Geostacionarna orbita. Zemeljski umetni sateliti

Kaj je geostacionarna orbita? To je krožno polje, ki se nahaja nad ekvatorjem Zemlje, skozi njega pa nariše umetni satelit kotna hitrost vrtenje planeta okoli osi. V vodoravnem koordinatnem sistemu ne spreminja smeri, temveč visi na nebu. Geostacionarna zemeljska orbita (GSO) Je neke vrste geosinhrono polje in se uporablja za postavitev komunikacijskih, televizijskih in drugih satelitov.

Zamisel o uporabi umetnih naprav

Koncept geostacionarne orbite je sprožil ruski izumitelj K. E. Tsiolkovsky. V svojih delih je predlagal kolonizacijo prostora z uporabo orbitalnih postaj. Tudi tuji znanstveniki so opisali delo kozmičnih polj, na primer G. Obert. Oseba, ki je razvila koncept uporabe orbite za komunikacijo, je Arthur Clark. Leta 1945 je postavil članek v revijo »Wireless World«, kjer je opisal prednosti dela geostacionarnega polja. Za aktivno delo na tem področju v čast orbiti znanstvenika prejel drugo ime - "Clark je pas." O problemu izvajanja kakovostne komunikacije so mislili številni teoretiki. Tako je Herman Potochnik leta 1928 predlagal uporabo geostacionarnih satelitov.

Clarke Belt Feature

Da bi se orbita imenovala geostacionarna, mora izpolnjevati več parametrov:

1. Geosinkronija. Ta značilnost vključuje polje, ki ima obdobje, ki ustreza obdobju Zemljine revolucije. Geosinkroni satelit zaključi revolucijo okoli planeta v zvezdnem dnevu, ki je 23 ur 56 minut in 4 sekunde. Isti čas je potreben, da Zemlja izvede eno revolucijo v fiksnem prostoru.

2. Za vzdrževanje satelita na določeni točki mora biti geostacionarna orbita okrogla, brez nagiba. Eliptično polje bo vodilo do premika bodisi na vzhod ali na zahod, saj se naprava na različnih točkah v orbiti premika na različne načine.

3. "Lebdeča točka" vesoljskega mehanizma mora biti na ekvatorju.

4. Lokacija satelitov v geostacionarni orbiti mora biti taka, da majhno število frekvenc, namenjenih za komunikacijo, ne privede do nalaganja frekvenc različnih naprav med sprejemom in prenosom ter da se prepreči njihov trk.

5. Dovolj goriva za vzdrževanje položaja vesoljskega mehanizma.

Geostacionarna satelitska orbita je edinstvena, saj lahko vozilo le s kombinacijo njegovih parametrov miruje. Druga značilnost je sposobnost videti Zemljo pod kotom sedemnajst stopinj od satelitov, ki se nahajajo na vesoljskem polju. Vsaka naprava zgrabi približno eno tretjino površine, tako da trije mehanizmi pokrivajo skoraj ves planet.

Umetni sateliti

Zrakoplovi Geocentrično se vrti okoli Zemlje. Za izhod uporabite večstopenjsko raketo. To je kozmični mehanizem, ki poganja reaktivno silo motorja. Za gibanje v orbiti morajo imeti umetni zemeljski sateliti začetno hitrost, ki ustreza prvemu prostoru. Njihovi leti se izvajajo na višini najmanj nekaj sto kilometrov. Obdobje kroženja aparata je lahko več let. Umetni sateliti Zemlje se lahko sprožijo iz plošč drugih naprav, na primer orbitalnih postaj in ladij. UAV imajo maso do dveh deset ton in velikosti do nekaj deset metrov. 21. stoletje je bilo zaznamovano z rojstvom naprav z zelo nizko težo - do nekaj kilogramov.

Sateliti so uvedle številne države in podjetja. Prvi umetni aparat na svetu je nastal v ZSSR in odletel v vesolje 4. oktobra 1957. Imel je ime "Sputnik-1". Leta 1958 so Združene države uvedle drugo enoto - Explorer 1. Prvi satelit, ki ga je NASA lansirala leta 1964, se je imenoval Syncom-3. Umetne naprave so večinoma nepovratne, vendar obstajajo tudi tiste, ki se delno ali v celoti vrnejo. Uporabljajo se za raziskovanje in reševanje različnih problemov. Torej obstajajo vojaški, raziskovalni, navigacijski sateliti in drugi. Izvajajo se tudi naprave, ki jih ustvarjajo univerzitetno osebje ali radioamaterji.

"Point of Standing"

Geostacionarni sateliti se nahajajo na nadmorski višini 35786 kilometrov. Ta višina zagotavlja obdobje revolucije, ki ustreza obdobju Zemljinega kroženja glede na zvezde. Umetna naprava je stacionarna, zato se njena lokacija v geostacionarni orbiti imenuje »stoječa točka«. Hangup zagotavlja stalno dolgoročno komunikacijo, ko je usmerjena antena vedno usmerjena na želeni satelit.

Gibanje

Satelite se lahko prenesejo iz orbite z nizko nadmorsko višino v geostacionarno z uporabo geo-prehodnih polj. Slednje so eliptična pot s točko na nizki višini in vrhom na višini, ki je blizu geostacionarnemu krogu. Satelit, ki je postal neprimeren za nadaljnje delo, se pošlje v orbito, ki se nahaja 200-300 kilometrov nad GSO.

Geostacionarna višina orbite

Satelit na tem področju je na določeni razdalji od Zemlje, ne da bi se približal ali odselil. Vedno se nahaja nad vsako ekvatorialno točko. Na podlagi teh značilnosti sledi, da se gravitacijske sile in centrifugalna sila medsebojno uravnovesijo. Višino geostacionarne orbite izračunamo z metodami, ki temeljijo na klasični mehaniki. Pri tem se upošteva skladnost gravitacijskih in centrifugalnih sil. Vrednost prve količine se določi z pravo sveta Newton. Indeks centrifugalne sile se izračuna z izračunom mase satelita za centripetalni pospešek. Rezultat enakosti gravitacijske in inercialne mase je ugotovitev, da višina orbite ni odvisna od mase satelita. Zato je geostacionarna orbita določena le z višino, pri kateri je centrifugalna sila enaka po velikosti in nasprotna v smeri gravitacijske sile, ki jo ustvarja privlačnost Zemlje na dani višini.

Iz formule za izračun centripetalnega pospeška lahko najdemo kotno hitrost. Polmer geostacionarne orbite je določen tudi s to formulo ali z delitvijo geocentra gravitacijska konstanta na kvadratni kotni hitrosti. To je 42164 kilometrov. Glede na ekvatorialni radij Zemlje dobimo višino 35786 kilometrov.

Izračuni se lahko izvedejo na drugačen način, na podlagi trditve, da višina orbite, ki predstavlja razdaljo od središča Zemlje, s kotno hitrostjo satelita, ki sovpada z gibanjem rotacije planeta, povzroči linearno hitrost, ki je enaka prvi prostorski hitrosti na dani višini.

Hitrost v geostacionarni orbiti. Dolžina

Ta indikator se izračuna z množenjem kotne hitrosti s polmerom polja. Vrednost hitrosti v orbiti znaša 3,07 kilometrov na sekundo, kar je veliko manj kot prva kozmična hitrost na bližnji zemeljski poti. Za zmanjšanje stopnje je potrebno povečati polmer orbite za več kot šestkrat. Dolžino izračunamo tako, da pomnožimo število pi s polmerom, pomnoženim z dvema. To je 264924 kilometrov. Kazalec se upošteva pri izračunu "stoječih točk" satelitov.

Vpliv sil

Parametri orbite, po kateri poteka umetni mehanizem, se lahko spreminjajo pod vplivom gravitacijskih luninsko-sončnih motenj, heterogenosti zemeljskega polja in eliptičnosti ekvatorja. Preoblikovanje polja je izraženo v takšnih pojavih, kot so:

1. Premik satelita iz njegovega položaja vzdolž orbite proti točkama stabilnega ravnotežja, ki se imenujejo potencialne vrtine geostacionarne orbite.
2. Kot naklona polja do ekvatorja raste z določeno hitrostjo in doseže 15 stopinj enkrat v 26 letih in 5 mesecih.

Za ohranitev satelita v želeni "točki stoji" je opremljen s pogonskim sistemom, ki vključuje večkrat v 10-15 dneh. Da bi kompenzirali rast naklona orbite, se uporabi korekcija sever-jug in za kompenzacijo premika vzdolž polja uporabimo korekcijo zahod-vzhod. Za urejanje poti satelita v celotnem obdobju delovanja je na plovilu potrebna velika količina goriva.

Pogonski sistemi

Izbira prilagoditve je odvisna od posameznih tehničnih značilnosti satelita. Na primer, kemični raketni motor ima dovajalno gorivo in deluje na dolgo skladiščene komponente z visokim vreliščem (diazotični tetroksid, asimetrični dimetil hidrazin). Plazemske naprave imajo bistveno manj apetita, vendar na račun dolgega obratovanja, ki se meri v desetih minutah za eno samo premikanje, lahko bistveno zmanjša količino porabljenega goriva na plovilu. Ta tip pogonskega sistema se uporablja za manevriranje prenosa satelita v drug orbitalni položaj. Glavni omejevalni dejavnik življenjske dobe naprave je zaloga goriva v geostacionarni orbiti.

Slabosti umetnega polja

Pomembna napaka v interakciji z geostacionarnimi sateliti je velika zamuda pri širjenju signalov. Tako pri hitrosti svetlobe 300 tisoč kilometrov na sekundo in višini orbite 35786 kilometrov, gibanje žarka "Zemeljski satelit" traja približno 0,12 sekunde, in "Zemlja-satelit - Zemlja" - 0,24 sekunde. Glede na zakasnitev signala v opremi in kabelskih sistemih prenosov zemeljske službe je celotna zamuda signala izvornega satelita in sprejemnika približno 2-4 sekunde. Ta številka znatno otežuje uporabo naprav v orbiti v telefoniji in onemogoča uporabo satelitskih komunikacij v sistemih v realnem času.

Druga pomanjkljivost je nevidnost geostacionarne orbite iz visokih zemljepisnih širin, ki posega v prevodnost komunikacijskih in televizijskih oddaj na območjih Arktike in Antarktike. V primerih, ko sta sonce in satelitski oddajnik v skladu s sprejemno anteno, se zmanjša, včasih pa tudi popolno pomanjkanje signala. V geostacionarnih orbitah zaradi nepremičnosti satelita se ta pojav najbolj jasno izraža.

Dopplerjev učinek

Ta pojav je sprememba frekvence elektromagnetnih vibracij z medsebojnim napredovanjem oddajnika in sprejemnika. Pojav je izražen s časovno spremembo razdalje in z gibanjem umetnih vozil v orbiti. Učinek se kaže kot nestabilnost nosilne frekvence satelitskih nihanj, ki se doda instrumentalni nestabilnosti frekvence vgrajenega repetitorja in zemeljske postaje, kar otežuje sprejem signalov. Dopplerjev učinek prispeva k spreminjanju frekvence moduliranih vibracij, ki jih ni mogoče nadzorovati. V primeru, ko se v orbiti uporabljajo komunikacijski sateliti in direktni televizijski radiodifuzijski sateliti, je ta pojav praktično odpravljen, to pomeni, da na sprejemni točki ni sprememb v ravni signala.

Odnos v svetu do geostacionarnih polj

Vesoljska orbita njenega rojstva je ustvarila številna vprašanja in mednarodne pravne probleme. Z njimi se ukvarjajo številni odbori, zlasti Združeni narodi. Nekatere države, ki se nahajajo na ekvatorju, so trdile, da razširijo svojo suverenost na del vesolja, ki se nahaja nad njihovim ozemljem. Države trdijo, da je geostacionarna orbita fizični dejavnik, ki je povezan z obstojem planeta in je odvisen od gravitacijskega polja Zemlje, zato so segmenti polja nadaljevanje ozemlja njihovih držav. Toda takšne trditve so bile zavrnjene, saj ima svet načelo neuporabe vesolja. Vsi problemi, povezani z delovanjem orbit in satelitov, so rešeni na svetovni ravni.