Stejně jako to umožňují sedadla v divadledívat se na pohled odlišně, různé oběžné dráhy satelitů dávají perspektivu, každá s jiným účelem. Zdá se, že některé visí nad bodem na povrchu, poskytují neustálý výhled na jednu stranu Země, zatímco jiné obíhají kolem naší planety a za den zametají přes mnoho míst.
Druhy oběžné dráhy
Jak vysoko létají satelity?Existují 3 typy oběžných drah Země: vysoká, střední a nízká. Na vysoké, nejvzdálenější od povrchu, je zpravidla mnoho počasí a některé komunikační satelity. Družice rotující na oběžné dráze střední Země zahrnují navigaci a speciální satelity určené k monitorování konkrétní oblasti. Většina vědeckých kosmických lodí, včetně flotily systému pro pozorování Země NASA, je na nízké oběžné dráze.
V jaké nadmořské výšce satelity závisírychlost jejich pohybu. Jakmile se přiblížíte k Zemi, gravitace zesílí a pohyb se zrychlí. Například satelitu NASA Aqua trvá asi 99 minut, než obletí naši planetu ve výšce asi 705 km, zatímco meteorologický aparát umístěný 35 786 km od povrchu trvá 23 hodin, 56 minut a 4 sekundy. Ve vzdálenosti 384 403 km od středu Země dokončí Měsíc jednu revoluci za 28 dní.
Aerodynamický paradox
Změní se také nadmořská výška satelituorbitální rychlost. Existuje zde paradox. Pokud chce satelitní operátor zvýšit rychlost, nemůže jednoduše nastartovat motory, aby zrychlil. Tím se zvýší oběžná dráha (a nadmořská výška), což sníží rychlost. Místo toho by motory měly být spuštěny v opačném směru ke směru pohybu satelitu, tj. Provést akci, která by zpomalila jedoucí vozidlo na Zemi. Pokud to uděláte, posune se to níže, což zvýší rychlost.
Charakteristiky oběžné dráhy
Kromě nadmořské výšky také dráha satelitucharakterizovaná výstředností a sklonem. První se týká tvaru oběžné dráhy. Družice s nízkou excentricitou se pohybuje po trajektorii blízké kruhové. Excentrická dráha je eliptická. Vzdálenost od kosmické lodi k Zemi závisí na její poloze.
Sklon je úhel oběžné dráhy vzhledem krovník. Družice obíhající přímo nad rovníkem má nulový náklon. Pokud kosmická loď proletí přes severní a jižní pól (spíše geografický než magnetický), nakloní se o 90 °.
Společně - výška, výstřednost a sklon - určují pohyb satelitu a to, jak bude Země vypadat z jeho perspektivy.
Vysoko blízko Země
Když satelit dosáhne přesně 42164 km od centraZemě (asi 36 tisíc km od povrchu), vstupuje do zóny, kde její oběžná dráha odpovídá rotaci naší planety. Vzhledem k tomu, že se kosmická loď pohybuje stejnou rychlostí jako Země, tj. Její oběžná doba je 24 hodin, zdá se, že zůstává na svém místě nad jedinou délkou, i když se může pohybovat ze severu na jih. Tato speciální vysoká oběžná dráha se nazývá geosynchronní.
Družice se pohybuje na kruhové oběžné dráze přímo nad rovníkem (excentricita a sklon jsou nulové) a stojí nehybně vzhledem k Zemi. Je vždy umístěn nad stejným bodem na jeho povrchu.
Geostacionární oběžná dráha je nesmírně cenná prosledování počasí, protože satelity na něm poskytují neustálý přehled o stejné ploše povrchu. Každých několik minut poskytují meteorologické přístroje, jako je GOES, informace o oblacích, vodní páře a větrech a tento neustálý tok informací slouží jako základ pro monitorování a předpovídání počasí.
Kromě toho mohou být geostacionární vozidlaužitečné pro komunikaci (telefonování, televize, rádio). Družice GOES poskytují vyhledávací a záchranný maják, který pomáhá lokalizovat lodě a letadla v nouzi.
A konečně, mnoho vysoce obíhajících satelitů Země monitoruje sluneční aktivitu a sleduje úrovně magnetického pole a záření.
Výpočet nadmořské výšky GSO
Dostředivá síla F působí na satelitc= (M.1v2) / R a gravitace Ft= (GM1M2) / R.2... Jelikož jsou tyto síly stejné, můžeme vyrovnat pravé strany a zmenšit je o hmotnost M.1... Výsledkem je rovnost v2= (GM2) / R. Proto rychlost pohybu v = ((GM2) / R)1/2
Protože geostacionární oběžná dráha je kruh 2πr, je orbitální rychlost v = 2πR / T.
Proto R.3= T2GM / (4π2).
Protože T = 8,64x104s, G = 6,673x10-11 N m2/ kg2, M = 5,98 x 1024 kg, pak R = 4,23 x 107 m. Pokud odečtete od R poloměr Země, rovný 6,38 x 106 m, můžete zjistit, v jaké výšce létají satelity přes jeden bod na povrchu - 3,59x107 m.
Lagrangeovy body
Dalšími pozoruhodnými drahami jsou bodyLagrange, kde je gravitace Země kompenzována gravitací Slunce. Všechno, co tam je, je stejně přitahováno k těmto nebeským tělesům a točí se s naší planetou kolem hvězdy.
Z pěti Lagrangeových bodů v systému Slunce-Zeměpouze poslední dva, zvané L4 a L5, jsou stabilní. Ve zbytku je satelit jako koule balancující na strmém kopci: jakékoli mírné vyrušení ji vytlačí. Aby kosmická loď zůstala ve vyváženém stavu, potřebuje neustálé přizpůsobování. V posledních dvou Lagrangeových bodech jsou satelity jako koule v kouli: i po silném rozhořčení se vrátí.
L1 se nachází mezi Zemí a Sluncem, což umožňujena satelity v něm, abychom měli neustálý výhled na naši hvězdu. Sluneční observatoř SOHO, satelit NASA a Evropské kosmické agentury, sleduje Slunce z prvního bodu Lagrange, 1,5 milionu km od naší planety.
L2 se nachází ve stejné vzdálenosti od Země, aleje za ní. Satelity na tomto místě potřebují pouze jeden tepelný štít, aby se stínily před slunečním světlem a teplem. Toto je dobré místo pro vesmírné dalekohledy používané ke studiu podstaty vesmíru pozorováním pozadí mikrovlnného záření.
Třetí Lagrangeův bod je naproti Zemina druhé straně Slunce, takže hvězda je vždy mezi ním a naší planetou. Družice v této poloze nebude schopna komunikovat se Zemí.
Čtvrtý a pátý Lagrangeův bod jsou extrémně stabilní na oběžné dráze naší planety 60 ° před a za Zemí.
Oběžná dráha Středozemě
Bližší k Zemi se satelity pohybují rychleji. Existují dvě střední oběžné dráhy Země: polosynchronní a „bleskové“.
V jaké výšce létají satelitysemi-synchronní oběžná dráha? Je téměř kruhový (s nízkou excentricitou) a je 26 560 km vzdálený od středu Země (asi 20 200 km nad povrchem). Družice v této výšce provede úplnou revoluci za 12 hodin. Jak se pohybuje, Země se otáčí pod ní. Za 24 hodin protne 2 stejné body na rovníku. Tato oběžná dráha je konzistentní a vysoce předvídatelná. Používá se v globálním pozičním systému GPS.
Použitá oběžná dráha „Lightning“ (sklon 63,4 °)pro pozorování ve vysokých zeměpisných šířkách. Geostacionární satelity jsou ukotveny k rovníku, takže nejsou vhodné pro vzdálené severní nebo jižní oblasti. Tato oběžná dráha je docela výstřední: kosmická loď se pohybuje podél protáhlé elipsy se Zemí umístěnou blízko jednoho okraje. Jelikož je satelit urychlován gravitací, pohybuje se velmi rychle, když je blízko naší planety. Při vzdalování se jeho rychlost zpomaluje, takže tráví více času na vrcholu oběžné dráhy v nejvzdálenějším okraji od Země, jehož vzdálenost může dosáhnout 40 tisíc km. Oběžná doba je 12 hodin, ale satelit tráví asi dvě třetiny této doby na jedné polokouli. Podobně jako semi-synchronní oběžná dráha i satelit cestuje každých 24 hodin stejnou cestou a používá se ke komunikaci na dalekém severu nebo jihu.
Nízká Země
Většina vědeckých satelitů, mnohometeorologická a vesmírná stanice jsou na téměř kruhové oběžné dráze nízké Země. Jejich sklon závisí na tom, co monitorují. Systém TRMM byl spuštěn k monitorování srážek v tropech, takže má relativně nízký sklon (35 °), zatímco zůstává blízko rovníku.
Mnoho pozorovacích satelitů NASA mátéměř polární, velmi nakloněná oběžná dráha. Kosmická loď se pohybuje kolem Země od pólu k pólu s periodou 99 minut. Polovinu času prochází přes denní stranu naší planety a u pólu prochází na noční stranu.
Jak se satelit pohybuje, Země se otáčí pod ním.V době, kdy kosmická loď vstoupí do osvětlené oblasti, je nad oblastí sousedící se zónou své poslední oběžné dráhy. Za 24 hodin polární satelity pokrývají většinu Země dvakrát: jednou během dne a jednou v noci.
Sluneční synchronní oběžná dráha
Stejně jako geosynchronní satelity musíbýt nad rovníkem, což jim umožňuje zůstat nad jedním bodem, mají polární oběžné dráhy schopnost zůstat ve stejnou dobu. Jejich oběžná dráha je synchronní se sluncem - když kosmická loď překročí rovník, místní sluneční čas je vždy stejný. Například satelit Terra překračuje Brazílii vždy v 10:30. Další přechod po 99 minutách přes Ekvádor nebo Kolumbii se také koná v 10:30 místního času.
Oběžná dráha synchronní se sluncem je pro vědu nezbytná,protože vám umožňuje udržovat úhel dopadu slunečního světla na zemský povrch, i když se bude měnit v závislosti na ročním období. Tato konzistence znamená, že vědci mohou porovnávat obrazy naší planety ve stejnou roční dobu po několik let bez obav z příliš velkých skoků osvětlení, které by mohly vytvořit iluzi změny. Bez sluneční synchronní oběžné dráhy by bylo obtížné je v průběhu času sledovat a shromažďovat informace potřebné ke studiu změny klimatu.
Cesta satelitu je zde velmi omezená.Pokud je v nadmořské výšce 100 km, měla by mít oběžná dráha sklon 96 °. Jakákoli odchylka bude nepřijatelná. Protože atmosférický odpor a gravitační síla Slunce a Měsíce mění oběžnou dráhu plavidla, je třeba jej pravidelně upravovat.
Start na oběžnou dráhu: start
Vypuštění satelitu vyžaduje energii, množstvícož závisí na umístění odpalovacího místa, výšce a sklonu budoucí trajektorie jeho pohybu. K dosažení vzdálené oběžné dráhy je zapotřebí více energie. Družice s výrazným náklonem (například polární) jsou energeticky náročnější než ty, které krouží nad rovníkem. Spuštění na oběžnou dráhu s malým sklonem je podporováno rotací Země. Mezinárodní vesmírná stanice se pohybuje pod úhlem 51,6397 °. To je nezbytné, aby se raketoplánům a ruským raketám usnadnilo dosáhnout. ISS nadmořská výška - 337-430 km. Polární satelity na druhou stranu nedostávají pomoc od impulsu Země, takže potřebují více energie, aby vyšplhaly na stejnou vzdálenost.
Nastavení
Po vypuštění satelitu se musíte připojitsnahy udržet ji na určité oběžné dráze. Protože Země není dokonalá koule, její gravitace je na některých místech silnější. Tato nerovnost spolu s gravitačním působením Slunce, Měsíce a Jupitera (nejhmotnější planety sluneční soustavy) mění sklon oběžné dráhy. Družice GOES byly během své životnosti opraveny třikrát nebo čtyřikrát. LEO NASA musí každoročně upravovat sklon.
Navíc jsou to satelity blízké Zeminárazová atmosféra. Nejvyšší vrstvy, i když jsou dostatečně řídké, nabízejí dostatečný odpor, aby je přitáhly blíže k Zemi. Působení gravitace způsobuje zrychlení satelitů. Postupem času shoří, spirálovitě se snižují a zrychlují do atmosféry nebo padají na Zemi.
Atmosférický odpor je silnější, když je Slunceaktivně. Stejně jako se vzduch v horkovzdušném balónu rozpíná a stoupá, když se zahřívá, atmosféra stoupá a rozpíná se, když mu slunce dodává extra energii. Tenčí vrstvy atmosféry stoupají a hustší zaujímají místo. Družice na oběžné dráze Země proto musí měnit svoji polohu přibližně čtyřikrát ročně, aby kompenzovaly atmosférický odpor. Když je sluneční aktivita maximální, musí se poloha přístroje korigovat každé 2-3 týdny.
Vesmírný odpad
Třetím důvodem, proč je nutné změnit oběžnou dráhu, jevesmírný odpad. Jeden z komunikačních satelitů Iridium se srazil s nefunkční ruskou kosmickou lodí. Rozbili se a vytvořili mrak trosek přes 2 500 kusů. Každý prvek byl přidán do databáze, která dnes obsahuje více než 18 000 uměle vytvořených objektů.
NASA pečlivě sleduje vše, co může stát v cestě satelitům, protože vesmírné úlomky již musely několikrát změnit oběžné dráhy kvůli vesmírnému odpadu.
Sledují inženýři Mission Control Centerpolohu kosmického odpadu a satelitů, které mohou narušit pohyb a podle potřeby pečlivě naplánovat úhybné manévry. Stejný tým plánuje a provádí manévry k nastavení sklonu a výšky satelitu.