Zemes mākslīgo pavadoņu kustības orbītas. Satelītu orbītu veidi un to definīcijas Circular orbit iss

Savienoto mākslīgo zemes pavadoņu orbītas ir satelīta trajektorijas kosmosā. Tos nosaka daudzi faktori, no kuriem galvenais ir satelīta pievilkšanās no Zemes.

Vairāki citi faktori ir satelīta palēninājums Zemes atmosfērā, Mēness, Saules, planētu u.c. - ietekmē arī satelīta orbītu. Šī ietekme ir ļoti maza un tiek ņemta vērā satelīta orbītas tā sauktās perturbācijas veidā, t.i. patiesās trajektorijas novirzes no ideālā, kas aprēķinātas, pieņemot, ka satelīts pārvietojas tikai Zemei pievilcības ietekmē. Tā kā Zeme ir sarežģītas formas ķermenis ar nevienmērīgu masas sadalījumu, ir grūti aprēķināt ideālo trajektoriju. Kā pirmais tuvinājums tiek uzskatīts, ka satelīts pārvietojas sfēriskas Zemes gravitācijas laukā ar sfēriski simetrisku masas sadalījumu. Šādu gravitācijas lauku sauc par centrālo.

Galvenos satelīta kustību raksturojošos parametrus var noteikt, izmantojot Keplera likumus.

Keplera likumi Zemes pavadoņiem ir formulēti šādi.

Keplera pirmais likums: Zemes pavadoņa orbīta atrodas fiksētā plaknē, kas iet caur Zemes centru, un ir elipse, kuras vienā no fokusiem atrodas Zemes centrs.

Keplera otrais likums: satelīta rādiusa vektors (taisnas līnijas segments, kas savieno orbītā esošo satelītu un Zemes centru) apraksta vienādus laukumus ar vienādiem intervāliem.

Keplera trešais likums: satelītu orbitālo periodu kvadrātu attiecība ir vienāda ar orbītu puslielo asu kubu attiecību.

Sakaru sistēmās var izmantot orbītās kustīgus satelītus, kuri atšķiras pēc šādiem parametriem: forma (apaļa vai eliptiska); augstums virs Zemes virsmas H vai attālums no Zemes centra; slīpums, t.i. leņķis φ starp ekvatoriālo plakni un orbītas plakni. Atkarībā no izvēlētā leņķa orbītas tiek iedalītas ekvatoriālajā (φ = 0), polārajā (φ = 90 °) un slīpajā (0< 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.

Lielākā daļa mūsdienu SSP ir balstīti uz ģeostacionāriem satelītiem. Tomēr dažos gadījumos interesantas ir ļoti iegarenas eliptiskas orbītas, kurām ir šādi parametri: slīpuma leņķis φ = 63,5 °, apogeja augstums aptuveni 40 000 km, perigejā apmēram 500 km. Krievijai ar plašo teritoriju aiz polārā loka šāda orbīta ir ļoti ērta. Uz to palaists satelīts sinhroni rotē ar Zemi, tā orbītas periods ir 12 stundas un, veicot divas pilnas orbītas dienā, vienlaikus parādās virs tiem pašiem Zemes reģioniem. Sakaru sesijas ilgums starp stacijām, kas atrodas Krievijas teritorijā, ir 8 stundas.Lai nodrošinātu diennakts sakarus, nepieciešams eliptiskās orbītās novietot 3-4 satelītus, kuru plaknes ir savstarpēji pārvietotas, veidojot satelītu sistēma.

Pēdējā laikā ir vērojama tendence savienotos satelītus izmantot zemās orbītās (attālums līdz Zemei ir 700 ... 1500 km robežās). Sakaru sistēmām ar satelītu izmantošanu zemās orbītās, jo attālums no Zemes līdz satelītam ir ievērojami mazāks (gandrīz 50 reizes), ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar SSP uz ģeostacionāriem satelītiem. Pirmkārt, tā ir mazāka pārraidītā signāla aizkavēšanās un vājināšanās, un, otrkārt, vienkāršāka satelīta palaišana orbītā. Galvenais šādu sistēmu trūkums ir nepieciešamība palaist orbītā lielu skaitu satelītu, lai nodrošinātu ilgstošu nepārtrauktu saziņu. Tas ir saistīts ar atsevišķa satelīta mazo redzamības zonu, kas sarežģī saziņu starp abonentiem, kas atrodas lielā attālumā viens no otra. Piemēram, kosmosa komplekss "Iridium" (ASV) sastāv no 66 kosmosa kuģiem, kas novietoti riņķveida orbītās ar slīpumu φ = 86 ° un augstumu 780 km. Satelīti atrodas orbitālās plaknēs, katrā vienlaikus ir 11 satelīti. Leņķiskais attālums starp blakus esošajām orbitālajām plaknēm ir 31,6 °, izņemot 1. un 6. plakni, kuru leņķiskais attālums ir aptuveni 22 °.

Katra satelīta antenu sistēma veido 48 šaurus starus. Visu satelītu savietojamība nodrošina globālu Zemes pārklājumu ar sakaru pakalpojumiem. Mūsu valstī notiek darbs, lai izveidotu mūsu pašu zemas orbītas satelītsakaru sistēmas "Signal" un "Gonets".

Lai izprastu zemas orbītas satelītsistēmu darbības īpatnības, aplūkosim tajā signālu caurlaides shēmu (3.2. att.).

Rīsi. 3.2. Sakaru sistēma ar vairākiem satelītiem zemā orbītā

Šajā gadījumā katrā ES ir jāuzstāda divas antenas (A1 un A2), kas var pārraidīt un uztvert signālus, izmantojot vienu no satelītiem, kas atrodas savstarpējās komunikācijas zonā. attēlā. 3.2 parāda satelītus, kas pārvietojas pulksteņrādītāja virzienā pa vienu zemu orbītu, daļa no kuras ir parādīta kā loka mn. Aplūkotā satelītu sakaru sistēma darbojas šādi. Signāls no ZS1 caur antenu A1 tiek padots uz IS34 un tiek atkārtoti pārraidīts caur IS33, IS32, ISZ1 uz ZS2 uztveršanas antenu A1. Tādējādi šajā gadījumā signāla retranslācijai tiek izmantotas A2 antenas un orbītas segments, kas satur IS34 un AES1. Kad IS34 atstāj zonu, kas atrodas pa kreisi no horizonta līnijas aa ", signāla pārraide un uztveršana tiks veikta caur A1 antenām un orbītas segmentu, kas satur IS35 ... IS32 utt.

Tā kā katru satelītu var novērot no diezgan liela laukuma uz Zemes virsmas, ir iespējams veikt saziņu starp vairākiem ES caur vienu kopīgu savienotu satelītu. Šajā gadījumā satelīts ir “pieejams” daudziem ES, tāpēc šādu sistēmu sauc par satelītu sakaru sistēmu ar daudzkārtēju piekļuvi.

Satelītu izmantošana, kas pārvietojas orbītā ar mazu augstumu, vienkāršo ES aprīkojumu, jo šajā gadījumā ir iespējams samazināt zemes antenu pastiprinājumu, raidītāju jaudu un strādāt ar zemākas jutības uztvērējiem nekā ģeostacionāro satelītu gadījumā. . Tomēr šajā gadījumā sistēma liela skaita satelītu kustības kontrolei orbītā kļūst sarežģītāka.

Tiek izstrādāta sakaru sistēma, kuras pamatā ir LEO 840 sakaru satelīti, kas aprīkotas ar augstas pastiprinājuma skenēšanas antenu sistēmām, kas aptver visu Zemes virsmu ar 20 000 lielu apkalpošanas zonu tīklu, no kuriem katrs sastāvēs no 9 nelielām zonām. Satelīti tiks savienoti ar zemes telekomunikāciju tīklu, izmantojot augstas veiktspējas AP. Taču paši LEO sakaru satelīti veidos neatkarīgu tīklu, kur katrs no tiem apmainīsies ar datiem ar deviņiem kaimiņiem, izmantojot kvalitatīvus starpsatelītu sakaru kanālus. Šai hierarhiskajai struktūrai būtu jāturpina darboties atsevišķu satelītu atteices gadījumā, vietējas pārslodzes gadījumā un daļai sakaru iekārtu atteices ar zemes infrastruktūru.

Signāla pārraide uz SSP.

Atšķirībā no citām pārraides sistēmām, kas darbojas mikroviļņu diapazonā, satelītu sistēmās radio signāls pārvietojas ievērojamus attālumus, kas nosaka vairākas pazīmes, tostarp Doplera frekvences nobīde, signāla nobīde, nobīdes vērtību un Doplera frekvences vērtību pārtraukums. maiņa.

Ir zināms, ka signāla avota relatīvā kustība ar frekvenci f ar ātrumu vp<< 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.

Kad tiek pārraidītas modulētās svārstības, katras spektrālās sastāvdaļas frekvence mainās par koeficientu 1 + (vр / s), t.i. komponenti ar augstāku frekvenci saņem lielākas frekvences izmaiņas, un tie, kuriem ir zemāka frekvence, saņem mazākas frekvences izmaiņas. Tādējādi Doplera efekts noved pie signāla spektra pārnešanas par ∆fadd vērtību un spektra skalas izmaiņām ar koeficientu 1 + (vp / s), t.i. līdz tās deformācijai.

Ģeostacionāriem satelītiem Doplera nobīde ir niecīga un netiek ņemta vērā. Ļoti iegarenām eliptiskām orbītām ("zibens" orbītām) Doplera nobīdes maksimālā vērtība lejupsaitei 4 GHz joslā ir 60 kHz, kas liek to kompensēt, piemēram, saskaņā ar iepriekš aprēķinātu programmu. . Grūtāk ir kompensēt spektra deformācijas. Šim nolūkam var izmantot ierīces vai nu ar mainīgu vadāmu grupas vai mikroviļņu signāla aizkavi, maināmu atbilstoši programmai, vai arī kontrolējot pārraides sistēmu kanālu veidojošo iekārtu grupu transformācijas frekvences ar frekvenču dalīšanas multipleksēšanu.

Kas ir ģeostacionāra orbīta? Šis ir apļveida lauks, kas atrodas virs Zemes ekvatora, pa kuru griežas mākslīgais pavadonis ar planētas griešanās leņķisko ātrumu ap asi. Tas nemaina virzienu horizontālajā koordinātu sistēmā, bet nekustīgi karājas debesīs. Zemes ģeostacionārā orbīta (GSO) ir ģeosinhronā lauka veids, un to izmanto sakaru, apraides un citu satelītu uzņemšanai.

Ideja par mākslīgo ierīču izmantošanu

Pašu ģeostacionārās orbītas koncepciju ierosināja krievu izgudrotājs K. E. Ciolkovskis. Savos darbos viņš ierosināja apdzīvot telpu, izmantojot orbitālās stacijas. Arī ārzemju zinātnieki aprakstīja kosmisko lauku darbu, piemēram, G. Oberts. Persona, kas izstrādāja koncepciju par orbītas izmantošanu saziņai, ir Arturs Klārks. 1945. gadā viņš publicēja rakstu Wireless World, kurā aprakstīja ģeostacionārā lauka darbības priekšrocības. Par aktīvu darbu šajā jomā par godu zinātniekam orbīta saņēma savu otro nosaukumu - "Klārka josta". Daudzi teorētiķi ir domājuši par kvalitatīvas saiknes realizācijas problēmu. Tātad Hermanis Potočniks 1928. gadā izteica ideju par to, kā var izmantot ģeostacionāros satelītus.

Klārka jostas īpašības

Lai orbītu varētu saukt par ģeostacionāru, tai jāatbilst vairākiem parametriem:

1. Ģeosinhronija. Šis raksturlielums ietver lauku, kuram ir periods, kas atbilst Zemes revolūcijas periodam. Ģeosinhronais satelīts pabeidz apgriezienu ap planētu siderālā dienā, kas ir 23 stundas 56 minūtes un 4 sekundes. Zemei ir vajadzīgs tik pat laiks, lai veiktu vienu apgriezienu fiksētā telpā.

2. Lai uzturētu satelītu noteiktā punktā, ģeostacionārajai orbītai jābūt apļveida, ar nulles slīpumu. Eliptiskais lauks novedīs pie nobīdes vai nu uz austrumiem, vai uz rietumiem, jo ​​transportlīdzeklis atsevišķos orbītas punktos pārvietojas dažādos veidos.

3. Telpas mehānisma "viršanas punktam" jāatrodas pie ekvatora.

4. Satelītu izvietojumam ģeostacionārā orbītā jābūt tādam, lai neliels saziņai paredzēto frekvenču skaits neizraisītu dažādu ierīču frekvenču pārklāšanos uztveršanas un pārraides laikā, kā arī lai izvairītos no to sadursmes.

5. Pietiekami daudz degvielas, lai uzturētu nemainīgu telpas mehānisma stāvokli.

Satelīta ģeostacionārā orbīta ir unikāla ar to, ka tikai ar tā parametru kombināciju ir iespējams panākt transportlīdzekļa nekustīgumu. Vēl viena iezīme ir iespēja redzēt Zemi septiņpadsmit grādu leņķī no satelītiem, kas atrodas kosmiskajā laukā. Katrs kosmosa kuģis uztver aptuveni vienu trešdaļu no orbitālās virsmas, tāpēc trīs mehānismi spēj aptvert gandrīz visu planētu.

Mākslīgie pavadoņi

Lidmašīna riņķo ap Zemi pa ģeocentrisku ceļu. Tā izvadei tiek izmantota daudzpakāpju raķete. Tas ir kosmosa mehānisms, kas virza dzinēja reaktīvo spēku. Lai pārvietotos orbītā, mākslīgajiem Zemes pavadoņiem jābūt sākotnējam ātrumam, kas atbilst pirmajam kosmosa ātrumam. Viņu lidojumi tiek veikti vismaz vairāku simtu kilometru augstumā. Ierīces cirkulācijas periods var būt vairāki gadi. Mākslīgos zemes pavadoņus var palaist no citiem transportlīdzekļiem, piemēram, orbitālajām stacijām un kuģiem. UAV masa ir līdz diviem desmitiem tonnu un izmērs līdz vairākiem desmitiem metru. Divdesmit pirmais gadsimts iezīmējās ar īpaši mazu ierīču dzimšanu - līdz vairākiem kilogramiem.

Satelītus ir palaidušas daudzas valstis un uzņēmumi. Pasaulē pirmais mākslīgais aparāts tika izveidots PSRS un izlidoja kosmosā 1957. gada 4. oktobrī. Viņam bija vārds "Sputnik-1". 1958. gadā ASV laida klajā otru aparātu Explorer-1. Pirmais satelīts, ko NASA palaida 1964. gadā, tika nosaukts par Syncom-3. Mākslīgās ierīces pārsvarā nav atgriežamas, taču ir tādas, kas atgriežas daļēji vai pilnībā. Tos izmanto zinātniskiem pētījumiem un dažādu problēmu risināšanai. Tātad, ir militārie, pētniecības, navigācijas satelīti un citi. Tirdzniecībā nonāk arī augstskolu darbinieku vai radioamatieru radītās ierīces.

"Stāvpunkts"

Ģeostacionārie satelīti atrodas 35 786 kilometrus virs jūras līmeņa. Šis augstums nodrošina apgriezienu periodu, kas atbilst Zemes cirkulācijas periodam attiecībā pret zvaigznēm. Mākslīgais transportlīdzeklis ir nekustīgs, tāpēc tā atrašanās vietu ģeostacionārajā orbītā sauc par "stacionāro punktu". Lidmašīna nodrošina pastāvīgu ilgtermiņa saziņu, kad antena ir orientēta, tā vienmēr tiks novirzīta uz vēlamo satelītu.

Kustība

Satelītus var pārsūtīt no zema augstuma orbītas uz ģeostacionāru orbītu, izmantojot ģeogrāfiskās pārsūtīšanas laukus. Pēdējie ir eliptisks ceļš ar punktu zemā augstumā un virsotni augstumā, kas ir tuvu ģeostacionārajam aplim. Satelīts, kas kļuvis turpmākam darbam nepiemērots, tiek nosūtīts uz iznīcināšanas orbītu, kas atrodas 200-300 kilometrus virs GSO.

Ģeostacionārās orbītas augstums

Satelīts šajā laukā tiek turēts noteiktā attālumā no Zemes, netuvojoties un neatkāpjoties. Tas vienmēr atrodas virs kāda punkta uz ekvatora. Pamatojoties uz šīm pazīmēm, izriet, ka gravitācijas spēki un centrbēdzes spēks līdzsvaro viens otru. Ģeostacionārās orbītas augstums tiek aprēķināts, izmantojot metodes, kuru pamatā ir klasiskā mehānika. Tas ņem vērā gravitācijas un centrbēdzes spēku atbilstību. Pirmā lieluma vērtību nosaka, izmantojot Ņūtona universālās gravitācijas likumu. Centrbēdzes spēka indeksu aprēķina, reizinot satelīta masu ar centripetālo paātrinājumu. Gravitācijas un inerces masas vienādības rezultāts ir secinājums, ka orbītas augstums nav atkarīgs no satelīta masas. Tāpēc ģeostacionāro orbītu nosaka tikai augstums, kurā centrbēdzes spēks ir vienāds pēc lieluma un virzienā pretējs gravitācijas spēkam, ko rada Zemes gravitācija noteiktā augstumā.

No centripetālā paātrinājuma aprēķināšanas formulas var atrast leņķisko ātrumu. Ģeostacionārās orbītas rādiuss tiek noteikts arī pēc šīs formulas vai dalot ģeocentrisko gravitācijas konstanti ar leņķisko ātrumu kvadrātā. Tas ir 42164 kilometri. Ņemot vērā Zemes ekvatoriālo rādiusu, mēs iegūstam augstumu, kas vienāds ar 35786 kilometriem.

Aprēķinus var veikt citādi, pamatojoties uz apgalvojumu, ka orbitālais augstums, kas ir attālums no Zemes centra, ar satelīta leņķisko ātrumu, kas sakrīt ar planētas rotācijas kustību, rada lineārais ātrums, kas ir vienāds ar pirmo kosmisko ātrumu noteiktā augstumā.

Ātrums ģeostacionārajā orbītā. Garums

Šo rādītāju aprēķina, reizinot leņķisko ātrumu ar lauka rādiusu. Ātruma vērtība orbītā ir 3,07 kilometri sekundē, kas ir daudz mazāks par pirmo kosmisko ātrumu zemei ​​tuvajā ceļā. Lai samazinātu indikatoru, orbītas rādiuss jāpalielina vairāk nekā sešas reizes. Garumu aprēķina, reizinot pi un rādiusu, reizinot ar divi. Tas ir 264924 kilometri. Rādītājs tiek ņemts vērā, aprēķinot satelītu "stāvēšanas punktus".

Spēku ietekme

Orbītas parametri, pa kuru griežas mākslīgais mehānisms, var mainīties gravitācijas lunisolāro perturbāciju, Zemes lauka neviendabīguma un ekvatora eliptiskuma ietekmē. Lauka transformācija izpaužas tādās parādībās kā:

1. Satelīta pārvietošanās no tā stāvokļa pa orbītu uz stabila līdzsvara punktiem, kurus sauc par ģeostacionārās orbītas potenciālajām urbumiem.
2. Lauka slīpuma leņķis pret ekvatoru pieaug ar noteiktu ātrumu un sasniedz 15 grādus reizi 26 gados un 5 mēnešos.

Lai satelīts noturētu vēlamajā "stacionārajā punktā", tas ir aprīkots ar piedziņas sistēmu, kas tiek ieslēgta vairākas reizes ik pēc 10-15 dienām. Tātad, lai kompensētu orbītas slīpuma pieaugumu, tiek izmantota ziemeļu-dienvidu korekcija, bet, lai kompensētu novirzi gar lauku, tiek izmantota rietumu-austrumu korekcija. Lai regulētu satelīta ceļu visā tā darbības laikā, uz kuģa ir nepieciešams liels degvielas padeve.

Piedziņas sistēmas

Ierīces izvēli nosaka satelīta individuālie tehniskie parametri. Piemēram, ķīmiskajam raķešu dzinējam ir pozitīva darba tilpuma degvielas padeve, un tas darbojas ar ilgstoši uzglabājamām sastāvdaļām ar augstu viršanas temperatūru (dinslāpekļa tetroksīdu, nesimetrisko dimetilhidrazīnu). Plazmas ierīcēm ir ievērojami mazāks vilces spēks, taču ilgstošas ​​darbības dēļ, kas tiek mērīts desmitiem minūšu vienai kustībai, tās var ievērojami samazināt uz kuģa patērētās degvielas daudzumu. Šāda veida piedziņas sistēma tiek izmantota, lai manevrētu satelītu uz citu orbitālo pozīciju. Galvenais transportlīdzekļa kalpošanas laiku ierobežojošais faktors ir degvielas rezerve ģeostacionārajā orbītā.

Mākslīgā lauka trūkumi

Būtisks trūkums mijiedarbībā ar ģeostacionāriem satelītiem ir liela signāla izplatīšanās kavēšanās. Tātad pie gaismas ātruma 300 tūkstoši kilometru sekundē un orbītas augstumā 35786 kilometri Zemes-satelīta stara kustība aizņem apmēram 0,12 sekundes, bet Zemes-satelīta-Zemes stara kustība - 0,24 sekundes. Ņemot vērā signāla aizkavi virszemes pakalpojumu pārraides iekārtās un kabeļu sistēmās, kopējā signāla aizkave "avots - satelīts - uztvērējs" sasniedz aptuveni 2-4 sekundes. Šis rādītājs ievērojami apgrūtina transportlīdzekļu izmantošanu telefonijas orbītā un padara neiespējamu satelītu sakaru izmantošanu reāllaika sistēmās.

Vēl viens trūkums ir ģeostacionārās orbītas neredzamība no augstiem platuma grādiem, kas traucē sakaru un TV raidījumu vadīšanai Arktikas un Antarktikas reģionos. Situācijās, kad saule un raidītāja satelīts atrodas vienā līnijā ar uztvērēja antenu, signāls ir pazemināts un dažreiz pilnīgi trūkst. Ģeostacionārajās orbītās satelīta nekustīguma dēļ šī parādība ir īpaši izteikta.

Doplera efekts

Šī parādība sastāv no elektromagnētisko vibrāciju frekvenču izmaiņām raidītāja un uztvērēja savstarpējās kustības laikā. Parādību izsaka attāluma izmaiņas laika gaitā, kā arī mākslīgo transportlīdzekļu kustība orbītā. Efekts izpaužas kā satelīta nesējfrekvences nestabilitāte, kas tiek pievienota borta atkārtotāja un zemes stacijas frekvences instrumentālajai nestabilitātei, kas sarežģī signālu uztveršanu. Doplera efekts veicina modulējošās vibrācijas frekvences izmaiņas, kuras nevar kontrolēt. Gadījumā, ja orbītā tiek izmantoti sakaru satelīti un tiešā televīzijas apraide, šī parādība praktiski tiek novērsta, tas ir, signāla līmenis uztveršanas punktā nemainās.

Pasaules attieksme pret ģeostacionāriem laukiem

Kosmosa orbīta pēc savas dzimšanas ir radījusi daudz jautājumu un starptautiskas juridiskas problēmas. Viņu lēmuma pieņemšanā ir iesaistītas vairākas komitejas, jo īpaši Apvienoto Nāciju Organizācija. Dažas valstis, kas atrodas uz ekvatora, izvirzīja pretenzijas par savas suverenitātes paplašināšanu uz kosmiskā lauka daļu, kas atrodas virs to teritorijas. Valstis ir norādījušas, ka ģeostacionārā orbīta ir fizisks faktors, kas saistīts ar planētas pastāvēšanu un ir atkarīgs no Zemes gravitācijas lauka, tāpēc lauka segmenti ir savu valstu teritorijas paplašinājums. Taču šādi apgalvojumi tika noraidīti, jo pasaulē pastāv kosmosa nepiesavināšanas princips. Visas problēmas, kas saistītas ar orbītu un satelītu darbību, tiek atrisinātas globālā līmenī.

Kosmosa kuģa orbīta (2.7. att.) ir tā ceļš centrālā spēka laukā, ko nosaka gravitācijas spēka darbība, savukārt pats kosmosa kuģis tiek uzskatīts par bezgalīgi mazu ķermeni, kura masa ir tik maza, salīdzinot ar centrālā ķermeņa masu, lai to varētu uzskatīt par piesaistītu centrālo ķermeni, bet nepiesaista pēdējo. Pievilcīgais spēka lauks parasti tiek definēts kā gravitācijas lauks, ko rada viendabīgs un sfērisks ķermenis. Attiecīgi uz satelītiem šāds ķermenis ir Zeme ar tās gravitācijas lauku.

Rīsi. 2.7. Kosmosa kuģa orbītas centrālā korpusa laukā:

1 - centrālais korpuss;

2 - centrālā ķermeņa spēka lauks;

3- apļveida orbīta;

4 - eliptiska orbīta;

5 - paraboliskā orbīta; 6- hiperboliskā orbīta

Centrālā spēka spēka lauks ir sfēriski simetrisks un pievilkšanās spēks katrā tā punktā ir vērsts pa rādiusu uz pievilkšanas centru (2.7. att. bultu lielums parāda gravitācijas spēka pieaugumu, tuvojoties centrālā ķermeņa masas centrs saskaņā ar likumu apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam).

No 1. lekcijas materiāla mēs zinām, ka ķermenis, kas pārvietojas orbītā ap citu ķermeni, ir pakļauts trīs Keplera likumiem. Šajā gadījumā mūs interesēs tikai divi no tiem - pirmais un trešais.

Saskaņā ar Keplera pirmais likums, ķermenis, kas riņķo ap Zemi (mūsu gadījumā), pārvietojas pa elipsi, kuras vienā no fokusiem atrodas Zemes centrs (2.8. att.). Mēs šeit īpaši nepieminējām, ka ķermenis var pārvietoties trīs veidu orbītās - elipsē, hiperbolā un parabolā. Mūs interesē tikai periodiskas orbītas, un no uzskaitītā tāda ir elipse.

Rīsi. 2.8. AES orbīta

Elipses elementi ir parādīti attēlā. 2.9. F1 un F2 - elipses perēkļi; a- daļēji galvenā ass; b- daļēji mazā ass; e- elipses ekscentriskums, ko nosaka šādi:

Tādējādi pirmā svarīga pozīcija ir tāda, ka satelīti pārvietojas ap Zemi elipsēs.

Saskaņā ar Keplera trešais likums, cirkulācijas periodu kvadrāti T satelīti ir saistīti kā to daļēji galveno asu kubi

Rīsi. 2.9. Elipses elementi

Vispārīgākajā gadījumā kosmosa kuģa trajektorijas vienādojums ir brīva ķermeņa kustības vienādojums centrālā spēka laukā, kuram polārajās koordinātēs ir koniska griezuma vienādojuma forma (2.10. att.):

kur ir koniskā sekcijas parametrs;

e =PC 1 - koniskā sekcijas ekscentriskums;

AR un AR 1 - integrācijas konstantes.

Rīsi. 2.10. Kosmosa kuģa kustība Zemes centrālā spēka laukā:

1 - centrālais korpuss (Zeme); 2 - kosmosa kuģa orbīta;

3 - CA; 4 - orbītas perigee; r - kosmosa kuģa rādiusa vektors;

V - kopējais ātrums; V r - radiālais ātrums;

V φ - šķērsvirziena ātrums

Vienādojums (2.1) ir otrās kārtas līknes vienādojums, kuram konkrēto formu nosaka ekscentricitātes vērtība e= 0 aplim, e< 1 elipsei (2.11. att.), e = 1 parabolai, e> 1 hiperbolai.

Rīsi. 2.11. Mainiet eliptiskas orbītas izskatu ar pieaugošu vērtību

ekscentriskums

Nesējraķetes lidojuma pēdējais posms ir kosmosa kuģa palaišana orbītā, kuras formu nosaka kinētiskās enerģijas daudzums, ko nesējraķete piedod kosmosa kuģim, ti, nesējraķetes gala ātruma vērtība. pēdējais. Šajā gadījumā kosmosa kuģa paziņotās kinētiskās enerģijas vērtībai ir jābūt noteiktā proporcijā ar centrālā ķermeņa lauka enerģijas vērtību, kas pastāv noteiktā attālumā. r no tā centra. Šīs attiecības raksturo pastāvīga enerģija h atspoguļo atšķirību starp centrālā ķermeņa lauka enerģiju un kosmosa kuģa kinētisko enerģiju, kas atrodas brīvā kustībā šajā laukā no attāluma r no tā centra, t.i.

Atkarībā no ekscentricitātes lieluma e konstants aplim, h< 0 для эллипса, h= 0 parabolai un h> 0 hiperbolai.

Nesējraķetes gala ātrums, kas nodrošina kosmosa kuģa palaišanu orbītā zemes gravitācijas laukā,

Pastāvīgo enerģijas vērtību analīze h atbilst dažādām kosmosa kuģa orbītas formām, un atkarība (2.3) ļauj noteikt nesējraķetes gala ātrumu vērtības, kas nodrošina kosmosa kuģa lidojumu zemes gravitācijas laukā vienā vai citā orbītā.

Nesējraķetes galīgajam ātrumam jābūt vienādam ar kosmosa kuģa ievadīšanu apļveida orbītā, - elipsveida, - uz parabolisko un - uz hiperbolisku.

Piemērots apļveida orbītām ar vērtībām r tuvu Zemes rādiusam R= 6 371 km, nesējraķetes galīgais ātrums kosmosa kuģa palaišanai apļveida orbītā V 0 ~ 7900 m/s. Tas ir tā sauktais pirmais kosmiskais ātrums. Eliptiskām orbītām gala ātrumi V NS = 7 900 ... 11 200 m/s.

Kosmosa kuģi, kas pārvietojas pa apļveida un eliptiskām orbītām, atrodas zemes gravitācijas laukā, un to kalpošanas laiks ir ierobežots. Atmosfēras palieku un citu matērijas daļiņu klātbūtne laika gaitā izraisa kosmosa kuģu ātruma samazināšanos, ko tiem nodrošina nesējraķete, un palēninājums Zemes spēka laukā izraisa to iekļūšanu blīvajos atmosfēras slāņos un iznīcināšana. Galvenais faktors, kas nosaka kosmosa kuģa kalpošanas laiku apļveida un eliptiskās orbītās, ir pirmā kuģa augstums un otrā perigeja augstums, kur notiek galvenais palēninājums.

No enerģētiskā viedokļa kosmosa kuģa lidojumu parabolā raksturo tā sauktais otrās telpas ātrums, kas vienāds ar V n ≈ 11 200 m/s, kas ļauj pārvarēt gravitāciju. Kustība parabolā attiecībā pret Zemi ir iespējama tikai tad, ja nav nekādu trieciena spēku, izņemot gravitācijas spēku.

Hiperboliskās orbītas raksturo ātrumi V r> 11 200 m/s, starp kuriem tā sauktais trešais kosmiskais ātrums ir vienāds ar Vг ≈ 16 700 m/s, ir mazākais sākotnējais ātrums, ar kādu kosmosa kuģis var pārvarēt ne tikai Zemes, bet arī Saules pievilcību un atstāt Saules sistēmu.

Hiperboliskās orbītas kosmosa lidojuma teorijā rodas, kad kosmosa kuģis no viena centrālā ķermeņa gravitācijas lauka pāriet cita gravitācijas laukā, kamēr kosmosa kuģis it kā tiek izvilkts no vienas gravitācijas zonas un ieiet citā.

Parasti nesējraķetes informē kosmosa kuģi tikai par pirmo kosmosa ātrumu un novieto to riņķveida vai eliptiskā orbītā. Otrā un trešā kosmiskā ātruma sasniegšana ir izdevīgāka paša kosmosa kuģa jaudas dēļ, kas šajā gadījumā sākas no satelīta atskaites orbītas.

2007 gads

Galvenā doma

Šī vietne ir veltīta novērošanas jautājumiem mākslīgie zemes pavadoņi(Tālāk Satelīti ). Kopš kosmosa ēras sākuma (1957. gada 4. oktobrī tika palaists pirmais satelīts Sputnik-1) cilvēce ir radījusi milzīgu skaitu satelītu, kas riņķo ap Zemi visdažādākajās orbītās. Mūsdienās šādu mākslīgo objektu skaits pārsniedz desmitiem tūkstošu. Būtībā tās ir "kosmosa atlūzas" - satelītu fragmenti, izlietotās raķešu stadijas utt. Tikai neliela daļa no tiem ir darbojošie satelīti.
To vidū ir pētniecības un meteoroloģiskie satelīti, sakaru un telekomunikāciju satelīti un militārie satelīti. Kosmosu ap Zemi viņi "apdzīvo" no 200-300 km augstuma un līdz pat 40 000 km. Tikai daži no tiem ir pieejami novērošanai, izmantojot lētu optiku (binokļi, teleskopi, amatieru teleskopi).

Veidojot šo vietni, autori izvirzīja sev mērķi apkopot informāciju par satelītu novērošanas un šaušanas metodēm, parādīt, kā aprēķināt apstākļus viņu lidojumam pa noteiktu reljefu, aprakstīt novērošanas jautājuma praktiskos aspektus. un šaušana. Vietnē galvenokārt atrodami autora materiāli, kas iegūti Minskas planetārija (Minska, Baltkrievija) astronomiskā kluba "hν" sadaļas "Kosmonautika" dalībnieku novērojumu gaitā.

Un tomēr, atbildot uz galveno jautājumu – “Kāpēc?”, jāsaka sekojošais. Starp visa veida hobijiem, kas cilvēkam patīk, ir astronomija un astronautika. Tūkstošiem astronomijas cienītāju vēro planētas, miglājus, galaktikas, mainīgās zvaigznes, meteorus un citus astronomiskus objektus, fotografē tos, rīko savas konferences un "meistarklases". Priekš kam? Tas ir tikai hobijs, viens no daudziem. Veids, kā atbrīvoties no ikdienas problēmām. Pat tad, kad amatieri veic zinātniski nozīmīgu darbu, viņi paliek amatieri, kas to dara sava prieka pēc. Astronomija un kosmonautika ir ļoti "tehnoloģiski" vaļasprieki, kuros var likt lietā savas zināšanas optikā, elektronikā, fizikā un citās dabaszinātnēs. Vai arī jūs varat to neizmantot - un vienkārši baudīt kontemplācijas prieku. Ar satelītiem lietas ir līdzīgas. Īpaši interesanti ir sekot līdzi tiem satelītiem, par kuriem informācija atklātos avotos netiek izplatīta - tie ir dažādu valstu militārās izlūkošanas satelīti. Jebkurā gadījumā satelītu novērošana ir medības. Bieži vien mēs varam iepriekš norādīt, kur un kad satelīts parādīsies, bet ne vienmēr. Un kā viņš "uzvedīsies", prognozēt ir vēl grūtāk.

Pateicības:

Aprakstītās metodes tika izveidotas, pamatojoties uz novērojumiem un pētījumiem, kuros piedalījās Minskas planetārija (Baltkrievija) astronomijas kluba hν dalībnieki:

• Bozbejs Maksims.
• Dremins Genādijs.
• Kenko Zoja.
• Mečinskis Vitālijs.

Daudz palīdzēja arī astronomijas cienītāju kluba "hν" biedri. Ļebedeva Tatjana, Povališevs Vladimirs un Aleksejs Tkačenko... Īpašs paldies Aleksandrs Lapšins(Krievija), profi-s (Ukraina), Daniilam Šestakovam (Krievija) un Anatolijam Grigorjevam (Krievija) par palīdzību II panta 1. punkta "AES fotometrija" 2. un 5. nodaļas izveidē, un Jeļena (Tau, Krievija) arī vairāku aprēķinu programmu konsultēšanai un rakstīšanai. Autori arī pateicas Mihails Abgarjans (Baltkrievija), Jurijs Gorjačko (Baltkrievija), Anatolijs Grigorjeva (Krievija), Leonīda Jeļeņina (Krievija), Viktors Žuks (Baltkrievija), Igors Molotovs (Krievija), Konstantīns Morozovs (Baltkrievija), Sergejs Plaks (Ukraina), Ivans Prokopjuks (Baltkrievija) sniegtajām ilustrācijām dažām vietnes sadaļām.

Daļa materiālu saņemti, izpildot Baltkrievijas Nacionālās Zinātņu akadēmijas Vienotā uzņēmuma "Ģeogrāfiskās informācijas sistēmas" pasūtījumu. Materiālu iesniegšana tiek veikta nekomerciālā veidā, lai popularizētu Baltkrievijas kosmosa programmu bērnu un jauniešu vidū.

Vitālijs Mečinskis, astrokluba "hν" nodaļas "Kosmonautika" kurators.

Vietnes jaunumi:

• 01.09.2013: 2.apakšpunkts ir būtiski aktualizēts "AES fotometrija vienam lidojumam" II lpp.1. — pievienota informācija par divām satelīta trases fotometrijas metodēm (trases fotometriskā profila metode un izofotiskās fotometrijas metode).
• 01.09.2013.: Atjaunināts II apakšpunkts 1. punkts — pievienota informācija par darbu ar programmu Highecl, lai aprēķinātu iespējamos uzliesmojumus no GSS.
• 30.01.2013.: atjaunināts "3. nodaļa"- pievienota informācija par darbu ar programmu "MagVision", lai aprēķinātu iespiešanās biežumu no apgaismojuma no Saules un Mēness.
• 22.01.2013: Atjaunota 2. nodaļa.Pievienota animācija satelītu kustībai pa debesīm vienas minūtes laikā.
• 19.01.2013.: Atjaunināts apakšpunkts "Satelītu vizuālie novērojumi" 1. lpp. "Satelītu orbītu noteikšana" 5. nodaļas 1. punkts. Pievienota informācija par elektronikas un optikas sildīšanas ierīcēm, lai aizsargātu pret rasu, salu un pārmērīgu dzesēšanu.
• 19.01.2013: Pievienots "3. nodaļa" informācija par iespiešanās samazināšanos ekspozīcijas laikā no mēness un krēslas.
• 01/09/2013: pievienots apakšpunkts "Uzliesmojumi no lidara pavadoņa" CALIPSO apakšpunkta "Uzplaiksnījumu fotografēšana" 5.nodaļas II punkta "AES fotometrija" 1.§. Aprakstīta informācija par uzplaiksnījumu novērošanas iezīmēm no satelīta "CALIPSO" lāzerlidara un to sagatavošanas procesu.
• 11/05/2012: Atjaunota 5.nodaļas 2.§ ievaddaļa.Papildināta informācija par nepieciešamo minimālo aprīkojumu satelītu radionovērošanai, kā arī parādīta signāla līmeņa LED indikatora diagramma, ko izmanto, lai iestatiet ierakstītājam drošu ievades audio signāla līmeni.
• 11/04/2012: apakšpunkts atjaunināts "Satelītu vizuālie novērojumi" 1.lpp. "Satelītu orbītu noteikšana" 5.nodaļas 1.§ Papildināta informācija par Brno zvaigžņu atlantu, kā arī par sarkano plēvi uz novērojumos izmantoto elektronisko ierīču LCD ekrāniem.
• 14.04.2012: Atjaunots apakšpozīcijas "Satelītu foto/video filmēšana" apakšpunkts, 5.nodaļas 1.punkts "AES orbītu noteikšana" §1. Papildināta informācija par darbu ar "SatIR" programma satelītu identificēšanai fotogrāfijās ar plašu redzes lauku, kā arī satelītu celiņu galu koordinātu noteikšanai uz tiem.
• 13.04.2012: apakšpunkts atjaunināts "AES astrometrija iegūtajos attēlos: foto un video" apakšpunkts "Satelītu foto/video filmēšana" 1.punkts "Satelītu orbītu noteikšana" 5.nodaļas 1.§. Papildināta informācija par darbu ar programmu "AstroTortilla", lai noteiktu attēlu redzamības lauka centra koordinātas. zvaigžņotās debesis.
• 20.03.2012.: Atjaunināts 2.nodaļas 2.apakšpunkts "AES orbītu klasifikācija pēc galvenās pusass" §1. Papildināta informācija par GSS dreifa lielumu un orbitālajiem traucējumiem.
• 03/02/2012: pievienots apakšpunkts "Raķešu palaišanas novērošana un filmēšana no attāluma" apakšpunkts "Satelītu foto/video filmēšana" I lpp. "Satelītu orbītu noteikšana" 5.nodaļas 1.§ Aprakstīta informācija par nesējraķešu lidojuma novērošanas iezīmēm palaišanas stadijā.
• "Astrometrijas konvertēšana IOD formātā" apakšpunkts "Satelītu foto/video uzņemšana" I pozīcija "Satelītu orbītu noteikšana" 5.nodaļas 1.§. Pievienots apraksts darbam ar programmu "ObsEntry for Window" satelītu astrometrijas konvertēšanai IOD formātā - analogā. no programmas "OBSENTRY", bet OS Windows.
• 25/02/2012: apakšpunkts atjaunināts "Saules sinhronās orbītas" 1. lpp. "Satelītu orbītu klasifikācija pēc slīpuma" 2. nodaļas 1. sadaļa. Papildināta informācija par satelīta Saules sinhronās orbītas slīpuma i ss vērtības aprēķināšanu atkarībā no orbītas ekscentricitātes un puslielās ass.
• 21.09.2011: Papildināts 2.apakšpunkts "AES fotometrija lidojumam" 5.nodaļas II.punkts "AES fotometrija" §1.Papildināta informācija par sinodisko efektu,kas kropļo satelīta rotācijas perioda noteikšanu.
• 14.09.2011: apakšpunkts atjaunināts "Satelīta orbītas orbitālo (Keplera) elementu aprēķins, pamatojoties uz astrometriskiem datiem. Viens pārlidojums" apakšpunkts "Satelītu foto/video uzņemšana", I pozīcija "Satelītu orbītu noteikšana" 5.nodaļas 1.punkts. Papildināta informācija par "SatID" programmu satelīta identificēšanai (izmantojot saņemtos TLE) starp satelītiem no trešās puses. TLE datubāze, kā arī apraksta satelīta identificēšanas metodi Heavensat programmā, pamatojoties uz lidojumu, kas redzams netālu no atsauces zvaigznes.
• 12.09.2011: Atjaunots apakšpozīcija "Satelīta orbītas orbitālo (Keplera) elementu aprēķins, pamatojoties uz astrometriskiem datiem. Vairāki lidojumi" apakšpozīcijas "Satelīta foto/video uzņemšana" I pozīcija. "Satelīta orbītu noteikšana" 5.nodaļas 1.§ Papildināta informācija par TLE pārrēķina programmas elementiem vēlamajam datumam.
• 12.09.2011: pievienots apakšpunkts "Satelīta iekļūšana Zemes atmosfērā" apakšpozīcijas "Satelītu foto/video filmēšana" 5.nodaļas 1.punkta I "Satelītu orbītu noteikšana" Informācija par darbu ar programmu "SatEvo" satelītu ienākšanas datuma prognozēšanai blīvajā ir aprakstīti Zemes atmosfēras slāņi.
• "Uzliesmojumi no ģeostacionāriem satelītiem" apakšpunkts "Raķešu fotografēšana", 5. nodaļas II punkts "AES fotometrija" 1.§. Papildināta informācija par GSS signālraķešu redzamības periodu.
• 08.09.2011.: apakšpunkts atjaunināts "Satelīta spilgtuma maiņa lidojuma laikā" 2. apakšpunkts "AES fotometrija diapazonā" II. punkts "AES fotometrija" 5. nodaļas 1. punkts. Pievienota informācija par fāzes funkcijas formu vairākiem atstarojošo virsmu piemēriem.
• 1.apakšpunkts "Satelītu uzliesmojumu novērošana", 5.nodaļas II punkts "Satelītu fotometrija" §1. Papildināta informācija par laika skalas nevienmērību pavadoņu trases attēlā uz fotodetektora matricas.
• 09/07/2011: apakšpunkts atjaunināts "AES fotometrija vienam lidojumam" II lpp. "AES fotometrija" 5. nodaļas 1. punkts. Pievienots "NanoSail-D" satelīta (SCN: 37361) kompleksās gaismas līknes piemērs un tā rotācijas modelēšana.
• "Uzraides no LEO satelītiem" 1.apakšpunkts "AES signālraķešu novērošana", II sadaļa "AES fotometrija" 5.nodaļas 1.punkts. Pievienota LEO AES "METEOR 1-29" signālraķetes fotogrāfija un fotometriskais profils.
• 09/06/2011: Atjaunināts apakšpunkts "Ģeostacionārās un ģeosinhronās satelītu orbītas" 2.nodaļas 1.§ Papildināta informācija par ģeostacionāro satelītu klasifikāciju, informācija par GSS trajektoriju formu.
• 09/06/2011: Atjaunināts apakšpunkts "AES lidojuma izpēte: uzmērīšanas aprīkojums. Optiskie elementi" apakšpunkts "Satelītu foto/video filmēšana" I lpp. "Satelītu orbītu noteikšana" 5. nodaļas 1. §. Pievienotas saites uz apskatiem par sadzīves objektīviem, kas piemēroti satelītattēlveidošanai.
• 09/06/2011: Atjaunināts apakšpunkts "Fāzes leņķis" II lpp. "AES fotometrija" 5. nodaļas 1. punkts. Pievienota satelīta fāzes maiņas animācija atkarībā no fāzes leņķa.
• 13.07.2011: Pabeigta visu vietnes nodaļu un sadaļu aizpildīšana.
• 07/09/2011: II punkta ievada rakstīšana ir pabeigta "AES fotometrija" 5. nodaļas 1. §.
• 07/05/2011: Pabeigts 2. § ievada rakstīšana "Radio novērošanas satelīti" 5. nodaļa.
• 07/04/2011: apakšpunkts atjaunināts "Novērojumu apstrāde" I lpp. "Satelīta telemetrijas uztveršana" 5. nodaļas 2. punkts.
• 07/04/2011: Pabeigts rakstīt II lpp. "Mākoņainības attēlu iegūšana"§2 5. nodaļa.
• 07/02/2011: Pabeigts rakstīt I lpp. "Satelīta telemetrijas uztveršana"§2 5. nodaļa.
• 01.07.2011: Pabeigta apakšpunkta rakstīšana "Satelītu foto/video filmēšana" 5.nodaļas I.punkta 1.punkts.
• 25.06.2011: Pabeigts rakstīt Lietojumprogrammas.
• 25.06.2011.: 5. nodaļas ievada rakstīšana ir pabeigta: "Ko un kā novērot?"
• 25.06.2011: §1 ievada rakstīšana ir pabeigta "Optiskie novērojumi" 5. nodaļa.
• 25.06.2011.: I klauzulas ievada rakstīšana ir pabeigta "Satelītu orbītu noteikšana" 5. nodaļas 1. §.
• 25/06/2011: 4. nodaļa ir pabeigta: "Par laiku".
• 25.01.2011: 2. nodaļa ir pabeigta: "Kādas tur ir orbītas un satelīti?".
• 01/07/2011: 3. nodaļa ir pabeigta rakstīt: "Gatavošanās novērojumiem".
• 01/07/2011: 1. nodaļas rakstīšana ir pabeigta: "Kā pārvietojas satelīti?"

Palaišanas logs ir laika periods, kad satelītu visvieglāk novietot vajadzīgajā orbītā, lai tas sāktu pildīt savas funkcijas.

Piemēram, ļoti svarīgs faktors ir palaišanas loga izvēle, kur jūs varat viegli atgriezt astronautus, ja kaut kas noiet greizi. Astronautiem ir jāspēj sasniegt drošu nosēšanās punktu, kurā papildus atradīsies atbilstošs personāls (neviens nevēlas nolaisties taigā vai Klusajā okeānā). Cita veida palaišanai, tostarp starpplanētu izpētei, palaišanas logam vajadzētu ļaut izvēlēties visefektīvāko maršrutu, lai sasniegtu ļoti tālus objektus. Ja aprēķinātajā palaišanas logā ir slikti laikapstākļi vai rodas tehniskas problēmas, palaišana ir jāpārceļ uz citu labvēlīgu palaišanas logu. Ja satelīts tiek palaists pat labos laikapstākļos, bet nelabvēlīgā palaišanas logā, tas var ātri beigt savu dzīvi vai nu nepareizajā orbītā, vai arī Klusajā okeānā. Jebkurā gadījumā tas nespēs veikt nepieciešamās funkcijas. Laiks ir mūsu viss!

Kas atrodas parasta satelīta iekšpusē?

Satelīti ir dažādi, un tiem ir dažādi mērķi. Piemēram:

• Laikapstākļu satelīti palīdzēt sinoptiķiem paredzēt laikapstākļus vai vienkārši redzēt, kas notiek šobrīd. Tipiski laikapstākļu satelīti ir: EUMETSAT (Meteosat), ASV (GOES), Japāna (MTSAT), Ķīna (Fengyun-2), Krievija (GOMS) un Indija (KALPANA). Šādos satelītos parasti ir kameras, kas sūta laikapstākļu attēlus uz Zemi. Parasti šādi satelīti atrodas vai nu ģeostacionārā orbītā, vai polārās orbītās.
• Sakaru satelītiļauj pārsūtīt tālruņa zvanus un datu savienojumus caur sevi. Tipiski sakaru satelīti ir Telstar un Intelsat. Sakaru pavadoņa svarīgākā daļa ir transponderis – īpašs radioraidītājs, kas uztver datus vienā frekvencē, pastiprina tos un nosūta atpakaļ uz Zemi citā frekvencē. Satelītos parasti ir simtiem vai pat tūkstošiem retranslatoru. Sakaru satelīti visbiežāk ir ģeosinhroni.
• Satelītu apraide pārraida televīzijas (vai radio) signālu no viena punkta uz otru (tāpat kā sakaru satelīti).
• Pētniecības satelīti veikt dažādas zinātniskas funkcijas. Visslavenākais, iespējams, ir Habla kosmiskais teleskops, tomēr orbītā ir daudz citu, kas novēro visu, sākot no saules plankumiem līdz gamma stariem.
• Navigācijas satelīti palīdzēt kuģu un lidmašīnu navigācijā. Slavenākie no navigācijas satelītiem ir GPS un mūsu vietējais GLONASS.
• Glābšanas satelīti reaģēt uz briesmu signāliem.
• Zemes izpētes pavadoņi tiek izmantoti, lai pētītu planētas izmaiņas no temperatūras līdz polāro ledus cepuru kušanas prognozēšanai. Slavenākie no tiem ir LANDSAT sērijas satelīti.
• Militārie satelīti tiek izmantoti militāriem nolūkiem, un to mērķis parasti tiek klasificēts. Līdz ar militāro satelītu parādīšanos kļuva iespējams veikt izlūkošanu tieši no kosmosa. Turklāt militāros satelītus var izmantot šifrētu ziņojumu pārraidīšanai, kodoluzraudzībai, ienaidnieka kustību izpētei, agrīnai brīdināšanai par raķešu palaišanu, zemes sakaru līniju noklausīšanos, radaru karšu veidošanai, fotografēšanai (tostarp izmantojot īpašus teleskopus, lai iegūtu ļoti detalizētus attēlus no raķetes). reljefs)...

Lai gan starp visiem šiem satelītu veidiem ir būtiskas atšķirības, tiem ir dažas kopīgas iezīmes. Piemēram:

• Viņiem visiem ir metāla vai kompozītmateriālu rāmis un korpuss. Satelīta korpusā ir viss nepieciešamais, lai darbotos orbītā, tostarp līdz izdzīvošanai.
• Visiem satelītiem ir enerģijas avots (parasti saules paneļi) un baterijas enerģijas uzkrāšanai. Saules paneļu komplekts nodrošina elektrību bateriju uzlādēšanai. Dažos jaunos satelītos ir arī degvielas šūnas. Lielākajai daļai satelītu barošanas avots ir ļoti vērtīgs un ierobežots resurss. Dažas kosmosa zondes izmanto kodolenerģiju. Satelītu energosistēma tiek pastāvīgi uzraudzīta, un savāktie dati no citu sistēmu enerģijas monitoringa un monitoringa tiek nosūtīti uz Zemi telemetrijas signālu veidā.
• Visos satelītos ir iebūvēts dators dažādu sistēmu vadīšanai un uzraudzībai.
• Viņiem visiem ir radio raidītājs un antena. Vismaz visos satelītos ir raiduztvērējs, ar kuru zemes vadības komanda var pieprasīt informāciju no satelīta un novērot tā statusu. Daudzus satelītus var vadīt no Zemes, lai veiktu dažādus uzdevumus no orbītu maiņas līdz borta datora mirgošanai.
• Tie visi satur pozīcijas kontroles sistēmu. Šāda sistēma ir paredzēta, lai uzturētu satelīta orientāciju pareizajā virzienā.

Piemēram, Habla teleskopam ir ļoti izsmalcināta vadības sistēma, kas ļauj virzīt teleskopu uz vienu kosmosa punktu stundām vai pat dienām (neskatoties uz to, ka teleskops orbītā pārvietojas ar ātrumu 27 359 km/h). Sistēmā ietilpst žiroskopi, akselerometri, stabilizācijas sistēmas, paātrinātājs vai sensoru komplekts, kas novēro noteiktas zvaigznes, lai noteiktu atrašanās vietu.

Kādi satelītu orbītu veidi pastāv?

Ir trīs galvenie orbītu veidi, un tie ir atkarīgi no satelīta stāvokļa attiecībā pret Zemes virsmu:

• Ģeostacionārā orbīta(saukta arī par ģeosinhrono vai vienkārši sinhrono) ir orbīta, pa kuru pārvietojas satelīts vienmēr virs viena un tā paša punkta uz Zemes virsmas. Lielākā daļa ģeostacionāro satelītu atrodas virs ekvatora aptuveni 36 000 km augstumā, kas ir aptuveni desmitā daļa no attāluma līdz Mēness. "Satelītu stāvvieta" virs ekvatora kļūst pārslogota ar vairākiem simtiem televīzijas satelītu, laikapstākļu un sakaru satelītu! Šī pārslodze nozīmē, ka katrs satelīts ir precīzi jāvada, lai novērstu tā signālu pārklāšanos ar blakus esošo satelītu signāliem. Televīzijai, sakariem un laikapstākļu satelītiem ir nepieciešama ģeostacionāra orbīta. Tāpēc visas satelītantenas uz Zemes virsmas vienmēr skatās vienā virzienā, mūsu gadījumā (ziemeļu puslodē) uz dienvidiem.
• Kosmosa palaišanas parasti izmanto zemāku orbītu, kā rezultātā tie dažādos laikos lido pāri dažādiem punktiem. Vidēji asinhronās orbītas augstums ir aptuveni 644 kilometri.
• Polārajā orbītā satelīts parasti atrodas nelielā augstumā un ar katru apgriezienu iet cauri planētas poliem. Polārā orbīta kosmosā paliek nemainīga, Zemei griežoties savā orbītā. Tā rezultātā lielākā daļa Zemes iet zem satelīta polārajā orbītā. Sakarā ar to, ka polārā orbīta nodrošina vislielāko Zemes virsmas pārklājumu, to bieži izmanto satelītiem, kas veido kartēšanu (piemēram, Google Maps).

Kā tiek aprēķinātas satelītu orbītas?

Lai aprēķinātu satelītu orbītu, tiek izmantota īpaša datorprogrammatūra. Šīs programmas izmanto Keplera datus, lai aprēķinātu orbītu un brīdi, kad satelīts būs "virs galvas". Kepleri dati ir pieejami internetā un radioamatieru satelītiem.

Satelīti izmanto virkni gaismas jutīgu sensoru, lai noteiktu savu atrašanās vietu. Pēc tam satelīts uztverto pozīciju pārraida uz zemes vadības staciju.

Satelītu augstumi

Manhetenas sala, attēls, izmantojot GoogleMaps

Skatoties no Zemes, satelīti lido dažādos augstumos. Vislabāk ir domāt par satelītu augstumiem, "cik tuvu" vai "cik tālu" tie atrodas no mums. Aptuveni, no tuvākā līdz vistālākajam, mēs iegūstam šādus veidus:

100 līdz 2000 kilometru – asinhronās orbītas

Novērošanas satelīti parasti atrodas augstumā no 480 līdz 970 kilometriem un tiek izmantoti tādiem uzdevumiem kā fotografēšana. Landsat 7 tipa satelītu novērošana veic šādus uzdevumus:

• Kartēšana
• Ledus un smilšu kustības vērošana
• Klimata apstākļu noteikšana (piemēram, lietus mežu izzušana)
• Minerālu atrašanās vietas noteikšana
• Ražas problēmu atrašana laukos

Meklēšanas un glābšanas satelīti darbojas kā raidstacijas, lai pārraidītu avārijas signālus no avārijā nonākušiem lidaparātiem vai kuģiem.

Kosmosa kuģi (piemēram, atspoles) ir kontrolēti satelīti, parasti ar ierobežotu lidojuma laiku un orbītu diapazonu. Cilvēka kosmosa palaišanu parasti izmanto, lai labotu esošos satelītus vai uzbūvētu kosmosa staciju.

4800 līdz 9700 kilometru – asinhronās orbītas

Zinātniskie satelīti dažreiz atrodas augstumā no 4800 līdz 9700 kilometriem. Viņi nosūta savus zinātniskos datus atpakaļ uz Zemi, izmantojot radio telemetrijas signālus. Zinātniskie satelīti tiek izmantoti:

• Augu un dzīvnieku izpēte
• Zemes izpēte, piemēram, vulkānu novērošana
• Savvaļas dzīvnieku izsekošana
• Astronomijas pētījumi, tostarp infrasarkanie astronomiskie satelīti
• Fizikas pētījumi, piemēram, NASA mikrogravitācijas pētījumi vai saules fizikas pētījumi

9700 līdz 19300 kilometru – asinhronās orbītas

Navigācijai ASV Aizsardzības departaments un Krievijas valdība ir izveidojuši attiecīgi navigācijas sistēmas GPS un GLONASS. Navigācijas satelīti izmanto augstumus no 9700 līdz 19300 kilometriem un izmanto, lai noteiktu precīzu uztvērēja atrašanās vietu. Uztvērēju var atrast:

• Kuģī jūrā
• Citā kosmosa kuģī
• Lidmašīnā
• Mašīnā
• Tavā kabatā

Tā kā patērētāju navigācijas uztvērēju cenas samazinās, parastās papīra kartes saskaras ar ļoti bīstamu pretinieku. Tagad jums būs grūtāk apmaldīties pilsētā un neatrast vēlamo punktu.

Interesanti GPS fakti:

• ASV spēki operācijas Desert Storm laikā izmantoja vairāk nekā 9000 GPS uztvērēju.
• ASV Nacionālā okeānu un atmosfēras pārvalde (NOAA) izmantoja GPS, lai izmērītu precīzu Vašingtonas pieminekļa augstumu.

35 764 kilometri - Ģeostacionārās orbītas

Laika prognozes parasti parāda attēlus no satelītiem, kas parasti atrodas ģeostacionārā orbītā 35 764 kilometrus virs ekvatora. Dažus no šiem attēliem varat iegūt tieši, izmantojot īpašus uztvērējus un datora programmatūru. Daudzas valstis izmanto laika pavadoņus, lai prognozētu laikapstākļus un novērotu vētras.

Datus, televīzijas signālu, attēlus un dažus telefona zvanus kārtīgi uztver un pārraida sakaru satelīti. Parastajiem tālruņa zvaniem var būt no 550 līdz 650 milisekundēm turp un atpakaļ latentums, kas izraisa lietotāju neapmierinātību. Aizkave rodas tāpēc, ka signālam jānokļūst līdz satelītam un pēc tam jāatgriežas uz Zemi. Tāpēc šādas kavēšanās dēļ daudzi lietotāji dod priekšroku satelītu sakaru izmantošanai tikai tad, ja nav citu iespēju. Tomēr VOIP (balss internetā) tehnoloģijas tagad saskaras ar līdzīgām problēmām, tikai to gadījumā tās rodas digitālās saspiešanas un joslas platuma ierobežojumu, nevis attāluma dēļ.

Sakaru satelīti ir ļoti svarīgas releju stacijas kosmosā. Satelītu antenas kļūst arvien mazākas, jo satelīta raidītāji kļūst jaudīgāki un virzīgāki. Ar šādu satelītu palīdzību tiek pārraidīts:

• Aģentūras ziņu plūsmas
• Apmaiņas, biznesa un cita finanšu informācija
• Starptautiskās radiostacijas migrē no (vai papildina) īsviļņu satelīta pārraides, izmantojot mikroviļņu augšupsaiti
• Globālā televīzija, piemēram, CNN un BBC
• Digitālais radio

Cik maksā satelīti?

Satelītu palaišana ne vienmēr ir veiksmīga. Atcerieties trīs GLONASS satelītu vai, piemēram, FOBOS-GROUND, palaišanas neveiksmi. Patiesībā satelīti ir diezgan dārgi. Šo kritušo GLONASS satelītu izmaksas bija vairāki miljardi rubļu.

Vēl viens svarīgs satelītu izmaksu faktors ir palaišanas izmaksas. Satelīta palaišanas orbītā izmaksas var svārstīties no 1,5 līdz 13 miljardiem rubļu. Amerikāņu kuģu palaišana var sasniegt pat 16 miljardus rubļu (pusmiljardu dolāru). Satelīta uzbūvēšana, laišana orbītā un pēc tam lidošana ir ļoti dārga!

Turpinājums sekos…

Facebook

Twitter

Saskarsmē ar

klasesbiedriem

Google+