Mesterséges földműholdak mozgási pályái. A műholdpályák típusai és definícióik Körpálya iss

Az összekapcsolt mesterséges földműholdak pályái a műhold pályái az űrben. Számos tényező határozza meg őket, amelyek közül a legfontosabb a műhold Föld általi vonzása.

Számos egyéb tényező a műhold lassulása a Föld légkörében, a Hold, a Nap, a bolygók stb. hatása. - a műhold pályáját is befolyásolja. Ez a befolyás nagyon csekély, és a műhold pályájának úgynevezett perturbációja formájában veszik figyelembe, pl. a valódi pálya eltérései az ideálistól, abból a feltételezésből számítva, hogy a műhold csak a Földhöz való vonzódás hatására mozog. Mivel a Föld egy összetett alakú, egyenetlen tömegeloszlású test, nehéz kiszámítani az ideális pályát. Első közelítésként a műholdat gömbszimmetrikus tömegeloszlású, gömb alakú Föld gravitációs terében mozgónak tekintjük. Az ilyen gravitációs teret központinak nevezzük.

A műhold mozgását jellemző fő paraméterek a Kepler-törvények segítségével határozhatók meg.

A Kepler-törvények a következőképpen fogalmazódnak meg a Föld műholdjaira.

Kepler első törvénye: a Föld műholdjának pályája a Föld középpontján áthaladó rögzített síkban fekszik, és egy ellipszis, amelynek egyik fókuszában a Föld középpontja van.

Kepler második törvénye: a műhold sugárvektora (a pályán lévő műholdat a Föld középpontjával összekötő egyenes szakasz) egyenlő időközönként egyenlő területeket ír le.

Kepler harmadik törvénye: a műholdak keringési periódusainak négyzeteinek aránya megegyezik a pályák fél-nagytengelyei kockáinak arányával.

A kommunikációs rendszerek pályán mozgó műholdakat használhatnak, amelyek a következő paraméterekben különböznek egymástól: alak (kör vagy elliptikus); magasság a Föld felszíne felett H vagy távolság a Föld középpontjától; hajlam, azaz. φ szög az egyenlítői sík és a pálya síkja között. A választott szögtől függően a pályák egyenlítői (φ = 0), poláris (φ = 90 °) és ferde (0) pályákra vannak osztva.< φ < 90°). Эллиптические орбиты, кроме того, характеризуются апогеем и перигеем, т.е. расстояниями от Земли, соответственно, до наиболее удаленной и до ближайшей точки орбиты. Апогей и перигей орбиты являются концами большой оси эллипса, а линия, на которой они находятся, называется осью апсид. При высоте орбиты 35 800 км период обращения ИСЗ будет равен земным суткам. Экваториальная круговая орбита с высотой 35 800 км при условии, что направление движения спутника совпадает с направлением вращения Земли относительно своей оси (с запада на восток), называется геостационарной орбитой (ГСО). Такая орбита является универсальной и единственной. Спутник, находящийся на ней, будет казаться земному наблюдателю неподвижным. Подобный ИСЗ называется геостационарным. В действительности ИСЗ, математически точно запущенный на ГСО, не остается неподвижным, а из-за эллиптичности Земли и по причине возмущения орбиты медленно уходит из заданной точки и совершает периодические (суточные) колебания по долготе и широте. Поэтому на ИСЗ должна быть установлена система автоматической стабилизации и удержания его в заданной точке ГСО.

A legtöbb modern SSP geostacionárius műholdakon alapul. Bizonyos esetekben azonban érdekesek az erősen megnyúlt elliptikus pályák, amelyek a következő paraméterekkel rendelkeznek: dőlésszög φ = 63,5 °, apogee magasság körülbelül 40 000 km, perigeum körülbelül 500 km. Az Északi-sarkkörön túli hatalmas területtel rendelkező Oroszország számára egy ilyen pálya nagyon kényelmes. A rálőtt műhold a Földdel szinkronban forog, keringési ideje 12 óra, és naponta két teljes pályát megtéve, egyszerre jelenik meg a Föld ugyanazon régiói felett. Az Oroszország területén található állomások közötti kommunikációs munkamenet időtartama 8 óra.Az éjjel-nappali kommunikáció érdekében 3-4 műholdat kell elliptikus pályára állítani, amelyek síkjai kölcsönösen el vannak tolva, így alakul ki. műholdak rendszere.

A közelmúltban tendencia volt arra, hogy a kapcsolódó műholdakat alacsony pályán használják (a Föld távolsága 700 ... 1500 km-en belül van). Az alacsony pályán lévő műholdakat használó kommunikációs rendszerek a Föld és a műhold közötti lényegesen kisebb (csaknem 50-szeres) távolság miatt számos előnnyel rendelkeznek a geostacionárius műholdakon alkalmazott SSP-vel szemben. Először is ez a továbbított jel kisebb késleltetése és csillapítása, másodszor pedig a műhold egyszerűbb pályára állítása. Az ilyen rendszerek fő hátránya, hogy nagyszámú műholdat kell pályára állítani a hosszú távú folyamatos kommunikáció érdekében. Ennek oka egy külön műhold kis láthatósági területe, ami megnehezíti az egymástól nagy távolságra lévő előfizetők közötti kommunikációt. Például az "Iridium" űrkomplexum (USA) 66 űrhajóból áll, amelyek körpályán állnak, φ = 86 ° dőlésszöggel és 780 km magassággal. A műholdak keringési síkokban helyezkednek el, mindegyik egyidejűleg 11 műholdat tartalmaz. A szomszédos pályasíkok közötti szögtávolság 31,6 °, kivéve az 1. és 6. síkot, amelyek szögtávolsága körülbelül 22 °.

Minden műhold antennarendszere 48 keskeny nyalábot alkot. Az összes műhold interoperabilitása kommunikációs szolgáltatásokkal biztosítja a Föld globális lefedettségét. Hazánkban folynak a munkák saját, alacsony pályán járó, „Signal” és „Gonets” műholdas kommunikációs rendszereink létrehozásán.

Az alacsony pályás műholdrendszerek működési sajátosságainak megértéséhez nézzük meg a benne lévő jelek áthaladásának sémáját (3.2. ábra).

Rizs. 3.2. Kommunikációs rendszer több műholddal alacsony pályán

Ebben az esetben minden ES-hez két antennát (A1 és A2) kell felszerelni, amelyek a kölcsönös kommunikáció zónájában található műholdak egyikével tudnak jeleket továbbítani és fogadni. ábrán. A 3.2 az óramutató járásával megegyező irányban mozgó műholdakat mutatja egy alacsony pályán, amelynek egy része mn ívként látható. A vizsgált műholdas kommunikációs rendszer a következőképpen működik. A ZS1 jele az A1 antennán keresztül az IS34-be kerül, és az IS33, IS32, ISZ1 csatornákon keresztül újraküldésre kerül a ZS2 A1 vevőantennájára. Így ebben az esetben az A2 antennákat, valamint az IS34-et és AES1-et tartalmazó pályaszegmenst használjuk a jel újraadásra. Amikor az IS34 elhagyja az aa" horizontvonaltól balra fekvő zónát, a jel adása és vétele az A1 antennákon és az IS35 ... IS32 stb. jelzéseket tartalmazó pályaszegmensen keresztül történik.

Mivel mindegyik műhold meglehetősen nagy területről figyelhető meg a Föld felszínén, lehetséges több ES közötti kommunikáció egyetlen közös csatlakoztatott műholdon keresztül. Ebben az esetben a műhold sok ES számára „elérhető”, ezért egy ilyen rendszert többszörös hozzáférésű műholdas kommunikációs rendszernek neveznek.

A kis magasságú pályán mozgó műholdak használata leegyszerűsíti az ES berendezést, mivel ebben az esetben csökkenthető a földi antennák erősítése, az adók teljesítménye és a geostacionárius műholdaknál kisebb érzékenységű vevőkkel való munkavégzés. . Ebben az esetben azonban a pályán lévő nagyszámú műhold mozgásának vezérlésére szolgáló rendszer bonyolultabbá válik.

Fejlesztés alatt áll a LEO 840 kommunikációs műholdakra épülő, a Föld teljes felületét lefedő, nagy nyereségű pásztázó antennarendszerekkel felszerelt kommunikációs rendszer, 20 000 nagy szolgáltatási területből álló hálózattal, amelyek mindegyike 9 kis területből áll majd. A műholdak nagy teljesítményű hozzáférési pontokon keresztül kapcsolódnak a földi távközlési hálózathoz. Maguk a LEO kommunikációs műholdak azonban önálló hálózatot alkotnak majd, ahol mindegyikük kilenc szomszéddal cserél majd adatot, kiváló minőségű műholdak közötti kommunikációs csatornákon. Ennek a hierarchikus struktúrának továbbra is működőképesnek kell maradnia az egyes műholdak meghibásodása, helyi túlterhelés és a kommunikációs eszközök egy részének a földi infrastruktúrával való meghibásodása esetén.

Jelátvitel az SSP-hez.

A mikrohullámú tartományban működő többi átviteli rendszertől eltérően a műholdas rendszerekben a rádiójel jelentős távolságokat tesz meg, ami számos jellemzőt meghatároz, beleértve a Doppler-frekvencia-eltolást, a jel késését, a késleltetés értékeinek megszakadását és a Doppler-frekvenciát. váltás.

Ismeretes, hogy az f frekvenciájú jelforrás relatív mozgása vp sebességgel<< с вызывает доплеровский сдвиг ∆fдоп = ±fvp /c, где с - скорость распространения электромагнитных колебаний; знак «+» соответствует уменьшению расстояния между источником сигнала и приемником сигнала, а «-» - увеличению.

Modulált rezgések átvitelekor az egyes spektrális komponensek frekvenciája 1 + (vр / s) tényezővel változik, azaz. A magasabb frekvenciájú komponensek nagyobb, az alacsonyabb frekvenciájúak pedig kisebb frekvenciaváltozást kapnak. Így a Doppler-effektus a jel spektrumának ∆fadd értékkel történő átviteléhez és a spektrum skálájának 1 + (vp / s) tényezőjének változásához vezet, azaz. annak deformációjához.

A geostacionárius műholdak esetében a Doppler-eltolódás elhanyagolható, és nem veszik figyelembe. Erősen megnyúlt elliptikus pályák ("Lightning" pályák) esetén a 4 GHz-es sávban a lefelé irányuló kapcsolat Doppler-eltolásának maximális értéke 60 kHz, ami szükségessé teszi azt például egy előre kiszámított program szerint kompenzálni. . A spektrum deformációit nehezebb kompenzálni. Erre a készülékek használhatók akár a program szerint változtatható csoport- vagy mikrohullámú jel változó szabályozott késleltetésével, akár az átviteli rendszerek csatornaképző berendezéseinek csoporttranszformációjának frekvenciáit frekvenciaosztásos multiplexeléssel vezérelve.

Mi az a geostacionárius pálya? Ez egy kör alakú mező, amely a Föld egyenlítője felett helyezkedik el, és amely mentén a mesterséges műhold a bolygó tengely körüli forgásának szögsebességével forog. Nem változtatja irányát a vízszintes koordinátarendszerben, hanem mozdulatlanul lóg az égen. A Föld geostacionárius pályája (GSO) egyfajta geoszinkron mező, és kommunikációs, műsorszórási és egyéb műholdak fogadására szolgál.

Mesterséges eszközök használatának ötlete

A geostacionárius pálya koncepcióját K. E. Ciolkovszkij orosz feltaláló kezdeményezte. Munkáiban az űr benépesítését javasolta orbitális állomások segítségével. Külföldi tudósok is leírták a kozmikus mezők munkáját, például G. Obert. Arthur Clarke, aki kidolgozta a pálya kommunikációs célú felhasználásának koncepcióját. 1945-ben a Wireless World-ben publikált egy cikket, amelyben a geostacionárius terepi működés előnyeit ismertette. A tudós tiszteletére ezen a területen végzett aktív munkáért a pálya megkapta a második nevet - "Clark öve". Sok teoretikus gondolkodott el a minőségi kapcsolat megvalósításának problémáján. Tehát Herman Potocnik 1928-ban kifejezte a geostacionárius műholdak felhasználásának ötletét.

Clark övének jellemzői

Ahhoz, hogy egy pályát geostacionáriusnak lehessen nevezni, számos paraméternek kell megfelelnie:

1. Geoszinkron. Ez a jellemző olyan mezőt foglal magában, amelynek periódusa megfelel a Föld forradalmának időszakának. Egy geoszinkron műhold egy sziderikus nap alatt hajtja végre a bolygó körüli forradalmat, ami 23 óra 56 perc és 4 másodperc. A Földnek ugyanannyi időre van szüksége, hogy egy rögzített térben egy fordulatot teljesítsen.

2. Ahhoz, hogy egy műholdat egy bizonyos ponton fenntarthassunk, a geostacionárius pályának kör alakúnak kell lennie, nulla dőlésszögű. Az elliptikus mező keleti vagy nyugati eltolódáshoz vezet, mivel a jármű pályája bizonyos pontjain eltérő módon mozog.

3. A térmechanizmus „lebegési pontjának” az egyenlítőn kell lennie.

4. A műholdak geostacionárius pályán történő elhelyezkedése olyan legyen, hogy a kommunikációra szánt kis számú frekvencia ne vezessen a különböző eszközök frekvenciáinak átfedéséhez a vétel és adás során, valamint elkerülhető legyen azok ütközése.

5. Elegendő üzemanyag a térszerkezet állandó helyzetének fenntartásához.

A műhold geostacionárius pályája egyedülálló abban, hogy csak paramétereinek kombinációjával érhető el a jármű mozdulatlansága. Egy másik jellemző az a képesség, hogy a Földet tizenhét fokos szögben láthatjuk a kozmikus mezőben található műholdaktól. Mindegyik űrszonda a pályafelület körülbelül egyharmadát rögzíti, így három mechanizmus szinte az egész bolygót képes lefedni.

Mesterséges műholdak

A repülőgép egy geocentrikus pályán kering a Föld körül. Kimenetéhez többlépcsős rakétát használnak. Ez egy űrmechanizmus, amely a motor reaktív erejét hajtja végre. A pályán való mozgáshoz a mesterséges földi műholdaknak olyan kezdeti sebességgel kell rendelkezniük, amely megfelel az első űrsebességnek. Repüléseiket legalább több száz kilométeres magasságban hajtják végre. A készülék keringési ideje több év is lehet. A mesterséges földműholdak más járművekről, például orbitális állomásokról és hajókról indíthatók. Az UAV-k tömege legfeljebb kéttíz tonna, mérete pedig akár több tíz méter is lehet. A huszonegyedik századot az ultrakis súlyú – akár több kilogrammos – eszközök születése jellemezte.

Számos ország és vállalat bocsátott fel műholdakat. A világ első mesterséges berendezését a Szovjetunióban hozták létre, és 1957. október 4-én repült az űrbe. A Szputnyik-1 nevet viselte. 1958-ban az Egyesült Államok piacra dobta a második készüléket, az Explorer-1-et. A NASA által 1964-ben felbocsátott első műhold a Syncom-3 nevet kapta. A mesterséges eszközök többnyire nem visszaválthatók, de vannak olyanok is, amelyek részben vagy egészben visszakerülnek. Tudományos kutatásra és különféle problémák megoldására használják. Tehát vannak katonai, kutatási, navigációs műholdak és mások. Az egyetemi alkalmazottak vagy rádióamatőrök által készített készülékek is piacra kerülnek.

"Állandó pont"

A geostacionárius műholdak 35 786 kilométeres tengerszint feletti magasságban helyezkednek el. Ez a magasság egy olyan forgási periódust biztosít, amely megfelel a Föld csillagokhoz viszonyított keringésének periódusának. A mesterséges jármű álló helyzetben van, ezért a geostacionárius pályán elfoglalt helyét "stacionárius pontnak" nevezik. A lebegés folyamatos, hosszú távú kommunikációt biztosít, ha az antenna be van állítva, mindig a kívánt műholdra lesz irányítva.

Mozgalom

A műholdak kis magasságú pályáról geostacionárius pályára helyezhetők át geotranszfer mezők segítségével. Ez utóbbiak egy elliptikus pályák, amelynek egy pontja kis magasságban, a csúcs pedig a geostacionárius körhöz közeli magasságban van. A további munkára alkalmatlanná vált műholdat a GSO felett 200-300 kilométerrel elhelyezkedő selejtező pályára küldik.

Geostacionárius pálya magassága

A műholdat ezen a területen bizonyos távolságra tartják a Földtől, nem közelednek vagy távolodnak. Mindig az Egyenlítő valamelyik pontja felett helyezkedik el. Ezen jellemzők alapján az következik, hogy a gravitációs erő és a centrifugális erő kiegyenlíti egymást. A geostacionárius pálya magasságát a klasszikus mechanikán alapuló módszerekkel számítják ki. Ez figyelembe veszi a gravitációs és centrifugális erők megfelelőségét. Az első mennyiség értékét az egyetemes gravitáció Newton-törvénye alapján határozzuk meg. A centrifugális erőindexet úgy számítjuk ki, hogy a műhold tömegét megszorozzuk a centripetális gyorsulással. A gravitációs és a tehetetlenségi tömeg egyenlőségének eredménye az a következtetés, hogy a pálya magassága nem függ a műhold tömegétől. Ezért a geostacionárius pályát csak az a magasság határozza meg, amelyen a centrifugális erő egyenlő nagyságú és ellentétes irányú a Föld gravitációja által adott magasságban keltett gravitációs erővel.

A centripetális gyorsulás kiszámítására szolgáló képletből megtalálhatja a szögsebességet. A geostacionárius pálya sugarát is ez a képlet határozza meg, vagy a geocentrikus gravitációs állandó elosztása a szögsebesség négyzetével. Ez 42164 kilométer. A Föld egyenlítői sugarát figyelembe véve 35786 kilométeres magasságot kapunk.

A számításokat más módon is el lehet végezni, ha az az állítás, hogy a pályamagasság, amely a Föld középpontjától mért távolság, és a műhold szögsebessége egybeesik a bolygó forgásának mozgásával, ad okot. lineáris sebesség, amely egyenlő az első kozmikus sebességgel egy adott magasságon.

Sebesség geostacionárius pályán. Hossz

Ezt a mutatót úgy számítjuk ki, hogy a szögsebességet megszorozzuk a mező sugarával. A keringési sebesség értéke 3,07 kilométer/másodperc, ami jóval kevesebb, mint a földközeli pályán az első kozmikus sebesség. Az indikátor csökkentéséhez a pálya sugarát több mint hatszorosára kell növelni. A hosszúságot a pi és a sugár szorzatából számítjuk ki, megszorozzuk kettővel. Ez 264924 kilométer. A mutatót figyelembe veszik a műholdak "álláspontjainak" kiszámításakor.

Az erők hatása

Annak a pályának a paraméterei, amely mentén a mesterséges mechanizmus forog, a gravitációs holdszoláris perturbációk, a Föld mezőjének inhomogenitása és az egyenlítői ellipticitás hatására változhatnak. A mező átalakulása olyan jelenségekben fejeződik ki, mint:

1. A műhold elmozdulása a pálya mentén elhelyezkedő helyzetéből a stabil egyensúlyi pontok felé, amelyeket a geostacionárius pálya potenciális kútjainak nevezünk.
2. A mező dőlésszöge az Egyenlítőhöz képest bizonyos ütemben növekszik, és 26 évente és 5 havonta egyszer eléri a 15 fokot.

Ahhoz, hogy a műhold a kívánt "helyhez kötött ponton" maradjon, meghajtórendszerrel van felszerelve, amelyet 10-15 naponta többször is bekapcsolnak. Tehát a pálya dőlésszögének növekedésének kompenzálására észak-déli korrekciót, a mező menti elsodródás kompenzálására pedig nyugat-kelet korrekciót alkalmaznak. A műhold útjának szabályozásához a működése teljes időtartama alatt nagy mennyiségű üzemanyagra van szükség a fedélzeten.

Propulziós rendszerek

Az eszköz kiválasztását a műhold egyedi műszaki jellemzői határozzák meg. Például egy vegyi rakétamotor pozitív lökettérfogatú tüzelőanyag betáplálással rendelkezik, és hosszú ideig tárolt, magas forráspontú komponensekkel (dinitrogén-tetroxid, aszimmetrikus dimetil-hidrazin) működik. A plazmaeszközök lényegesen kisebb tolóerővel rendelkeznek, de a hosszú távú, egyetlen mozdulatnál több tíz percben mérhető működés miatt jelentősen csökkenthetik a fedélzeten elfogyasztott üzemanyag mennyiségét. Az ilyen típusú propulziós rendszert arra használják, hogy a műholdat egy másik orbitális pozícióba irányítsák. A jármű élettartamának fő korlátozó tényezője a geostacionárius pályán lévő üzemanyag-tartalék.

A mesterséges mező hátrányai

A geostacionárius műholdakkal való interakció jelentős hibája a jelterjedés nagy késése. Tehát 300 ezer kilométer per másodperces fénysebességgel és 35786 kilométeres pályamagassággal a Föld-műhold sugár mozgása körülbelül 0,12 másodpercig tart, a Föld-műhold-Föld sugár mozgása pedig 0,24 másodpercig tart. Figyelembe véve a jelkésleltetést a földfelszíni szolgáltatások átvitelének berendezéseiben és kábelrendszereiben, a teljes jelkésleltetés "forrás - műhold - vevő" körülbelül 2-4 másodpercet ér el. Ez a mutató jelentősen megnehezíti a telefonos pályán lévő járművek használatát, és lehetetlenné teszi a műholdas kommunikáció használatát a valós idejű rendszerekben.

További hátránya a geostacionárius pálya láthatatlansága a nagy szélességi fokokról, ami zavarja a kommunikációt és a TV-adásokat az északi-sarkvidéki és az antarktiszi régiókban. Azokban a helyzetekben, amikor a nap és az adóműhold egy vonalban van a vevőantennával, a jel csökkenése és néha teljes hiánya tapasztalható. Geostacionárius pályákon a műhold mozdulatlansága miatt ez a jelenség különösen szembetűnő.

Doppler effektus

Ez a jelenség az elektromágneses rezgések frekvenciájának változásában áll az adó és a vevő kölcsönös mozgása során. A jelenséget a távolság időbeli változása, valamint mesterséges járművek keringési pályán való mozgása fejezi ki. A hatás a műhold vivőfrekvenciájának instabilitásában nyilvánul meg, ami hozzáadódik a fedélzeti átjátszó és a földi állomás frekvenciájának műszeres instabilitásához, ami megnehezíti a jelek vételét. A Doppler-effektus elősegíti a moduláló rezgés frekvenciájának nem szabályozható változását. Abban az esetben, ha kommunikációs műholdakat és közvetlen televíziós sugárzást használnak a pályán, ez a jelenség gyakorlatilag megszűnik, vagyis a vételi ponton nem változik a jelszint.

A világ hozzáállása a geostacionárius mezőkhöz

Az űrpálya megszületésével számos kérdést és nemzetközi jogi problémát vetett fel. Számos bizottság vesz részt döntésükben, különösen az Egyesült Nemzetek Szervezete. Néhány, az Egyenlítőn található ország igényt támasztott szuverenitásuk kiterjesztésére a kozmikus mezőnek a területük feletti részére. Az államok kijelentették, hogy a geostacionárius pálya a bolygó létezésével összefüggő fizikai tényező, amely a Föld gravitációs terétől függ, ezért a térszegmensek országaik területének kiterjesztését jelentik. De az ilyen állításokat elutasították, mivel a világban létezik a világűr nem kisajátításának elve. A pályák és a műholdak működésével kapcsolatos összes probléma globális szinten megoldódik.

Az űrhajó pályája (2.7. ábra) a gravitációs erő hatására meghatározott központi erőtérben az útja, míg magát az űrhajót végtelenül kicsi testnek tekintjük, amelynek tömege olyan kicsi, mint a gravitációs erő hatása. a központi test tömege, hogy vonzott központi testnek tekinthető, de ez utóbbit nem vonzza. A vonzó erőteret általában egy homogén és gömb alakú test által létrehozott gravitációs térként definiálják. A műholdakra vonatkoztatva egy ilyen test a Föld a gravitációs mezőjével.

Rizs. 2.7. Az űrhajó pályái a központi test területén:

1 - központi test;

2 - a központi test erőtere;

3- körpálya;

4 - elliptikus pálya;

5 - parabolapálya; 6- hiperbolikus pálya

A centrális erő erőtere gömbszimmetrikus, és minden pontjában a vonzási erő a sugár mentén a vonzási középpont felé irányul (2.7. ábra a nyilak nagysága a gravitációs erő növekedését mutatja, amikor megközelítjük a vonóerőt. a központi test tömegközéppontja a törvény szerint fordítottan arányos a távolság négyzetével).

Az 1. előadás anyagából tudjuk, hogy egy másik test körüli pályán mozgó testre Kepler három törvénye vonatkozik. Ebben az esetben csak kettőre leszünk kíváncsiak - az elsőre és a harmadikra.

Alapján Kepler első törvénye, a Föld körül keringő test (esetünkben) egy ellipszis mentén mozog, melynek egyik fókuszában a Föld középpontja van (2.8. ábra). Itt konkrétan nem említettük, hogy a test háromféle – ellipszis, hiperbola és parabola – pályán mozoghat. Minket csak a periodikus pályák érdekelnek, és a felsoroltak közül ilyen az ellipszis.

Rizs. 2.8. AES pálya

Az ellipszis elemei az ábrán láthatók. 2.9. F1 és F2 - az ellipszis fókuszai; a- fél-nagy tengely; b- fél-minor tengely; e- az ellipszis excentricitása, amelyet a következőképpen határoznak meg:

Így az első fontos álláspont az, hogy a műholdak ellipszisben mozognak a Föld körül.

Alapján Kepler harmadik törvénye, a keringési periódusok négyzetei T a műholdak fél-főtengelyeik kockáiként kapcsolódnak egymáshoz

Rizs. 2.9. Ellipszis elemek

A legáltalánosabb esetben az űrhajó röppályájának egyenlete egy szabad test mozgásegyenlete a központi erőtérben, amely poláris koordinátákban kúpmetszet egyenletének alakja (2.10. ábra):

ahol a kúpos szakasz paramétere;

e =PC 1 - a kúpos szakasz excentricitása;

VAL VELés VAL VEL 1 - integrációs állandók.

Rizs. 2.10. Űrhajó mozgása a Föld központi erejének mezőjében:

1 - központi test (Föld); 2 - űrhajó pályája;

3 - CA; 4 - a pálya perigeusa; r -űrhajó sugara vektor;

V - teljes sebesség; V r - radiális sebesség;

V φ - keresztirányú sebesség

A (2.1) egyenlet egy másodrendű görbeegyenlet, amelynél a konkrét alakot az excentricitás értéke határozza meg e= 0 egy körre, e< 1 ellipszishez (2.11. ábra), e = 1 egy parabolához, e> 1 hiperbola esetén.

Rizs. 2.11. Növekvő értékkel változtassa meg az elliptikus pálya megjelenését

különcség

A hordozórakéta repülésének utolsó szakasza az űreszköz pályára állítása, amelynek alakját a hordozórakéta által az űreszközre átadott kinetikus energia mennyisége, azaz az űreszköz végső sebességének értéke határozza meg. utóbbi. Ebben az esetben az űrjármű által közölt mozgási energia értékének bizonyos arányban kell lennie a központi test adott távolságban létező mezőjének energiájának értékével. r közepétől. Ezt a kapcsolatot az állandó energia jellemzi h a központi test mezőjének energiája és az ebben a mezőben távolról szabad mozgásban lévő űrhajó mozgási energiája közötti különbséget ábrázolja. r középpontjától, azaz.

Az excentricitás nagyságától függően eállandó egy körre, h< 0 для эллипса, h= 0 egy parabola és h> 0 hiperbola esetén.

A hordozórakéta végsebessége, amely biztosítja az űrrepülőgép pályára állítását a föld gravitációs mezőjében,

Állandó energiaértékek elemzése h az űrhajó pályájának különböző formáinak megfelelő, és a függés (2.3) lehetővé teszi a hordozórakéta végsebességek értékeinek megállapítását, amelyek biztosítják az űrhajó repülését a föld gravitációs mezőjében egyik vagy másik pályán.

A hordozórakéta végsebességének meg kell egyeznie az űreszköz körpályára való befecskendezésével, - elliptikusra, - parabolikusnak és - hiperbolikusra.

Értékekkel rendelkező körpályákra alkalmazva r közel a Föld sugarához R= 6 371 km, a hordozórakéta végsebessége az űreszköz körpályára bocsátásához V 0 ~ 7900 m/s. Ez az úgynevezett első kozmikus sebesség. Elliptikus pályák esetén a végsebességek V NS = 7 900 ... 11 200 m/s.

A kör- és elliptikus pályán mozgó űrhajók a Föld gravitációs mezőjében vannak, és élettartamuk korlátozott. A légkör maradványai és más anyagrészecskék jelenléte idővel az űrhajók sebességének csökkenéséhez vezet, amelyet a hordozórakéta kölcsönöz rájuk, és a Föld erőterében bekövetkező lassulás hatására bejutnak a légkör sűrű rétegeibe, ill. megsemmisítés. A körkörös és elliptikus pályán lévő űrjárművek élettartamát meghatározó fő tényező az első magassága és a második perigeusának magassága, ahol a fő lassulás következik be.

Energetikai szempontból az űrhajó parabolában való repülését az úgynevezett második térsebesség jellemzi, amely egyenlő V n ≈ 11 200 m/s, ami lehetővé teszi a gravitáció leküzdését. A Földhöz viszonyított parabola mozgása csak ütközési erők hiányában lehetséges, kivéve a gravitációs erőt.

A hiperbolikus pályákat sebességek jellemzik V r> 11 200 m/s, amelyek között az úgynevezett harmadik kozmikus sebesség egyenlő Vг ≈ 16 700 m/s, az a legalacsonyabb kezdeti sebesség, amellyel az űrszonda nem csak a Föld, hanem a Nap vonzerejét is le tudja győzni, és elhagyja a Naprendszert.

A hiperbolikus pályák az űrrepülés elméletében akkor fordulnak elő, amikor egy űrhajó átmegy az egyik központi test gravitációs teréből egy másik gravitációs mezejébe, miközben úgy tűnik, hogy az űreszköz kihúzódik az egyik gravitációs zónából, és belép egy másikba.

A hordozórakéta általában csak az első űrsebességről tájékoztatja az űrhajót, és kör- vagy elliptikus pályára állítja azt. A második és harmadik kozmikus sebesség elérése jövedelmezőbb magának az űrszondának az erejének köszönhetően, amely jelen esetben a műhold referenciapályájáról indul ki.

2007 év

Fő gondolat

Ez az oldal a megfigyelési problémákkal foglalkozik mesterséges földműholdak(További Műholdak ). Az űrkorszak kezdete óta (1957. október 4-én felbocsátották az első műholdat, a Szputnyik-1-et) az emberiség hatalmas számú műholdat hozott létre, amelyek mindenféle pályán keringenek a Föld körül. Ma az ilyen mesterséges tárgyak száma meghaladja a tízezret. Alapvetően ez "űrtörmelék" - műholdak töredékei, kimerült rakétafokozatok stb. Csak egy kis részük működik műholdként.
Köztük vannak kutató- és meteorológiai műholdak, kommunikációs és távközlési műholdak, valamint katonai műholdak. A Föld körüli teret 200-300 km-es magasságból és akár 40 000 km-es magasságig is „benépesítik”. Ezek közül csak néhány érhető el olcsó optikával (távcső, távcső, amatőr távcső) történő megfigyelésre.

Az oldal létrehozásakor a szerzők azt a célt tűzték ki maguk elé, hogy információkat gyűjtsenek a műholdak megfigyelésének és felvételének módszereiről, hogy bemutassák, hogyan kell kiszámítani a repülés feltételeit egy adott terepen, hogy leírják a megfigyelés kérdésének gyakorlati vonatkozásait. és lövöldözni. Az oldal főként a szerzőnek a Minszki Planetáriumban (Minszk, Fehéroroszország) található „hν” csillagászati ​​klub „Kozmonautika” részlegének megfigyelései során szerzett anyagát tartalmazza.

És mégis, válaszolva a fő kérdésre - "Miért?", A következőket kell mondani. Mindenféle hobbi között, amelyet az ember szeret, ott van a csillagászat és az űrhajózás. A csillagászat szerelmeseinek ezrei figyelnek bolygókat, ködöket, galaxisokat, változócsillagokat, meteorokat és egyéb csillagászati ​​objektumokat, fényképezik őket, tartják konferenciáikat és "mesterkurzusaikat". Minek? Ez csak egy hobbi, egy a sok közül. Egy módja annak, hogy megszabaduljon a mindennapi problémáktól. Még ha az amatőrök tudományos jelentőségű munkát végeznek is, amatőrök maradnak, akik a saját örömükre teszik ezt. A csillagászat és a kozmonautika nagyon „technológiai” hobbi, ahol az optika, elektronika, fizika és más természettudományok terén szerzett ismereteit kamatoztatni tudja. Vagy esetleg nem használja – és egyszerűen csak élvezi a szemlélődés örömét. A műholdakkal hasonló a helyzet. Különösen érdekes nyomon követni azokat a műholdakat, amelyekről nem terjesztenek információkat nyílt forrásokban - ezek különböző országok katonai hírszerzési műholdai. Mindenesetre a műholdak megfigyelése vadászat. Gyakran előre jelezhetjük, hogy hol és mikor jelenik meg a műhold, de nem mindig. És hogy hogyan fog "viselkedni", azt még nehezebb megjósolni.

Köszönetnyilvánítás:

A leírt módszerek megfigyelések és kutatások alapján készültek, amelyekben a Minszki Planetárium (Fehéroroszország) hν csillagászati ​​klubjának tagjai vettek részt:

• Bozbei Maxim.
• Dremin Gennagyij.
• Kenko Zoya.
• Mechinsky Vitaly.

Sokat segítettek a csillagászat szerelmeseinek "hν" klubjának tagjai is. Lebedeva Tatiana, Povalisev Vlagyimirés Alekszej Tkacsenko... Külön köszönet Alekszandr Lapsin(Oroszország), profi-s (Ukrajna), Daniil Shestakov (Oroszország) és Anatolij Grigorjev (Oroszország) segítségükért az „AES fotometria” II. szakasz 1. szakaszának 2. és 5. fejezetének megalkotásában, és Elena (Tau, Oroszország) tanácsadáshoz és több számítási program megírásához is. A szerzők is köszönik Mihail Abgarjan (Fehéroroszország), Jurij Gorjacsko (Fehéroroszország), Anatolij Grigorjeva (Oroszország), Leonida Elenina (Oroszország), Viktor Zsuk (Fehéroroszország), Igor Molotov (Oroszország), Konsztantyin Morozov (Fehéroroszország), Szergej Plaks (Ukrajna), Ivan Prokopjuk (Fehéroroszország) a webhely egyes szakaszaihoz mellékelt illusztrációkért.

Az anyagok egy része a Fehéroroszországi Nemzeti Tudományos Akadémia Egységes Vállalat „Földrajzi Információs Rendszerei” megrendelésének végrehajtása során érkezett. Az anyagok benyújtása nem kereskedelmi alapon történik a fehérorosz űrprogram népszerűsítése érdekében a gyermekek és fiatalok körében.

Vitalij Mecsinszkij, a "hν" asztroklub "Kozmonautika" szekciójának kurátora.

Az oldal hírei:

• 2013.09.01.: A 2. albekezdést jelentősen frissítették "AES fotometria repülésenként" II. o. 1. § - a műholdas nyomvonalak fotometriájának két módszeréről (a pálya fotometriai profiljának módszeréről és az izofotikus fotometriás módszerről) szóló információkkal bővült.
• 2013. 09. 01.: A II. 1. pontja frissítve – információ a Highecl programmal való együttműködésről a GSS-ből származó valószínű fáklyák kiszámításához.
• 2013.01.30.: Frissítve "3. fejezet"- hozzáadott információkat a "MagVision" programmal való munkavégzésről a Nap és a Hold megvilágításából származó behatolás előfordulásának kiszámításához.
• 2013. 01. 22.: Frissült a 2. fejezet, animáció hozzáadva a műholdak mozgásáról az égen egy perc alatt.
• 2013.01.19.: Frissített albekezdés "Műholdak vizuális megfigyelései" 1. o. "Műholdpályák meghatározása" Az 5. fejezet 1. §-a. Hozzáadott információk az elektronikai és optikák fűtőberendezéseiről, amelyek védelmet nyújtanak a harmat, fagy és túlzott lehűlés ellen.
• 2013.01.19.: Hozzáadva "3. fejezet" információk a behatolás csökkenésével kapcsolatban a holdról és a szürkületről való expozíció során.
• 2013.09.01.: albekezdés hozzáadva "Fáklyák a lidar műholdról" CALIPSO A „Fénykiáltások fényképezése” alpontjának II. „AES fotometria” pontja, 1. §, az 5. fejezetben. Ismerteti a „CALIPSO” műhold lézer-lidarjáról történő kitörések megfigyelésének jellemzőit és az előkészítési folyamatot.
• 2012. 11. 05.: Frissült az 5. fejezet 2. §-ának bevezető része, amely a műholdak rádiós megfigyeléséhez szükséges minimális berendezésekkel kapcsolatos információkkal egészült ki, valamint a jelszint LED-kijelzőjének diagramja, amely a állítsa be a bemeneti audiojel szintjét, amely biztonságos a felvevő számára.
• 2012.11.04: Az albekezdés frissítve "Műholdak vizuális megfigyelései" 1. o. "Műholdpályák meghatározása" 5. fejezet 1. § Hozzáadott információk a brünni csillagatlaszról, valamint a megfigyelések során használt elektronikus eszközök LCD képernyőjén lévő vörös filmről.
• 2012.04.14: Frissült a "Műholdak fényképezése/videója" alpont, 5. fejezet 1. pont "AES pályák meghatározása" §1. Információk hozzáadva a "SatIR"-rel való munkáról program a műholdak azonosítására széles látómezővel rendelkező fényképeken, valamint a rajtuk lévő műholdnyomok végeinek koordinátáinak meghatározására.
• 2012.04.13.: Az albekezdés frissítve "AES asztrometria a kapott képeken: fotó és videó"„Műholdak fényképezése/videófelvétele” alpont, 1. pont „Műholdak keringésének meghatározása” 5. fejezet 1. §. Hozzáadott információk az „AstroTortilla” programmal való munkavégzésről, hogy meghatározzuk a látómező középpontjának koordinátáit. a csillagos égbolt.
• 2012. 03. 20.: Frissítésre került a 2. fejezet 1. §-ának 2. alpontja "Az AES-pályák osztályozása a fő féltengely szerint".
• 2012.02.03.: albekezdés hozzáadva "Rakétakilövések megfigyelése és filmezése távolról" alpont „Műholdak fényképezése/videófelvétele” I. o. „Műholdak pályájának meghatározása” 5. fejezet 1. § A hordozórakéta repülésének megfigyelésének jellemzőire vonatkozó információk a kilövés szakaszában találhatók.
• "Az asztrometria konvertálása IOD formátumba" alpont „Műholdak fényképezése/videófelvétele” I. pont „Műholdpályák meghatározása” Az 5. fejezet 1. §-a. Az „ObsEntry for Window” programmal végzett munka leírása hozzáadva a műholdak asztrometriájának IOD-formátumba konvertálásához - analóg az „OBSENTRY” programból, de Windows operációs rendszerre.
• 2012.02.25.: Az albekezdés frissítve "Nap-szinkron pályák" 1. o. "Műholdpályák osztályozása dőlés alapján" 2. fejezet 1. § Hozzáadott információk a műhold napszinkron pályája i ss dőlésszögének kiszámításához, a pálya excentricitásától és fél-főtengelyétől függően.
• 2011.09.21: Frissítésre került a 2. alcikkely „AES fotometria repüléshez. Az 5. fejezet II. szakasz „AES fotometria” 1. § Hozzáadott információ a szinódikus hatásról, amely torzítja a műhold forgási periódusának meghatározását.
• 2011.09.14.: Az albekezdés frissítve "A műholdpálya orbitális (Kepleri) elemeinek számítása asztrometriai adatok alapján. Egy átrepülés"„Műholdak fényképezése/videófelvétele” alpont, I. pont „Műholdak pályájának meghatározása” az 5. fejezet 1. §-ában. Hozzáadott információk a „SatID” programról, amely egy harmadik féltől származó műholdak között (fogott TLE-k használatával) egy műholdat azonosít. TLE adatbázis, valamint leírja a Heavensat programban a műhold azonosításának módszerét a referenciacsillag közelében látott repülés alapján.
• 2011.09.12: Frissült a műhold keringési (Kepleri) elemeinek számítása asztrometriai adatok alapján. A "Műhold fényképezése/videófelvétele" alpont több repülése I. "A műhold pályájának meghatározása" 5. fejezet 1. szakasza. Hozzáadott információk a TLE újraszámítási program elemeiről a kívánt dátumhoz.
• 2011.09.12.: albekezdés hozzáadva "Műhold belépés a Föld légkörébe" A „Műholdak fényképezése/videó filmezése” alpont I. pontja „Műholdak pályájának meghatározása” 5. § 1. Tájékoztatás a „SatEvo” programmal a műholdak sűrűbe való belépésének időpontjának előrejelzésére. a Föld légkörének rétegeit írják le.
• "Fáklyák geostacionárius műholdakról" albekezdés „Fénykiáltások fényképezése”, 5. fejezet „AES fotometria” II. pontja, 1. §. A GSS fáklyák láthatósági időszakára vonatkozó információk hozzáadva.
• 2011.08.09.: Az albekezdés frissítve "A műhold fényerejének változása repülés közben" 2. alcikkely „AES fotometria fesztávon” II. szakasz „AES fotometria” Az 5. fejezet 1. §-a. Hozzáadott információk a fázisfüggvény formájával kapcsolatban a tükröző felületek számos példájához.
• 1. albekezdés "Műholdak kitöréseinek megfigyelése", II. pont "Műholdak fotometriája" 5. fejezet 1. §. Információk hozzáadva a műholdak nyomvonalának képe mentén a fotodetektor mátrixán lévő időskála szabálytalanságáról.
• 2011.07.09.: Az albekezdés frissítve "AES fotometria repülésenként" II. o. "AES fotometria" Az 5. fejezet 1. §-a. Példa hozzáadva a "NanoSail-D" műhold (SCN: 37361) összetett fénygörbéjére és forgásának modellezésére.
• "Fáklyák LEO műholdakról" 1. albekezdés „AES fáklyák megfigyelése”, 5. fejezet II. szakasz „AES fotometria” 1. §. A LEO AES „METEOR 1-29” fáklyájának fényképe és fotometriai profilja hozzáadva.
• 2011.09.06.: Frissített albekezdés "Geostacionárius és geoszinkron műholdpályák" 2. fejezet 1. § Hozzáadott információk a geostacionárius műholdak osztályozásáról, információk a GSS pályák alakjáról.
• 2011.09.06.: Frissített albekezdés "AES repülési felmérés: földmérő berendezés. Optikai elemek" alpont „Műholdak fényképezése/videója” I. o. „Műholdak keringésének meghatározása” 5. fejezet, 1. §. Hivatkozások hozzáadva a hazai objektívek műholdak képalkotására vonatkozó áttekintéseihez.
• 2011.09.06.: Frissített albekezdés "Fázisszög" o. II "AES fotometria" 5. fejezet 1. Hozzáadott animáció a műhold fázisváltozásáról a fázisszögtől függően.
• 13.07.2011: Az oldal összes fejezetének és szakaszának kitöltése befejeződött.
• 2011.09.07: Befejeződött a II "AES fotometria" 5. fejezet 1. §-a.
• 2011.07.05.: Befejeződött a 2. § bevezetőjének írása "Rádiófigyelő műholdak" 5. fejezet.
• 2011.04.07.: Az albekezdés frissítve "Megfigyelések feldolgozása" I. o. „Műholdas telemetria vétele” 5. fejezet 2. §.
• 2011.04.07.: kész az írás II. o. "Felhősödési képek készítése 2. § 5. fejezet.
• 2011.02.07.: kész az írás I. o. "Műholdas telemetria vétele" 2. § 5. fejezet.
• 2011.01.07.: Befejezte az albekezdés írását "Fotó/videó filmezés műholdakról" 5. fejezet I. szakasz 1. pontja.
• 2011.06.25.: Kész az írás Alkalmazások.
• 2011.06.25: Az 5. fejezet bevezetőjének írása befejeződött: – Mit és hogyan kell megfigyelni?
• 2011.06.25: Befejeződött az 1. § bevezetőjének írása "Optikai megfigyelések" 5. fejezet.
• 2011.06.25: Befejeződött az I. záradék bevezetőjének írása "Műholdpályák meghatározása" 5. fejezet 1. §-a.
• 2011.06.25.: A 4. fejezet írása befejeződött: "Az időről".
• 2011.01.25.: A 2. fejezet írása befejeződött: – Milyen pályák és műholdak vannak?.
• 2011.07.01.: A 3. fejezet elkészült: "Felkészülés a megfigyelésre".
• 2011.07.01.: Az 1. fejezet írása befejeződött: – Hogyan mozognak a műholdak?

Az indítóablak az az időtartam, amikor a legkönnyebb egy műholdat a kívánt pályára állítani, hogy az megkezdje funkcióinak ellátását.

Például nagyon fontos tényező az indítóablak megválasztása, ahová könnyedén visszahozhatja az űrhajósokat, ha valami baj történne. Az űrhajósoknak el kell érniük egy biztonságos leszállópontot, ahol ráadásul megfelelő személyzet is lesz (senki sem akar leszállni a tajgában vagy a Csendes-óceánon). Más típusú kilövéseknél, beleértve a bolygóközi felderítést is, az indítóablaknak lehetővé kell tennie a leghatékonyabb útvonal kiválasztását a nagyon távoli objektumok eléréséhez. Ha rossz idő van a kiszámított kilövési ablakban, vagy technikai probléma lép fel, akkor a kilövést át kell helyezni egy másik kedvező indítóablakba. Ha a műholdat jó időben is felbocsátják, de kedvezőtlen kilövési ablakban, akkor gyorsan véget vethet életének akár rossz pályán, akár a Csendes-óceánon. Mindenesetre nem fogja tudni ellátni a szükséges funkciókat. Az idő a mi mindenünk!

Mi van egy tipikus műhold belsejében?

A műholdak különbözőek, és különböző célokat szolgálnak. Például:

• Időjárási műholdak segítsen az előrejelzőknek megjósolni az időjárást, vagy csak nézze meg, mi történik éppen. Tipikus időjárási műholdak: EUMETSAT (Meteosat), USA (GOES), Japán (MTSAT), Kína (Fengyun-2), Oroszország (GOMS) és India (KALPANA). Az ilyen műholdak általában olyan kamerákat tartalmaznak, amelyek időjárási képeket küldenek a Földre. Az ilyen műholdak jellemzően geostacionárius pályán vagy poláris pályán helyezkednek el.
• Kommunikációs műholdak lehetővé teszik a telefonhívások és adatkapcsolatok önmagukon keresztül történő átvitelét. Tipikus kommunikációs műholdak a Telstar és az Intelsat. A kommunikációs műhold legfontosabb része a transzponder - egy speciális rádióadó, amely egy frekvencián veszi az adatokat, felerősíti és egy másik frekvencián továbbítja vissza a Földre. Egy műhold általában több száz vagy akár több ezer transzpondert tartalmaz a fedélzetén. A kommunikációs műholdak leggyakrabban geoszinkronok.
• Műholdak sugárzása televíziós (vagy rádiós) jelet továbbítanak egyik pontról a másikra (akárcsak a kommunikációs műholdak).
• Kutató műholdak különféle tudományos feladatokat lát el. A leghíresebb talán a Hubble Űrteleszkóp, de sok más is kering a pályán, amely a napfoltoktól a gamma-sugarakig mindent megfigyel.
• Navigációs műholdak segítik a hajók és repülőgépek navigációját. A navigációs műholdak közül a leghíresebb a GPS és a hazai GLONASS.
• Mentőműholdak reagálni a vészjelzésekre.
• Földkutató műholdak a bolygó változásainak tanulmányozására használják a hőmérséklettől a sarki jégsapkák olvadásának előrejelzéséig. Ezek közül a leghíresebbek a LANDSAT sorozatú műholdak.
• Katonai műholdak katonai célokra használják, és céljuk általában minősített. A katonai műholdak megjelenésével lehetővé vált a felderítés közvetlenül az űrből történő végrehajtása. Ezen kívül a katonai műholdak használhatók titkosított üzenetek továbbítására, nukleáris megfigyelésre, ellenséges mozgások tanulmányozására, rakétakilövés korai figyelmeztetésére, földi kommunikációs vonalak lehallgatására, radartérképek készítésére, fényképezésre (beleértve a speciális teleszkópok használatát, hogy nagyon részletes képeket készítsenek a terep)...

Bár jelentős különbségek vannak az összes ilyen típusú műhold között, van néhány közös vonásuk. Például:

• Mindegyik fém vagy kompozit kerettel és testtel rendelkezik. A műholdtest mindent tartalmaz, ami a pályán való működéshez szükséges, beleértve a túlélést is.
• Minden műhold rendelkezik energiaforrással (általában napelemekkel) és akkumulátorral az energia tárolására. Egy sor napelem biztosítja az áramot az akkumulátorok feltöltéséhez. Néhány új műhold üzemanyagcellát is tartalmaz. A legtöbb műhold tápellátása nagyon értékes és korlátozott erőforrás. Egyes űrszondák atomenergiát használnak. A műholdak villamosenergia-rendszerét folyamatosan felügyelik, az egyéb rendszerek energetikai megfigyeléséből és felügyeletéből összegyűjtött adatokat telemetriai jelek formájában juttatják el a Földre.
• Minden műhold tartalmaz egy fedélzeti számítógépet a különféle rendszerek vezérléséhez és felügyeletéhez.
• Mindegyikben van rádióadó és antenna. Legalább minden műhold rendelkezik adó-vevővel, amellyel a földi irányítócsapat információkat kérhet a műholdtól, és megfigyelheti annak állapotát. Számos műhold vezérelhető a Földről, hogy különféle feladatokat hajtson végre a pályaváltástól a fedélzeti számítógép villogtatásáig.
• Mindegyik tartalmaz egy helyzetszabályozó rendszert. Egy ilyen rendszert úgy alakítottak ki, hogy a műhold megfelelő irányba tartsa a tájolását.

Például a Hubble teleszkóp nagyon kifinomult vezérlőrendszerrel rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy a teleszkópot a tér egy pontjára irányítsa órákon vagy akár napokon keresztül (annak ellenére, hogy a teleszkóp 27 359 km / h sebességgel mozog a pályán). A rendszer giroszkópokat, gyorsulásmérőket, stabilizáló rendszereket, gyorsulást vagy érzékelőket tartalmaz, amelyek bizonyos csillagokat figyelnek meg a hely meghatározásához.

Milyen típusú műholdpályák léteznek?

A pályáknak három fő típusa van, és ezek a műholdnak a Föld felszínéhez viszonyított helyzetétől függenek:

• Geostacionárius pálya(más néven geoszinkron vagy egyszerűen szinkron) egy olyan pálya, amelyen haladva a műhold mindig ugyanazon pont felett van a Föld felszínén. A legtöbb geostacionárius műhold az Egyenlítő felett található, körülbelül 36 000 km-es magasságban, ami a Hold távolságának mintegy tizede. Az Egyenlítő feletti "műholdas parkolóhely" zsúfolttá válik több száz tévéműholddal, időjárási és kommunikációs műholdakkal! Ez a torlódás azt jelenti, hogy minden műholdat pontosan kell irányítani, hogy elkerüljük a jelek átfedését a szomszédos műholdakéval. A televíziónak, a kommunikációnak és az időjárási műholdaknak geostacionárius pályára van szükségük. Ezért a Föld felszínén minden parabolaantenna mindig egy irányba néz, esetünkben (az északi féltekén) délre.
• Az űrrepülések általában alacsonyabb pályát használnak, ami azt eredményezi, hogy különböző időpontokban különböző pontok felett repülnek. Egy aszinkron pálya magassága átlagosan körülbelül 644 kilométer.
• A sarki pályán a műhold általában alacsony magasságban van, és minden fordulattal áthalad a bolygó pólusain. A sarki pálya változatlan marad az űrben, miközben a Föld kering a pályáján. Ennek eredményeként a Föld nagy része egy sarki pályán lévő műhold alatt halad el. Tekintettel arra, hogy a sarki pálya biztosítja a legnagyobb lefedettséget a Föld felszínén, gyakran használják olyan műholdakhoz, amelyek térképezést készítenek (például a Google Maps számára).

Hogyan számítják ki a műholdak pályáit?

A műholdak pályájának kiszámításához speciális számítógépes szoftvert használnak. Ezek a programok Kepleri adatok alapján számítják ki a pályát és azt a pillanatot, amikor a műhold „felül” lesz. Kepleri adatok elérhetők az interneten és rádióamatőr műholdakra vonatkozóan.

A műholdak egy sor fényérzékeny érzékelőt használnak saját helyzetük meghatározására. A műhold ezután továbbítja a vett pozíciót a földi irányító állomásnak.

Műholdas magasságok

Manhattan-sziget, kép a GoogleMaps-en keresztül

A Földről nézve a műholdak különböző magasságokban repülnek. A műholdak magasságát a legjobb úgy gondolni, hogy „milyen közel” vagy „milyen távol vannak” tőlünk. Ha durván, a legközelebbitől a legtávolabbiig tekintjük, a következő típusokat kapjuk:

100-2000 kilométer - Aszinkron pályák

A megfigyelő műholdak általában 480 és 970 kilométeres magasságban helyezkednek el, és olyan feladatokra használják őket, mint például a fotózás. A Landsat 7 típusú műholdak megfigyelése a következő feladatokat hajtja végre:

• Térképezés
• Jég és homok mozgásának megfigyelése
• Az éghajlati helyzetek meghatározása (például az esőerdők elvesztése)
• Az ásványok helyének meghatározása
• Termésproblémák keresése a szántóföldeken

A kutató-mentő műholdak adóállomásként működnek a lezuhant repülőgépek vagy bajba jutott hajók vészjelzéseinek továbbítására.

Az űrrepülőgépek (pl. űrrepülőgépek) irányított műholdak, általában korlátozott repülési idővel és pályatartományban. Az emberi űrkilövéseket jellemzően meglévő műholdak javítására vagy űrállomás építésére használják.

4800-9700 kilométer – Aszinkron pályák

A tudományos műholdak néha 4800 és 9700 kilométer közötti magasságban helyezkednek el. Tudományos adataikat rádiótelemetriai jelek segítségével küldik vissza a Földre. A tudományos műholdakat a következőkre használják:

• Növények és állatok tanulmányozása
• A Föld feltárása, például a vulkánok megfigyelése
• Vadon élő állatok nyomon követése
• Csillagászati ​​kutatás, beleértve az infravörös csillagászati ​​műholdakat
• Fizikai kutatások, például NASA mikrogravitációs kutatás vagy napfizikai kutatás

9700-19300 kilométer - Aszinkron pályák

A navigációhoz az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma és az orosz kormány létrehozott navigációs rendszereket, a GPS-t és a GLONASS-t. A navigációs műholdak 9700 és 19300 kilométer közötti magasságokat használnak, és a vevő pontos helyének meghatározására szolgálnak. A vevő helye:

• Egy hajón a tengeren
• Egy másik űrhajóban
• A repülőben
• Az autóban
• A zsebében

Mivel a fogyasztói navigációs vevőkészülékek ára csökkenő tendenciát mutat, a hagyományos papírtérképek nagyon veszélyes ellenféllel néznek szembe. Most nehezebb lesz eltévedni a városban, és nem találni a kívánt pontot.

Érdekes GPS tények:

• Az amerikai erők több mint 9000 GPS-vevőt használtak a Desert Storm hadművelet során.
• Az Egyesült Államok Nemzeti Óceán- és Légkörkutató Hivatala (NOAA) GPS segítségével mérte meg a Washingtoni emlékmű pontos magasságát.

35 764 kilométer - Geostacionárius pályák

Az időjárás-előrejelzések rendszerint műholdakról jelenítenek meg képeket, amelyek jellemzően geostacionárius pályán állnak 35 764 kilométerrel az Egyenlítő felett. Ezen képek egy részét közvetlenül is megkaphatja speciális vevőkészülékek és számítógépes szoftverek segítségével. Sok ország időjárási műholdakat használ az időjárás előrejelzésére és a viharok megfigyelésére.

Az adatokat, a televíziós jeleket, a képeket és néhány telefonhívást szépen fogadják és továbbítják a kommunikációs műholdak. A tipikus telefonhívások 550-650 ezredmásodperces oda-vissza késéssel járhatnak, ami a felhasználó frusztrációjához vezethet. A késés azért következik be, mert a jelnek fel kell jutnia a műholdra, majd vissza kell térnie a Földre. Ezért egy ilyen késés miatt sok felhasználó inkább csak akkor használja a műholdas kommunikációt, ha nincs más lehetőség. A VOIP (Voice over the Internet) technológiák azonban ma már hasonló problémákkal küzdenek, csak esetükben a digitális tömörítés és a sávszélesség korlátai, nem pedig a távolság miatt adódnak.

A kommunikációs műholdak nagyon fontos közvetítőállomások az űrben. A parabolaantennák egyre kisebbek, mert a műholdas adók egyre erősebbek és irányítottabbak. Az ilyen műholdak segítségével a következőket továbbítják:

• Ügynökségi hírfolyamok
• Csere, üzleti és egyéb pénzügyi információk
• A nemzetközi rádióállomások vándorolnak a rövidhullámú műholdas adásokból (vagy kiegészítik) a mikrohullámú uplink segítségével
• Globális tévé, mint a CNN és ​​a BBC
• Digitális rádió

Mennyibe kerülnek a műholdak?

A műholdak fellövése nem mindig sikerül. Emlékezzen három GLONASS műhold vagy például a FOBOS-GROUND fellövésének kudarcára. Valójában a műholdak meglehetősen drágák. Az elesett GLONASS műholdak ára több milliárd rubel volt.

A műholdak költségének másik fontos tényezője az indítási költség. A műhold pályára állításának költsége 1,5 és 13 milliárd rubel között változhat. Az amerikai siklók indítása elérheti a 16 milliárd rubelt (félmilliárd dollárt). Műholdat építeni, pályára állítani, majd repülni nagyon drága!

Folytatjuk…

Facebook

Twitter

Kapcsolatban áll

osztálytársak

Google+