Jeostatik yörünge nedir? Bu, yapay bir uydunun gezegenin kendi ekseni etrafındaki dönüşünün açısal hızıyla dolaştığı, Dünya'nın ekvatorunun üzerinde bulunan dairesel bir alandır. Yatay koordinat sisteminde yönünü değiştirmez, gökyüzünde hareketsiz durur. Dünyanın coğrafi yörüngesi (GSO) bir tür jeosenkron alandır ve iletişim, televizyon yayıncılığı ve diğer uyduları barındırmak için kullanılır.
Yapay cihazlar kullanma fikri
Jeostatik yörünge kavramı, Rus mucit K. E. Tsiolkovsky tarafından başlatıldı. Çalışmalarında yörünge istasyonlarının yardımıyla uzayı doldurmayı önerdi. Yabancı bilim adamları ayrıca uzay alanlarının çalışmalarını da tanımladılar, örneğin G. Oberth. Yörüngeyi iletişim için kullanma kavramını geliştiren kişi Arthur Clarke'dır. 1945'te Wireless World dergisinde yer durağan alanın avantajlarını anlattığı bir makale yayınladı. Bilim adamının onuruna bu alanda aktif çalışma için yörünge ikinci adını aldı - "Clark'ın kemeri". Birçok teorisyen, nitel bir bağlantı uygulama sorunu hakkında düşünmüştür. Böylece, 1928'de Herman Potochnik, yerdurağan uyduların nasıl kullanılabileceği fikrini dile getirdi.
"Clark kuşağı" nın özellikleri
Bir yörüngenin yerdurağan olarak adlandırılabilmesi için bir dizi parametreyi karşılaması gerekir:
1. Jeosenkroni. Bu özellik, Dünya'nın devrim dönemine karşılık gelen bir periyodu olan bir alanı içerir. Bir jeosenkron uydu, gezegen etrafındaki yörüngesini 23 saat 56 dakika 4 saniye olan bir yıldız gününde tamamlar. Dünyanın sabit bir uzayda bir devrimi tamamlaması için aynı zaman gereklidir.
2. Bir uyduyu belirli bir noktada tutmak için, coğrafi yörünge sıfır eğimli dairesel olmalıdır. Eliptik bir alan, uzay aracı yörüngesindeki belirli noktalarda farklı hareket ettiğinden, doğuya veya batıya kayma ile sonuçlanacaktır.
3. Uzay mekanizmasının "uçma noktası" ekvatorda olmalıdır.
4. Uyduların sabit yörüngedeki konumu, iletişim amaçlı az sayıda frekansın, alım ve iletim sırasında farklı cihazların çakışan frekanslarına yol açmayacağı ve bunların çarpışmasını engelleyeceği şekilde olmalıdır.
5. Uzay aracını sabit tutmaya yetecek kadar itici gaz.
Bir uydunun durağan yörüngesi benzersizdir, çünkü yalnızca parametrelerini birleştirerek aygıtın hareketsizliğini elde etmek mümkündür. Diğer bir özellik ise, uzay alanında bulunan uydulardan Dünya'yı on yedi derecelik bir açıyla görme yeteneğidir. Her cihaz yörünge yüzeyinin yaklaşık üçte birini kaplar, bu nedenle üç mekanizma neredeyse tüm gezegeni kaplayabilir.
yapay uydular
Uydular birçok ülke ve şirket tarafından fırlatılmıştır. Dünyanın ilk yapay aygıtı SSCB'de yaratıldı ve 4 Ekim 1957'de uzaya uçtu. "Sputnik-1" adını taşıyordu. 1958'de Amerika Birleşik Devletleri ikinci bir cihaz olan Explorer 1'i piyasaya sürdü. NASA tarafından 1964 yılında fırlatılan ilk uyduya Syncom-3 adı verildi. Yapay cihazlar çoğunlukla iade edilemez, ancak kısmen veya tamamen geri dönenler var. Bilimsel araştırma yapmak ve çeşitli sorunları çözmek için kullanılırlar. Yani askeri, araştırma, navigasyon uyduları ve diğerleri var. Üniversite çalışanları veya radyo amatörleri tarafından oluşturulan cihazlar da piyasaya sürüldü.
"Durma noktası"
Geostationary uydular, deniz seviyesinden 35.786 kilometre yükseklikte yer almaktadır. Bu yükseklik, yıldızlara göre Dünya'nın dolaşımının periyoduna tekabül eden bir devir periyodu sağlar. Yapay araç sabittir, bu nedenle coğrafi yörüngedeki konumuna “istasyon noktası” denir. Gezinme, sabit bir uzun vadeli bağlantı sağlar, anten bir kez yönlendirildikten sonra her zaman doğru uyduya yönlendirilecektir.
Hareket
Uydular, coğrafi transfer alanları kullanılarak düşük irtifalı bir yörüngeden sabit bir yörüngeye aktarılabilir. İkincisi, düşük irtifada bir noktaya ve jeodurağan daireye yakın bir rakımda bir zirveye sahip eliptik bir yoldur. Daha fazla çalışma için kullanılamaz hale gelen bir uydu, GSO'nun 200-300 kilometre yukarısındaki bir imha yörüngesine gönderilir.
Geostationary yörünge irtifa
Belirli bir alandaki bir uydu, Dünya'dan belirli bir mesafede durur, ne yaklaşır ne de uzaklaşır. Her zaman ekvatorda bir noktanın üzerinde bulunur. Bu özelliklerden hareketle yerçekimi ve merkezkaç kuvvetinin birbirini dengelediği sonucu çıkar. Jeostatik yörüngenin yüksekliği, klasik mekaniğe dayalı yöntemlerle hesaplanır. Bu, yerçekimi ve merkezkaç kuvvetlerinin yazışmalarını dikkate alır. Birinci niceliğin değeri, Newton'un evrensel yerçekimi yasası kullanılarak belirlenir. Merkezkaç kuvveti indeksi, uydunun kütlesinin merkezcil ivme ile çarpılmasıyla hesaplanır. Yerçekimi ve eylemsizlik kütlelerinin eşitliğinin sonucu, yörüngenin yüksekliğinin uydunun kütlesine bağlı olmadığı sonucudur. Bu nedenle, yerdurağan yörünge, yalnızca merkezkaç kuvvetinin mutlak değerde eşit olduğu ve belirli bir yükseklikte Dünya'nın çekimi tarafından oluşturulan yerçekimi kuvvetine zıt yönde olduğu yükseklik tarafından belirlenir.
Merkezcil ivmeyi hesaplama formülünden açısal hızı bulabilirsiniz. Jeo-durağan yörüngenin yarıçapı da bu formülle veya yer merkezli yerçekimi sabitinin açısal hızın karesine bölünmesiyle belirlenir. 42164 kilometredir. Dünyanın ekvator yarıçapı göz önüne alındığında, 35786 kilometreye eşit bir yükseklik elde ederiz.
Dünyanın merkezine olan uzaklığı olan yörünge yüksekliğinin, uydunun açısal hızı ile gezegenin dönüş hareketinin çakışması ile meydana geldiği ifadesine dayanarak, hesaplamalar başka bir şekilde yapılabilir. belirli bir yükseklikteki ilk kozmik hıza eşit olan doğrusal bir hız.
sabit yörüngede hız. Uzunluk
Bu gösterge, açısal hızı alanın yarıçapı ile çarparak hesaplanır. Yörüngedeki hızın değeri, Dünya'ya yakın yoldaki ilk uzay hızından çok daha düşük olan saniyede 3.07 kilometredir. Üssü azaltmak için yörüngenin yarıçapını altı kattan fazla artırmak gerekir. Uzunluk, pi ile yarıçapın iki ile çarpılmasıyla hesaplanır. 264924 kilometredir. Uyduların "durma noktaları" hesaplanırken gösterge dikkate alınır.
kuvvetlerin etkisi
Yapay mekanizmanın dolaştığı yörüngenin parametreleri, yerçekimi ay-güneş pertürbasyonlarının, Dünya alanının homojen olmamasının ve ekvatorun eliptikliğinin etkisi altında değişebilir. Alanın dönüşümü aşağıdaki gibi fenomenlerde ifade edilir:
- Bir uydunun yörünge boyunca konumundan, durağan yörüngede potansiyel delikler olarak adlandırılan kararlı denge noktalarına doğru yer değiştirmesi.
- Alanın ekvatora eğim açısı belirli bir oranda büyür ve 26 yıl 5 ayda bir 15 dereceye ulaşır.
Uyduyu istenen "durma noktasında" tutmak için, her 10-15 günde bir birkaç kez açılan bir tahrik sistemi ile donatılmıştır. Bu nedenle, yörüngenin eğiminin büyümesini telafi etmek için "kuzey-güney" düzeltmesi kullanılır ve alan boyunca kaymayı telafi etmek için "batı-doğu" düzeltmesi kullanılır. Tüm çalışma süresi boyunca uydunun yolunu düzenlemek için, gemide büyük miktarda yakıt gereklidir.
Sevk sistemleri
Cihaz seçimi, uydunun bireysel teknik özelliklerine göre belirlenir. Örneğin, bir kimyasal roket motoru, deplasmanlı bir yakıt beslemesine sahiptir ve uzun süreli depolamada yüksek kaynama noktalı bileşenler (diazote tetroksit, asimetrik dimetilhidrazin) üzerinde çalışır. Plazma cihazları önemli ölçüde daha düşük bir itme gücüne sahiptir, ancak tek bir hareket için onlarca dakika içinde ölçülen uzun çalışma nedeniyle, gemide tüketilen yakıt miktarını önemli ölçüde azaltabilirler. Bu tip tahrik sistemi, uyduyu başka bir yörünge pozisyonuna yönlendirmek için kullanılır. Cihazın hizmet ömründeki ana sınırlayıcı faktör, sabit yörüngedeki yakıt beslemesidir.
Yapay bir alanın dezavantajları
Jeo-durağan uydularla etkileşimdeki önemli bir kusur, sinyal yayılımındaki büyük gecikmelerdir. Yani saniyede 300 bin kilometre ışık hızında ve 35.786 kilometre yörünge yüksekliğinde, Dünya-uydu ışınının hareketi yaklaşık 0.12 saniye, Dünya-uydu-Dünya ışını ise 0.24 saniye sürer. Karasal hizmetlerin ekipman ve kablo iletim sistemlerindeki sinyal gecikmesi dikkate alındığında, "kaynak - uydu - alıcı" sinyalinin toplam gecikmesi yaklaşık 2-4 saniyeye ulaşır. Böyle bir gösterge, yörüngedeki cihazların telefonda kullanımını önemli ölçüde karmaşıklaştırır ve uydu iletişimini gerçek zamanlı sistemlerde kullanmayı imkansız hale getirir.
Diğer bir dezavantaj, Kuzey Kutbu ve Antarktika bölgelerinde iletişim ve televizyon yayınlarının iletilmesine müdahale eden yüksek enlemlerden coğrafi yörüngenin görünmezliğidir. Güneşin ve verici uydunun alıcı anten ile aynı hizada olduğu durumlarda sinyalde azalma, hatta bazen tamamen yok olma durumu söz konusudur. Jeostatik yörüngelerde, uydunun hareketsizliği nedeniyle bu fenomen özellikle belirgindir.
Doppler etkisi
Bu fenomen, verici ve alıcının karşılıklı ilerlemesiyle elektromanyetik titreşimlerin frekanslarının değiştirilmesinden oluşur. Bu fenomen, yapay araçların yörüngedeki hareketinin yanı sıra zamanla mesafedeki bir değişiklikle ifade edilir. Etki, sinyal alımını zorlaştıran, yerleşik tekrarlayıcının ve yer istasyonunun enstrümantal frekans kararsızlığına eklenen uydu salınımlarının taşıyıcı frekansının düşük kararlılığı olarak kendini gösterir. Doppler etkisi, modüle edici titreşimlerin frekansında kontrol edilemeyen bir değişikliğe katkıda bulunur. Yörüngede iletişim ve doğrudan televizyon yayın yapan uyduların kullanılması durumunda, bu fenomen pratik olarak ortadan kalkar, yani alıcı noktasında sinyal seviyesinde herhangi bir değişiklik olmaz.
Dünyadaki durağan alanlara karşı tutum
Uzay yörüngesinin doğuşu birçok soru ve uluslararası yasal sorun yarattı. Bir dizi komite, özellikle Birleşmiş Milletler, bunlarla ilgilenir. Ekvatorda bulunan bazı ülkeler, egemenliklerinin, uzay alanının kendi bölgelerinin üzerinde bulunan kısmına genişletilmesini talep ettiler. Devletler, durağan yörüngenin, gezegenin varlığı ile ilişkili ve Dünya'nın yerçekimi alanına bağlı olan fiziksel bir faktör olduğunu, dolayısıyla alanın bölümlerinin ülkelerinin topraklarının bir uzantısı olduğunu belirtmişlerdir. Ancak bu iddialar, dünyada uzayın mülksüzleştirilmesi ilkesi olduğu için reddedildi. Yörüngelerin ve uyduların çalışmasıyla ilgili tüm sorunlar dünya düzeyinde çözülmüştür.
“Uydu sabit yörüngeye fırlatıldı”… Bu cümleyi televizyon haberlerinde kaç kez duyduk! Bununla ne anlaşılmalı - nerede, daha kesin olarak - böyle bir uydu nerede dönüyor?
Her ne olursa olsun, uydunun Dünya ile temas halinde olması gerektiği gerçeğiyle başlayalım (aksi takdirde fırlatmaya gerek yoktur). Ama sonuçta, uydu Dünya'ya göre hareket eder, etrafında döner ve ona ayarlanması gereken anten Dünya'ya göre sabittir ... bu çelişki nasıl çözülür? Evet, çok basit: uydu, antenin bulunduğu noktaya göre durağan hale gelmeli... bu nasıl mümkün olabilir?
Bir cismin aynı anda hareket eden başka bir cisme göre sabit kaldığını söylediğimizde, aslında bahsedilen cisimlerin üçüncü bir cisme göre aynı hızda hareket ettiğini kastediyoruz. Burada arabaya göre hareketsizsiniz, ancak hareketinizi ve arabanın yola göre hareketini ayrı ayrı ele alırsak, aynı hızda hareket ettiğiniz ortaya çıkıyor. Ve bir arabada olmanız ya da olmamanız önemli değil: eğer bir araba ile aynı hızda havada uçuyor olsaydınız (bir an için böyle harika bir durum hayal edelim) - aynı zamanda hareketsiz olurdunuz. araba.
Dolayısıyla uydunun Dünya üzerinde bulunan antene göre sabit olabilmesi için kendi ekseni etrafında döndüğü hızda gezegenimiz etrafında dönmesi gerekir. Bu tam olarak coğrafi yörüngede olan şeydir! Yörüngedeki konumuna "istasyon noktası" denir, çünkü Dünya'daki bir gözlemcinin bakış açısından, böyle bir uydu "uçmaz", ancak gökyüzünde hareketsiz "asılı kalır".
Jeostatik yörüngede, uydu bir yandan Dünya'ya yaklaşmaz, diğer yandan ondan uzaklaşmaz. Bunun mümkün olması için, uyduyu Dünya'dan "taşıyan" merkezkaç kuvveti, onu gezegene "çeken" yerçekimi kuvvetini dengelemelidir. Bu, uydu ekvator boyunca bulunan bir yörüngede döndüğünde ve yörüngenin Dünya yüzeyinin üzerindeki yüksekliği 35.786 kilometre olduğunda mümkün olur.
Bununla birlikte, bir uyduyu sabit yörüngede tutmak o kadar kolay değildir: sonuçta, yalnızca Dünya'nın yerçekimi onu etkilemez - Ay'ın ve Güneş'in yerçekimi de hiçbir yere gitmez, Dünya'nın yerçekimi alanı oldukça düzgün değildir ve ekvatorumuz tam yuvarlak değildir. Tüm bu koşullar nedeniyle, sözde. "Potansiyel jeodurağan yörünge delikleri", uydunun orijinal yörüngesine göre kaydırıldığı 75.3 ve 165.3 derece doğu boylam ve 14.7 ve 104.7 derece batı boylam bölgesindeki ekvatorun üzerindeki noktalardır. Genel olarak, yörünge yılda 0,85 derece sapar ve 26 buçuk yıl sonra ekvator düzlemine göre zaten 15 derece eğilir! Bu tür bozulmaların üstesinden gelmek için uydu, yüzlerce kilogram yakıt yüklemenin gerekli olduğu bir tahrik sistemi ile donatılmıştır - ve uydunun ömrünü sınırlayan bu tedariktir (örneğin, modern televizyon uyduları 12 ila 12 arasında çalışır). 15 yıl).
Tüm değerleri için, coğrafi yörünge her zaman uygulanabilir değildir: sonuçta ekvator ile bağlantılıdır, bu nedenle ekvatordan ne kadar uzak olursa, böyle bir uyduyu “almak” o kadar zor olur - örneğin, hayır Böyle bir uydu kullanarak Uzak Kuzey'de iletişim sağlamak artık mümkün. Ayrıca güneş, uydu ve anten aynı hizadayken sinyal zayıflayabilir ve hatta kaybolabilir. Bu fenomen (sözde güneş müdahalesi), kuzey yarımkürede (daha doğrusu orta enlemlerinde) 22 Şubat-11 Mart ve 3-21 Ekim tarihlerinde 10 dakikalık sürelerle meydana gelir. Bu nedenle, sabit yörünge her zaman geçerli değildir - başka yörüngelere fırlatılan uydular vardır.
Sıfır eğimli ve 35.756 km yükseklikteki jeostatik yörünge, bu güne kadar yapay Dünya uyduları için stratejik olarak önemli bir yörünge olmaya devam ediyor. Bu yörüngeye yerleştirilen uydular, dünyanın yüzeyi ile aynı açısal hızla Dünya'nın merkezi etrafında dönerler. Bu sayede, sabit uyduları izlemek için uydu antenlerine gerek yoktur - Dünya yüzeyinde belirli bir yer için sabit bir uydu her zaman gökyüzünde bir noktada bulunur.
2005'te Rus yer sabit iletişim uydularının bir takımyıldızı örneği:
Ancak Gunther'in web sitesini kullanarak en son grafiği kontrol etmek, 2017'de 40'tan fazla sabit uydunun fırlatılmadığını gösteriyor. GPO (geotransfer yörüngesi) ve Molniya tipi yörüngeler (evren-2518). Bu tutarsızlıkla bağlantılı olarak, aynı Gunther bölgesini kullanarak, sabit yörüngeye yıllık fırlatma dinamiklerini ve fırlatılan jeodurağan uyduların toplam kütlesindeki değişikliklerin dinamiklerini bağımsız olarak değerlendirmeye çalıştım.
Jeostatik uyduların çoğu fırlatılır. jeotransfer yörüngeleri (GTO'lar) ve sonra, kendi motorlarını kullanarak, zaten perihelion'u kaldırıyorlar ve jeostasyoner yörüngeye giriyorlar. Bunun nedeni, stratejik olarak önemli jeostatik yörüngenin tıkanmasını en aza indirme arzusudur (yörüngelerin düşük perihelionu nedeniyle GPO'daki LV'nin üst aşamaları GEO'dan çok daha hızlı yanar). Bu bağlamda, jeosabit uyduların başlangıç kütlesi en çok GPO'ya ilk lansman sırasında belirtilir. Bu nedenle, GPO'da yer sabit uyduların kütlesini hesaplamaya karar verdim ve ayrıca başlangıçta GPO'da veya düşük ve sabit yörüngeler arasındaki diğer eliptik yörüngelerde (esas olarak Molniya tipi yörüngeler) çalışmak üzere tasarlanmış uyduları da hesaplamaya dahil ettim. Öte yandan, bazı durumlarda uydular doğrudan coğrafi yörüngeye fırlatılır (örneğin, Sovyet, Rus ve Amerikan askeri uyduları durumunda), ayrıca askeri uydular için kütle genellikle bilinmemektedir (bu durumda). , GPO'ya fırlatılırken fırlatma aracı yeteneklerinin üst sınırını belirtmek gerekir). Bu bağlamda, hesaplamalar sadece ön hazırlıktır. Şu anda 60 yıllık uzay çağının 35 yılını işlemek mümkün olmuştur ve yıllara göre aşağıdaki durum gerçekleşmektedir:
1) 2017'de, GPO ve Molniya yörüngelerindeki çıktı kütlesi açısından gerçekten de yeni bir rekor kırıldı (192 ton):
2) Bu tür yörüngeler için fırlatılan araç sayısında önemli bir artış yok (siyah çizgi bir trend çizgisidir):
3) Fırlatma sayısında da benzer bir durum gözlenmektedir:
Genel olarak, kargo trafiğinde oldukça eliptik yüksek yörüngelere doğru istikrarlı bir artış yönünde bir eğilim vardır. On yıllık ortalamalar:
Uzay nesnelerinin ortalama alanına göre ( kümülatif kesit alanı, metrekare olarak ölçülür) yer sabit uydular, düşük yörüngeli araçlardan daha da üstündür (üst aşamalar dikkate alınsa bile - R.B.):
Bu muhtemelen, sabit uydular (antenler, güneş panelleri ve termoregülasyon pilleri) için çok sayıda konuşlandırılabilir yapıdan kaynaklanmaktadır.
Yıllar geçtikçe, coğrafi yörüngede çalışan uyduların sayısı da sürekli artıyor. Yalnızca şu anki on yılda sayıları dörtten beş yüze çıktı:
Aktif uydular veritabanına göre, röle uydusu şu anda GSO'daki en eski aktif uydudur. TDRS-3 1988 yılında piyasaya sürüldü. Toplamda, şu anda GSO'da yaşı 20 yılı aşan 40 cihaz çalışıyor:
İmha yörüngeleri dikkate alındığında, toplam coğrafi uydu sayısı zaten bin cihazı aşıyor (en az sayıda üst aşama ile ( R.B.) bu yörüngelerdeki füzeler):
Uyduların yerdurağan takımyıldızlarına örnekler:
Jeodurağan yörüngede artan tıkanıklık, yerdurağan uyduların ağırlaşması eğilimini sürdürüyor. eğer ilk GSO uydular sadece 68 kg ağırlığındaydı, daha sonra 2017'de Çin 7.6 tonluk bir makineyi çalıştırmaya çalıştı. Jeo-durağan yörüngenin artan aşırı kalabalıklaşmasının, gelecekte orada yeniden kullanılabilir elemanlara sahip büyük jeo-durağan platformların yaratılmasına yol açacağı açıktır. Muhtemelen, bu tür platformlar aynı anda birkaç sorunu çözecektir: meteoroloji, savunma ihtiyaçları vb. için Dünya yüzeyinin iletişimi ve gözlemi.
Yeni bir Çin platformu temelinde oluşturulan, 7,6 ton ağırlığındaki yer sabit iletişim uydusu DFH-5
Plan:
- giriiş
- 1 İstasyon
- 2 Uyduların yörüngeye yerleştirilmesi
- 3
Geostationary yörünge parametrelerinin hesaplanması
- 3.1 Yörünge yarıçapı ve yörünge yüksekliği
- 3.2 yörünge hızı
- 3.3 Yörünge uzunluğu
- 4 İletişim Notlar
giriiş
sabit yörünge(GSO) - Dünya'nın ekvatorunun (0 ° enlem) üzerinde bulunan dairesel bir yörünge, yapay bir uydunun, Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşünün açısal hızına eşit açısal bir hızla gezegenin etrafında döndüğü ve sürekli olarak üzerinde olduğu dairesel bir yörünge. Dünya yüzeyinde aynı nokta. Yerdurağan yörünge, bir tür jeosenkron yörüngedir ve yapay uyduları (iletişim, televizyon yayını vb.)
Uydu, deniz seviyesinden 35.786 km yükseklikte, Dünya'nın dönüş yönüne bakmalıdır (aşağıdaki GSO yükseklik hesaplamasına bakın). Uyduya, Dünya'nın yıldızlara göre dönme süresine eşit bir devir süresi sağlayan bu yüksekliktir (yıldız günü: 23 saat, 56 dakika, 4.091 saniye).
Yerdurağan uyduları iletişim amaçlı kullanma fikri [ ne zaman?] K. E. Tsiolkovsky ve 1928'de Sloven astronot teorisyeni Alman Potocnik. Jeostatik yörüngenin avantajları, 1945'te Arthur C. Clark'ın Wireless World dergisinde popüler bir bilim makalesinin yayınlanmasından sonra yaygın olarak bilinir hale geldi, bu nedenle Batı'da, jeostatik ve jeosenkron yörüngelere bazen " Clark'ın yörüngeleri", a " Clark'ın kemeri» Dünya ekvator düzleminde deniz seviyesinden 36.000 km yükseklikte, yörünge parametrelerinin jeostatike yakın olduğu dış uzay alanını arayın. GSO'ya başarıyla fırlatılan ilk uydu, Syncom-2 NASA tarafından Temmuz 1963'te fırlatıldı.
1. Durma noktası
Jeostatik yörüngedeki bir uydu, Dünya yüzeyine göre sabittir, bu nedenle yörüngedeki konumuna istasyon denir. Sonuç olarak, bir uyduya yönlendirilmiş ve sabit olarak sabitlenmiş yönlü bir anten, bu uydu ile uzun süre sabit bir bağlantı sürdürebilir.
2. Uyduların yörüngeye yerleştirilmesi
Arkhangelsk için ufkun üzerindeki olası maksimum uydu yüksekliği 17.2 ° 'dir.
Clark Kuşağının en yüksek noktası her zaman güneydir. Grafiğin alt kısmında dereceler, uyduların üzerinde bulunduğu meridyenlerdir.
Yanlarda - uyduların ufkun üzerindeki yüksekliği.
Yukarıda - uydunun yönü. Netlik için yatay olarak 7,8 kat esnetebilir ve soldan sağa doğru yansıtabilirsiniz. O zaman gökyüzündekiyle aynı görünecek.
Jeostatik bir yörünge, yalnızca ekvatorun hemen üzerindeki bir daire üzerinde, 35.786 km'ye çok yakın bir irtifa ile doğru bir şekilde elde edilebilir.
Jeostatik uydular gökyüzünde çıplak gözle görülebilseydi, görünür olacakları çizgi bu alan için "Clark kuşağı" ile çakışacaktı. Sabit konumlu uydular, mevcut sabit noktalar sayesinde uydu iletişimi için uygundur: bir kez yönlendirildikten sonra, anten her zaman seçilen uyduya yönlendirilecektir (konum değiştirmezse).
Uyduları düşük irtifalı bir yörüngeden sabit bir yörüngeye aktarmak için, coğrafi transfer (geotransfer) yörüngeleri (GPO) kullanılır - düşük irtifada perigee ve jeostasyoner yörüngeye yakın bir yükseklikte apoje ile eliptik yörüngeler.
Kalan yakıt üzerinde aktif operasyonun tamamlanmasından sonra, uydu, GSO'nun 200-300 km üzerinde bulunan bir imha yörüngesine aktarılmalıdır.
3. Yerdurağan yörünge parametrelerinin hesaplanması
3.1. Yörünge yarıçapı ve yörünge yüksekliği
Jeostatik yörüngede, uydu Dünya'ya yaklaşmaz ve ondan uzaklaşmaz ve ayrıca Dünya ile dönerken ekvatordaki herhangi bir noktanın üzerinde sürekli olarak bulunur. Bu nedenle uyduya etki eden yerçekimi ve merkezkaç kuvvetinin birbirini dengelemesi gerekir. Yerdurağan yörüngenin yüksekliğini hesaplamak için klasik mekanik yöntemlerini kullanabilir ve aşağıdaki denklemden ilerleyebilirsiniz:
F sen = F Γ ,nerede F sen- atalet kuvveti ve bu durumda merkezkaç kuvveti; FΓ - yerçekimi kuvveti. Uyduya etki eden yerçekimi kuvvetinin büyüklüğü Newton'un evrensel yerçekimi yasası ile belirlenebilir:
,nerede m c uydunun kütlesi, M 3 - Dünya'nın kilogram cinsinden kütlesi, G yerçekimi sabitidir ve R uydudan Dünya'nın merkezine olan metre cinsinden uzaklık veya bu durumda yörüngenin yarıçapıdır.
Merkezkaç kuvvetinin büyüklüğü:
,nerede a- yörüngede dairesel hareket sırasında meydana gelen merkezcil ivme.
Gördüğünüz gibi, uydunun kütlesi m c merkezkaç kuvveti ve yerçekimi kuvveti için ifadelerde bir faktör olarak mevcuttur, yani yörüngenin yüksekliği, herhangi bir yörünge için doğru olan ve eşitliğin bir sonucu olan uydunun kütlesine bağlı değildir. yerçekimi ve eylemsizlik kütleleri. Bu nedenle, durağan yörünge, yalnızca merkezkaç kuvvetinin mutlak değerde eşit olacağı ve belirli bir yükseklikte Dünya'nın çekimi tarafından oluşturulan yerçekimi kuvvetine zıt yönde olacağı yükseklik tarafından belirlenir.
Merkezcil ivme:
,burada ω, uydunun saniyedeki radyan cinsinden açısal hızıdır.
Önemli bir açıklama yapalım. Aslında, merkezcil ivme yalnızca eylemsiz referans çerçevesinde fiziksel bir anlama sahipken, merkezkaç kuvveti sözde hayali kuvvettir ve yalnızca dönen cisimlerle ilişkili referans çerçevelerinde (koordinatlar) gerçekleşir. Merkezcil kuvvet (bu durumda yerçekimi kuvveti) merkezcil ivmeye neden olur. Modulo (mutlak sayısal değer) eylemsiz referans çerçevesindeki merkezcil ivme, bizim durumumuzda uydu ile ilişkili referans çerçevesindeki merkezkaç ivmesine eşittir. Bu nedenle, ayrıca, yapılan açıklamayı dikkate alarak, "merkezcil ivme" terimini "merkezkaç kuvveti" terimi ile birlikte kullanabiliriz.
Yerçekimi kuvveti ve merkezkaç kuvveti için ifadeleri merkezcil ivmenin ikamesiyle eşitleyerek, şunu elde ederiz:
.azaltmak m c, tercüme R 2 sola ve ω 2 sağa, şunu elde ederiz:
.Bu ifadeyi, yer merkezli yerçekimi sabiti olan μ ile değiştirerek farklı bir şekilde yazabilirsiniz:
Açısal hız ω, bir dönüşte kat edilen açının (radyan) dönüş periyoduna (yörüngede bir tam dönüş için geçen süre: bir yıldız günü veya 86.164 saniye) bölünmesiyle hesaplanır. Alırız:
rad/sOrtaya çıkan yörünge yarıçapı 42.164 km'dir. Dünyanın ekvator yarıçapı olan 6.378 km'yi çıkarmak bize 35.786 km'lik bir yükseklik verir.
3.2. yörünge hızı
Yörünge hızı (bir uydunun uzayda uçtuğu hız), açısal hızı yörüngenin yarıçapı ile çarparak hesaplanır:
km/s veya = 11052 km/sHesaplamaları başka şekillerde de yapabilirsiniz. Yer durağan yörüngenin yüksekliği, uydunun açısal hızının, Dünya'nın dönüşünün açısal hızıyla çakışarak, birinci uzay hızına eşit bir yörünge (doğrusal) hız ürettiği Dünya'nın merkezinden olan uzaklıktır. dairesel yörünge) belirli bir yükseklikte. Bu basit denklemi çözerek, elbette, merkezkaç kuvveti ile hesaplamalarda olduğu gibi aynı değerleri elde ederiz. Jeostatik yörüngelerin neden bu kadar yüksek olduğu da açıktır. İlk kaçış hızının çok küçük olması için (yaklaşık 3 km/sn, bkz. düşük yörüngelerde yaklaşık 8 km/sn) uyduyu Dünya'dan yeterince uzağa götürmek gerekir.
Jeostatik yörüngenin tam olarak dairesel olması gerektiğine dikkat etmek de önemlidir (ve bu nedenle yukarıda bahsedilen ilk kozmik hızdı). Hız, ilk uzay hızından (Dünya'dan belirli bir mesafede) daha düşükse, o zaman uydu düşecek, hız ilk uzay hızından daha yüksekse, yörünge eliptik olacak ve uydu olmayacaktır. Dünya ile eşit olarak senkronize olarak dönebilir.
3.3. yörünge uzunluğu
Geostationary yörünge uzunluğu: . 42.164 km'lik bir yörünge yarıçapı ile 264.924 km'lik bir yörünge uzunluğu elde ediyoruz.
Uyduların "istasyon noktaları"nın hesaplanmasında yörüngenin uzunluğu son derece önemlidir.
4. İletişim
Bu tür uydular aracılığıyla iletişim, sinyal yayılımındaki büyük gecikmelerle karakterize edilir. Bir ışının uyduya gitmesi ve geri gitmesi neredeyse saniyenin dörtte biri kadardır. Dünyanın başka bir noktasına ping atmak yaklaşık yarım saniye olacaktır.
35.786 km yörünge yüksekliği ve yaklaşık 300.000 km/s ışık hızı ile Dünya-Uydu ışın yolu 35786/30000 =~0.12 saniye gerektirir. Işın yolu "Dünya (verici) -> uydu -> Dünya (alıcı)" ~ 0.24 sn. Ping için ~0,48 saniye gerekir
Uydu ekipmanı ve yer hizmetleri ekipmanındaki sinyal gecikmesi dikkate alındığında, Dünya -> uydu -> Dünya rotasındaki toplam sinyal gecikmesi 2-4 s'ye ulaşabilir.
Uyduyu durağan yörüngede durma noktasında tutmak, enerji ve buna bağlı olarak finansal maliyetler gerektirir. Bunun nedeni, yörüngenin kesinlikle dairesel olması, kesin olarak tanımlanmış bir yüksekliğe sahip olması ve kesin olarak tanımlanmış bir hız ile karakterize edilmesidir (üç parametrenin tümü birbirine bağlıdır). Bu nedenle, yer sabit uydular, yörüngenin hızını ve yüksekliğini düzeltmek için mevcut yakıtlarını hızla kullanırlar. Bu nedenle şu anda esas olarak "asılı" değil, jeosenkron yörüngelerde bulunan "sekiz" uyduları kullanıyorlar; bu, diğer şeylerin yanı sıra, coğrafi sabitten çok daha düşük olabilir. Ek olarak, ekvator düzlemine bir açıyla yerleştirilmiş zıt eliptik yörüngelerde iki uydudan oluşan bir "ikiz", operasyonda bir sabit uydudan çok daha ucuzdur.
Günümüzde insanlık, uyduları yerleştirmek için birkaç farklı yörünge kullanıyor. En büyük dikkat, bir uydunun Dünya üzerindeki belirli bir nokta üzerine "sabit" yerleştirilmesi için kullanılabilecek yer sabit yörüngeye verilir. Uydunun çalışması için seçilen yörünge, amacına bağlıdır. Örneğin, canlı televizyon programlarını yayınlamak için kullanılan uydular, coğrafi yörüngeye yerleştirilir. Birçok iletişim uydusu da coğrafi yörüngededir. Diğer uydu sistemleri, özellikle uydu telefonları arasındaki iletişim için kullanılanlar, alçak dünya yörüngesindedir. Benzer şekilde, Navstar veya Global Konumlandırma Sistemi (GPS) gibi navigasyon sistemleri için kullanılan uydu sistemleri de nispeten düşük dünya yörüngelerindedir. Sayısız başka uydu var - meteorolojik, araştırma vb. Ve her biri amacına göre belli bir yörüngede “kayıt izni” alıyor.
Ayrıca okuyun:
Uydunun çalışması için seçilen belirli yörünge, uydunun işlevleri ve hizmet ettiği bölge de dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. Bazı durumlarda, bu, Dünya'dan sadece 160 kilometre yükseklikte bulunan son derece düşük bir Dünya yörüngesi (LEO) olabilir, diğer durumlarda, uydu Dünya'nın 36.000 kilometreden daha yüksek bir yükseklikte bulunur - yani , yerdurağan yörüngede GEO. Ayrıca, bazı uydular dairesel değil eliptik bir yörünge kullanır.
Dünya'nın yerçekimi ve uydu yörüngeleri
Uydular Dünya'ya yakın yörüngede döndükçe, Dünya'nın yerçekimi kuvveti nedeniyle yavaşça ondan kaydırılırlar. Uydular yörüngede olmasaydı, yavaş yavaş Dünya'ya düşecek ve üst atmosferde yanacaklardı. Bununla birlikte, uyduların Dünya etrafındaki dönüşü, onları gezegenimizden iten bir kuvvet yaratır. Yörüngelerin her birinin kendi hesaplanmış hızı vardır, bu da Dünya'nın yerçekimi ve merkezkaç kuvvetini dengelemenize, cihazı sabit bir yörüngede tutmanıza ve irtifa kazanmasını veya kaybetmesini önlemenize olanak tanır.
Uydunun yörüngesi ne kadar düşük olursa, Dünya'nın yerçekiminin onu o kadar güçlü etkilediği ve bu kuvveti aşmak için gereken hızın o kadar yüksek olduğu oldukça açıktır. Dünya yüzeyinden uyduya olan mesafe ne kadar büyükse, onu sabit bir yörüngede tutmak için buna bağlı olarak daha düşük hız gerekir. Dünya yüzeyinin yaklaşık 160 km üzerinde yörüngede dönen bir cihaz, yaklaşık 28.164 km/s hıza ihtiyaç duyar, bu da böyle bir uydunun Dünya'nın yörüngesini yaklaşık 90 dakikada tamamladığı anlamına gelir. Dünya yüzeyinden 36.000 km yükseklikte, bir uydunun kalıcı bir yörüngede olması için 11.266 km/s'den biraz daha düşük bir hıza ihtiyacı vardır, bu da böyle bir uydunun yaklaşık 24 saat içinde Dünya'nın etrafında dönmesini mümkün kılar.
Dairesel ve eliptik yörüngelerin tanımları
Tüm uydular, iki temel yörünge türünden birini kullanarak Dünya'nın etrafında döner.
- Dairesel uydu yörüngesi: Bir uzay aracı dairesel bir yörüngede Dünya'nın etrafında döndüğünde, dünya yüzeyinden olan uzaklığı her zaman aynı kalır.
- Eliptik Uydu Yörüngesi: Bir uyduyu eliptik bir yörüngede döndürmek, bir yörünge boyunca farklı zamanlarda Dünya yüzeyine olan mesafeyi değiştirmek anlamına gelir.
Ayrıca okuyun:
uydu yörüngeleri
Farklı uydu yörünge türleri ile ilgili birçok farklı tanım vardır:
- Dünyanın Merkezi: Bir uydu, dairesel veya eliptik bir yörüngede dünyanın yörüngesinde döndüğünde, uydunun yörüngesi, dünyanın ağırlık merkezinden veya dünyanın merkezinden geçen bir düzlem oluşturur.
- Dünya etrafındaki hareket yönü: Bir uydunun gezegenimizin etrafında dönme yolları, bu tersine çevrilme yönüne göre iki kategoriye ayrılabilir:
1. Güçlendirici Yörünge:
Bir uydunun Dünya etrafındaki dönüşüne, uydu Dünya'nın dönüşüyle aynı yönde dönüyorsa hızlanma denir;
2. Retrograd yörünge:
Bir uydunun Dünya etrafındaki dönüşüne, uydu Dünya'nın dönüş yönünün tersi yönde dönüyorsa retrograd denir.
- Yörünge izi: uydunun yörüngesinin yolu, uçarken uydunun dünyanın etrafında dönme sürecinde doğrudan tepede olduğu, dünya yüzeyindeki noktadır. Parça, merkezinde Dünya'nın Merkezi olan bir daire oluşturur. Jeodurağan uyduların, Dünya yüzeyinin üzerinde sürekli olarak aynı nokta üzerinde oldukları için özel bir durum olduğuna dikkat edilmelidir. Bu, yörünge izlerinin Dünya'nın ekvatorunda bulunan tek bir noktadan oluştuğu anlamına gelir. Ekvatorun tam üzerinde yörüngede dönen uyduların yörünge yolunun bu ekvator boyunca uzandığı da eklenebilir.
Bu yörüngeler tipik olarak, uydunun altındaki Dünya doğuya doğru dönerken, her uydunun yörünge izinde batıya doğru bir kayma ile karakterize edilir.
- Yörünge düğümleri: Bunlar yörünge izinin bir yarımküreden diğerine geçtiği noktalardır. Ekvatoral olmayan yörüngeler için, bu tür iki düğüm vardır:
1. Artan düğüm:
Bu, yörünge izinin güney yarımküreden kuzeye geçtiği düğümdür.
2. Azalan Düğüm:
Bu, yörünge izinin kuzey yarımküreden güneye geçtiği düğümdür.
- Uydu yüksekliği: Birçok yörüngeyi hesaplarken, uydunun Dünya merkezinin üzerindeki yüksekliğini hesaba katmak gerekir. Bu gösterge, uydudan Dünya yüzeyine olan mesafeyi artı gezegenimizin yarıçapını içerir. Kural olarak, 6370 kilometreye eşit olduğu kabul edilir.
- yörünge hızı: Dairesel yörüngeler için her zaman aynıdır. Ancak eliptik yörüngelerde her şey farklıdır: uydunun yörüngedeki hızı, bu yörüngedeki konumuna bağlı olarak değişir. Uydunun gezegenin yerçekimine karşı maksimum muhalefete sahip olacağı Dünya'ya en yakın yaklaşımında maksimuma ulaşır ve Dünya'dan en uzak noktaya ulaştığında minimuma düşer.
- Tırmanış açısı: Uydunun yükseklik açısı, uydunun ufkun üzerinde olduğu açıdır. Açı çok küçükse, alıcı anten yeterince yükseğe kaldırılmazsa sinyal yakındaki nesneler tarafından engellenebilir. Ancak, bir engelin üzerine yükseltilmiş antenler için, düşük yükseklik açısına sahip uydulardan sinyal alırken de bir sorun vardır. Bunun nedeni, uydu sinyalinin dünya atmosferi içinde daha uzun bir mesafe kat etmesi ve bunun sonucunda daha fazla zayıflamaya maruz kalmasıdır. Az ya da çok tatmin edici bir alım için izin verilen minimum yükselme açısı, beş derecelik bir açı olarak kabul edilir.
- Eğim açısı: Tüm uydu yörüngeleri ekvator çizgisini takip etmez - aslında, çoğu alçak dünya yörüngesi bu çizgiyi takip etmez. Bu nedenle uydu yörüngesinin eğim açısının belirlenmesi gerekmektedir. Aşağıdaki diyagram bu işlemi göstermektedir.
Uydu yörünge eğimi Uydu yörüngesiyle ilgili diğer göstergeler
Bir uydunun iletişim hizmetleri sağlamak üzere kullanılabilmesi için, yer istasyonlarının uydudan bir sinyal alabilmesi ve ona bir sinyal gönderebilmesi için onu "izleyebilmesi" gerekir. Uydu ile iletişimin ancak yer istasyonlarının görüş alanında olduğu zaman mümkün olduğu ve yörünge tipine bağlı olarak yalnızca kısa süreler için görüş alanında olabileceği açıktır. Uydu ile iletişimin maksimum süre boyunca mümkün olduğundan emin olmak için kullanılabilecek birkaç seçenek vardır:
- İlk seçenek doruk noktası bir yer istasyonunun planlanan yerleşiminin tam olarak üzerinde olan ve uydunun bu istasyonun görüş alanında maksimum bir süre kalmasına izin veren eliptik bir yörünge kullanmaktan oluşur.
- İkinci seçenek birkaç uydunun bir yörüngeye fırlatılmasından ibarettir ve bu nedenle, biri gözden kaybolduğunda ve onunla iletişim kaybolduğunda, yerine bir başkası gelir. Kural olarak, az çok kesintisiz iletişimin organizasyonu için üç uydunun yörüngeye fırlatılması gerekir. Bununla birlikte, bir "görev" uydusunu diğerine değiştirme süreci, sisteme ek zorluklar ve ayrıca en az üç uydu için bir takım gereksinimler getirir.
Dairesel yörüngelerin tanımları
Dairesel yörüngeler çeşitli parametrelere göre sınıflandırılabilir. Low Earth Orbit, Geostationary Orbit (ve benzerleri) gibi terimler, belirli bir yörüngenin kimliğini belirtir. Dairesel yörüngelerin tanımlarına kısa bir genel bakış aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Altın Numaralar Güzel bir telefon numarası nasıl satılır
Kripto para madenciliği: basit kelimelerle nedir
En iyi dizüstü bilgisayar işletim sistemi: Eksiksiz inceleme
Sınıf arkadaşlarından müzik indirmek için programlar Sosyal ağ sınıf arkadaşlarından üzücü bir şarkı indirin
Yandex tarayıcısının mobil versiyonu