Jeostatik yörüngelere fırlatma istatistikleri. Geostationary Orbit - Clark'ın Kemeri için Savaş

Dünyanın kendi ekseni etrafındaki dönüşünün açısal hızına eşit bir açısal hız ile. Yatay koordinat sisteminde, uydunun yönü azimutta veya ufkun üzerinde yükseklikte değişmez, uydu gökyüzünde hareketsiz "asılı kalır". Bu nedenle, böyle bir uyduya bir kez işaret edilen bir uydu çanağı, her zaman ona doğrultulmuş olarak kalır. Yerdurağan yörünge, bir tür jeosenkron yörüngedir ve yapay uyduları (iletişim, yayın vb.) barındırmak için kullanılır.

Uydu, deniz seviyesinden 35.786 km yükseklikte, Dünya'nın dönüş yönüne bakmalıdır. Uyduya, Dünya'nın dönme süresine (Yıldız günleri: 23 saat 56 dakika 4.091 saniye) eşit bir devir süresi sağlayan bu yüksekliktir.

Jeostatik uyduları iletişim amaçlı kullanma fikri, 1928'de Sloven kozmonot teorisyeni Herman Potocnik tarafından dile getirildi.

Yerdurağan yörüngenin avantajları, Arthur C. Clarke'ın 1945'te Wireless World dergisinde popüler bilim makalesinin yayınlanmasından sonra yaygın olarak bilinir hale geldi, bu nedenle Batı'da jeodurağan 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-3 NASA tarafından Ağustos 1964'te fırlatıldı.

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.

Uyduların yörüngeye yerleştirilmesi

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, GEO'nun 200-300 km yukarısında bulunan bir yere aktarılmalıdır.

Geostationary yörünge parametrelerinin hesaplanması

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 kuvvetler ile merkezkaç kuvveti birbirini dengelemelidir. Yerdurağan yörüngenin yüksekliğini hesaplamak için, klasik mekanik yöntemlerini kullanabilir ve uydu referans çerçevesine geçerek aşağıdaki denklemden devam edebilirsiniz:

Atalet kuvveti nerede ve bu durumda merkezkaç kuvveti; - yer çekimi gücü. Uyduya etki eden yerçekimi kuvvetinin büyüklüğü Newton'un evrensel yerçekimi yasası ile belirlenebilir:

Uydunun kütlesi nerede, Dünya'nın kilogram cinsinden kütlesi, yerçekimi sabitidir ve uydudan Dünya'nın merkezine olan metre cinsinden mesafe veya bu durumda yörüngenin yarıçapıdır.

Merkezkaç kuvvetinin büyüklüğü:

Yörüngede dairesel hareket sırasında meydana gelen merkezcil ivme nerede.

Gördüğünüz gibi, uydunun kütlesi, merkezkaç kuvveti ve yerçekimi kuvveti için ifadelerde bir faktör olarak mevcuttur, yani yörüngenin yüksekliği, uydunun kütlesine bağlı değildir; herhangi bir yörünge ve yerçekimi ve eylemsizlik kütlelerinin eşitliğinin bir sonucudur. 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:

Uydunun açısal hızı nerede, saniyede radyan cinsinden.

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. Ataletsel referans çerçevesindeki merkezcil ivmenin mutlak değeri, 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 ve merkezkaç kuvvetleri için ifadeleri merkezcil ivmenin ikamesiyle eşitleyerek, şunu elde ederiz:

Küçültme , sola ve sağa çevirerek şunları elde ederiz:

Veya

Bu ifadeyi farklı bir şekilde yazabilir ve yerine - yer merkezli yerçekimi sabiti koyabilirsiniz:

Açısal hız, 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/s Ortaya çıkan yörünge yarıçapı 42.164 km'dir. Dünyanın ekvator yarıçapı olan 6.378 km'yi çıkarmak bize 35.786 km'lik bir yükseklik verir.

Hesaplamaları 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.

Dönme merkezinden belli bir uzaklıkta açısal hızla hareket eden bir uydunun doğrusal hızı,

Bir kütle nesnesinden belli bir mesafedeki ilk kaçış hızı,

Denklemlerin sağ taraflarını birbirine eşitleyerek daha önce elde edilen ifadeye ulaşırız. yarıçap GSO:

yörünge hızı

Yerdurağan yörüngedeki hareket hızı, açısal hızı yörüngenin yarıçapı ile çarparak hesaplanır:

km/s Bu, Dünya'ya yakın yörüngede (6400 km yarıçaplı) 8 km/s'lik ilk kaçış hızından yaklaşık 2,5 kat daha azdır. Dairesel bir yörünge için hızın karesi yarıçapı ile ters orantılı olduğundan,

Birinci uzaya göre hızdaki bu azalma, yörüngenin yarıçapını 6 kattan fazla artırarak elde edilir.

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.

Jeostatik yörüngede yörünge pozisyonunda bir uyduyu korumak

Sabit bir yörüngede dolaşan bir uydu, bu yörüngenin parametrelerini değiştiren bir takım kuvvetlerin (pertürbasyonlar) etkisi altındadır. Özellikle, bu tür bozulmalar, yerçekimi ay-güneş bozulmalarını, Dünya'nın yerçekimi alanının homojen olmamasının etkisini, ekvatorun eliptikliğini vb. içerir. Yörüngenin bozulması iki ana fenomende ifade edilir:

1) Uydu, yörünge boyunca orijinal yörünge konumundan, sözde dört kararlı denge noktasından birine doğru hareket eder. Dünya'nın ekvatoru üzerinde "jeostatik yörünge potansiyel çukurları" (boylamları 75.3°D, 104.7°W, 165.3°E ve 14.7°W'dir);

2) Yörüngenin ekvatora doğru eğimi (ilk 0'dan itibaren) yılda yaklaşık 0.85 derece artar ve 26.5 yılda maksimum 15 dereceye ulaşır.

Bu bozuklukları telafi etmek ve uyduyu belirlenen konumda tutmak için uydu bir tahrik sistemi (kimyasal veya elektrikli roket) ile donatılmıştır. İticilerin periyodik olarak açılması (yörünge eğimindeki artışı telafi etmek için "kuzey-güney" ve yörünge boyunca kaymayı telafi etmek için "batı-doğu" düzeltmesi) uyduyu belirlenen konumda tutar. Bu tür kapanımlar 10-15 gün içinde birkaç kez yapılır. Kuzey-güney düzeltmesinin, karakteristik hızda (yılda yaklaşık 45-50 m/sn) uzunlamasına düzeltmeden (yılda yaklaşık 2 m/sn) çok daha büyük bir artış gerektirmesi önemlidir. Uydunun yörüngesinin tüm çalışma süresi boyunca (modern televizyon uyduları için 12-15 yıl) düzeltilmesini sağlamak için, gemide önemli bir yakıt kaynağı gereklidir (bir kimyasal motor durumunda yüzlerce kilogram). Uydunun kimyasal roket motoru, deplasmanlı bir yakıt beslemesine (basınçlı gaz - helyum) sahiptir, uzun süreli yüksek kaynama noktalı bileşenler (genellikle asimetrik dimetilhidrazin ve dinitrojen tetroksit) üzerinde çalışır. Bazı uydular plazma motorlarıyla donatılmıştır. İtkileri kimyasal olanlara göre önemli ölçüde daha azdır, ancak daha yüksek verimlilikleri (uzun çalışma nedeniyle, tek bir manevra için onlarca dakika içinde ölçülür) gemideki gerekli yakıt kütlesini radikal bir şekilde azaltmaya izin verir. Sevk sistemi tipinin seçimi, aparatın spesifik teknik özelliklerine göre belirlenir.

Aynı tahrik sistemi, gerekirse uyduyu başka bir yörünge pozisyonuna yönlendirmek için kullanılır. Bazı durumlarda, genellikle uydunun ömrünün sonunda, yakıt tüketimini azaltmak için kuzey-güney yörünge düzeltmesi durdurulur ve kalan yakıt sadece batı-doğu düzeltmesi için kullanılır.

Yakıt kapasitesi, sabit yörüngedeki bir uydunun ömründeki ana sınırlayıcı faktördür.

Yerdurağan yörüngenin dezavantajları

sinyal gecikmesi

Yerdurağan uydular aracılığıyla iletişim, sinyal yayılımındaki büyük gecikmelerle karakterize edilir. 35.786 km yörünge yüksekliği ve yaklaşık 300.000 km/s ışık hızı ile Dünya-uydu ışınının yolu yaklaşık 0.12 s gerektirir. Işın yolu "Dünya (verici) → uydu → Dünya (alıcı)" ≈0,24 s. Veri almak ve iletmek için uydu iletişimini kullanırken toplam gecikme (Ping yardımcı programı tarafından ölçülür) neredeyse yarım saniye olacaktır. Uydu ekipmanındaki, ekipmandaki ve karasal hizmetlerin kablo iletim sistemlerindeki sinyal gecikmesi dikkate alındığında, “sinyal kaynağı → uydu → alıcı” rotası boyunca toplam sinyal gecikmesi 2-4 saniyeye ulaşabilir. Böyle bir gecikme, telefonda GSO uydularının kullanılmasını zorlaştırır ve çeşitli gerçek zamanlı hizmetlerde (örneğin çevrimiçi oyunlarda) GSO kullanarak uydu iletişimini kullanmayı imkansız hale getirir.

Yüksek enlemlerden GSO görünmezliği

Jeostatik yörünge yüksek enlemlerden (yaklaşık 81 ° 'den kutuplara kadar) görünmediğinden ve 75 ° 'nin üzerindeki enlemlerde ufkun çok altında gözlenir (gerçek koşullarda, uydular sadece çıkıntılı nesneler ve arazi tarafından gizlenir) ve yörüngenin sadece küçük bir kısmı görünür ( tabloya bakın), daha sonra Uzak Kuzey (Arctic) ve Antarktika'nın yüksek enlem bölgelerinde GSO kullanarak iletişim ve TV yayını imkansızdır. Örneğin, Amundsen-Scott istasyonundaki dış dünyayla (telefon, İnternet) iletişim için Amerikalı kutup kaşifleri, 75 ° S. enleminde bulunan 1670 kilometre uzunluğunda bir fiber optik kablo kullanır. Birkaç Amerikan coğrafi uydusunun zaten görülebildiği Fransız istasyonu Concordia.

Yerin enlemine bağlı olarak coğrafi yörüngenin gözlemlenen sektörünün tablosu
Tüm veriler derece ve kesir olarak verilmiştir.

Enlem arazi	Yörüngenin görünür sektörü
	Teorik sektör	Gerçek (rahatlama dahil) sektör
90	—	—
82	—	—
81	29,7	—
80	58,9	—
79	75,2	—
78	86,7	26,2
75	108,5	77
60	144,8	132,2
50	152,8	143,3
40	157,2	149,3
20	161,5	155,1
0	162,6	156,6

Yukarıdaki tablodan, örneğin, St. Petersburg enleminde (~ 60 °) yörüngenin görünür sektörünün (ve buna bağlı olarak alınan uyduların sayısının)% 84 olduğu görülebilir. mümkün olan maksimum (ekvatorda), daha sonra Taimyr Yarımadası'nın enleminde (~ 75 ° ) görünür sektör% 49'dur ve Svalbard ve Chelyuskin Burnu enleminde (~78 °) gözlemlenenin sadece% 16'sıdır. ekvatorda. 1-2 uydu, Sibirya bölgesindeki yörüngenin bu sektörüne düşüyor (her zaman gerekli ülke değil).

güneş paraziti

Yerdurağan yörüngenin en rahatsız edici dezavantajlarından biri, verici uydunun alıcı antenle aynı hizada olduğu bir durumda ("Güneş uydunun arkasında" konumu) bir sinyalin azalması ve tamamen yokluğudur. Bu fenomen aynı zamanda diğer yörüngelerde de vardır, ancak uydu gökyüzünde “durağan” olduğunda, kendisini özellikle net bir şekilde gösterdiği zaman, coğrafi yörüngededir. Kuzey yarımkürenin orta enlemlerinde, güneş müdahalesi, 22 Şubat - 11 Mart ve 3 - 21 Ekim arasındaki dönemlerde, maksimum on dakikaya kadar olan sürelerde kendini gösterir. Açık havada böyle anlarda, antenin parlak kaplaması tarafından odaklanan güneş ışınları, uydu çanağının alıcı-verici ekipmanına zarar verebilir (eriyebilir veya aşırı ısınabilir).

GSO'nun uluslararası yasal statüsü

Jeostatik yörüngenin kullanımı, yalnızca teknik değil, aynı zamanda uluslararası yasal sorunlara da yol açar. Çözümlerine önemli bir katkı BM, komiteleri ve diğer uzman kuruluşlar tarafından sağlanmaktadır.

Bazı ekvator ülkeleri farklı zamanlarda (örneğin, Bogota'da Brezilya, Kolombiya, Kongo, Ekvador, Endonezya, Kenya, Uganda ve Zaire tarafından 3 Aralık 1976'da imzalanan GEO Bölümünde Egemenliğin Kurulmasına İlişkin Bildiri) talepte bulundular. egemenliklerini topraklarının üzerindeki alana genişletmek, sabit uyduların yörüngelerinin geçtiği dış uzayın bir parçasıdır. Özellikle, yerdurağan yörüngenin gezegenimizin varlığıyla ilişkili ve tamamen Dünya'nın yerçekimi alanına bağlı fiziksel bir faktör olduğu ve bu nedenle uzayın karşılık gelen bölümlerinin (jeodurağan yörüngenin bölümleri) olduğu gibi olduğu belirtildi. bulundukları bölgelerin bir uzantısıydı. İlgili hüküm Kolombiya Anayasasında yer almaktadır.

Ekvator devletlerinin bu iddiaları, uzayın mülksüzleştirilmesi ilkesine aykırı olduğu gerekçesiyle reddedildi. BM Uzay Komitesi'nde bu tür açıklamalar haklı olarak eleştirildi. İlk olarak, ilgili devletin topraklarından bu kadar önemli bir uzaklıkta bulunan herhangi bir bölge veya alanın tahsisi talep edilemez. İkincisi, dış uzay ulusal ödeneğe tabi değildir. Üçüncüsü, devlet toprakları ile bu kadar uzak bir uzay bölgesi arasında herhangi bir fiziksel ilişkiden bahsetmek teknik olarak yetersizdir. Son olarak, her bir durumda, bir yer sabit uydu fenomeni, belirli bir uzay nesnesi ile ilişkilendirilir. Uydu yoksa, coğrafi yörünge yoktur.



: 23 saat 56 dakika 4.091 saniye).

Jeostatik uyduları iletişim amaçlı kullanma fikri, 1928'de Sloven astronot teorisyeni Herman Potočnik tarafından dile getirildi.

Yerdurağan yörüngenin avantajları, Arthur Clark'ın 1945'te Wireless World dergisinde popüler bilim makalesinin yayınlanmasından sonra yaygın olarak bilinir hale geldi, bu nedenle Batı'da, jeodurağan ve jeosenkron yörüngeler 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-3 NASA tarafından Ağustos 1964'te fırlatıldı.

Ansiklopedik YouTube

1 / 5

Ders 64 İlk kozmik hız. sabit yörünge

Uydu bağlantısı. sabit yörünge

Geostationary iletişim uydularının tasarımcısıyla akış yapın

Yerdurağan uydular / Yerdurağan Uydular

Yerdurağan yörünge parametrelerinin hesaplanması

Altyazılar

durma noktası

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.

Geostationary yörünge parametrelerinin hesaplanması

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. Sonuç olarak, uyduya etki eden yerçekimi ve merkezkaç kuvvetleri birbirini dengelemelidir. Yerdurağan yörüngenin yüksekliğini hesaplamak için, klasik mekanik yöntemlerini kullanabilir ve uydu referans çerçevesine geçerek aşağıdaki denklemden devam edebilirsiniz:

F u = F Γ (\displaystyle F_(u)=F_(\Gamma )),

nerede F u (\displaystyle F_(u))- atalet kuvveti ve bu durumda merkezkaç kuvveti; F Γ (\displaystyle F_(\Gamma ))- yer çekimi gücü. Uyduya etki eden yerçekimi kuvvetinin büyüklüğü Newton'un evrensel yerçekimi yasasından belirlenebilir:

F Γ = G ⋅ M 3 ⋅ m c R 2 (\displaystyle F_(\Gamma )=G\cdot (\frac (M_(3)\cdot m_(c))(R^(2)))),

uydunun kütlesi nerede, M 3 (\displaystyle M_(3)) Dünya'nın kilogram cinsinden kütlesi, G (\görüntüleme stili G) yerçekimi sabitidir ve R (\görüntüleme stili R) uydudan Dünya'nın merkezine olan metre cinsinden uzaklık veya bu durumda yörüngenin yarıçapıdır.

Merkezkaç kuvvetinin büyüklüğü:

F u = m c ⋅ bir (\displaystyle F_(u)=m_(c)\cdot a),

nerede bir (\görüntüleme stili a)- yörüngede dairesel hareket sırasında meydana gelen merkezcil ivme.

Gördüğünüz gibi, uydunun kütlesi m c (\displaystyle 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 kütlesi. 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:

a = ω 2 ⋅ R (\displaystyle a=\omega ^(2)\cdot R),

saniyede radyan cinsinden uydunun açısal hızı nerede.

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. Ataletsel referans çerçevesindeki merkezcil ivmenin mutlak değeri, 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 ve merkezkaç kuvvetleri için ifadeleri merkezcil ivmenin ikamesiyle eşitleyerek, şunu elde ederiz:

m c ⋅ ω 2 ⋅ R = G ⋅ M 3 ⋅ m c R 2 (\displaystyle m_(c)\cdot \omega ^(2)\cdot R=G\cdot (\frac (M_(3)\cdot m_(c) ))(R^(2)))).

azaltmak m c (\displaystyle m_(c)), tercüme R 2 (\görüntüleme stili R^(2)) sola ve ω 2 (\displaystyle \omega ^(2)) sağa, şunu elde ederiz:

R 3 = G ⋅ M 3 ω 2 (\displaystyle R^(3)=G\cdot (\frac (M_(3))(\omega ^(2)))) R = G ⋅ M 3 ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)](\frac (G\cdot M_(3))(\omega ^(2))))).

yerine bu ifadeyi farklı yazabilirsiniz. G ⋅ M 3 (\displaystyle G\cdot M_(3))üzerinde µ (\displaystyle \mu )- yer merkezli yerçekimi sabiti:

R = μ ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)](\frac (\mu )(\omega ^(2)))))

Açısal hız ω (\displaystyle \omega ) bir devirde kat edilen açının bölünmesiyle hesaplanır ( 360 ∘ = 2 ⋅ π (\displaystyle 360^(\circ )=2\cdot \pi ) radyan) başına yörünge periyodu (bir tam yörüngeyi tamamlamak için gereken süre: bir yıldız günü veya 86.164 saniye). Alırız:

ω = 2 ⋅ π 86164 = 7 , 29 ⋅ 10 − 5 (\displaystyle \omega =(\frac (2\cdot \pi )(86164))=7.29\cdot 10^(-5)) rad/s

Ortaya çıkan yörünge yarıçapı 42.164 km'dir. Dünyanın ekvator yarıçapı olan 6.378 km'yi çıkarmak bize 35.786 km'lik bir yükseklik verir.

Hesaplamaları başka şekillerde de yapabilirsiniz. Jeodurağan yörüngenin yüksekliği, Dünya'nın dönüşünün açısal hızı ile çakışan uydunun açısal hızının, birinci kozmik hıza eşit bir yörünge (doğrusal) hız ürettiği Dünya'nın merkezinden olan uzaklıktır. dairesel bir yörünge) belirli bir yükseklikte.

Açısal hızla hareket eden bir uydunun doğrusal hızı ω (\displaystyle \omega ) mesafede R (\görüntüleme stili R) dönme merkezinden

v l = ω ⋅ R (\displaystyle v_(l)=\omega \cdot R)

Uzaktan ilk uzay hızı R (\görüntüleme stili R) bir kütle nesnesinden M (\görüntüleme stili M) eşittir

v k = GMR; (\displaystyle v_(k)=(\sqrt (G(\frac (M)(R)))));)

Denklemlerin sağ taraflarını birbirine eşitleyerek daha önce elde edilen ifadeye ulaşırız. yarıçap GSO:

R = G M ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)](G(\frac (M)(\omega ^(2))))))

yörünge hızı

Yerdurağan yörüngedeki hareket hızı, açısal hızı yörüngenin yarıçapı ile çarparak hesaplanır:

v = ω ⋅ R = 3 , 07 (\displaystyle v=\omega \cdot R=3(,)07) km/s

Bu, Dünya'ya yakın yörüngede (6400 km yarıçaplı) 8 km/s'ye eşit olan ilk "kozmik" hızdan yaklaşık 2,5 kat daha azdır. Dairesel bir yörünge için hızın karesi yarıçapı ile ters orantılı olduğundan,

v = GMR; (\displaystyle v=(\sqrt (G(\frac (M)(R)))));)

daha sonra birinci uzay hızına göre hızdaki azalma, yörüngenin yarıçapını 6 kattan fazla artırarak elde edilir.

R ≈ 6400 ⋅ (8 3 , 07) 2 ≈ 43000 (\displaystyle R\yaklaşık \,\!(6400\cdot \left((\frac (8)(3(,)07))\sağ)^(2 ))\yaklaşık\,\!43000)

yörünge uzunluğu

Geostationary yörünge uzunluğu: 2 ⋅ π ⋅ R (\displaystyle (2\cdot \pi \cdot R)). 42.164 km'lik bir yörünge yarıçapı ile 264.924 km'lik bir yörünge uzunluğu elde ediyoruz.

Uyduların “istasyon istasyon”unu hesaplamak için yörüngenin uzunluğu son derece önemlidir.

Jeostatik yörüngede yörünge pozisyonunda bir uyduyu korumak

Sabit bir yörüngede dolaşan bir uydu, bu yörüngenin parametrelerini değiştiren bir takım kuvvetlerin (pertürbasyonlar) etkisi altındadır. Özellikle, bu tür bozulmalar, yerçekimi ay-güneş bozulmalarını, Dünya'nın yerçekimi alanının homojen olmamasının etkisini, ekvatorun eliptikliğini vb. içerir. Yörüngenin bozulması iki ana fenomende ifade edilir:

1) Uydu, yörünge boyunca orijinal yörünge konumundan, sözde dört kararlı denge noktasından birine doğru hareket eder. Dünya'nın ekvatoru üzerinde "jeostatik yörünge potansiyel çukurları" (boylamları 75.3°D, 104.7°W, 165.3°E ve 14.7°W'dir);

2) Yörüngenin ekvatora eğimi (ilk 0'dan) yılda yaklaşık 0.85 derece artar ve 26.5 yılda maksimum 15 dereceye ulaşır.

Bu bozuklukları telafi etmek ve uyduyu belirlenen konumda tutmak için uydu bir tahrik sistemi (kimyasal veya elektrikli roket) ile donatılmıştır. İticilerin periyodik olarak açılması (yörünge eğimindeki artışı telafi etmek için "kuzey-güney" ve yörünge boyunca kaymayı telafi etmek için "batı-doğu" düzeltmesi) uyduyu belirlenen konumda tutar. Bu tür kapanımlar birkaç (10-15) günde birkaç kez yapılır. Kuzey-güney düzeltmesinin, karakteristik hızda (yılda yaklaşık 45-50 m/sn) uzunlamasına düzeltmeden (yılda yaklaşık 2 m/sn) çok daha büyük bir artış gerektirmesi önemlidir. Uydunun yörüngesinin tüm çalışma süresi boyunca (modern televizyon uyduları için 12-15 yıl) düzeltilmesini sağlamak için, gemide önemli bir yakıt kaynağı gereklidir (kimyasal bir motor durumunda yüzlerce kilogram). Uydunun kimyasal roket motoru, bir deplasmanlı yakıt beslemesine (destek gazı-helyum) sahiptir, uzun süreli yüksek kaynama noktalı bileşenler (genellikle simetrik olmayan dimetilhidrazin ve dinitrojen tetraoksit) üzerinde çalışır. Bazı uydular plazma motorlarıyla donatılmıştır. İtkileri kimyasal olanlara göre önemli ölçüde daha azdır, ancak daha yüksek verimlilikleri (uzun süreli çalışma nedeniyle, tek bir manevra için onlarca dakika içinde ölçülür) gemideki gerekli yakıt kütlesini radikal bir şekilde azaltmaya izin verir. Sevk sistemi tipinin seçimi, aparatın spesifik teknik özelliklerine göre belirlenir.

Aynı tahrik sistemi, gerekirse uyduyu başka bir yörünge pozisyonuna yönlendirmek için kullanılır. Bazı durumlarda, genellikle uydunun ömrünün sonunda, yakıt tüketimini azaltmak için kuzey-güney yörünge düzeltmesi durdurulur ve kalan yakıt sadece batı-doğu düzeltmesi için kullanılır.

Yakıt kapasitesi, sabit yörüngedeki bir uydunun ömründeki ana sınırlayıcı faktördür.

Yerdurağan yörüngenin dezavantajları

sinyal gecikmesi

Yerdurağan uydular aracılığıyla iletişim, sinyal yayılımındaki büyük gecikmelerle karakterize edilir. 35.786 km'lik bir yörünge yüksekliği ve yaklaşık 300.000 km/sn'lik bir ışık hızı  ile Dünya-uydu ışınının yolu yaklaşık 0.12 s gerektirir. Işın yolu "Dünya (verici) → uydu → Dünya (alıcı)" ≈0,24 s. Veri almak ve iletmek için uydu iletişimini kullanırken toplam gecikme (Ping yardımcı programı tarafından ölçülür) neredeyse yarım saniye olacaktır. Uydu ekipmanındaki, ekipmandaki ve karasal hizmetlerin kablo iletim sistemlerindeki sinyal gecikmesi dikkate alındığında, “sinyal kaynağı → uydu → alıcı” rotası boyunca toplam sinyal gecikmesi 2-4 saniyeye ulaşabilir. Böyle bir gecikme, telefonda GSO uydularının kullanılmasını zorlaştırır ve çeşitli gerçek zamanlı hizmetlerde (örneğin çevrimiçi oyunlarda) GSO kullanarak uydu iletişimini kullanmayı imkansız hale getirir.

Yüksek enlemlerden GSO görünmezliği

Jeostatik yörünge yüksek enlemlerden (yaklaşık 81 ° 'den kutuplara kadar) görünmediğinden ve 75 ° 'nin üzerindeki enlemlerde ufkun çok altında gözlenir (gerçek koşullarda, uydular sadece çıkıntılı nesneler ve arazi tarafından gizlenir) ve yörüngenin sadece küçük bir kısmı görünür ( tabloya bakın), daha sonra Uzak Kuzey (Arctic) ve Antarktika'nın yüksek enlem bölgelerinde GSO kullanarak iletişim ve televizyon yayıncılığı imkansızdır.

Çok popüler bir uydu yörüngesi, coğrafi yörüngedir. Doğrudan yayın uyduları, iletişim uyduları ve röle sistemleri dahil olmak üzere birçok uydu türünü barındırmak için kullanılır.

Geostationary yörüngenin avantajı, üzerinde bulunan uydunun sürekli olarak aynı konumda bulunmasıdır, bu da yer istasyonunun sabit bir antenini ona yönlendirmenize izin verir.

Ayrıca okuyun:

Bu faktör, uyduyu takip eden sürekli hareket eden bir antenin kullanılmasının son derece pratik olmayacağı uydu üzerinden doğrudan yayın gibi sistemler için son derece önemlidir.

Jeostatik yörünge için kısaltmaların kullanılmasına özen gösterilmelidir. GEO ve GSO kısaltmalarıyla karşılaşabiliriz ve her ikisi de hem durağan hem de jeosenkron yörüngeyi ifade etmek için kullanılır.

Yerdurağan yörüngelerin geliştirilmesi

Uyduları yerleştirmek için coğrafi yörüngeyi kullanma olasılığına ilişkin fikirler yıllar içinde ortaya atılmıştır. Rus teorisyen ve bilim kurgu yazarı Konstantin Tsiolkovsky, bu fikrin altında yatan hükümlerin olası bir yazarı olarak sıklıkla anılır. Bununla birlikte, ilk kez, Herman Oberth ve Herman Potochnik, uzay aracını Dünya'nın 35.900 kilometre irtifasına, 24 saatlik bir sirkülasyon periyoduyla yerleştirme olasılığı hakkında yazdılar ve onlara ekvatorun üzerinde bir noktada "uçma" fırsatı verdi. .

Geostationary Orbit'in doğuşuna yönelik bir sonraki büyük adım, bilim kurgu yazarı Arthur Charles Clarke'ın Britanya'nın önde gelen radyo ve elektronik yayını olan Wireless World için önemli bir makale yazdığı Ekim 1945'te atıldı. Makalenin başlığı "Dünya Dışı Röle İletişimi: Uzay Roketleri Tüm Dünyaya Sinyal Kapsamı Sağlayabilir mi?".

Clarke, Alman bilim adamları tarafından geliştirilen ve gelecekte mümkün olabilecek olan roket teknolojisinin kullanımıyla halihazırda mümkün olanı tahmin etmeye çalıştı. Sadece üç sabit uydu kullanarak tüm Dünya'yı bir sinyalle kaplama olasılığını önerdi.

Clark makalesinde, yörüngenin gerekli özelliklerinin yanı sıra vericilerin güç seviyelerine, güneş panelleri kullanılarak elektrik üretme olasılığına dikkat çekti ve hatta güneş tutulmalarının olası etkilerini hesapladı.

Clark'ın makalesi zamanının çok ötesindeydi. Sadece 1963'te NASA, bu teoriyi pratikte test edebilecek uyduları uzaya fırlatabildi. Clark'ın teorisinin pratik testlerini başlatabilen ilk tam teşekküllü uydu, 26 Temmuz 1963'te başlatılan Syncom 2 uydusuydu (gerçekte, Syncom 2 uydusu bunu yapamadı, çünkü gerekli coğrafi yörüngeye teslim edilemedi. ).

Geostationary Yörünge Teorisinin Temelleri

Uydunun bulunduğu yörüngenin yüksekliğindeki artışla birlikte, bu yörüngedeki dönüş periyodu da artar. Dünya'dan 35.790 kilometre yükseklikte, uydunun gezegenin etrafındaki bir yörüngeyi tamamlaması 24 saat sürüyor. Böyle bir yörünge, Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüş periyodu ile senkronize olduğu için jeosenkron olarak bilinir.

Geosenkron yörüngenin özel bir durumu, yerdurağan yörüngedir. Böyle bir yörüngeyi kullanırken, uydunun Dünya etrafındaki hareket yönü, gezegenin dönüş yönüne karşılık gelir ve uzay aracının dönüş süresi yaklaşık 24 saate eşittir. Bu, uydunun Dünya ile aynı açısal hızla, aynı yönde döndüğü ve dolayısıyla gezegenin yüzeyine göre sürekli olarak aynı noktada olduğu anlamına gelir.

Ayrıca okuyun:

Uydunun Dünya etrafında, gezegenin kendi ekseni etrafında dönmesiyle aynı hızda dönmesini sağlamak için, Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüş periyodunun gerçekte ne olduğunu açıkça anlamak gerekir. Çoğu zaman tutma cihazı, dünyanın güneşin mevcut konumuna göre dönüşünü ölçer ve dünyanın kendi ekseni etrafındaki dönüşü, güneş etrafındaki dönüşü ile birlikte günün uzunluğunu verir. Bununla birlikte, bu, sabit bir yörüngenin hesaplanması açısından bizi ilgilendiren Dünya devriminin dönemi değildir - tam bir devrim için gereken süre. 23 saat 56 dakika 4 saniye süren bu zaman dilimi yıldız günü olarak bilinir.

Geometri yasaları bize, bir uydunun her zaman dünya yüzeyinde aynı noktanın üzerinde kalması ve günde bir devrim yapması için tek seçeneğin, Dünya'nın kendisinin döndüğü yönde dönmesi olduğunu söyler. Ayrıca uydu yörüngesinde ne kuzeye ne de güneye hareket etmemelidir. Bütün bunlar ancak uydu yörüngesi ekvatordan geçerse başarılabilir.

Diyagram, farklı yörünge türlerini göstermektedir. Herhangi bir yörünge düzleminin Dünya'nın merkezinden geçmesi gerektiğinden, şekil iki olası seçeneği göstermektedir. Aynı zamanda uzay aracının her iki yörüngedeki sirkülasyonu, Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüş hızına eşit hızlarda gerçekleştirilecek olsa bile, "jeosenkronize" olarak belirlenen yörünge, ekvatora göre yarım gün boyunca kuzeye doğru hareket edecektir. , ve kalan yarım gün - güneye ve bu nedenle durağan olmayacak. Bir uydunun sabit olabilmesi için ekvatorun üzerinde olması gerekir.

Jeostatik yörüngede sürüklenme

Uydu, durağan yörüngede bulunsa bile, zamanla konumunu yavaş yavaş değiştirebilen bazı kuvvetlerden etkilenir.

Dünya'nın eliptik şekli, Güneş ve Ay'ın çekiciliği ve bir dizi başka faktör, bir uydunun yörüngesinden sapma potansiyelini artırır. Özellikle, ekvator yakınındaki Dünya'nın oldukça yuvarlak olmayan şekli, uydunun iki sabit denge noktasına çekilmesine neden olur - bunlardan biri Hint Okyanusu'nun üzerinde, ikincisi ise yaklaşık olarak dünyanın karşı tarafındadır. Toprak. Sonuç olarak doğudan batıya özgürleşme ya da ileri geri hareket denen bir olgu vardır.

Böyle bir hareketin sonuçlarının üstesinden gelmek için, uyduda, cihazı kesin bir yörünge konumuna döndüren "destek manevraları" gerçekleştirmesine izin veren belirli bir miktarda yakıt bulunur. Bu tür "bakım manevralarının" süreleri arasındaki gerekli aralık, esas olarak yer istasyonu anteninin huzme genişliği dikkate alınarak ayarlanan uydu sapma toleransına göre belirlenir. Bu, uydunun normal çalışması sırasında herhangi bir anten ayarının gerekli olmadığı anlamına gelir.

Ayrıca okuyun:

Çoğu zaman, uydunun aktif çalışma süresi, uyduyu bir yörünge konumunda tutmak için gerekli olan gemideki yakıt miktarından hesaplanır. Çoğu zaman, bu süre birkaç yıldır. Bundan sonra uydu, denge noktalarından biri yönünde sürüklenmeye başlar, bundan sonra alçalabilir ve ardından Dünya atmosferine girebilir. Bu nedenle, diğer uzay araçlarının çalışması üzerindeki olası olumsuz etkilerinden kaçınmak için uyduyu daha yüksek bir yörüngeye çıkarmak için gemide mevcut olan son yakıtın kullanılması arzu edilir.

Yerdurağan yörüngeden kapsama

Bir coğrafi sabit uydunun, Dünya yüzeyinin tam sinyal kapsamını sağlayamayacağı oldukça açıktır. Bununla birlikte, her yer sabit uydu, dünya yüzeyinin yaklaşık %42'sini "görür" ve kapsama alanı, yüzeyi "göremeyen" uyduya doğru düşer. Bu, ekvator çevresinde ve ayrıca kutup bölgelerine doğru olur.

Jeostatik yörüngede birbirinden eşit uzaklıkta üç uydudan oluşan bir takımyıldızı yerleştirerek, Dünya'nın tüm yüzeyinin ekvatordan ve 81 ° kuzey ve güney enlemlerine kadar sinyal kapsama alanı sağlamak mümkündür.

Kutup bölgelerinde kapsama eksikliği çoğu kullanıcı için bir sorun değildir, ancak kutup enlemlerinin sabit kapsama alanı sağlama ihtiyacı, diğer yörüngelerde yörüngede dönen uyduların kullanılmasını gerektirir.

sabit yörünge
ve sinyal yolu uzunluğu

Uyduları sabit yörüngede kullanırken ortaya çıkan sorunlardan biri, kat etmesi gereken mesafeden kaynaklanan sinyal gecikmesidir.

Yerdurağan uydulardan herhangi birine olan minimum mesafe 35.790 km'dir. Ve bu, yalnızca kullanıcı doğrudan uydunun altındaysa ve sinyal ona en kısa yoldan ulaşırsa geçerlidir. Gerçekte, kullanıcının tam olarak bu noktada olması olası değildir ve bu nedenle sinyalin kat etmek zorunda kalacağı mesafe gerçekte çok daha fazladır.

Bir yer istasyonundan uyduya olan en kısa mesafenin uzunluğuna bağlı olarak, tahmini minimum tek yönlü sinyal seyahat süresi -yani, Dünya'dan uyduya veya uydudan Dünya'ya - yaklaşık 120 milisaniyedir. Ve bu, sinyal yolunun tamamının - Dünya'dan uyduya ve uydudan Dünya'ya geri dönüş süresinin - saniyenin dörtte biri kadar olduğu anlamına gelir.

Bu nedenle, uydu üzerinden geçen bir diyalog sırasında bir yanıt alabilmek için yarım saniye gereklidir, çünkü sinyalin uydudan iki kez geçmesi gerekir: bir kez uzak dinleyici yönünde ve ikinci kez geri ile. cevap. Bu gecikme, uydu bağlantısı kullanan telefon görüşmelerini karmaşıklaştırır. Bir yayın stüdyosundan soru alan bir muhabirin yanıtlaması biraz zaman alır. Bu gecikme etkisinin varlığı, kablo gecikmeleri çok daha az olduğundan, birçok uzun mesafeli bağlantının uydu kanalları yerine kablo kanallarını kullanmasına neden olmuştur.

Uyduların avantajları ve dezavantajları,
coğrafi yörüngede bulunan

Yerdurağan yörünge pratikte çeşitli teknolojilerin konuşlandırılması için yaygın olarak kullanılmasına rağmen, yine de tüm durumlar için uygun değildir. Bu yörüngenin olası kullanımı hakkında düşünürken, bir takım avantaj ve dezavantajları dikkate alınmalıdır:

Avantajlar

Kusurlar

Uydu, Dünya'ya göre sürekli olarak aynı noktadadır - buna göre anten yeniden yönlendirmesi gerekli değildir

Sinyal daha büyük bir mesafe kat eder ve bu nedenle LEO veya MEO'ya kıyasla büyük kayıplar vardır. Bir uydunun bir GEO yörüngesine teslim edilmesi ve yerleştirilmesi maliyeti, Dünya'nın üzerindeki yükseklik nedeniyle daha yüksektir. Dünya'dan uyduya olan uzun mesafe, sinyal gecikmelerine neden olur. Jeostatik uydu yörüngesi yalnızca ekvator üzerinde uzanabilir ve bu nedenle kutup enlemlerini kapsamaz.

Bununla birlikte, coğrafi yörüngenin tüm dezavantajlarına rağmen, üzerinde bulunan uydular, tüm dezavantajlardan daha ağır basabilen ana avantajları nedeniyle tüm dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır: bir coğrafi uydu her zaman bir veya diğerine göre aynı yörünge konumundadır. Dünya üzerindeki nokta.

Bir tiyatrodaki koltukların bir performansa farklı bakış açıları sağlaması gibi, uyduların farklı yörüngeleri de her biri farklı bir amaca sahip bir bakış açısı sağlar. Bazıları yüzeydeki bir noktanın üzerinde uçuyor gibi görünür ve Dünya'nın bir tarafının sabit bir görünümünü sağlarken, diğerleri gezegenimizi çevreleyerek bir günde birçok yeri süpürür.

yörünge türleri

Uydular hangi yükseklikte uçar? 3 tür Dünya yörüngesi vardır: yüksek, orta ve düşük. Kural olarak, birçok hava durumu ve bazı iletişim uyduları, yüzeyden en uzak olan yüksekte bulunur. Orta Dünya'ya yakın yörüngede dönen uydular, belirli bir bölgeyi izlemek için tasarlanmış navigasyon ve özel uyduları içerir. NASA Dünya Gözlem Sistemi filosu da dahil olmak üzere çoğu bilimsel uzay aracı düşük yörüngededir.

Uyduların uçma hızı, hareketlerinin hızına bağlıdır. Dünya'ya yaklaştıkça yerçekimi güçlenir ve hareket hızlanır. Örneğin, NASA'nın Aqua uydusunun gezegenimizin etrafında yaklaşık 705 km yükseklikte uçması yaklaşık 99 dakika sürerken, yüzeyden 35.786 km uzaklıktaki bir meteorolojik aparat 23 saat 56 dakika ve 4 saniye sürmektedir. Dünya'nın merkezine 384.403 km uzaklıkta bulunan Ay, 28 günde bir dönüşünü tamamlar.

aerodinamik paradoks

Bir uydunun yüksekliğini değiştirmek, yörünge hızını da değiştirir. Burada bir paradoks var. Bir uydunun operatörü hızını artırmak isterse, hızlandırmak için motorları çalıştıramaz. Bu, yörüngeyi (ve yüksekliği) artıracak ve hızın düşmesine neden olacaktır. Bunun yerine, iticiler uydunun hareket yönünün tersi yönünde ateşlenmelidir, yani Dünya'da hareket eden bir aracı yavaşlatacak bir eylem. Bu eylem onu ​​alçaltacak ve bu da hızı artıracaktır.

yörünge özellikleri

Yüksekliğe ek olarak, bir uydunun yolu, eksantriklik ve eğim ile karakterize edilir. Birincisi yörüngenin şekli ile ilgilidir. Düşük eksantrikliğe sahip bir uydu, dairesele yakın bir yörünge boyunca hareket eder. Eksantrik yörünge bir elips şeklindedir. Uzay aracından Dünya'ya olan mesafe, konumuna bağlıdır.

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

Hep birlikte - yükseklik, eksantriklik ve eğim - uydunun hareketini ve Dünya'nın kendi bakış açısından nasıl görüneceğini belirler.

yeryüzüne yakın yüksek

Bir uydu, Dünya'nın merkezinden tam olarak 42.164 km'ye (yüzeyden yaklaşık 36.000 km) ulaştığında, yörüngesinin gezegenimizin dönüşüne karşılık geldiği bir bölgeye girer. Araç Dünya ile aynı hızda hareket ettiğinden yani dönüş süresi 24 saat olduğundan kuzeyden güneye doğru sürüklenebilse de tek bir boylam üzerinde yerinde duruyor gibi görünmektedir. Bu özel yüksek yörüngeye jeosenkronize denir.

Uydu, doğrudan ekvatorun üzerinde dairesel bir yörüngede hareket eder (eksantriklik ve eğim sıfırdır) ve Dünya'ya göre hareketsiz durur. Her zaman yüzeyinde aynı noktanın üzerinde bulunur.

Molniya yörüngesi (eğim 63.4°), yüksek enlemlerde gözlem için kullanılır. Yerdurağan uydular ekvatora bağlıdır, bu nedenle uzak kuzey veya güney bölgeleri için uygun değildir. Bu yörünge oldukça eksantriktir: uzay aracı, Dünya bir kenara yakın olacak şekilde uzun bir elips içinde hareket eder. Uydu yerçekimi etkisi altında hızlandığı için gezegenimize yakın olduğunda çok hızlı hareket eder. Uzaklaşırken hızı yavaşlar, bu nedenle yörüngenin tepesinde, Dünya'dan en uzak kenarda, mesafesi 40 bin km'ye ulaşabilen daha fazla zaman harcar. Yörünge periyodu 12 saattir, ancak uydu bu zamanın yaklaşık üçte ikisini bir yarım kürede geçirir. Yarı senkron bir yörünge gibi, uydu her 24 saatte bir aynı yolu izliyor ve uzak kuzeyde veya güneyde iletişim için kullanılıyor.

Alçak toprak

Çoğu bilimsel uydu, birçok meteoroloji ve uzay istasyonu neredeyse dairesel bir alçak Dünya yörüngesindedir. Eğimleri, izledikleri şeye bağlıdır. TRMM, tropik bölgelerdeki yağışları izlemek için piyasaya sürüldü, bu nedenle ekvatora yakın kalırken nispeten düşük bir eğime (35°) sahiptir.

NASA'nın gözetleme uydularının çoğu, kutuplara yakın, oldukça eğimli bir yörüngeye sahiptir. Uzay aracı, 99 dakikalık bir süre ile Dünya'nın etrafında kutuptan direğe hareket ediyor. Zamanın yarısı gezegenimizin gündüz tarafından, kutupta ise gece tarafına geçer.

Uydu hareket ettikçe, Dünya onun altında döner. Uzay aracı aydınlatılmış alana hareket ettiğinde, son yörüngesinin geçiş bölgesine bitişik alanın üzerindedir. 24 saatlik bir süre içinde, kutup uyduları Dünya'nın çoğunu iki kez kaplar: bir kez gündüz ve bir kez gece.

Güneş-senkron yörünge

Geosenkron uyduların aynı noktanın üzerinde kalmalarını sağlayan ekvatorun üzerinde olması gerektiği gibi, kutupsal yörüngeli uydular da aynı zamanda kalma yeteneğine sahiptir. Yörüngeleri güneşle eşzamanlıdır - bir uzay aracı ekvatoru geçtiğinde, yerel güneş saati her zaman aynıdır. Örneğin, Terra uydusu Brezilya üzerinden her zaman 10:30'da geçer. 99 dakika sonra Ekvador veya Kolombiya üzerinden bir sonraki geçiş de yerel saatle 10:30'da gerçekleşecek.

Mevsime göre değişse de, güneş ışığının Dünya yüzeyinde tutulmasına izin verdiği için bilim için güneşle senkronize bir yörünge gereklidir. Bu tutarlılık, bilim adamlarının, değişim yanılsaması yaratabilecek çok fazla ışık sıçraması endişesi duymadan, gezegenimizin görüntülerini birkaç yıl boyunca yılın aynı zamanında karşılaştırabilecekleri anlamına gelir. Güneşle senkronize bir yörünge olmadan, onları zaman içinde takip etmek ve iklim değişikliğini incelemek için gereken bilgileri toplamak zor olurdu.

Uydunun yolu burada çok sınırlıdır. 100 km yükseklikte ise yörüngenin eğimi 96° olmalıdır. Herhangi bir sapma geçersiz olacaktır. Atmosferik sürüklenme ve Güneş ve Ay'ın yerçekimi kuvveti uzay aracının yörüngesini değiştirdiğinden, düzenli olarak düzeltilmesi gerekir.

Yörünge ekleme: fırlatma

Bir uydunun fırlatılması, miktarı fırlatma alanının konumuna, hareketinin gelecekteki yörüngesinin yüksekliğine ve eğimine bağlı olan enerji gerektirir. Uzak bir yörüngeye ulaşmak için daha fazla enerji gerekir. Önemli bir eğime sahip uydular (örneğin, kutupsal olanlar), ekvatoru çevreleyenlerden daha fazla enerji tüketir. Düşük eğimli yörünge, Dünya'nın dönüşü ile desteklenir. 51.6397°'lik bir açıyla hareket eder. Uzay mekikleri ve Rus roketlerinin ona ulaşmasını kolaylaştırmak için bu gereklidir. ISS'nin yüksekliği 337-430 km'dir. Öte yandan, kutup uyduları Dünya'nın momentumu tarafından desteklenmez, bu nedenle aynı mesafeyi kat etmek için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarlar.

Ayarlama

Bir uydu fırlatıldıktan sonra onu belirli bir yörüngede tutmak için çaba sarf edilmelidir. Dünya mükemmel bir küre olmadığı için yerçekimi bazı yerlerde daha güçlüdür. Bu eşitsizlik, Güneş, Ay ve Jüpiter'in (güneş sistemindeki en büyük gezegen) çekimi ile birlikte yörüngenin eğimini değiştirir. Ömrü boyunca GOES uyduları üç veya dört kez düzeltildi. NASA'nın LEO'ları, eğilimlerini yıllık olarak ayarlamalıdır.

Ek olarak, Dünya'ya yakın uydular atmosferden etkilenir. En üstteki katmanlar, oldukça seyrek olmasına rağmen, onları Dünya'ya daha da yakınlaştıracak kadar güçlü bir direnç sunar. Yerçekimi hareketi uyduların hızlanmasına yol açar. Zamanla yanarlar, atmosfere daha hızlı ve daha hızlı bir şekilde dönerler veya Dünya'ya düşerler.

Güneş aktifken atmosferik sürüklenme daha güçlüdür. Bir balonun içindeki hava ısıtıldığında genişleyip yükselmesi gibi, Güneş de ona ekstra enerji verdiğinde atmosfer yükselir ve genişler. Atmosferin nadide katmanları yükselir ve yerlerini daha yoğun olanlar alır. Bu nedenle, Dünya yörüngesindeki uydular, atmosferik sürtünmeyi telafi etmek için yılda yaklaşık dört kez konumlarını değiştirmelidir. Güneş aktivitesi maksimum olduğunda, cihazın konumu 2-3 haftada bir ayarlanmalıdır.

uzay çöpü

Yörüngeyi değiştirmeye zorlamanın üçüncü nedeni uzay enkazıdır. İridyum iletişim uydularından biri, çalışmayan bir Rus uzay aracıyla çarpıştı. 2500'den fazla parçadan oluşan bir enkaz bulutu oluşturarak çöktüler. Her öğe, bugün 18.000'den fazla insan yapımı nesneye sahip olan veritabanına eklendi.

NASA, uyduların yolunda olabilecek her şeyi dikkatle izler, çünkü uzay enkazı zaten birkaç kez yörünge değiştirmek zorunda kalmıştır.

Mühendisler, harekete müdahale edebilecek uzay enkazlarının ve uyduların konumunu izler ve gerektiğinde kaçınma manevralarını dikkatlice planlar. Aynı ekip, uydunun eğimini ve yüksekliğini ayarlamak için manevralar planlar ve yürütür.

Dünya, herhangi bir kozmik cisim gibi, kendi kütleçekim alanına ve çeşitli boyutlarda cisimler ve nesneler içerebilen bitişik yörüngelere sahiptir. Çoğu zaman, Ay ve Uluslararası Uzay İstasyonu anlamına gelir. Birincisi kendi yörüngesine ve ISS - düşük Dünya yörüngesine gider. Dünya'dan uzaklık, gezegene göre göreceli konum ve dönüş yönü bakımından birbirinden farklı birkaç yörünge vardır.

Yapay dünya uydularının yörüngeleri

Bugüne kadar, Dünya'ya en yakın dış uzayda, insan faaliyetinin sonucu olan birçok nesne var. Temel olarak, bunlar iletişim sağlamaya hizmet eden yapay uydulardır, ancak aynı zamanda çok fazla uzay enkazı da vardır. En ünlü yapay Dünya uydularından biri Uluslararası Uzay İstasyonu'dur.

AES üç ana yörüngede hareket eder: ekvatoral (jeostatik), kutupsal ve eğimli. Birincisi tamamen ekvator dairesi düzleminde yer alır, ikincisi kesinlikle ona diktir ve üçüncüsü aralarında bulunur.

jeosenkron yörünge

Bu yörüngenin adı, üzerinde hareket eden cismin Dünya'nın dönüşünün yıldız periyoduna eşit bir hıza sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Bir yerdurağan yörünge, dünyanın ekvatoruyla aynı düzlemde bulunan bir jeosenkron yörüngenin özel bir durumudur.

Sıfıra eşit olmayan bir eğim ve sıfır eksantriklik ile uydu, Dünya'dan bakıldığında gün boyunca gökyüzünde sekiz rakamını tanımlar.

Geosenkron yörüngedeki ilk uydu, 1963'te fırlatılan American Syncom-2'dir. Günümüzde bazı durumlarda uyduların jeosenkron yörüngeye yerleştirilmesi, fırlatma aracının onları sabit yörüngeye getirememesinden kaynaklanmaktadır.

sabit yörünge

Bu yörünge, sürekli harekete rağmen, üzerinde bulunan nesnenin dünya yüzeyine göre statik kalması nedeniyle böyle bir isme sahiptir. Cismin bulunduğu yere durma noktası denir.

Böyle bir yörüngeye fırlatılan uydular, genellikle uydu televizyonunu iletmek için kullanılır, çünkü statik, anteni bir kez ona doğrultmanıza ve uzun süre bağlı kalmanıza izin verir.

Jeostatik yörüngedeki uyduların yüksekliği 35.786 kilometredir. Hepsi doğrudan ekvatorun üzerinde olduğundan, konumu belirtmek için yalnızca meridyen adlandırılır, örneğin 180.0˚E Intelsat 18 veya 172.0˚E Eutelsat 172A.

Yörüngenin yaklaşık yarıçapı ~42.164 km, uzunluğu yaklaşık 265.000 km ve yörünge hızı yaklaşık 3.07 km/s'dir.

Yüksek eliptik yörünge

Yüksek bir eliptik yörünge, yerberideki yüksekliği apojedekinden birkaç kat daha az olan bir yörüngedir. Uyduları bu yörüngelere yerleştirmenin bir takım önemli avantajları vardır. Örneğin, böyle bir sistem tüm Rusya'ya veya buna göre eşit toplam alana sahip bir grup devlete hizmet etmek için yeterli olabilir. Ek olarak, yüksek enlemlerdeki HEO sistemleri, yer sabit uydulardan daha işlevseldir. Ve bir uyduyu yüksek bir eliptik yörüngeye yerleştirmek yaklaşık 1.8 kat daha ucuzdur.

HEO üzerinde çalışan sistemlerin büyük örnekleri:

• NASA ve ESA tarafından başlatılan uzay gözlemevleri.
• Uydu radyo Sirius XM Radyo.
• Uydu iletişimi Meridian, -Z ve -ZK, Molniya-1T.
• Uydu GPS düzeltme sistemi.

Alçak dünya yörüngesi

Bu, çeşitli koşullara bağlı olarak sırasıyla 160-2000 km yüksekliğe ve 88-127 dakikalık bir yörünge süresine sahip olabilen en düşük yörüngelerden biridir. LEO'nun insanlı uzay aracı tarafından üstesinden gelindiği tek zaman, Amerikan astronotlarının aya inişiyle Apollo programıydı.

Halihazırda kullanımda olan veya şimdiye kadar kullanılan yapay dünya uydularının çoğu, düşük Dünya yörüngesinde faaliyet göstermektedir. Aynı nedenle, uzay enkazının büyük kısmı artık bu bölgede bulunuyor. LEO uyduları için optimum yörünge hızı ortalama olarak 7,8 km/s'dir.

LEO'daki yapay uydu örnekleri:

• Uluslararası Uzay İstasyonu (400 km).
• Çeşitli sistem ve ağların telekomünikasyon uyduları.
• Keşif araçları ve sonda uyduları.

Yörüngedeki uzay enkazının bolluğu, tüm uzay endüstrisinin temel modern sorunudur. Bugün durum öyle ki, LEO'daki çeşitli nesnelerin çarpışma olasılığı artıyor. Bu da yörüngede yıkıma ve daha da fazla parça ve detayın oluşmasına yol açar. Karamsar tahminler, başlatılan Domino Prensibinin insanlığı uzayı keşfetme fırsatından tamamen mahrum bırakabileceğini söylüyor.

Düşük referans yörüngesi

Eğim, yükseklik veya diğer önemli değişikliklerde bir değişiklik sağlayan cihazın yörüngesini düşük referans yörüngesi olarak adlandırmak gelenekseldir. Cihazın motoru yoksa ve manevra yapmıyorsa yörüngesine alçak Dünya yörüngesi denir.

İlginç bir şekilde, Rus ve Amerikan balistikleri yüksekliğini farklı şekilde hesaplar, çünkü birincisi Dünya'nın eliptik bir modeline ve ikincisi küresel bir modele dayanmaktadır. Bu nedenle, sadece yükseklikte değil, aynı zamanda perigee ve apoje konumunda da bir fark vardır.