohe Umlaufbahn wird als geosynchron bezeichnet.
Der Satellit bewegt sich auf einer Kreisbahn direkt über dem Äquator (Exzentrizität und Neigung sind gleich Null) und steht relativ zur Erde still. Es befindet sich immer über dem gleichen Punkt auf seiner Oberfläche.
Die geostationäre Umlaufbahn ist äußerst wertvoll fürWetterüberwachung, da die Satelliten darauf einen konstanten Überblick über die gleiche Oberfläche bieten. Meteorologische Geräte wie GOES liefern alle paar Minuten Informationen über Wolken, Wasserdampf und Winde. Dieser konstante Informationsfluss dient als Grundlage für die Überwachung und Vorhersage des Wetters.
Darüber hinaus können geostationäre Geräte seinnützlich für die Kommunikation (Telefonie, Fernsehen, Radio). GOES-Satelliten bieten ein Such- und Rettungssignal, mit dessen Hilfe Schiffe und Flugzeuge in Not geortet werden können.
Schließlich überwachen viele Satelliten mit hoher Umlaufbahn auf der Erde die Sonnenaktivität sowie das Magnetfeld und die Strahlungswerte.
Die Zentripetalkraft F wirkt auf den Satellitenc= (M.1in2) / R und Schwerkraft F.t= (GM1M2) / R2. Da diese Kräfte gleich sind, können wir die rechten Seiten ausgleichen und um die Masse M reduzieren1. Das Ergebnis ist die Gleichheit v2= (GM2) / R. Daher ist die Geschwindigkeit v = ((GM2) / R)1/2
Da die geostationäre Umlaufbahn ein 2πr langer Kreis ist, beträgt die Umlaufgeschwindigkeit v = 2πR / T.
Von hier aus R.3= T.2GM / (4π2).
Da T = 8,64 x 104s, G = 6,673 × 10-11 Nm2/ kg2, M = 5,98 × 1024 kg, dann ist R = 4,23 × 107 m. Wenn Sie von R den Radius der Erde subtrahieren, entspricht dies 6,38 x 106 m, Sie können herausfinden, in welcher Höhe Satelliten fliegen, die über einem Punkt auf der Oberfläche hängen - 3,59 x 107 m
Andere wunderbare Umlaufbahnen sind PunkteLagrange, wo die Schwerkraft der Erde durch die Schwerkraft der Sonne ausgeglichen wird. Alles, was dort ist, wird gleichermaßen von diesen Himmelskörpern angezogen und dreht sich mit unserem Planeten um die Leuchte.
Von den fünf Lagrange-Punkten im Sonne-Erde-SystemNur die letzten beiden, L4 und L5 genannt, sind stabil. Im übrigen ist der Satellit wie ein Ball, der auf einem steilen Hügel balanciert: Jede geringfügige Störung drückt ihn heraus. Um in einem ausgeglichenen Zustand zu bleiben, müssen Raumfahrzeuge hier ständig angepasst werden. An den letzten beiden Punkten von Lagrange werden die Satelliten mit einem Ball in einem Ball verglichen: Selbst nach starker Empörung kehren sie zurück.
L1 befindet sich zwischen der Erde und der SonneDie Satelliten darin haben einen ständigen Blick auf unsere Leuchte. Das SOHO Solar Observatory, ein Satellit der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation, überwacht die Sonne vom ersten Punkt von Lagrange, 1,5 Millionen km von unserem Planeten entfernt.
L2 befindet sich in gleicher Entfernung von der Erde, aberist hinter ihr. Die Satelliten an diesem Ort benötigen nur einen Hitzeschild, um sich vor dem Licht und der Hitze der Sonne zu schützen. Dies ist ein guter Ort für Weltraumteleskope, mit denen die Natur des Universums durch Beobachtung des Hintergrunds der Mikrowellenstrahlung untersucht werden kann.
Der dritte Punkt von Lagrange befindet sich gegenüber der ErdeAuf der anderen Seite der Sonne befindet sich die Leuchte also immer zwischen ihm und unserem Planeten. Ein Satellit in dieser Position kann nicht mit der Erde kommunizieren.
Der vierte und fünfte Lagrange-Punkt sind in der Umlaufbahn unseres Planeten 60 ° vor und hinter der Erde äußerst stabil.
Näher an der Erde bewegen sich Satelliten schneller. Es gibt zwei mittlere erdnahe Umlaufbahnen: halbsynchron und "Blitz".
In welcher Höhe fliegen Satelliten?halbsynchrone Umlaufbahn? Es ist fast rund (geringe Exzentrizität) und befindet sich in einer Entfernung von 26560 km vom Erdmittelpunkt (ca. 20200 km über der Oberfläche). Ein Satellit in dieser Höhe macht in 12 Stunden eine vollständige Umdrehung. Während er sich bewegt, dreht sich die Erde darunter. 24 Stunden lang überquert es 2 identische Punkte am Äquator. Diese Umlaufbahn ist konsistent und sehr vorhersehbar. Wird vom globalen GPS-Positionierungssystem verwendet.
Orbit "Lightning" (Neigung 63,4 °) wird verwendetzur Beobachtung in hohen Breiten. Geostationäre Satelliten sind an den Äquator gebunden und daher nicht für entfernte nördliche oder südliche Regionen geeignet. Diese Umlaufbahn ist sehr exzentrisch: Das Raumschiff bewegt sich entlang einer länglichen Ellipse, wobei sich die Erde nahe einer Kante befindet. Da der Satellit durch die Schwerkraft beschleunigt wird, bewegt er sich sehr schnell, wenn er sich in der Nähe unseres Planeten befindet. Wenn er sich wegbewegt, verlangsamt sich seine Geschwindigkeit, so dass er mehr Zeit am oberen Rand der Umlaufbahn am weitesten von der Erde entfernt verbringt, deren Entfernung 40.000 km erreichen kann. Die Umlaufzeit beträgt 12 Stunden, aber ungefähr zwei Drittel dieser Zeit verbringt der Satellit über einer Hemisphäre. Wie eine halbsynchrone Umlaufbahn bewegt sich ein Satellit alle 24 Stunden auf demselben Weg. Er wird für die Kommunikation im hohen Norden oder Süden verwendet.
Die meisten wissenschaftlichen Satelliten, vieleDie Wetter- und Raumstation befinden sich in einer fast kreisförmigen Erdumlaufbahn. Ihre Neigung hängt davon ab, was sie überwachen. TRMM wurde gestartet, um Niederschläge in den Tropen zu überwachen. Daher weist es eine relativ geringe Neigung (35 °) auf und verbleibt in der Nähe des Äquators.
Viele der Satelliten des NASA-Überwachungssystems habenfast polare stark geneigte Umlaufbahn. Das Raumschiff bewegt sich innerhalb von 99 Minuten von Pol zu Pol um die Erde. Die Hälfte der Zeit vergeht es über die Tagesseite unseres Planeten und geht an der Stange in die Nacht über.
Während sich der Satellit bewegt, dreht sich die Erde darunter.Wenn sich das Gerät in den beleuchteten Bereich bewegt, befindet es sich über dem Bereich neben der Durchgangszone seiner letzten Umlaufbahn. Über einen Zeitraum von 24 Stunden bedecken polare Satelliten den größten Teil der Erde zweimal: einmal am Tag und einmal in der Nacht.
Genau wie geosynchrone Satelliten solltenDas Polarorbital befindet sich über dem Äquator und kann so über einem Punkt bleiben. Es kann gleichzeitig bleiben. Ihre Umlaufbahn ist solar-synchron - wenn das Raumschiff den Äquator überquert, ist die lokale Sonnenzeit immer dieselbe. Zum Beispiel überquert der Satellit Terra Brasilien immer um 10:30 Uhr morgens. Die nächste Kreuzung in 99 Minuten über Ecuador oder Kolumbien erfolgt ebenfalls um 10:30 Uhr Ortszeit.
Solarsynchrone Umlaufbahn ist für die Wissenschaft notwendig,da es Ihnen ermöglicht, den Einfallswinkel des Sonnenlichts auf der Erdoberfläche zu speichern, obwohl er je nach Jahreszeit variieren wird. Eine solche Konstanz bedeutet, dass Wissenschaftler mehrere Jahre lang Bilder unseres Planeten zu einer Jahreszeit vergleichen können, ohne sich über zu viele Lichtsprünge Gedanken machen zu müssen, die die Illusion von Veränderung erzeugen können. Ohne eine sonnensynchrone Umlaufbahn wäre es schwierig, sie im Laufe der Zeit zu verfolgen und die Informationen zu sammeln, die zur Untersuchung des Klimawandels erforderlich sind.
Der Satellitenweg ist hier sehr begrenzt.Befindet es sich in einer Höhe von 100 km, sollte die Umlaufbahn eine Neigung von 96 ° haben. Jede Abweichung ist nicht akzeptabel. Da der Widerstand der Atmosphäre und die Anziehungskraft von Sonne und Mond die Umlaufbahn des Geräts verändern, muss es regelmäßig angepasst werden.
Das Starten eines Satelliten erfordert Energie und MengeDies hängt von der Position des Startplatzes, der Höhe und Neigung der zukünftigen Flugbahn seiner Bewegung ab. Um die entfernte Umlaufbahn zu erreichen, wird mehr Energie benötigt. Satelliten mit einer signifikanten Steigung (z. B. polare) verbrauchen mehr Energie als solche, die über dem Äquator kreisen. Das Umkreisen mit geringer Neigung unterstützt die Rotation der Erde. Die Internationale Raumstation bewegt sich in einem Winkel von 51,6397 °. Dies ist notwendig, um Space Shuttles und russischen Raketen den Zugang zu erleichtern. Die Höhe der ISS beträgt 337–430 km. Polare Satelliten hingegen erhalten keine Hilfe vom Erdimpuls, so dass sie mehr Energie benötigen, um die gleiche Entfernung zu erreichen.
Nach dem Start des Satelliten müssen Sie anhängenBemühungen, es in einer bestimmten Umlaufbahn zu halten. Da die Erde keine ideale Kugel ist, ist ihre Schwerkraft an einigen Stellen stärker. Diese Ungleichmäßigkeit verändert zusammen mit der Anziehungskraft von Sonne, Mond und Jupiter (dem massereichsten Planeten im Sonnensystem) die Neigung der Umlaufbahn. Während seiner gesamten Lebensdauer wurde die Position der GOES-Satelliten drei- oder viermal angepasst. NASA Low Orbiters müssen ihre Neigung jährlich anpassen.
Darüber hinaus verfügt es über erdnahe SatellitenExposition gegenüber der Atmosphäre. Die obersten Schichten sind zwar ausreichend dünn, weisen jedoch einen starken Widerstand auf, um sie näher an die Erde heranzuführen. Die Schwerkraft beschleunigt Satelliten. Mit der Zeit brennen sie aus, spiralförmig tiefer und schneller in die Atmosphäre oder fallen auf die Erde.
Der atmosphärische Widerstand ist bei Sonneneinstrahlung stärkeraktiv. So wie sich die Luft in einem Ballon bei Erwärmung ausdehnt und aufsteigt, steigt und dehnt sich die Atmosphäre aus, wenn die Sonne ihr zusätzliche Energie gibt. Es entstehen spärliche Schichten der Atmosphäre, und ihr Platz ist dichter. Daher sollten Satelliten in der Erdumlaufbahn etwa viermal im Jahr ihre Position ändern, um den atmosphärischen Widerstand auszugleichen. Wenn die Sonnenaktivität maximal ist, muss die Position des Geräts alle 2-3 Wochen angepasst werden.
Der dritte Grund, die Umlaufbahn zu ändern, istWeltraummüll. Einer der Iridium-Kommunikationssatelliten kollidierte mit einem nicht funktionierenden russischen Raumschiff. Sie stürzten ab und bildeten eine Müllwolke, die aus mehr als 2500 Teilen bestand. Jedes Element wurde der Datenbank hinzugefügt, die heute über 18.000 Objekte technogenen Ursprungs enthält.
Die NASA überwacht sorgfältig alles, was Satelliten im Weg stehen könnte, da Weltraummüll seine Umlaufbahnen mehrmals ändern musste.
Flugkontrollzentrum Ingenieure verfolgendie Position von Weltraummüll und Satelliten, die die Bewegung stören und bei Bedarf Ausweichmanöver sorgfältig planen können. Das gleiche Team plant und führt Manöver durch, um die Neigung und Höhe des Satelliten anzupassen.
