Net zoals de stoelen in een theater dat toelatenom anders naar het uitzicht te kijken, geven de verschillende banen van de satellieten perspectief, elk met zijn eigen doel. Sommige lijken boven een punt op het oppervlak te hangen, ze bieden een constant zicht op één kant van de aarde, terwijl andere rond onze planeet cirkelen en over veel plaatsen per dag vegen.
Soorten banen
Op welke hoogte vliegen de satellieten?Er zijn 3 soorten banen in de buurt van de aarde: hoog, gemiddeld en laag. Op de hoogte, het verst verwijderd van het oppervlak, zijn er in de regel veel weer- en enkele communicatiesatellieten. Satellieten die in een middelhoge baan om de aarde draaien, omvatten navigatie en speciale satellieten die zijn ontworpen om een specifieke regio te volgen. De meeste wetenschappelijke ruimtevaartuigen, waaronder de vloot van het aardobservatiesysteem van NASA, bevinden zich in een lage baan om de aarde.
De hoogte waarop de satellieten vliegen is afhankelijk vande snelheid van hun beweging. Naarmate je dichter bij de aarde komt, wordt de zwaartekracht sterker en versnelt de beweging. NASA's Aqua-satelliet heeft bijvoorbeeld ongeveer 99 minuten nodig om rond onze planeet te vliegen op een hoogte van ongeveer 705 km, terwijl een meteorologisch apparaat op 35.786 km van het oppervlak 23 uur, 56 minuten en 4 seconden nodig heeft. Op een afstand van 384.403 km van het centrum van de aarde voltooit de maan één omwenteling in 28 dagen.
Aërodynamische paradox
Door de hoogte van de satelliet te veranderen, verandert deze ookorbitale snelheid. Er is hier een paradox. Als de satellietoperator zijn snelheid wil verhogen, kan hij de thrusters niet zomaar starten om te accelereren. Dit zal de baan (en hoogte) vergroten, wat zal leiden tot een afname van de snelheid. In plaats daarvan moeten de motoren worden gestart in de richting die tegengesteld is aan de richting van de beweging van de satelliet, dat wil zeggen om een actie uit te voeren die een bewegend voertuig op aarde zou vertragen. Hierdoor zal het lager worden verplaatst, waardoor de snelheid toeneemt.
Baankenmerken
Naast hoogte, het pad van de satellietgekenmerkt door excentriciteit en neiging. De eerste heeft betrekking op de vorm van de baan. Een satelliet met een lage excentriciteit beweegt langs een baan die bijna een cirkelvormig traject benadert. De excentrische baan is elliptisch. De afstand van het ruimtevaartuig tot de aarde hangt af van zijn positie.
Helling is de hoek van de baan ten opzichte vanevenaar. Een satelliet die direct boven de evenaar draait, heeft geen kanteling. Als het ruimtevaartuig de noord- en zuidpool passeert (geografisch, niet magnetisch), kantelt het 90 °.
Bepaal samen - hoogte, excentriciteit en inclinatie - de beweging van de satelliet en hoe de aarde eruit zal zien vanuit zijn perspectief.
Hoge bijna-aarde
Wanneer de satelliet precies 42164 km van het centrum bereiktAarde (ongeveer 36 duizend km vanaf het oppervlak), het komt de zone binnen waar zijn baan overeenkomt met de rotatie van onze planeet. Aangezien het ruimtevaartuig met dezelfde snelheid beweegt als de aarde, dat wil zeggen dat de omlooptijd 24 uur is, lijkt het erop dat het boven een enkele lengtegraad op zijn plaats blijft, hoewel het van noord naar zuid kan drijven. Deze speciale hoge baan wordt geosynchroon genoemd.
De satelliet beweegt in een cirkelvormige baan direct boven de evenaar (excentriciteit en helling zijn gelijk aan nul) en is stationair ten opzichte van de aarde. Het bevindt zich altijd op hetzelfde punt op het oppervlak.
Geostationaire baan is buitengewoon waardevol voorhet volgen van het weer, omdat satellieten erop een constant overzicht geven van hetzelfde gebied van het oppervlak. Om de paar minuten geven meteorologische instrumenten zoals GOES informatie over wolken, waterdamp en wind, en deze constante stroom aan informatie dient als basis voor het volgen en voorspellen van het weer.
Bovendien kunnen geostationaire voertuigen zijnhandig voor communicatie (telefonie, televisie, radio). De GOES-satellieten bieden een zoek- en reddingsbaken dat wordt gebruikt om schepen en vliegtuigen in nood te lokaliseren.
Ten slotte volgen veel van de sterk in een baan om de aarde draaiende satellieten de zonneactiviteit en volgen ze het magnetische veld en de stralingsniveaus.
GSO-hoogte berekenen
De middelpuntzoekende kracht F werkt op de satellietu= (M1v2) / R en zwaartekracht Ft= (GM1M2) / R2Omdat deze krachten hetzelfde zijn, kun je de rechterkant gelijk maken en ze verminderen met de massa M1Als resultaat krijgen we de gelijkheid v2= (GM2) / R. Vandaar de bewegingssnelheid v = ((GM2) / R)1/2
Omdat de geostationaire baan een cirkel van 2πr is, is de baansnelheid v = 2πR / T.
Vandaar dat R3= T2GM / (4π2).
Omdat T = 8,64x104s, G = 6,673 x 10-11 N m2/ kg2, M = 5,98 x 1024 kg, dan is R = 4,23x107 m. Als je van R de straal van de aarde aftrekt, gelijk aan 6,38x106 m, kun je erachter komen op welke hoogte satellieten over één punt op het oppervlak vliegen - 3,59x107 m.
Lagrange-punten
Andere opmerkelijke banen zijn de puntenLagrange, waar de zwaartekracht van de aarde wordt gecompenseerd door de zwaartekracht van de zon. Alles wat er is, wordt evenzeer aangetrokken tot deze hemellichamen en draait met onze planeet rond de ster.
Van de vijf Lagrange-punten in het Zon-Aarde-systeemalleen de laatste twee, L4 en L5 genaamd, zijn stabiel. In de rest is de metgezel als een bal die op een steile heuvel balanceert: elke lichte verstoring zal hem naar buiten duwen. Om in een evenwichtige toestand te blijven, hebben ruimtevaartuigen hier een constante aanpassing nodig. In de laatste twee Lagrange-punten zijn de satellieten als een bal in een bal: zelfs na een sterke verontwaardiging komen ze terug.
L1 bevindt zich tussen de aarde en de zon, waardoorsatellieten erin, hebben een constant zicht op onze ster. Het SOHO Solar Observatory, een satelliet van NASA en de European Space Agency, houdt de zon in de gaten vanaf het eerste punt van Lagrange, 1,5 miljoen km van onze planeet.
L2 bevindt zich op dezelfde afstand van de aarde, maaris achter haar. De satellieten op deze locatie hebben slechts één hitteschild nodig om zichzelf te beschermen tegen het licht en de warmte van de zon. Dit is een goede locatie voor ruimtetelescopen die worden gebruikt om de aard van het heelal te bestuderen door de achtergrond van microgolfstraling te observeren.
Het derde Lagrange-punt bevindt zich tegenover de aardeaan de andere kant van de zon, zodat de ster altijd tussen hem en onze planeet staat. De satelliet op deze positie kan niet communiceren met de aarde.
De vierde en vijfde Lagrange-punten zijn extreem stabiel in de baan van onze planeet 60 ° voor en achter de aarde.
Middenbaan van de aarde
Dichter bij de aarde bewegen satellieten sneller. Er zijn twee gemiddelde banen nabij de aarde: halfsynchroon en "Bliksem".
Op welke hoogte vliegen de satellietensemi-synchrone baan? Het is bijna cirkelvormig (lage excentriciteit) en is 26.560 km verwijderd van het middelpunt van de aarde (ongeveer 20.200 km boven het oppervlak). De satelliet op deze hoogte maakt een volledige omwenteling in 12 uur. Terwijl hij beweegt, draait de aarde eronder. In 24 uur passeert het 2 identieke punten op de evenaar. Deze baan is consistent en zeer voorspelbaar. Gebruikt door het GPS Global Positioning System.
Orbit "Lightning" (helling 63,4 °) wordt gebruiktvoor observatie op hoge breedtegraden. Geostationaire satellieten zijn verankerd aan de evenaar, dus ze zijn niet geschikt voor verre noordelijke of zuidelijke regio's. Deze baan is nogal excentriek: het ruimtevaartuig beweegt langs een langwerpige ellips met de aarde dicht bij één rand. Omdat de satelliet wordt versneld door de zwaartekracht, beweegt hij erg snel wanneer hij dicht bij onze planeet is. Wanneer hij weggaat, vertraagt zijn snelheid, zodat hij meer tijd boven in de baan doorbrengt in de rand die het verst van de aarde verwijderd is, de afstand waartoe hij 40 duizend km kan bereiken. De omlooptijd is 12 uur, maar de satelliet besteedt ongeveer tweederde van deze tijd op een halfrond. Als een semi-synchrone baan volgt de satelliet elke 24 uur hetzelfde pad en wordt gebruikt voor communicatie in het hoge noorden of zuiden.
Lage aarde
De meeste wetenschappelijke satellieten, veelde meteorologische en ruimtestations bevinden zich in een bijna cirkelvormige lage baan om de aarde. Hun helling hangt af van wat ze controleren. TRMM werd gelanceerd om regenval in de tropen te volgen, dus het heeft een relatief lage helling (35 °) terwijl het dicht bij de evenaar blijft.
Veel van de waarnemingssatellieten van NASA hebbeneen bijna polaire sterk hellende baan. Het ruimtevaartuig beweegt zich met een periode van 99 minuten van pool tot pool rond de aarde. De helft van de tijd gaat het over de dagkant van onze planeet, en bij de pool gaat het over naar de nachtkant.
Terwijl de satelliet beweegt, draait de aarde eronder.Tegen de tijd dat het ruimtevaartuig het verlichte gebied binnengaat, bevindt het zich boven het gebied dat grenst aan de zone van zijn laatste baan. In een periode van 24 uur bedekken polaire satellieten het grootste deel van de aarde twee keer: één keer overdag en één keer 's nachts.
Zon-synchrone baan
Net zoals geosynchrone satellieten dat moetenom boven de evenaar te zijn, waardoor ze boven een punt kunnen blijven, hebben polaire banen het vermogen om tegelijkertijd te blijven. Hun baan is zonsynchroon - wanneer het ruimtevaartuig de evenaar passeert, is de lokale zonnetijd altijd hetzelfde. De Terra-satelliet steekt er bijvoorbeeld altijd om 10.30 uur over boven Brazilië. De volgende overtocht na 99 minuten over Ecuador of Colombia vindt ook plaats om 10.30 uur lokale tijd.
Een zonsynchrone baan is essentieel voor de wetenschap,omdat u hiermee de invalshoek van zonlicht op het aardoppervlak kunt behouden, hoewel deze per seizoen kan variëren. Deze consistentie betekent dat wetenschappers beelden van onze planeet in dezelfde tijd van het jaar over meerdere jaren kunnen vergelijken zonder zich zorgen te hoeven maken over te grote sprongen in de belichting die de illusie van verandering zouden kunnen creëren. Zonder een zonsynchrone baan zou het moeilijk zijn om ze in de loop van de tijd te volgen en de informatie te verzamelen die nodig is om klimaatverandering te bestuderen.
Het pad van de satelliet is hier erg beperkt.Als het zich op een hoogte van 100 km bevindt, moet de baan een helling van 96 ° hebben. Elke afwijking is onaanvaardbaar. Omdat atmosferische weerstand en de zwaartekracht van de zon en de maan de baan van het vaartuig veranderen, moet deze regelmatig worden aangepast.
Inbrengen in een baan: lanceren
Het lanceren van een satelliet kost energie, de hoeveelheiddie afhangt van de locatie van de lanceerplaats, de hoogte en helling van het toekomstige traject van zijn beweging. Het kost meer energie om in een verre baan te komen. Satellieten met een aanzienlijke inclinatie (bijvoorbeeld polaire) zijn energie-intensiever dan satellieten die boven de evenaar cirkelen. Het lanceren in een baan met een lage helling wordt bijgestaan door de rotatie van de aarde. Het internationale ruimtestation ISS beweegt onder een hoek van 51,6397 °. Dit is nodig om het gemakkelijker te maken voor spaceshuttles en Russische raketten om het te bereiken. ISS-hoogte - 337-430 km. Polaire satellieten daarentegen krijgen geen hulp van de aardse impuls, dus hebben ze meer energie nodig om dezelfde afstand te beklimmen.
Aanpassing
Nadat u de satelliet hebt gelanceerd, moet u zich aansluitenpogingen om het in een bepaalde baan te houden. Omdat de aarde geen perfecte bol is, is de zwaartekracht op sommige plaatsen sterker. Deze ongelijkheid, samen met de aantrekkingskracht van de zon, de maan en Jupiter (de meest massieve planeet in het zonnestelsel), verandert de helling van de baan. Gedurende hun hele levensduur zijn de GOES-satellieten drie of vier keer gecorrigeerd. NASA LEO's moeten hun kanteling jaarlijks aanpassen.
Bovendien worden nabij-aarde-satellieten beïnvloed doorimpact sfeer. De bovenste lagen, hoewel dun genoeg, bieden voldoende weerstand om ze dichter bij de aarde te trekken. De werking van de zwaartekracht zorgt ervoor dat de satellieten versnellen. Na verloop van tijd branden ze op, spiralen lager en sneller de atmosfeer in of vallen op de aarde.
Atmosferische weerstand is sterker als de zonactief. Net zoals de lucht in een heteluchtballon uitzet en stijgt wanneer deze opwarmt, stijgt de atmosfeer en zet uit wanneer de zon haar extra energie geeft. De dunnere lagen van de atmosfeer stijgen op en dichtere nemen hun plaats in. Daarom moeten satellieten in de baan van de aarde ongeveer vier keer per jaar van positie veranderen om de atmosferische weerstand te compenseren. Als de zonneactiviteit maximaal is, moet de positie van het apparaat elke 2-3 weken worden gecorrigeerd.
Ruimtepuin
De derde reden om de baan te veranderen isruimtepuin. Een van de communicatiesatellieten Iridium kwam in botsing met een niet-functionerend Russisch ruimtevaartuig. Ze sprongen uiteen en vormden een puinwolk van meer dan 2500 stukjes. Elk element is toegevoegd aan de database, die vandaag meer dan 18.000 door de mens gemaakte objecten bevat.
NASA volgt alles wat zich mogelijk in het pad van satellieten bevindt nauwlettend, aangezien ruimtepuin al verschillende keren van baan heeft moeten veranderen.
Mission Control Center-ingenieurs volgende positie van ruimtepuin en satellieten die beweging kunnen hinderen en plan zo nodig zorgvuldig ontwijkingsmanoeuvres. Hetzelfde team plant en voert manoeuvres uit om de kanteling en hoogte van de satelliet aan te passen.
