Dünyanın yörünge yüksekliği. Uydular ve uzay araçları hangi yükseklikte uçuyor? Sabit yörüngenin dezavantajları

Aktif uzay araştırmaları çağının çok az yönünün bu kadar derin bir etkisi olmuştur. günlük hayat Bir kavram olarak insanlık sabit yörünge iletişim uydusunun icadıyla yakından ilgilidir. Bu iki faktörün gerçek bir teknolojik ve bilimsel atılım olduğu ortaya çıktı; bu, yalnızca telekomünikasyon teknolojilerinin değil, aynı zamanda genel olarak tüm bilimin gelişmesine de büyük bir ivme kazandırdı ve bu da insanların hayatlarını niteliksel olarak yeni bir düzeye getirmeyi mümkün kıldı.

Bu, tüm gezegenin sabit radyo sinyallerinden oluşan kalın bir ağ ile kaplanmasını ve gezegenin en uzak noktalarını bile yakın zamana kadar bilim adamlarının hayallerine konu olan ve bilim kurgu yazarlarının konusu olan bir şekilde birbirine bağlamayı mümkün kıldı. Bugün, Antarktika kutup kaşifleriyle telefonda özgürce konuşabilir veya İnternet aracılığıyla yüzeydeki herhangi bir bilgisayarla anında iletişim kurabilirsiniz. Ve tüm bunlar, sabit yörünge ve iletişim uyduları sayesinde.

Sabit bir yörünge, gezegenin ekvatorunun tam üzerinde bulunan dairesel bir yörüngedir. Jeostatik yörünge, üzerinde bulunan uyduların, gezegenin kendi ekseni etrafında dönme hızına eşit Dünya etrafında bir dönüşe sahip olması bakımından benzersizdir, bu da onlara yüzeydeki aynı nokta üzerinde sürekli olarak "havada kalma" fırsatı verir. Bu, radyo sinyallerinin stabilitesini ve olağanüstü kalitesini sağlar.

Jeostatik yörünge, bir tür jeosenkron yörüngedir ve benzersiz özellikleri, telekomünikasyon, televizyon yayıncılığı, meteorolojik, bilimsel araştırmalar ve diğer uyduları barındırmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sabit yörüngenin yüksekliği deniz seviyesinden 35.785 kilometre yüksektir. Gezegenle senkronize dönüşü sağlayan da tam olarak hesaplanmış bu yüksekliktir. GEO üzerinde bulunan yapay uydular dünya ile aynı yönde dönmektedir. Bu, uydunun ve gezegenin eşzamanlı hareketinin etkisinin elde edildiği tek olası parametre kombinasyonudur.

Jeostatik yörüngenin alternatif bir adı da vardır: Clark Kuşağı, bu fikrin geliştirilmesinde ve sabit ve jeosenkronize yörüngeler kavramının geliştirilmesinde aslan payına sahip olan kişinin adını taşır. 1945 yılında Wireless World dergisindeki yayınında, Dünya'ya yakın uzayın bu dar bölgesinin yörünge özelliklerini belirledi ve bir tartışma önerdi. teknik parametreler Dünya-uydu iletişim sistemi için gereklidir.

Telekomünikasyonun hızla gelişmesiyle birlikte, sabit yörünge, yeri doldurulamaz olan eşsiz bir uzay şeridine dönüştü ve bu alanın çeşitli uydularla temelde aşırı sıkışıklığı ciddi bir sorun haline geldi. Uzmanlara göre, 21. yüzyılda sabit yörüngedeki bir yer için şiddetli rekabetçi ekonomik ve siyasi çatışmalar bekleniyor. Uluslararası siyasi anlaşmalar bu sorunu çözemez. Tamamen çıkmaz bir durum ortaya çıkacak. Ve önümüzdeki yirmi yılda, yetkili tahminlere göre, kendisi için en avantajlı yer olan sabit yörünge, kaynağını tamamen tüketecek.

En iyilerinden biri olası çözümler Yörüngede çok amaçlı ağır platform istasyonlarının inşası olabilir. Şu tarihte: modern teknolojiler böyle bir istasyon düzinelerce uydunun yerini başarıyla alabilir. Bu platformlar uydulara göre daha uygun maliyetli olacak ve ülkeleri bilgi konusunda birbirine yaklaştırmaya hizmet edecek.

Tıpkı bir tiyatrodaki koltukların bir performansa farklı bakış açıları sağlaması gibi, farklı uydu yörüngeleri de her biri farklı amaçlara sahip perspektifler sağlar. Bazıları yüzeydeki bir noktanın üzerinde asılı duruyor gibi görünerek Dünya'nın bir tarafının sürekli görüntüsünü sağlarken, diğerleri gezegenimizin etrafında dönerek bir günde birçok yerden geçiyor.

Yörünge türleri

Uydular hangi yükseklikte uçar? 3 tür Dünya'ya yakın yörünge vardır: yüksek, orta ve alçak. En yüksek seviyede, yüzeyden en uzakta, kural olarak birçok hava durumu ve bazı iletişim uyduları bulunur. Orta Dünya yörüngesinde dönen uydular, navigasyonu ve belirli bir bölgeyi izlemek için tasarlanmış özel uyduları içerir. NASA'nın Dünya Gözlem Sistemi filosu da dahil olmak üzere çoğu bilimsel uzay aracı alçak yörüngededir.

Hareketlerinin hızı uyduların uçtuğu yüksekliğe bağlıdır. Dünya'ya yaklaştıkça yerçekimi güçlenir ve hareket hızlanır. Örneğin NASA'nın Aqua uydusunun yaklaşık 705 km yükseklikte gezegenimizin etrafında dönmesi yaklaşık 99 dakika sürerken, yüzeyden 35.786 km yüksekte bulunan bir meteoroloji cihazının dönüşü 23 saat 56 dakika 4 saniye sürüyor. Dünyanın merkezine 384.403 km uzaklıktaki Ay, bir devrimini 28 günde tamamlıyor.

Aerodinamik paradoks

Uydunun yüksekliğini değiştirmek yörünge hızını da değiştirir. Burada bir paradoks var. Bir uydu operatörü hızını artırmak isterse, onu hızlandırmak için sadece motorları çalıştıramaz. Bu, yörüngeyi (ve yüksekliği) artıracak ve hızın düşmesine neden olacaktır. Bunun yerine motorları uydunun hareket yönünün tersi yönde çalıştırmalısınız, yani Dünya'da hareketini yavaşlatacak bir eylem gerçekleştirmelisiniz. araç. Bu eylem onu ​​daha aşağı hareket ettirecek ve hızın artmasını sağlayacaktır.

Yörünge özellikleri

Yüksekliğe ek olarak, bir uydunun yolu eksantriklik ve eğim ile de karakterize edilir. Birincisi yörüngenin şekliyle ilgilidir. Düşük eksantrikliğe sahip bir uydu, daireye yakın bir yörünge boyunca hareket eder. Eksantrik yörünge elips şeklindedir. Uzay aracının Dünya'ya olan mesafesi onun konumuna bağlıdır.

Eğim, yörüngenin ekvatora göre açısıdır. Doğrudan ekvatorun üzerinde dönen bir uydunun eğimi sıfırdır. Bir uzay aracı kuzey ve güney kutuplarının (manyetik değil coğrafi) üzerinden geçerse eğimi 90° olur.

Hepsi birlikte (yükseklik, dışmerkezlik ve eğim) uydunun hareketini ve onun bakış açısından Dünyanın nasıl görüneceğini belirler.

Dünya'ya yakın yüksek

Uydu, Dünya'nın merkezinden tam olarak 42.164 km'ye (yüzeyden yaklaşık 36 bin km) ulaştığında, yörüngesinin gezegenimizin dönüşüyle ​​eşleştiği bir bölgeye girer. Araç Dünya ile aynı hızda hareket ettiğinden, yani yörünge periyodu 24 saat olduğundan, kuzeyden güneye doğru sürüklenebilmesine rağmen tek bir boylam üzerinde sabit kalıyor gibi görünüyor. Bu özel yüksek yörüngeye jeosenkron denir.

Uydu, ekvatorun hemen üzerinde dairesel bir yörüngede hareket eder (dışmerkezlilik ve eğim sıfırdır) ve Dünya'ya göre sabit kalır. Her zaman yüzeyinde aynı noktanın üzerinde bulunur.

Molniya yörüngesi (eğim 63,4°) yüksek enlemlerde gözlem için kullanılır. Jeostatik uydular ekvatora bağlı olduğundan uzak kuzey veya güney bölgeleri için uygun değildir. Bu yörünge oldukça eksantriktir: Uzay aracı, Dünya bir kenara yakın olacak şekilde uzun bir elips üzerinde hareket eder. Uydu yer çekimi etkisiyle hızlandığı için gezegenimize yaklaştığında çok hızlı hareket eder. Uzaklaştıkça hızı yavaşlıyor, dolayısıyla yörüngesinin Dünya'ya en uzak ucunda, uzaklığı 40 bin km'ye ulaşabilen tepesinde daha fazla zaman harcıyor. Yörünge süresi 12 saattir, ancak uydu bu sürenin yaklaşık üçte ikisini bir yarımkürede geçirir. Yarı senkronize bir yörünge gibi uydu her 24 saatte bir aynı yolu takip eder ve uzak kuzeyde veya güneyde iletişim için kullanılır.

Dünya'ya yakın düşük

Çoğu bilimsel uydu, birçok meteorolojik uydu ve uzay istasyonu neredeyse dairesel alçak Dünya yörüngesindedir. Eğimleri neyi izlediklerine bağlıdır. TRMM tropik bölgelerdeki yağışları izlemek için başlatıldı, bu nedenle nispeten düşük bir eğime (35°) sahip ve ekvatora yakın kalıyor.

NASA'nın gözlem sistemi uydularının çoğu, kutuplara yakın, yüksek eğimli bir yörüngeye sahiptir. Uzay aracı Dünya'nın etrafında kutuptan direğe 99 dakikalık bir sürede hareket ediyor. Zamanın yarısında gezegenimizin gündüz tarafına geçer, kutupta ise gece tarafına döner.

Uydu hareket ettikçe Dünya onun altında döner. Araç aydınlatılan alana doğru hareket ettiğinde son yörünge bölgesine komşu olan alanın üzerindedir. 24 saatlik bir süre boyunca kutup uyduları en Dünya iki kez: Bir kez gündüz ve bir kez gece.

Güneş-senkron yörünge

Tıpkı jeosenkron uyduların ekvatorun üzerinde yer alması gerektiği gibi, bu onların bir noktanın üzerinde kalmasına izin verir, kutupsal yörüngedeki uydular da aynı anda kalma yeteneğine sahiptir. Yörüngeleri güneşle senkronizedir; uzay aracı ekvatoru geçtiğinde yerel güneş zamanı her zaman aynıdır. Örneğin Terra uydusu her zaman sabah 10:30'da Brezilya üzerinden geçiyor. 99 dakika sonra Ekvador veya Kolombiya üzerinden bir sonraki geçiş de yerel saatle 10:30'da gerçekleşecek.

Güneşle senkronize bir yörünge bilim için gereklidir çünkü mevsime bağlı olarak değişiklik gösterse de güneş ışığının Dünya yüzeyinde kalmasına izin verir. Bu tutarlılık, bilim adamlarının, değişim yanılsaması yaratabilecek ışıktaki çok büyük sıçramalar konusunda endişelenmeden gezegenimizin aynı mevsime ait görüntülerini birkaç yıl boyunca karşılaştırabilecekleri anlamına geliyor. Güneşle senkronize bir yörünge olmasaydı, onları zaman içinde takip etmek ve iklim değişikliğini incelemek için gereken bilgileri toplamak zor olurdu.

Uydunun buradaki yolu çok sınırlıdır. Eğer 100 km yükseklikteyse yörüngenin eğimi 96° olmalıdır. Herhangi bir sapma kabul edilemez. Atmosfer direnci ve Güneş ile Ay'ın çekim kuvveti uzay aracının yörüngesini değiştirdiğinden düzenli olarak ayarlanması gerekir.

Yörüngeye enjeksiyon: fırlatma

Bir uyduyu fırlatmak, miktarı fırlatma alanının konumuna, hareketinin gelecekteki yörüngesinin yüksekliğine ve eğimine bağlı olan enerji gerektirir. Uzak bir yörüngeye ulaşmak daha fazla enerji gerektirir. Önemli bir eğime sahip uydular (örneğin kutupsal olanlar), ekvatoru çevreleyen uydulardan daha fazla enerji yoğundur. Düşük eğimli bir yörüngeye yerleştirme, Dünya'nın dönmesiyle desteklenir. 51.6397° açıyla hareket eder. Uzay mekiklerinin ve Rus roketlerinin oraya ulaşmasını kolaylaştırmak için bu gerekli. ISS'nin yüksekliği 337-430 km'dir. Kutup uyduları ise Dünya'nın momentumundan herhangi bir yardım almadıkları için aynı mesafeye çıkmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarlar.

Ayarlama

Bir uydu fırlatıldıktan sonra onu belirli bir yörüngede tutmak için çaba gösterilmesi gerekir. Dünya mükemmel bir küre olmadığından yer çekimi bazı yerlerde daha güçlüdür. Bu düzensizlik, Güneş, Ay ve Jüpiter'in (en büyük gezegen) çekim kuvvetiyle birlikte Güneş Sistemi), yörüngenin eğimini değiştirir. GOES uyduları yaşamları boyunca üç veya dört kez ayarlandı. NASA'nın alçak yörüngeli araçlarının eğimlerini yıllık olarak ayarlaması gerekiyor.

Ayrıca Dünya'ya yakın uydular da atmosferden etkilenir. En üstteki katmanlar, oldukça seyrek olmasına rağmen, onları Dünya'ya yaklaştıracak kadar güçlü bir direnç gösterir. Yer çekiminin etkisi uyduların hızlanmasına yol açar. Zamanla yanarlar, giderek daha hızlı bir şekilde atmosfere doğru spiral çizerler veya Dünya'ya düşerler.

Güneş aktif olduğunda atmosferik sürükleme daha güçlüdür. Tıpkı içerideki hava gibi sıcak hava balonu Isıtıldığında genişleyip yükselirken, atmosfer Güneş'in kendisine ek enerji vermesiyle de yükselip genişliyor. Atmosferin ince katmanları yükselir ve onların yerini daha yoğun katmanlar alır. Bu nedenle, Dünya yörüngesinde dönen uyduların atmosferik sürtünmeyi telafi etmek için yılda yaklaşık dört kez konumlarını değiştirmeleri gerekir. Güneş aktivitesinin maksimum olduğu zamanlarda cihazın konumunun 2-3 haftada bir ayarlanması gerekir.

Uzay enkazı

Yörünge değişikliğine neden olan üçüncü neden ise uzay enkazıdır. Iridium'un iletişim uydularından biri, çalışmayan bir Rus uzay aracıyla çarpıştı. Düştüler ve 2.500'den fazla parçadan oluşan bir enkaz bulutu oluşturdular. Her bir öğe, bugün 18.000'den fazla insan yapımı nesne içeren veri tabanına eklendi.

NASA, uzay enkazı nedeniyle yörüngelerin zaten birkaç kez değiştirilmesi gerektiğinden, uyduların yolunda olabilecek her şeyi dikkatle izliyor.

Mühendisler, harekete müdahale edebilecek uzay enkazlarının ve uyduların konumunu izliyor ve gerektiğinde kaçınma manevralarını dikkatlice planlıyor. Aynı ekip, uydunun eğimini ve yüksekliğini ayarlamak için manevraları planlayıp yürütüyor.

Sıfır eğime ve 35.756 km yüksekliğe sahip sabit bir yörünge, stratejik açıdan önemli bir yörünge olmayı sürdürüyor. yapay uydular Toprak. Bu yörüngeye yerleştirilen uydular, Dünya'nın merkezi etrafında, dünya yüzeyiyle aynı açısal hızla dönerler. Bu sayede, sabit uyduları izlemek için uydu antenlerine gerek yoktur; Dünya yüzeyindeki belirli bir konum için sabit bir uydu, her zaman gökyüzünde bir noktada bulunur.

2005'teki Rus sabit iletişim uydularından oluşan bir takımyıldızın bir örneği:

Ama kontrol et son program Gunther'in web sitesi, 2017'de 40'tan fazla sabit uydunun fırlatılmadığını gösteriyor; bu sayı, 2017'deki uydu fırlatmalarını da içerse bile. GTO (coğrafi transfer yörüngesi) Ve Molniya tipi yörüngeler (Kozmos-2518). Bu tutarsızlıkla bağlantılı olarak, aynı Gunter web sitesini kullanarak, sabit yörüngeye yıllık fırlatmaların dinamiklerini ve fırlatılan sabit uyduların toplam kütlesindeki değişikliklerin dinamiklerini bağımsız olarak değerlendirmeye çalıştım.

Sabit konumlu uyduların çoğu fırlatılır. coğrafi aktarım yörüngeleri (GTO) ve sonra günberi noktasına çıkmak ve sabit yörüngeye girmek için kendi motorlarını kullanırlar. Bunun nedeni, stratejik açıdan önemli sabit yörüngenin kirlenmesini en aza indirme arzusudur (GPO'daki fırlatma aracının üst aşamaları, yörüngelerin düşük günberi nedeniyle GEO'dakinden çok daha hızlı yanar). Bu bağlamda, sabit uyduların fırlatma kütlesi çoğunlukla GPO'ya ilk fırlatma sırasında belirtilir. Bu nedenle, GPO'daki sabit uyduların kütlesini saymaya ve aynı zamanda başlangıçta GPO'da veya alçak ve sabit yörüngeler (çoğunlukla Molniya yörüngeleri) arasında bulunan diğer eliptik yörüngelerde çalışması amaçlanan uyduları da hesaplamaya dahil etmeye karar verdim. Öte yandan, bazı durumlarda, uyduların sabit yörüngeye doğrudan fırlatılması gerçekleştirilir (örneğin, Sovyet, Rus ve Amerikan askeri uyduları durumunda), ayrıca askeri uydular için kütle genellikle basitçe bilinmemektedir ( bu durumda, GPO'da fırlatma sırasında fırlatma aracının yeteneklerinin üst sınırını belirtmek gerekir). Bu bağlamda hesaplamalar yalnızca ön hazırlık niteliğindedir. Açık şu an Uzay çağının 60 yılının 35 yılını işlemeyi başardık ve yıllara göre şu durum ortaya çıkıyor:

1) GPO ve Molniya yörüngelerine fırlatılan kütle bakımından 2017'de yeni bir rekor kırıldı (192 ton):

2) Bu tür yörüngelere fırlatılan araçların sayısında özel bir artış gözlemlenmemektedir (siyah çizgi trend çizgisidir):

3) Başlatma sayısında da benzer bir durum görülmektedir:

Genel olarak, oldukça eliptik yüksek yörüngelere doğru kargo trafiğinde istikrarlı bir artışa doğru bir eğilim var. On yıla göre ortalama değerler:

Uzay nesnelerinin ortalama alanına göre ( kümülatif kesit alanı, ölçülen metrekare) sabit uydular, alçak yörüngeli araçlara göre daha da üstündür (üst aşamaları hesaba katsak bile - R.B.):

Bunun nedeni muhtemelen sabit uydulardaki konuşlandırılabilir yapıların (antenler, antenler) çok sayıda olmasıdır. Solar paneller ve termoregülasyon pilleri).

Yıllar geçtikçe sabit yörüngede çalışan uyduların sayısı sürekli artıyor. Yalnızca bu on yılda sayıları dörtten beş yüze çıktı:

Çalışan uydular veri tabanına göre, şu anda GEO'da çalışan en eski uydu, aktarma uydusudur. TDRS-3 1988'de piyasaya sürüldü. Toplamda şu anda GSO'da çalışan ve yaşı 20 yılı aşan 40 cihaz bulunmaktadır:

Gömülü yörüngeleri hesaba katan sabit uyduların toplam sayısı zaten bin cihazı aşıyor (minimum üst aşama sayısıyla () R.B.) bu yörüngelerdeki roketler):

Sabit uydu takımyıldızlarına örnekler:

Sabit yörüngedeki aşırı kalabalığın artması, daha ağır sabit uyduların eğiliminin devam etmesine yol açmaktadır. Eğer ilk GSO uydular 2017'de yalnızca 68 kg ağırlığındaydı Çin 7,6 tonluk bir cihazı fırlatmaya çalıştı. Sabit yörüngenin artan aşırı kalabalığının, gelecekte burada yeniden kullanılabilir unsurlara sahip büyük sabit platformların yaratılmasına yol açacağı açıktır. Bu tür platformların aynı anda birçok sorunu çözmesi muhtemeldir: Meteoroloji için iletişim ve Dünya yüzeyinin gözlemlenmesi, savunma ihtiyaçları vb.

Yeni bir Çin platformu temelinde oluşturulan 7,6 ton ağırlığındaki sabit iletişim uydusu DFH-5

Dünya'ya yakın uzayda hareketin nasıl organize edildiğini nadiren düşünüyoruz. Örneğin, Dünya'dan uzay istasyonuna gitmek, Moskova'dan St. Petersburg'a gitmekten bir taş atımı uzaklıkta ve kabul edilen uydu anteni sinyal, ortalama bir arabanın beş yılda kat ettiği mesafeden daha fazla mesafe kat etti. Ek olarak, her fırlatma öncesinde cihazın uzayda hareket edeceği yörüngenin dikkatli bir şekilde tasarlanması gerekiyor. Seçtiğimiz yörüngeler

1961'de Korolev OKB-1 uzmanları ilk Sovyet iletişim uydusu "Molniya-1"i yaratmaya başladı. televizyon sistemi"Yörünge", beyin çocukları için bir hedef yörünge seçme sorunuyla karşı karşıya kaldılar. İlk bakışta 36 bin kilometre yükseklikteki sabit yörünge en etkilisi gibi görünüyordu. Üzerinde bulunan uydu, Dünya yüzeyinin yaklaşık 1/3'ü boyunca günün her saati doğrudan görülebilmektedir. Ancak böyle bir yörüngeden yüksek enlemlerde iletişim ve Uzak Kuzey'de televizyon yayını sağlamak mümkün değildir. Ayrıca, Sovyetler Birliği o zamanlar ağır uyduları sabit yörüngeye fırlatacak taşıyıcılara sahip değildi.

Halihazırda geliştirilmekte olan bir roket tarafından bir iletişim uydusunun fırlatılabileceği bir yörünge bulan balistikçiler tarafından bir çözüm bulundu. Minimum yüksekliği (perigee) 500 kilometre ve maksimum yüksekliği (apogee) 40.000 kilometre olan oldukça uzun bir yörüngeydi. Yörünge süresi 12 saatti ve gök mekaniği yasalarına uygun olarak uydu, zamanının çoğunu yeröte bölgesinde geçirdi. Yörünge eğimi (63,4°), bu süre zarfında uydunun SSCB topraklarının çoğundan görülebileceği şekilde seçildi. İletişim için uygun koşullar sekiz saat sürdü, ardından uydu Dünyanın diğer tarafına gitti ve bir sonraki yörüngede apoje geçti Kuzey Amerika. Yine ancak 16 saat sonra televizyonda yeniden yayına uygun hale geldi.

Molniya-1 iletişim uydusu, 23 Nisan 1965'teki üçüncü denemede başarıyla bu yörüngeye fırlatıldı ve hemen ertesi gün, Sovyetler Birliği'ndeki ilk uzay iletişim oturumu Moskova ile Vladivostok arasında gerçekleşti. 24 saat televizyon yayını için üç Molniya uydusunun aynı anda uzayda tutulması ve Dünya'ya inşa edilmesi gerekiyordu. karmaşık antenler. Büyük parabolik "aynalar" uydunun gökyüzündeki karmaşık yörüngesini takip ediyordu: hızla batıya doğru yükseldi, zirveye yükseldi, üzerinden geçti, sonra ters yönde hareket etmeye başladı, tekrar döndü ve hızlanarak aşağı indi. doğu ufku. Bir başka karmaşık faktör, uzun bir yörünge boyunca hareket ederken hızdaki önemli değişikliklerdi; bunun sonucunda Doppler etkisi nedeniyle Dünya'da alınan sinyalin frekansı sürekli değişiyordu.

İlk Sovyet iletişim uydusu için seçilen yörüngeye daha sonra Molniya yörüngesi adı verildi. Daha güçlü roketlerin ortaya çıkmasıyla birlikte gelişimi, 500 kilometrelik yerberi, 71.000 doruk noktası ve 24 saatlik yörünge periyoduyla oldukça eliptik Tundra yörüngesi haline geldi. Böyle bir periyoda sahip yörüngelere jeosenkron denir, çünkü onlar boyunca hareket eden uzay aracı her zaman doruk noktasını Dünya'nın aynı bölgesi üzerinden geçer. Tundra yörüngesinde uydu kullanmanın verimliliği önemli ölçüde arttı, çünkü seçilen bir alana her yörüngede 12 saatten fazla hizmet verebiliyorlar ve iki cihaz günün her saati iletişimi organize etmek için yeterli. Ancak yer ekipmanı karmaşık olmaya devam ediyor çünkü jeosenkron uydular gökyüzündeki konumlarını sürekli değiştiriyor ve izlenmeleri gerekiyor.

Gökyüzünde asılı

Uydunun Dünya'ya göre sabit kalması durumunda alıcı ekipman büyük ölçüde basitleştirilir. Jeosenkron yörüngelerin tamamı arasında bu, yalnızca ekvatorun tam üzerinde yer alan (eğim 0°) tek bir dairesel yörüngede elde edilir. Bu yörüngeye durağan denir çünkü bu yörüngede uydu, ekvator üzerinde 35.786 kilometre yükseklikte seçilen bir noktanın üzerinde asılı duruyor gibi görünmektedir.

Jeostatik uyduyu ilk fırlatanlar Amerikalılardı ancak hemen başarıya ulaşamadılar. 1963'teki ilk iki deneme başarısızlıkla sonuçlandı ve yalnızca 10 Eylül 1964'te Sincom-3 uydusu sabit yörüngeye girdi. İlginçtir ki 19 Ağustos'ta uzaya fırlatıldı ve neredeyse bir ay boyunca kendi motorunun yardımıyla kendisi için seçilen durma noktasına kadar sürünerek geldi. İlk yerli sabit uydu Raduga-1, yalnızca 22 Aralık 1975'te fırlatıldı. O zamandan beri GEO sürekli olarak yenilendi ve bugün üzerinde 400'den fazla uydu bulunuyor ve yakınında 600 araç daha hareket ediyor.

Açıkça söylemek gerekirse, yerleştirmedeki çeşitli rahatsızlıklar ve hatalar nedeniyle, sabit uydu ekvatorun üzerinde tamamen hareketsiz "asılı" kalmaz, sabit noktasına göre salınımlı bir hareket yapar. Dünyanın yüzeyine yansıtıldığında yörüngesi küçük bir sekiz rakamına benziyor. Ek olarak, yerçekimi bozuklukları nedeniyle cihaz yörüngesi boyunca "sürüklenebilir". Seçilen sabit noktada kalabilmek ve yerdeki antenlerin hedefi dışına çıkmamak için cihazın düzenli olarak yörüngesini ayarlaması gerekmektedir. Bu amaçla gemide yakıt rezervi bulunmaktadır. Sabit bir uydunun hizmet ömrü bazen buna bağlıdır.

Basit geometrik yapılar, 81°'nin üzerindeki enlemlerde sabit uyduların ufkun altında olduğunu göstermektedir, bu da kutup bölgelerinde onların yardımıyla iletişimin imkansız olduğu anlamına gelir. Uygulamada, sabit bir uydu aracılığıyla mobil iletişim 65-70° enlemle ve sabit iletişim ise 70-75° enlemle sınırlıdır. GSO aracılığıyla iletişimin başka bir ciddi dezavantajı daha vardır. Uyduya giderken ve geri dönerken, radyo sinyali 70 bin kilometreden fazla yol kat ediyor ve üzerinde saniyenin çeyreğini harcıyor. Sinyalin işlenmesi ve sabit hatlar üzerinden iletilmesi için gereken süre dikkate alındığında gecikme yarım saniyeyi önemli ölçüde aşabilir. Sonuç olarak, uydu üzerinden sağlanan internet hizmetleri yavaş yanıt veriyor ve telefon iletişimi rahatsız oluyor çünkü modern araçlar"yankı iptali" her zaman baş edemiyor uzun gecikmeler. Bu eksikliklerden kurtulmak için uyduların yüksekliğinin azaltılması gerekmektedir.

Yörünge elemanları

Latince "yörünge" kelimesi "iz" veya "yol" anlamına gelir. Dünya'ya yakın yörünge bir dizi parametre ile karakterize edilir: en düşük ve en yüksek rakım (yörünge periyodunu da belirleyen yerberi ve apoji), eğim (yörünge düzlemi ile dünyanın ekvator düzlemi arasındaki açı), boylam Yörüngenin "hangi yönde" (ekvator düzleminde hangi çizginin etrafında) eğildiğini belirten yükselen düğüm ve eliptik yörüngenin kendi düzleminde nasıl döndüğünü gösteren yerberi argümanı. Diğer gezegenlerden gelen yerçekimi bozuklukları, güneş radyasyonunun basıncı, Dünya'nın küresel olmayan şekli, manyetik alanı ve atmosferi, uyduların yörüngelerinin zamanla gözle görülür şekilde değişebilmesine yol açmaktadır. Bu nedenle uydunun çalışması sırasında düzenli olarak yörünge ölçümleri yapılıyor ve gerekirse yörüngesi ayarlanıyor.

Takımyıldızı İridyum

Ticari ve hükümet iletişim uydu sistemleri nispeten düşük yörüngelerde oluşturulmaktadır. Teknik olarak bu yörüngelere iletişim için uygun denemez, çünkü üzerlerindeki uydular çoğu zaman ufkun aşağısında görünür, bu da alım kalitesini olumsuz etkiler ve dağlık arazide bunu imkansız hale getirebilir. Dolayısıyla yörünge ne kadar düşük olursa sistemde o kadar çok uydu bulunması gerekir. Eğer için küresel sistem GSO'da iletişim için üç uydu yeterlidir, ancak orta irtifa yörüngelerinde (5000-15.000 kilometre) 8 ila 12 uzay aracı gereklidir. 500-2000 kilometre irtifalar için ise elliden fazla uyduya ihtiyaç var.

Ancak 1980'lerin sonunda düşük yörüngeli iletişim sistemlerinin uygulanması için önkoşullar geliştirildi. Öncelikle GEO'daki uydular giderek kalabalıklaşıyordu. Bu yörüngedeki “park alanları” uluslararası tescile tabi olup, komşu uyduların birbirlerine müdahale etmemesi için aynı radyo frekanslarında çalışmamaları gerekmektedir. İkincisi, radyo elektroniği alanındaki ilerleme, yeterli donanıma sahip ucuz (ve en önemlisi hafif) uyduların yaratılmasını mümkün kılmıştır. geniş olanaklar. Yalnızca bir büyük iletişim uydusunu sabit yörüngeye fırlatma kapasitesine sahip bir roket, bu tür cihazlardan oluşan bir "paketin" tamamını alçak yörüngeye fırlatabilir. Üçüncüsü, Soğuk Savaş'ın sona ermesi ve silahsızlanma süreci, küçük uyduları uygun fiyatlarla fırlatmak için kullanılabilecek yüzlerce kıtalararası balistik füzenin piyasaya sürülmesiydi. Ve son olarak, GSO'ya "ulaşamayan" düşük güçlü çok yönlü antenlerin kullanımıyla karakterize edilen mobil iletişime olan talep bu yıllarda hızla artmaya başladı. Tüm bu faktörler lansmanı daha da zorlaştırdı çok sayıda Ucuz düşük yörüngeli uydular, birkaç ağır coğrafi uydudan oluşan bir takımyıldız oluşturmaktan daha karlıdır.

İlk düşük yörüngeli iletişim sistemleri arasında Orbcomm (ABD) ve Gonets (Rusya) vardı. Ses iletimi sağlamadılar, ancak göndermeyi amaçlıyorlardı Metin mesajları ve buradan bilgi toplamak çeşitli sensörlerörneğin meteorolojik. Bugün Orbcomm'da 775 kilometre yükseklikteki yörüngelerde 42 kilogram ağırlığında 29 uydu yer alıyor. Messenger sistemi başlangıçta yalnızca 6 uydu içeriyordu, bu nedenle mesaj teslim süreleri birkaç saat sürebiliyordu. Şimdi üçüncü nesil uydulardan geçiyor, işletim cihazlarının sayısı dokuza ulaştı, ancak gelecekte 1500 kilometre yükseklikte neredeyse kutupsal beş yörüngede (82,5° eğim) her biri için 45 - dokuza çıkarılması gerekiyor.

Kutupsal yörüngeler, Dünya'nın Kuzey ve Güney kutuplarının üzerinden geçen, yani ekvatora dik olarak yerleştirilmiş olanlardır. Dünya yüzeyinin herhangi bir kısmı periyodik olarak kutupsal yörüngedeki bir uydunun görüş alanına girer. Birbirine açılı olarak döndürülmüş bu tür birkaç yörünge kullanırsanız ve her birinde eşit aralıklarla birkaç uydu fırlatırsanız, Dünya'nın tüm yüzeyini sürekli olarak inceleyebilirsiniz. Iridium uydu telefon ağı tam olarak bu şekilde çalışmaktadır. 86,4° eğime ve 780 kilometre yüksekliğe sahip kutupsal yörüngeleri kullanır. Başlangıçta 77 uydu barındırdılar, dolayısıyla sistemin adı: iridyum - 77. element Periyodik tablo Mendeleev. Ancak piyasaya sürülmesinden dokuz ay sonra Kasım 1998'de Iridium iflas etti. Dakikada yedi dolara ulaşan arama fiyatının tüketiciler için çok yüksek olduğu ortaya çıktı, bunun nedeni kısmen İridyum sisteminin doğru sonucu sunmasıydı. küresel bağlantı- kutuptan direğe. Biraz sonra ekonomi adına başlatılan GlobalStar sistemi, iletişimi 70. paralelle (yaklaşık olarak Yamal enleminde) sınırlayan 52° eğimli kutupsal yörüngeler yerine kullanıyor. Ancak operasyon için 48 uydu yeterli (artı dört yedek uydu) ve aynı 1999'da iletişim maliyeti dakikada iki dolardan fazla değildi.

Sistemin tamamı ABD Savunma Bakanlığı tarafından satın alındığında, İridyum uyduları yörüngeden çıkarılıp atmosferin yoğun katmanlarında yakılmaya hazırlanıyordu. İridyum bugüne kadar tek uydu sistemi dünya çapında sürekli olarak telefon iletişimi sağlayan iletişim. Örneğin 2006'dan bu yana sağlanan kalıcı bağlantı Güney Kutbu'ndaki Amundsen-Scott kutup istasyonunun internetine. Bağlantı hızı, eski bir telefon modemine benzer şekilde saniyede 28,8 kilobittir.

Dünya'ya yakın alanın kullanımı

İlk yaklaşıma göre, uydu yörüngeleri düşük (Dünya'dan 2000 kilometreye kadar), orta (sabit yörüngenin altında) ve yüksek olarak bölünmüştür. İnsanlı uçuşlar 600 kilometreyi geçmeyecek şekilde gerçekleştiriliyor uzay gemileri gezegenimizi çevreleyen radyasyon kuşaklarına dahil edilmemelidir. İç radyasyon kuşağından gelen enerjik protonlar astronotların hayatı için tehlike oluşturuyor. Maksimum radyasyon yoğunluğuna, tüm uzay araçlarının kaçındığı yaklaşık 3000 kilometre yükseklikte ulaşılır. Harici bir elektronik kemer o kadar tehlikeli değildir. Maksimumu, navigasyon bölgeleri ile sabit uydular arasında bir yerde bulunur. Oldukça uzun eliptik yörüngelerde çalışan uydular genellikle daha da yükseğe çıkar. Örneğin, paraziti önlemek için radyasyon kuşaklarından uzakta gözlem yapan Chandra X-ışını gözlemevi (ABD) ve verileri ne kadar doğru olursa, gelecekteki Rus Radioastron gözlemevi de bunlardır. daha uzun mesafe bir çift karasal radyo teleskopunda onunla çalışmaktan. Aynı şekilde güneşe yakın yörüngeler olarak kabul edilebilecek en yüksek Dünya yörüngeleri, Lagrange noktaları olarak adlandırılan 1,5 milyon kilometre yükseklikte yer alır.

Güneş ile birlikte

Bir diğeri kutuplara yakın önemli sınıf Güneş eşzamanlı (SSO) adı verilen ve Güneş'e göre her zaman sabit bir yönelime sahip olan yörüngeler. İlk bakışta bu, yörünge düzleminin sabit kalmasını öngören gök mekaniği yasalarıyla çelişiyor gibi görünüyor; bu, Dünya Güneş'in etrafında dönerken önce bir taraftan diğerine dönmesi gerektiği anlamına geliyor. Ancak Dünya'nın düzleştirilmiş bir şekle sahip olduğunu hesaba katarsak, yörünge düzleminin devinim yaşadığı, yani dönüşten dönüşe hafifçe döndüğü ortaya çıkıyor. Doğru yüksekliği ve eğimi seçerek, yörünge düzleminin dönüşünün, Dünya'nın Güneş etrafında kat ettiği yayın tam olarak karşılık gelmesini sağlayabilirsiniz. Örneğin, 200 kilometrelik bir yörünge yüksekliği için eğim 96° dereceden biraz fazla olmalı ve 1000 kilometre için 99°'den fazla olmalıdır (90°'nin üzerindeki rakamlar, Dünya'nın günlük dönüşüne karşı olan yörünge hareketine karşılık gelir). .

SSO'nun değeri, onun boyunca hareket eden uydunun, uzay fotoğrafçılığı için önemli olan, her zaman günün aynı saatinde karasal nesnelerin üzerinden uçması gerçeğinde yatmaktadır. Ek olarak, SOF'un kutupsal yörüngelere yakınlığı nedeniyle, tüm dünya yüzeyini izleyebilirler; bu, toplu olarak Dünya uzaktan algılama (ERS) uyduları olarak adlandırılan meteoroloji, haritalama ve keşif uyduları için önemlidir. Belirli bir SSO parametresi seçimi, uydunun asla Dünya'nın gölgesine girmemesine, her zaman gece ve gündüz sınırına yakın güneşte kalmasına olanak tanır. Uyduda sıcaklık değişimi yaşanmaz ve güneş panelleri ona sürekli enerji sağlar. Bu tür yörüngeler, dünya yüzeyinin radarla haritalanması için uygundur.

Boyutu bir metreye yakın nesneleri ayırt etmek için gerekli olan sivil uzaktan algılama uyduları genellikle 500-600 kilometre irtifalarda görev yapıyor. Atış çözünürlüğü 10-30 santimetre olan askeri keşif uyduları için bu yükseklikler çok yüksek. Bu nedenle yörüngeleri genellikle yerberi araştırma noktasının üzerinde kalacak şekilde seçilir. Birden fazla "ilgi nesnesi" varsa, keşif subayı motoru kullanarak yörüngenin şeklini değiştirmek zorunda kalır, bazen atmosferin üst katmanlarına "dalışlar" yaparak yaklaşık 150 kilometre yüksekliğe iner. Dünya'ya mümkün olduğu kadar yaklaşma ihtiyacı önemli dezavantaj- atmosferik direnç, uydunun uzayda kalma süresini önemli ölçüde azaltır. Biraz açık kalırsanız, atmosfer uyduyu uçuruma sürükleyecek ve orada kaçınılmaz olarak yanacaktır. Bu nedenle, yörüngeyi düzeltmek ve periyodik olarak irtifayı yükseltmek için alçak yörüngeli "casusların" gemisinde büyük miktarda yakıt bulundurulması gerekir. Örneğin, Amerikan KH-11 fotoğraflı keşif uçağının 18 tonluk fırlatma ağırlığının yaklaşık %40'ı yakıttır. Böylece seçilen yörünge tasarımı doğrudan etkileyebilir ve hatta bazen dış görünüş aparat.

Bu bağımlılık, özellikle yakın zamanda Rus Plesetsk kozmodromundan fırlatılan Avrupa bilimsel aparatı GOCE'nin tasarımında açıkça ortaya çıktı. Çoğu modern uydunun açısal konturlarından farklı olarak alışılmadık bir ok şeklinde şekle sahiptir ve hatta yüksek hızlı bir uçakla çağrışımları çağrıştırmaktadır. Gerçek şu ki, Dünya'nın çekim alanını inceleyen uydu için 240-250 kilometre yükseklikte düşük bir SSO seçildi. Ölçüm doğruluğu açısından optimaldir ancak atmosferin frenleme etkisine dayanabilmesi için uydu minimum kesitle şekillendirilmiştir. Ek olarak, yörüngeyi düzeltmek için cihazın arka kısmına iyon elektrikli roket motorları yerleştirilmiştir.

"Clark'ın Yörüngesi"

Muhtemelen, sabit uyduların olasılığı hakkında ilk konuşanlar Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ve Slovenya'dan bir astronotik teorisyeni olan ve daha çok Herman Noordung olarak bilinen Herman Potochnik'ti. Ancak bunları iletişim amacıyla kullanma fikri ünlü İngiliz bilim adamı ve bilim kurgu yazarı Arthur C. Clarke'ın önerisiyle yaygınlaştı. 1945'te Wireless World'de, sabit yörüngedeki (GSO) iletişim uydularını anlatan ve artık sıklıkla "Clark Yörüngesi" olarak adlandırılan popüler bir bilim makalesi yayınladı.

Küresel görüş

Ancak tüm uydular uzaktan algılamaya ihtiyaç duymaz yüksek çözünürlük. Cihazın görevi hava kütlelerinin bölgesel veya küresel hareketlerini izlemekse, 30 santimetre büyüklüğünde bir nesneyi tespit etme yeteneğinin ne faydası var? termal koşullar geniş bölgeler. Uygulanması için kapsamın genişliği çok daha önemlidir. Küresel meteorolojik izlemede uydular genellikle GSO veya yüksek MSO'ya yerleştirilirken, bölgesel meteorolojik izlemede uydular genellikle seçilen alanın düzenli olarak incelenmesine olanak sağlayacak eğime sahip nispeten düşük irtifalı (500-1000 kilometre) bir yörüngeye yerleştirilir. Örneğin, gelecek vaat eden bir Rus uydusu

"Meteor-M", 830 kilometre yükseklikte GGG ile hidrometeorolojik durumu küresel ölçekte izlemelidir. Elektro-L cihazı için ise GSO seçildi, çünkü asıl amacı Dünya'nın tüm diskini görünür ve kızılötesi aralıklarda fotoğraflamak olacak. Ayrıca GSO'da bu durumda ekvator bölgesinde meydana gelen küresel atmosferik süreçler hakkında bilgi edinmek için idealdir.

Tam da dünya yüzeyinin önemli bir bölümünü GEO'dan incelemek mümkün olduğundan, burası yalnızca iletişim cihazları ve hava durumu uydularıyla değil, aynı zamanda füze saldırısı uyarı sistemleriyle de "doldurulur". Ana görevleri, ekipmanın çalışan bir motorun meşalesini tespit edebilen bir kızılötesi teleskop içerdiği balistik füze fırlatmalarını tespit etmektir. GSO'nun dezavantajları bu durumda bir rol oynamıyor - sonuçta uydunun Kuzey veya Güney Kutbu'na bilgi iletmesine gerek yok, ancak dünya yüzeyinin üçte biri açıkça görülebiliyor.

Küresel navigasyon sistemleri GPS ve GLONASS'ın uyduları için yörünge parametrelerinin seçiminin çok zor olduğu ortaya çıktı. Fikrin kendisi (sinyal gecikmesi yoluyla iyi bilinen koordinatlara sahip uydulara olan mesafeyi ölçmek) açık olmasına rağmen, uygulanması onlarca yıl sürdü. SSCB'de bu yönde araştırmalar 1958'de başladı. Beş yıl sonra ilk uydu navigasyon sistemi “Cicada”nın çalışmaları başladı ve ancak 16 yıl sonra devreye alındı. Dört navigasyon uydusu, 1000 kilometre yükseklikte ve 83° eğimle alçak dairesel yörüngelerde çalışıyordu. Yörüngelerinin düzlemleri ekvator boyunca eşit olarak dağılmıştı. Yaklaşık her bir buçuk ila iki saatte bir, bir tüketici Cicada uydularından biriyle radyo bağlantısına girebiliyor ve 5-6 dakikalık iletişimden sonra enlem ve boylamını belirleyebiliyor. Tabii ki askeri müşteriler uydu seyir sistemi Bu çalışma tarzından memnun değildim. Üç uzaysal koordinatı, bir hız vektörünü ve tam zamanı. Bunun için en az dört uydudan aynı anda sinyal alınması gerekiyor. Bu, yüzlerce uzay aracının alçak yörüngelere yerleştirilmesini gerektirecektir ki bu sadece inanılmaz derecede pahalı olmakla kalmayacak, aynı zamanda gerçekleştirilmesi de imkânsız olacaktır. Gerçek şu ki, Sovyet uydularının hizmet ömrü bir veya iki yılı (ve daha sıklıkla birkaç ayı) aşmadı ve tüm roket ve uzay endüstrisinin yalnızca navigasyon uydularının üretimi ve fırlatılması üzerinde çalışacağı ortaya çıktı. Ayrıca düşük yörüngeli uydular, dünya atmosferinin etkisinden dolayı önemli rahatsızlıklar yaşamaktadır ve bu durum, kendilerinden belirlenen koordinatların doğruluğunu etkilemektedir.

Araştırmalar, uyduların 19.000-20.000 kilometre yükseklikte (GLONASS için 19.100 kilometre yükseklik seçilmiştir) yaklaşık 64° eğimle dairesel yörüngelere yerleştirilmesiyle navigasyon sisteminin gerekli parametrelerinin sağlandığını göstermiştir. Buradaki atmosferin etkisi zaten önemsizdir ve Ay ve Güneş'ten gelen yerçekimsel rahatsızlıklar henüz yörüngede hızlı değişikliklere yol açmamaktadır.

Uydu Mezarlığı

Son 20 yılda her şey daha fazla ülke sabit yörüngede kendi telekomünikasyon, meteorolojik ve askeri uydularını edindiler. Bunun sonucunda GSO kalabalıklaştı. Uydular arasındaki ortalama mesafe yaklaşık 500 kilometredir ve bazı bölgelerde ağır araçlar birbirlerinden sadece birkaç on kilometre uzakta "asılı kalır". Bu, iletişimde parazite neden olabilir ve hatta çarpışmalara yol açabilir. Uyduları yüksek yörüngeden Dünya'ya döndürmek çok pahalıdır. Bu nedenle GSO'nun temizlenmesi için tamamlandıktan sonra yapılmasına karar verildi. aktif sömürü kalan yakıtla birlikte 200-300 kilometre daha yüksekte bulunan bir “imha yörüngesine” nakledilmeleri gerekiyor. Bu "uydu mezarlığı" hâlâ çalışma yörüngesinden çok daha özgür.

Teorik olarak bu yükseklikte, üç yörünge düzlemindeki 18 uydu, en az dört uydunun Dünya'nın herhangi bir noktasından aynı anda görülebilmesi için yeterlidir. Ancak aslında, uzay aracının konumunu belirleme doğruluğunu artırmak için GLONASS takımyıldızının 24 çalışan uyduya genişletilmesi gerekecek ve rezerv dikkate alınarak sistemin 27-30 uyduya sahip olması gerekecek. Diğerleri yaklaşık olarak aynı prensipler üzerine inşa edilmiştir. navigasyon sistemleri- GPS (ABD), Galileo (Avrupa) ve Beidou (Çin). Uydu takımyıldızları, 20.000-23.500 kilometre yükseklikte, 55-56° eğimle dairesel yörüngelerde yer almaktadır.

Pilot parçalar

İnsanlı araçların yörüngeleri özel olarak seçilmiştir. Böylece, Uluslararası Uzay İstasyonunun (ISS) inşası sırasında, ona yeni modüller ve uzay aracı fırlatmanın rahatlığı, mürettebatın güvenliği ve irtifayı korumak için yakıt tüketimi dikkate alındı. Sonuç olarak istasyon yaklaşık 400 kilometre yükseklikte bir yörüngeye fırlatıldı. Bu, Dünya'nın radyasyon kuşağı sınırının biraz altındadır; burada, etki altındadır. manyetik alan Gezegenimiz güneş rüzgarından gelen yüklü parçacıkları biriktiriyor. Radyasyon kuşağının içinde uzun süre kalmak, mürettebatı tehlikeli radyasyona maruz bırakabilir veya güçlü araçlar yörünge istasyonunun radyasyondan korunması. Yörüngeyi önemli ölçüde daha aşağıya indirmek de imkansızdır, aksi takdirde önemli aerodinamik sürükleme nedeniyle istasyon yavaşlayacak ve yüksekliğini korumak için çok fazla yakıt gerekecektir. Yörünge düzleminin eğimi (51,6°), insanlı uçuşların gerçekleştiği en kuzey kozmodrom olan Baykonur'dan fırlatma koşulları tarafından belirlenir.

Benzer düşünceler Hubble Uzay Teleskobu'nun yörünge seçimini de belirledi, çünkü en başından beri astronotların periyodik olarak onu ziyaret edeceği varsayılmıştı. Bu nedenle, Amerikan Canaveral Uzay İstasyonu'nun enlemine göre 28,5°'lik yörünge eğimi seçildi. Sonuç olarak, ISS ve teleskopun yörüngeleri birbirine önemli bir açıyla yerleştirilmiştir ve uzay mekiği onları tek uçuşta ziyaret edemez çünkü yörünge düzlemini değiştirmek, mekiğin en "pahalı" manevralarından biridir; bunun için yeterli yakıtı yok. Bu nedenle uzay teleskopunun çalışmaları neredeyse vaktinden önce sona erdi. 2003 yılındaki Columbia felaketinin ardından, uçuş sırasında ciddi hasar tespit edilmesi halinde astronotların ISS'ye sığınabilmesine karar verildi. Hubble teleskopuna yapılan uçuş bu olasılığı dışladı ve neredeyse iptal edildi. Sonunda onaylandı ve 2009'daki büyük modernizasyondan sonra başarısızlığın eşiğindeki Hubble, yerine yeni James Webb teleskopu gelene kadar beş yıl daha çalışabilecek. Doğru, artık alçak Dünya yörüngesine değil, çok daha uzağa - yörünge periyodunun tam olarak bir yıla eşit olduğu 1,5 milyon kilometre yükseklikte Lagrange noktasına fırlatılacak ve teleskop sürekli olarak Güneş'ten saklanacak. Dünyanın arkasında. Henüz orada insanlı uçuş yok.

tarif ettik bütün çizgi farklı yörüngeler vardır, ancak bu kesinlikle onların çeşitliliğinin sonu değildir. Her tür yörünge için, olumlu özelliklerini geliştirmek ve olumsuz özelliklerini zayıflatmak için tasarlanmış varyasyonlar vardır. Örneğin, bazı uydular sabit yörüngeye yakın bir yerde 10°'ye kadar eğimle hareket eder. Bu, periyodik olarak yüksek enlemlere bakmalarına olanak tanır, ancak yer tabanlı antenler, uydunun titreşimlerini takip etmek için yukarı ve aşağı eğilme becerisine ihtiyaç duyar. İki yörüngeyi birbirine bağlayan çeşitli geçiş yörüngeleri önemli bir rol oynamaktadır. İyon iticilerinin Dünya'ya yakın uzayda yaygınlaşmasıyla birlikte karmaşık sarmal yollar kullanılmaya başlandı. Balistik uzmanları bir uzay aracının yörüngesinin seçilmesiyle ilgilenmektedir. Cihazın optimal uçuş yolunun, görünümünün ve temel tasarım parametrelerinin ortak gelişimi anlamına gelen "balistik tasarım" terimi bile vardır. Yani yörünge, uydu ve onu fırlatan roketle birlikte geliştirilmektedir.

Jeostatik yörünge (Şekil 13.7), üzerinde bulunan uyduların, Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşünün açısal hızına eşit açısal hızlarla hareket etmeleri durumunda, Dünya yüzeyinden hareketsiz, tek bir yerde "asılı" görünmeleri ile karakterize edilir. , bir noktada. Sabit yörüngede hareket eden bir uydunun Dünya'ya olan mesafesi Dünya çapının üç katı olduğundan, uydu aynı anda Dünya yüzeyinin yaklaşık %40'ını "görür".

Yapay uyduları sabit yörüngeye yerleştirmek kolay bir iş değil. Daha önce, onu fırlatmak için yeterince güçlü fırlatma araçları yoktu, bu nedenle ilk iletişim uyduları eliptik, alçak Dünya yörüngesindeydi (örneğin, ilk Amerikan aktarma uydusu Telstar).

Şekil 13.7 - Sabit yörünge

Eliptik yörüngedeki uydularla iletişimi sürdürmek hem iletim hem de alım açısından çok karmaşık ve pahalıdır.

yüzünden Hızlı değişim Uyduların yerini belirlemek için hareketli bir izleme anteni sistemine sahip olmak gerekir. Bu tür yörüngelerdeki uydular, yalnızca hem verici hem de alıcı cihazlara göre ufkun üzerinde olduklarında kalıcı iletişim oluşturmak için kullanılabilir. onlar için hem bir uydunun “yükselişi” hem de diğerinin “batışı” görünür olmalıdır.

Roket teknolojisinin gelişmesi ve güçlü roketatarların yaratılması, sabit uyduların üzerine röle uydularının “kurulması” için sabit yörüngenin yaygın olarak kullanılmasını mümkün kılmıştır. Şekil 13.8, uyduları sabit yörüngeye fırlatmak için yaygın olarak kullanılan bir yöntemi göstermektedir. Yapay bir uydu ilk önce Dünya yüzeyine yakın (yüzeyden 250...300 km) dairesel bir yörüngeye fırlatılır, ardından hızı arttırılarak eliptik bir ara yörüngeye aktarılır, en yakın noktası - yerberi - Dünya'dan yaklaşık 270 km uzaktadır ve uzak nokta, yaklaşık 36.000 km uzaklıktaki apojedir; bu, halihazırda sabit yörüngenin* yüksekliğine karşılık gelir.

Şekil 13.8 - Bir uyduyu sabit yörüngeye fırlatma sırası:

1 - kaportanın serbest bırakılması; 2 - ilk uçuşun tamamlanması; 3 - son aşamanın tamamen ayrılması; 4 - kendi (apogee) motorunun ilk aktivasyonu için pozisyonun belirlenmesi; 5 - bir ara (transfer) yörüngeye girmek için kendi motorunun ilk kez çalıştırılması; 6 - ara yörüngedeki konumun belirlenmesi; 7 - sabit yörüngeye girmek için kendi motorunun ikinci aktivasyonu; 8 - uydu yörünge düzleminin yeniden yönlendirilmesi ve hata düzeltmesi; 9 - yörünge düzlemine dik uydu yönelimi ve hata düzeltmesi; 10 durak, güneş panellerinin konuşlandırılması, kenetlenmenin tamamen çözülmesi; 11 - antenlerin konuşlandırılması, stabilizatörlerin etkinleştirilmesi; 12 - pozisyon stabilizasyonu ve işe başlama

Yapay bir uydu eliptik bir ara (transfer) yörüngede "durduğunda" ve her şey kusursuz bir şekilde çalışıyorsa, o zaman apogee noktasında, uydunun doğrusal hızını hızla artıran kendi jeti, sözde apogee motorları açılır. 3.074 km / s'ye. Bu hız, sabit yörüngeye geçmek ve "durmak" (daha doğrusu onun üzerinde hareket etmek) için gereklidir, ardından uydu, Dünya'dan gelen komutları takip ederek, sabit yörünge boyunca durma noktasında planlanan bir konuma hareket ettirilir. Daha sonra güneş panelleri açılır, antenler açılır, Dünya'nın belirli bir bölgesine yönlendirilir, güneş panelleri Güneş'e yönlendirilir ve yerleşik verici rölesi açılır. Hassas kurulum Bir uydunun sabit yörüngedeki itişi, katı veya sıvı yakıtla çalışan kendi jet motorları tarafından gerçekleştirilir. Uydu yörünge konumuna fırlatıldıktan sonra motorları kapatılır ve 3.074 km/s hızdaki ataletin ve Dünya'nın yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında bir gök cismi olarak sabit yörüngede hareket eder. Aktarma uydusu için kendi yörüngesinin durağan yörüngeye mükemmel bir şekilde karşılık gelmesi çok önemlidir. Yani, eğer bir uydu sabit olandan biraz daha küçük bir yörüngede hareket ederse, o zaman yavaş yavaş batı yönündeki konumundan kayar ve yörüngesi sabit olanı aşarsa, o zaman yer değiştirme doğu yönünde meydana gelir, yani. Dünyanın hareketinin yönü. Sabit yörüngedeki 1°'lik bir kayma yaklaşık 750 km'lik bir mesafeye karşılık gelir. Yer alıcısının dönen bir izleme anteni varsa, onu tekrar doğru bir şekilde uyduya yönlendirmek kolaydır. Bununla birlikte, uydulardan veri almak için yer tabanlı cihazların çoğu, çok dar, "iğne şeklinde" radyasyon desenlerine sahip sabit antenlere sahiptir ve antenin uyduya olan yönü sürekli olarak ayarlanmalıdır. manuel olarak oldukça hantaldır ve yanlış yönlendirme nedeniyle alınan televizyon görüntüsü gözle görülür şekilde bozulur veya tamamen kaybolur. Bu bakımdan güvenilir ve güvenilir bir alım sağlamak için uydunun “ayak izinin” zaman içinde sabit kalmasını ve yerleşik antenlerin radyasyonunun yalnızca belirlenmiş bir alanda sabit kalmasını sağlamak gerekir. Bu nedenle uydunun konumunu ve yörüngesini sık sık ayarlaması gerekiyor, bu da kendi motorları kullanılarak yapılıyor ve yakıt tüketimine yol açıyor. Bu servis ömrünü etkiler. Motorlar için yakıt yokluğunda uydu, konumundan hareket etmeye başlar, bu da komşu uyduların periyodik yakınlaşmasına ve buna bağlı olarak karşılıklı parazitin artmasına ve Dünya'daki alıcı cihazlara müdahalenin artmasına neden olur.

Uydunun ömrü açısından kendi jet (apogee) motorlarının tükettiği yakıt miktarı son derece önemlidir. Ve açıkçası, daha sonra daha fazla yakıt kalır ilk kurulum Uydu yörüngede ne kadar çok konum ayarı yapılabilirse uydu o kadar uzun süre çalışacaktır. Yörüngedeki bir uydunun "ömrü" genellikle 5...7 yıl, bazıları ise 10 yıl veya daha fazladır, ardından aynı konuma kurulan yenisi ile değiştirilir.

Sabit yörüngenin avantajları. Sabit yörünge (İngiltere'de ve bazı Avrupa ülkelerinde Clark Kuşağı olarak adlandırılır) benzersizdir ve önemli operasyonel değere sahiptir. Bazı ekvator devletleri daha önce yörüngenin kendi toprakları üzerinde bulunan kısmının yalnızca kendileriyle anlaşarak kullanılmasını istiyordu. Ekvatoral olmayan ülkeler, sabit yörüngeyi insanlığın ortak mirası olarak gördükleri için doğal olarak buna katılamadılar. Ancak 1988'de 6/4 GHz ve 14/11 GHz frekans bantlarında yayın yapmak üzere uydu konumlarının dağıtımına ilişkin bir plan üzerinde anlaşmaya varmak mümkün oldu.

Sabit yörüngenin faydaları herkesi cesaretlendiriyor büyük miktar kullanıcıların üzerine çeşitli amaçlarla uydu yerleştirmesini sağlar. Avrupa kıtasından sabit yörüngede hareket eden birkaç düzine yapay uyduyu “gözlemleyebilirsiniz”. Onlar aracılığıyla öncelikle gerçekleştirilir telefon iletişimi Amerika kıtasındaki ülkelerle ve Orta Doğu ülkeleriyle. Ayrıca televizyon ve ses yayınlarının aktarılmasında da birçok uydu kullanılmaktadır. Bu amaçlar için sabit yörüngenin kullanılması şunları sağlar: aşağıdaki avantajlar:

§ Uydu, bu hareket için enerji harcamadan (gök cismi gibi) uzun süre Batı'dan Doğu'ya sabit bir yörüngede hareket eder. yerçekimi çekimi Dünya ve kendi ataleti, 3.074 km/s doğrusal hızıyla;

§ Dünyanın dönüşünün açısal hızına eşit bir açısal hızla sabit bir yörüngede hareket eden uydu, tam olarak bir günde bir devrim yapar ve bunun sonucunda kendisini dünya yüzeyinin üzerinde hareketsiz "asılı" bulur;

§ Sistemlerinin enerji temini Güneş tarafından aydınlatılan güneş panellerinden sağlanmaktadır;

§ Uydu, Dünya'nın radyasyon kuşağını geçmediği ve onun üzerinde yer aldığı için güvenilirliği ve hizmet ömrü artar. elektronik aletler ve güç kaynakları – güneş panelleri;

§ Verici istasyonla iletişim, bir "gelen" uydudan diğerine - "yukarı yönde", yani geçiş yapılmadan sürekli olarak gerçekleştirilir. sürekli sürekli iletişimi sağlamak için yalnızca bir uyduya ihtiyaç vardır;

§ Dünya-Uydu sistemindeki antenlerin iletiminde, otomatik uydu izleme cihazları basitleştirilebilir veya tamamen ortadan kaldırılabilir ve yer tabanlı olanlarda alıcı antenler bunlara neredeyse hiç ihtiyaç yoktur, bu da basitliği garanti eder alıcı cihazlar düşük maliyetleri, bulunabilirlikleri ve yaygın dağıtımları;

§ Jeostatik yörüngedeki bir uyduya olan mesafe her zaman sabit olduğundan, Dünya-Uydu-Dünya yolundan geçerken sinyalin zayıflaması her zaman kesindir ve uydu yörüngede hareket ettikçe değişmez, bu da doğru hesaplamayı mümkün kılar yerleşik vericisinin gücü;

§ Sabit yörünge benzersizdir - üstündeki yörüngelerde bulunan uydular uzaya "gider" ve altındaki yörüngelerde bulunanlar yavaş yavaş Dünya'ya yaklaşır. Ve yalnızca sabit yörüngede bulunan uydular, Dünya'dan sabit bir mesafede eşzamanlı olarak döner ve ona göre hareketsizdir;

§ Operasyonel ömrünün sona ermesinden sonra uydu, sabit yörüngenin 200 km üzerindeki sözde “mezarlık” yörüngesine aktarılır ve yavaş yavaş Dünya'dan uzaya doğru hareket eder.

Bununla birlikte, sabit uydulardan oluşan yörünge takımyıldızlarının büyük bir dezavantajı vardır: büyük zaman radyotelefon iletişimi sırasında sinyal iletiminde gecikmelere yol açan radyo sinyallerinin yayılması. Yanıt sinyalinin gelmesini beklemek sabırsız aboneler arasında memnuniyetsizliğe neden olabilir.

Eşsiz özellikleri ve avantajları nedeniyle, en uygun bölgelerdeki (özellikle Pasifik ve Hint okyanuslarının yanı sıra Afrika kıtası üzerindeki) sabit yörünge, uydularla sınıra kadar "doldurulur". Sabit yörüngede (uydu konumları) tanımlanan 425 "duran" nokta vardır. “Konum” kelimesi, uydunun sabit yörüngedeki konumunu ve boylamını açık bir şekilde belirler.