Журнал «Все о Космосе»

Солнечно-синхронная орбита (ССО)

Солнечно-синхронная орбита (иногда именуемая гелиосинхронной) — геоцентрическая орбита с такими параметрами, что объект, находящийся на ней, проходит над любой точкой земной поверхности приблизительно в одно и то же местное солнечное время. Таким образом, угол освещения земной поверхности будет приблизительно одинаковым на всех проходах спутника. Такие постоянные условия освещения очень хорошо подходят для спутников, получающих изображения земной поверхности (в том числе спутников дистанционного зондирования Земли, метеоспутников). Однако присутствуют годовые колебания солнечного времени, вызванные эллиптичностью земной орбиты.

Например, спутник LandSat-7, находящийся на солнечно-синхронной орбите, может пересекать экватор пятнадцать раз в сутки, каждый раз в 10:00 местного времени.

Для достижения подобных характеристик параметры орбиты выбираются таким образом, чтобы орбита прецессировала в восточном направлении на 360 градусов в год (приблизительно на 1 градус в день), компенсируя вращение Земли вокруг Солнца. Прецессия происходит за счёт взаимодействия спутника с Землёй, несферичной из-за полярного сжатия. Скорость прецессии зависит от наклонения орбиты. Нужной скорости прецессии можно достичь лишь для определённого диапазона высот орбит (как правило, выбираются значения 600—800 км, с периодами 96—100 мин.), необходимое наклонение для упомянутого диапазона высот около 98°. Для орбит с большими высотами требуются весьма большие значения наклонения, из-за чего в зону посещений спутника перестают попадать полярные области.

Данный тип орбит может иметь различные вариации. Например, возможны солнечно-синхронные орбиты с большим эксцентриситетом. В этом случае солнечное время прохода будет зафиксировано только для одной точки орбиты (как правило, перигея).

Специальным случаем солнечно-синхронной орбиты является орбита, на которой посещение экватора происходит в полдень/полночь, а также орбита, лежащая в плоскости терминатора, то есть в полосе закатов и восходов. Последний вариант не имеет смысла для спутников, осуществляющих оптическую фотосъёмку, но хорош для радарных спутников, так как обеспечивает отсутствие участков орбиты, на которых спутник попадает в тень Земли. Таким образом, на такой орбите солнечные батареи спутника постоянно освещаются Солнцем.

Технические подробности

Для солнечно-синхронной орбиты прецессия должна происходить в направлении, противоположном вращению Земли. Хорошее приближение даёт следующая формула:

— угловая скорость прецессии (рад/с), — экваториальный радиус Земли (6 378 137 м), — радиус орбиты спутника, — угловая частота ( радиан, делённое на период), — наклонение орбиты, — второй динамический фактор формы Земли (1,08·10 −3 ).

Последняя величина выражается через полярное сжатие следующим образом:

— полярное сжатие Земли, — угловая скорость вращения Земли (7,292115·10 −5 рад/с), — произведение универсальной гравитационной постоянной и массы Земли (3,986004418·10 14 м³/с²).

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Приложения

Орбитальная прецессия

Технические подробности

Угловая прецессия на орбиту для спутника на околоземной орбите определяется выражением

Поскольку период обращения космического корабля равен

или когда ρ составляет 360 ° в год,

Например, для a = 7200 км (около 800 км космического корабля над поверхностью Земли), по этой формуле получается солнечно-синхронное наклонение 98,696 °.

Если кто-то хочет, чтобы спутник пролетал над определенным местом на Земле каждый день в один и тот же час, он может совершать от 7 до 16 витков в день, как показано в следующей таблице. (Таблица была рассчитана исходя из данных периодов. Орбитальный период, который следует использовать, на самом деле немного длиннее. Например, ретроградная экваториальная орбита, которая проходит через то же место через 24 часа, имеет истинный период около 365 / 364 ≈ 1,0027 раз больше, чем время между эстакадами. Для неэкваториальных орбит коэффициент ближе к 1.)

Источник

Солнечно-синхронная орбита

Например, спутник LandSat-7, находящийся на солнечно-синхронной орбите, может пересекать экватор пятнадцать раз в сутки, каждый раз в 10:00 местного времени.

Для достижения подобных характеристик параметры орбиты выбираются таким образом, чтобы орбита прецессировала в восточном направлении на 360 градусов в год (приблизительно на 1 градус в день), компенсируя вращение Земли вокруг Солнца. Прецессия происходит за счёт взаимодействия спутника с Землёй, несферичной из-за полярного сжатия. Скорость прецессии зависит от наклонения орбиты. Нужной скорости прецессии можно достичь лишь для определённого диапазона высот орбит (как правило, выбираются значения 600—800 км, с периодами 96—100 мин.), необходимое наклонение для упомянутого диапазона высот около 98°. Для орбит с бо́льшими высотами требуются весьма большие значения наклонения, из-за чего в зону посещений спутника перестают попадать полярные области.

Данный тип орбит может иметь различные вариации. Например, возможны солнечно-синхронные орбиты с большим эксцентриситетом. В этом случае солнечное время прохода будет зафиксировано только для одной точки орбиты (как правило, перигея).

Специальным случаем солнечно-синхронной орбиты является орбита, на которой посещение экватора происходит в полдень/полночь, а также орбита, лежащая в плоскости терминатора (см. видео), то есть в полосе закатов и восходов. Последний вариант не имеет смысла для спутников, осуществляющих оптическую фотосъёмку, но хорош для радарных спутников, так как обеспечивает отсутствие участков орбиты, на которых спутник попадает в тень Земли. Таким образом, на такой орбите солнечные батареи спутника постоянно освещаются Солнцем.

Связанные понятия

В небесной механике механизмом, эффектом или резонансом Лидова или Лидова—Козаи называется периодическое изменение соотношения эксцентриситета и наклонения орбиты под воздействием массивного тела или тел. Либрации (колебанию около постоянного значения) подвержен аргумент перицентра.

Межзвёздные объекты — это объекты или кометы, которые существуют в межзвёздном пространстве, не связанные силами тяготения с какой-либо звездой. Первым обнаруженным известным межзвёздным объектом является 1I/Оумуамуа. Межзвёздный объект может быть выявлен только если он проходит через нашу Солнечную систему вблизи от Солнца или если он отделился от облака Оорта и начал двигаться по сильно вытянутой гиперболической орбите, не связанной с гравитацией Солнца. Объекты со слабыми гиперболическими траекториями.

Источник

А Солнечно-синхронная орбита (SSO), также называемый гелиосинхронная орбита, [1] это почти полярная орбита вокруг планеты, в которой спутник проходит над любой заданной точкой поверхности планеты в той же локальной среднее солнечное время. [2] [3] С технической точки зрения, это орбита, устроенная так, что прецессы совершает один полный оборот каждый год, поэтому всегда поддерживает те же отношения с Солнцем.

Содержание

Приложения

Частными случаями солнечно-синхронной орбиты являются полдень / полночь по орбите, где местное среднее солнечное время прохождения для экваториальных широт составляет около полудня или полуночи, а орбита рассвета / заката, где местное среднее солнечное время прохождения для экваториальных широт приходится на восход или закат, так что спутник движется на терминаторе между днем ​​и ночью. Езда на терминаторе полезна для активных радарных спутников, поскольку солнечные панели спутников всегда могут видеть Солнце, не будучи затененными Землей. Это также полезно для некоторых спутников с пассивными инструментами, которым необходимо ограничить влияние Солнца на измерения, поскольку можно всегда направлять инструменты на ночную сторону Земли. Орбита рассвета и заката использовалась для наблюдения за Солнцем. научные спутники Такие как Йохко, СЛЕД, Hinode и PROBA2, давая им почти непрерывный обзор Солнца.

Орбитальная прецессия

Солнечно-синхронная орбита достигается за счет наличия ласкать орбитальный самолет прецессия (поворачивайте) примерно на один градус к востоку каждый день по отношению к небесная сфера идти в ногу с движением Земли вокруг солнце. [5] Эта прецессия достигается за счет настройки наклона на высоту орбиты (см. Технические детали) такие, что экваториальная выпуклость, который нарушает наклонные орбиты, заставляет плоскость орбиты космического корабля прецессировать с желаемой скоростью. Плоскость орбиты не фиксируется в пространстве относительно далеких звезд, а медленно вращается вокруг оси Земли.

Типичные солнечно-синхронные орбиты вокруг Земли имеют высоту около 600-800 км с периодами в 96-100 км.минута диапазон и наклон около 98 °. Это немного ретроградный по сравнению с направлением вращения Земли: 0 ° представляет экваториальную орбиту, а 90 ° представляет полярную орбиту. [5]

Солнечно-синхронные орбиты могут происходить вокруг других сплюснутый планеты, такие как Марс. Спутник вокруг почти сферической Венера, например, потребуется внешний толчок для поддержания солнечно-синхронной орбиты.

Технические детали

Угловая прецессия на орбиту для спутника на околоземной орбите определяется выражением

Поскольку период обращения космического корабля равен

или когда ρ 360 ° в год,

Например, для а = 7200 км. (космический корабль на высоте около 800 км над поверхностью Земли) по этой формуле получается солнечно-синхронное наклонение 98,696 °.

Если кто-то хочет, чтобы спутник пролетал над определенным местом на Земле каждый день в один и тот же час, он может совершать от 7 до 16 витков в день, как показано в следующей таблице. (Таблица была рассчитана исходя из данных периодов. Орбитальный период, который следует использовать, на самом деле немного больше. Например, ретроградная экваториальная орбита, которая проходит над тем же местом через 24 часа, имеет истинный период около 365 / 364 ≈ 1,0027 раз больше, чем время между эстакадами. Для неэкваториальных орбит коэффициент ближе к 1.)

Когда говорят, что солнечно-синхронная орбита проходит над точкой на Земле в том же местное время каждый раз это относится к среднее солнечное время, а не кажущееся солнечное время. В течение года Солнце не будет находиться в одном и том же положении на небе (см. Уравнение времени и Аналемма).

Источник

Наблюдение искусственных спутников Земли

Глава 2: Какие орбиты и ИСЗ бывают?

В этой главе мы рассмотрим, какие спутники и их орбиты бывают, стараясь отразить лишь основные их виды.

Рис. 1б. Анимация движения ИСЗ за одну минуту.

Чтобы не запутаться в этом многообразии «зверинца» ИСЗ и приводится нижеописанная классификация.

&#167 1. Классификации орбит ИСЗ

Рис. 2. Изменение вида эллиптической орбиты при разных значениях эксцентриситета «e». [1]

Итак, приступим к изучению типов орбит.

п.1. Классификация орбит ИСЗ по наклонению

В общем случае наклонение орбита ИСЗ лежит в диапазоне 0° Рис. 3. Общий случай орбиты спутника с наклонением 0°

Экваториальные орбиты

Рис. 4. Экваториальная орбита.

Полярные орбиты

Рис. 5. Полярная орбита.

Солнечно-синхронные орбиты

В общем случае необходимое для солнечной-синхронной орбиты наклонение i_ss можно вычислить по формуле [20]:

,&#160&#160&#160&#160&#160(*)

Из-за влияния возмущений спутник постепенно выходит из режима синхронизации, в связи с чем он периодически нуждается в коррекции своей орбиты при помощи двигателей.

п.2. Классификация орбит ИСЗ по величине большой полуоси

Низкоорбитальные ИСЗ (LEO)

Рис. 8. Низкоорбитальные ИСЗ (а) и среднеорбитальные ИСЗ (б).

Среднеорбитальные ИСЗ(MEO)

Геостационарные и геосинхронные орбиты ИСЗ

Рис. 9. Геостационарный (а) и геосинхронный (б) ИСЗ.

Рис. 11. Виды треков ГСС на поверхности Земли в зависимости от наклонения «i», эксцентриситета «e» и аргумента перигея «Wp» орбиты [20].

Для примера на анимации ниже приведено смещение ГСС «SDS 3F2» (SCN: 26635). Анимация сделана из 19 снимков, полученных с использованием объектива «Юпитер 36Б» (F=250 мм, 1/3,5) и DSLR-камеры «Sony A200» (ISO 1600, экспозиция 30 с), кадры сняты через каждые 5 минут. Камера стояла неподвижно.

Смещение «неподвижного» ГСС «SDS 3F2» (SCN 26635).

Форма земного геоида по данным ИСЗ «GOCE» [22].

Ниже приводится материал по геостационароной орбите и классификации ГСС, подготовленный участником profi-s форума www.astronomy.ru/forum специально для нашего сайта.

В настоящее время на околоземных и геостационарных орбитах каталогизировано более 16000 космических объектов искусственного происхождения. Из них только около 6% являются «активными», т.е. функционирующими. ГСО является наиболее привлекательной, выгодной для решения многих научных, народнохозяйственных, военных, навигационных, коммерческих и иных задач. Около 80% активных, функционирующих ИСЗ дислоцируются на ГСО. В общем, это специальная орбита, на которой любой спутник будет висеть постоянно над одной точкой поверхности Земли.

[Вверх]

Рис. 12. Анимация движения ГСС.

Рис. 13. Суточная траектория ГСС «RAGUGA 22» (SCN: 19596).

Резонансные влияния долготных членов в разложении геопотенциала Земли (неоднородность гравитационного поля Земли) приводит к тому, что на геостационарной орбите имеются два устойчивых положения (точки) равновесия с долготами 75° в.д. (точка либрации L₁) и 255° в.д. (точка либрации L₂). И два неустойчивых, отстоящих от устойчивых точек примерно на 90°. Эти точки либрации на ГСО не следует отождествлять с точками либрации в небесной механике при решении задачи «n» тел.

Согласно международной конвенции по мирному использованию космического пространства при ООН, и требованиям международного радиочастного комитета (во избежании радиопомех на соседние ГСС), угловое расстояние между ГСС не должно быть менее 0.5°. Таким образом, теоретически количество ГСС, находящихся на безопасном расстоянии на ГСО, должно быть не более 720 штук. В последнее десятилетие это расстояние между ГСС не выдерживается. На 2011 год количество каталогизированных ГСС уже превысило более 1500. Сюда можно добавить более 600 высокоэллиптических объектов, периодически пересекающих ГСО и более 200 военных спутников, запущенных на ГСО в интересах Министерства обороны и разведки разных стран, которые не содержатся в публично доступном каталоге объединенного командования СПРН США и Канады (NORAD).

Наблюдения ГСО проводятся в оптическом и редко в радиодиапазоне. При использовании радиолокации со сверхдальней базой (РСДБ) координаты ГСС вычисляются точнее, чем при оптических наблюдениях. Но из-за больших энергетических затрат, и ввиду неэффективности, наблюдения ГСО в радиодиапазоне проводятся редко. Хотя для решения таких статистических задач околоземного пространства, как обнаружение облаков фрагментов мелкого космического мусора размеров от 5-50 см, радиолокационный метод эффективней, чем наблюдения в оптическими диапазоне. При использовании лазерной локации наклонная дальность до объекта определяется с ошибкой несколько см. Но для эффективной работы радиолокатора и лазерной установки необходимы высокоточные координаты спутника на небесной сфере. Такие координаты можно получить только с помощью наблюдения на оптических телескопах, расположенных на поверхности Земли.

Оптические телескопы с полем зрения в несколько градусов, изготовленные для задач мониторинга ГСО, имеют поле зрения в десятки и более раз больше, чем ширина диаграммы направленности радиотелескопов. Фотометрические наблюдения в оптическом диапазоне позволяют по видимому блеску оценить размеры аппарата, а по зависимости блеска от времени и угла освещения Солнцем судить о его форме и способе ориентации. Поэтому оптические инструменты являются наиболее эффективными для задач контроля ГСО. Недостатком оптических наблюдений является их зависимость от состояния неба, т.е они не всепогодны.

Высокоорбитальные ИСЗ (HEO)

Рис. 14. Орбита ВЭС.

Рис. 15. Анимация движения НЕО.

п.3. Орбиты захоронения

Рис. 16. Орбита захоронения ГСС.

Для каждого ГСС спутника орбита захоронения расчитывается отдельно, причём минимальный перигей ΔH равен:

,&#160&#160&#160&#160&#160(1)

Низкоорбитальные спутники с ядерными реакторами на борту [12] имеют высоту орбиты захоронения порядка 1000 км, куда переводится активная зона ядерного реактора после окончания ее работы [11].

&#167 2. Классификации типов ИСЗ

Исследовательские спутники

Это спутники, предназначенные для исследования планет, галактик и других космических объектов.

Примером таких аппаратов являются орбитальные телескопы («AGILE» (NORAD №31135), Италия, γ-телескоп; «AKARI» (NORAD №28939), Япония, ИК-телескоп; «Chandra» (NORAD №25867), США, рентгеновская обсерватория; «COROT» (NORAD №29678), ЕС, телескоп видимого диапазона длин волн; «Herschel Space Observatory» (ранее «FIRST», NORAD №34937), ЕС, ИК-телескоп; «Fermi Gamma-ray Space Telescope» (ранее «GLAST», NORAD №33053), США, ЕС, γ-телескоп; «Hubble Space Telescope» (NORAD №20580), США, ЕС, телескоп УФ, ИК и видимого диапазона и т.д.).

ИСЗ дистанционного зондирования Земли

Эти спутники осуществляют дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) в различных спектральных диапазонах. Диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от УФ до ИК и радиоволн [13]. Спутники служат для слежением за состоянием флоры и фауны, климата, морских и воздушных течений течений, разведки полезных ископаемых и т.д. Примером таких аппаратов мгут служить спутники серии «Landsat», ИСЗ «AQUA», «AURA» и т.д. Обычно подобные ИСЗ запускают на солнечно-синхронные орбиты.

Космические корабли

Пилотируемые космические аппараты. Примерами являются российские корабли серии «Союз» и американские челноки «Space shuttle».

Космические станции

Метеорологические спутники

Это спутники, предназначенные для передачи данных в целях предсказания погоды, а также для наблюдения климата Земли.

Навигационные спутники

Это спутники, обеспечивающие решение задачи навигации на Земле. В настоящее время глобальными системами навигации является GPS и ГЛОНАСС.

Разведывательные спутники

Это спутник для наблюдения Земли или спутник связи, применяющийся для разведки [16].

Спутники связи

Искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между точками на поверхности земли, не имеющими прямой видимости [17].

Микроспутники

Это малые космические аппараты (массой менее 500 кг), разрабатываемые университетами, частными компаниями и даже любителями. На данном этапе стали весьма востребованными по причине своей относительно низкой стоимости и доступности. Многие университеты США, Европы, Японии запускают свои микроспутники, которые выполняют задачи ДЗЗ, связи между радиолюбителями, отработки новых технологий.

Источник