Vào những gì độ cao vệ tinh bay, tính toán quỹ đạo, tốc độ và hướng chuyển động

Cũng giống như các ghế trong rạp chiếu phim cho phép nhìn khác về các đại diện của các quỹ đạo khác nhau của các vệ tinh cung cấp quan điểm, mỗi trong số đó có mục đích riêng của mình. Một số dường như được treo lơ lửng trên các điểm trên bề mặt, họ cung cấp một cái nhìn tổng quan liên tục của một mặt của Trái Đất, trong khi người kia khoanh tròn xung quanh hành tinh của chúng ta, một ngày nào đó quét qua nhiều địa điểm.

loại quỹ đạo

Vào những gì độ cao bay vệ tinh? Có 3 loại quỹ đạo trái đất: cao, trung bình và thấp. Tại xa nhất cao từ bề mặt nói chung là nhiều thời tiết và một số vệ tinh thông tin liên lạc. Vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất trung bình bao gồm điều hướng và đặc biệt được thiết kế để theo dõi một khu vực cụ thể. Hầu hết các khoa học vũ trụ, trong đó có hệ thống giám sát cho đội tàu bề mặt của NASA Trái Đất, nằm trong một quỹ đạo thấp.

Kể có bao cao vệ tinh bay phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của họ. Khi bạn tiếp cận mức độ nghiêm trọng Trái đất trở nên mạnh mẽ hơn, nhanh hơn và phong trào. Ví dụ, NASA Aqua vệ tinh mất khoảng 99 phút để bay vòng quanh trái đất khoảng 705 km, và đơn vị khí tượng, đến một từ xa 35.786 km từ bề mặt, nó sẽ đòi hỏi 23 giờ, 56 phút và 4 giây. Ở khoảng cách 384.403 km từ trung tâm của Trái Đất Mặt Trăng hoàn thành một cuộc cách mạng trong 28 ngày.

nghịch lý khí động học

vệ tinh thay đổi độ cao cũng sẽ thay đổi nó trong một tốc độ quỹ đạo. Ở đây có một nghịch lý. Nếu các nhà điều hành vệ tinh muốn tăng tốc độ của mình, anh ta không thể chỉ cần chạy các công cụ để tăng tốc. Điều này sẽ làm tăng quỹ đạo (và chiều cao), mà sẽ dẫn đến việc giảm tốc độ. Thay vào đó, bạn nên chạy động cơ theo chiều ngược lại chuyển động của vệ tinh, tức là. E. Thực hiện một hành động mà sẽ làm chậm di chuyển xe trên Trái Đất. hành động như vậy sẽ di chuyển nó thấp hơn sẽ làm tăng tốc độ.

Các tính năng quỹ đạo

Ngoài chiều cao, con đường chuyển động của vệ tinh được đặc trưng bởi độ lệch tâm và độ nghiêng. Là người đầu tiên liên quan đến hình dạng của quỹ đạo. Satellite thấp di chuyển lệch tâm dọc theo một quỹ đạo gần tròn. Quỹ đạo lập dị là hình elip. Khoảng cách từ tàu vũ trụ đến Trái Đất phụ thuộc vào vị trí của nó.

Nghiêng - góc của quỹ đạo đối với đường xích đạo với. Vệ tinh này, được quay trực tiếp trên đường xích đạo, có độ dốc không. Nếu tàu vũ trụ đi qua phía bắc và cực nam (địa lý và từ không), độ nghiêng của nó là 90 °.

Tất cả cùng nhau - chiều cao, độ lệch tâm và độ nghiêng - xác định chuyển động của các vệ tinh và các loại tương tự từ quan điểm của mình sẽ trông giống như trái đất.

cao-Trái Đất

Khi vệ tinh đạt chính xác 42.164 km từ trung tâm của trái đất (khoảng 36 ngàn. Km từ bề mặt), nó tiến vào vùng nơi nó đáp ứng các quỹ đạo quay của hành tinh. Khi di chuyển máy với tốc độ tương tự như Trái đất, đó là. Giai đoạn E. nó của cuộc cách mạng là 24 giờ, có vẻ như rằng nó vẫn ở vị trí trên chỉ kinh độ, mặc dù nó có thể trôi dạt từ Bắc vào Nam. quỹ đạo cao đặc biệt này được gọi là địa tĩnh.

Di chuyển vệ tinh trong quỹ đạo tròn ngay trên đường xích đạo (độ lệch tâm và độ nghiêng của zero) và tương đối so với Trái đất đứng yên. luôn ông nằm trên cùng một điểm trên bề mặt của nó.

quỹ đạo địa tĩnh rất có giá trị để theo dõi thời tiết, như các vệ tinh bản cung cấp cái nhìn tổng quan liên tục của diện tích bề mặt tương tự. Cứ vài phút, các khoản viện trợ khí tượng, chẳng hạn như tinh GOES, cung cấp thông tin về những đám mây, hơi nước và gió, và các dòng chảy liên tục của thông tin là cơ sở để theo dõi, dự báo thời tiết.

Bên cạnh đó, các thiết bị GEO có thể hữu ích cho thông tin liên lạc (điện thoại, truyền hình, đài phát thanh). GOES vệ tinh cung cấp tìm kiếm việc làm và giải cứu đèn hiệu, được sử dụng để hỗ trợ trong việc tìm kiếm các tàu và máy bay bị nạn.

Cuối cùng, nhiều vệ tinh Trái đất vysokoorbitalnyh được giám sát hoạt động năng lượng mặt trời và theo dõi mức độ của từ trường và bức xạ.

Việc tính toán chiều cao của quỹ đạo địa tĩnh

Vệ tinh này hoạt động hướng tâm lực F _p = (M v ₁ ²⁾ / R và hấp dẫn lực F _t = (GM ₁ M ₂₎ / R ^2. Kể từ khi các lực lượng này đều bình đẳng, chúng ta có thể cân bằng giữa bên phải và cắt chúng thành ₁ M đại chúng. Kết quả là phương trình v ² = (GM ²⁾ / R. Do đó vận tốc v = ((GM ₂₎ / R) ^1/2

Kể từ khi quỹ đạo địa tĩnh là một chiều dài vòng tròn 2πr vận tốc quỹ đạo là v = 2πR / T.

Do đó, R ³ = T ² GM / (4π ^2).

Kể từ khi T = 8,64x10 ^4, G = 6,673x10 ^-11 Nm ² / kg ^2, M = 5,98x10 ²⁴ kg, sau đó R = 4,23x10 ⁷ m trừ từ R. bán kính Trái Đất, tương đương 6,38x10 ⁶ m, người ta có thể biết các vệ tinh độ cao bay treo trên một điểm của bề mặt - 3,59x10 ⁷ m.

Lagrange điểm

quỹ đạo vĩ đại khác là những điểm Lagrange, nơi lực hấp dẫn của Trái Đất được bù đắp bởi lực hấp dẫn của Mặt trời. Tất cả những gì có, không kém phần hấp dẫn bởi những thiên thể và quay với hành tinh của chúng tôi xung quanh các ngôi sao.

Trong năm điểm Lagrange trong hệ thống Sun-Trái đất, chỉ có cuối cùng hai, được gọi là L5 và L4, ổn định. Trong phần còn lại của vệ tinh cũng giống như một quả bóng cân trên đỉnh một ngọn đồi dốc: bất cứ sự thay nhẹ sẽ đẩy nó. Để duy trì trong trạng thái cân bằng, tàu vũ trụ đang cần điều chỉnh liên tục. Trong hai điểm cuối cùng của các vệ tinh Lagrange ví như một quả bóng trong bóng: ngay cả sau khi một sự xáo trộn mạnh mẽ, họ sẽ quay trở lại.

L1 nằm giữa Trái đất và Mặt trời, cho phép vệ tinh mà đang ở trong đó, để có một cái nhìn tổng quan liên tục của ngôi sao của chúng tôi. Các đài quan sát mặt trời SOHO, vệ tinh của NASA, Cơ quan Vũ trụ châu Âu để theo dõi mặt trời từ điểm Lagrange đầu tiên 1,5 triệu km từ trái đất.

L2 nằm ở cùng khoảng cách từ Trái đất, nhưng là đằng sau cô. Vệ tinh ở vị trí này đòi hỏi chỉ có một lá chắn nhiệt để bảo vệ khỏi ánh sáng mặt trời và nhiệt. Đây là một nơi tốt cho kính viễn vọng không gian, được sử dụng để nghiên cứu bản chất của vũ trụ thông qua quan sát bức xạ nền vi sóng.

Một Điểm Lagrange thứ ba nằm ở phía trước của Trái đất ở phía bên kia của mặt trời, do đó ánh sáng luôn luôn là giữa ông và hành tinh chúng ta. Vệ tinh ở vị trí này sẽ không thể giao tiếp với Trái Đất.

Cực kỳ ổn định điểm Lagrange thứ tư và thứ năm trên quỹ đạo của hành tinh này trong vòng 60 ° về phía trước và phía sau Trái Đất.

quỹ đạo trái đất trung bình

Là gần với Trái Đất, các vệ tinh di chuyển nhanh hơn. Có hai quỹ đạo trung Earth: bán đồng bộ, và "Lightning".

Vào những gì độ cao vệ tinh bay trên một quỹ đạo bán đồng bộ? Nó gần như tròn (lệch tâm thấp) và loại bỏ để một khoảng cách 26.560 km từ trung tâm của trái đất (khoảng 20.200 km trên bề mặt). Vệ tinh ở độ cao này làm cho một vòng quay hoàn thành mỗi 12 giờ. Ít nhất cử động của anh Trái Đất quay bên dưới. Trong 24 h và nó cắt hai điểm giống hệt nhau trên đường xích đạo. quỹ đạo này là phù hợp và đánh giá cao dự đoán được. Hệ thống sử dụng định vị toàn cầu GPS.

Orbit "Lightning" (nghiêng 63,4 °) được sử dụng để quan sát ở các vĩ độ cao. vệ tinh địa tĩnh được gắn vào đường xích đạo, vì vậy họ không thích hợp cho đường dài vùng phía bắc hoặc phía nam. quỹ đạo này là khá lập dị: tàu vũ trụ di chuyển dọc theo một hình elip thuôn dài với Trái Đất, nằm gần một cạnh. Kể từ khi vệ tinh được tăng tốc bởi trọng lực, nó di chuyển rất nhanh chóng khi nó gần hành tinh của chúng ta. Khi bạn xóa tốc độ chậm lại, vì vậy ông dành nhiều thời gian ở phía trên cùng của quỹ đạo ở xa nhất từ mép của Trái Đất, khoảng cách mà có thể đạt tới 40 ngàn. Km. chu kỳ quỹ đạo là 12 giờ, nhưng khoảng hai phần ba thời gian vệ tinh dành hơn một bán cầu. Cũng giống như các vệ tinh quỹ đạo bán đồng bộ đi qua con đường giống nhau mỗi 24 giờ. Nó được sử dụng để liên lạc ở xa về phía bắc hoặc phía nam.

Trái đất thấp

Hầu hết các vệ tinh khoa học, nhiều khí tượng và không gian trạm đang trong quỹ đạo trái đất thấp gần như tròn. độ dốc của họ phụ thuộc vào giám sát những gì họ đang làm. TRMM đã được đưa ra để theo dõi mưa nhiệt đới, vì vậy có một khuynh hướng tương đối thấp (35 °), trong khi vẫn gần đường xích đạo.

Nhiều quan sát từ vệ tinh NASA có gần cực quỹ đạo vysokonaklonnuyu. Di chuyển tàu vũ trụ xung quanh trái đất từ cực này sang cực với một khoảng thời gian 99 phút. Một nửa thời gian nó đi qua phía ánh sáng ban ngày của hành tinh, và trở lại đêm trên cực.

Khi chuyển động của vệ tinh Trái đất xoay bên dưới. Vào thời điểm đơn vị đi vào phần chiếu sáng, đó là trên một khu vực tiếp giáp với khu vực của việc thông qua quỹ đạo cuối cùng của nó. Trong thời gian 24 giờ của các vệ tinh cực bao gồm hầu hết của Trái đất hai lần, một lần vào ban ngày và một lần vào ban đêm.

quỹ đạo mặt trời đồng bộ

Cũng giống như các vệ tinh địa tĩnh phải trên đường xích đạo, cho phép họ ở lại trên một điểm, quỹ đạo cực có khả năng ở lại cùng một lúc. quỹ đạo của họ là ánh nắng mặt trời đồng bộ - tại giao điểm của tàu vũ trụ xích đạo thời gian mặt trời địa phương luôn là như nhau. Ví dụ, Terra vệ tinh đi qua trước Brazil luôn lúc 10:30 am. ngã tư tiếp theo sau 99 phút so với Ecuador hoặc Colombia cũng xảy ra lúc 10h30 giờ địa phương.

quỹ đạo mặt trời đồng bộ là cần thiết cho khoa học, vì nó cho phép để duy trì góc của ánh sáng mặt trời rơi trên bề mặt của Trái Đất, mặc dù nó sẽ thay đổi tùy theo mùa. Sự nhất quán này có nghĩa là các nhà khoa học có thể so sánh trong nhiều năm mà không cần phải lo lắng về việc nhảy quá lớn trong bao gồm hình ảnh một lần trong những năm hành tinh, trong đó có thể tạo ra ảo giác về sự thay đổi. Nếu không có quỹ đạo mặt trời đồng bộ nó sẽ rất khó để theo dõi chúng theo thời gian, và để thu thập các thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu biến đổi khí hậu.

Đường dẫn của vệ tinh là rất hạn chế. Nếu nó là ở độ cao 100 km, quỹ đạo phải có một độ dốc của 96 °. Bất kỳ độ lệch là không thể chấp nhận. Kể từ khi cuộc kháng chiến của khí quyển và lực hấp dẫn của mặt trời và thiết bị thay đổi quỹ đạo của Mặt trăng, nó phải được điều chỉnh đều đặn.

Đưa vào quỹ đạo: Launch

Việc tung ra đòi hỏi năng lượng, số tiền trong đó phụ thuộc vào vị trí của bệ phóng, chiều cao và độ dốc của quỹ đạo tương lai của phong trào của nó. Để đạt được quỹ đạo từ xa, nó là cần thiết để rộng nhiều năng lượng hơn. Vệ tinh với độ nghiêng đáng kể (ví dụ cực) là tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với những khoanh tròn phía trên xích đạo. Đưa vào quỹ đạo với một độ nghiêng thấp giúp chuyển động quay của Trái Đất. Trạm vũ trụ quốc tế đang chuyển động ở một góc 51,6397 °. Này là cần thiết để đảm bảo rằng các tàu con thoi và tên lửa của Nga đã dễ dàng hơn để có được cô ấy. Chiều cao của ISS - 337-430 km. vệ tinh cực, mặt khác, bằng các phương tiện của nhịp đập của trái đất không nhận được, vì vậy họ đòi hỏi nhiều năng lượng hơn để leo lên cùng một khoảng cách.

điều chỉnh

Sau sự ra mắt của vệ tinh là cần thiết để làm cho các nỗ lực để giữ nó tại một quỹ đạo nhất định. Kể từ khi Trái đất không phải là một hình cầu hoàn hảo, lực hấp dẫn của nó là mạnh hơn ở một số nơi. không đồng đều này, ngoài sự hấp dẫn của mặt trời, mặt trăng và sao Mộc (hành tinh lớn nhất của hệ thống năng lượng mặt trời), thay đổi độ nghiêng của quỹ đạo. Trong suốt cuộc đời của mình vị trí GOES vệ tinh chỉnh ba hoặc bốn lần. thiết bị LEO NASA nên điều chỉnh độ nghiêng của nó hàng năm.

Bên cạnh đó, các vệ tinh gần trái đất ảnh hưởng đến bầu khí quyển. Các lớp cao nhất, mặc dù khá thưa thớt, có một sức đề kháng đủ mạnh để lôi kéo họ gần gũi hơn với Trái Đất. Tác động của trọng lực dẫn đến sự tăng tốc của vệ tinh. Theo thời gian, chúng được đốt cháy trong một vòng xoáy chìm thấp hơn và nhanh hơn vào khí quyển, hoặc rơi trở lại trái đất.

sức cản không khí mạnh khi mặt trời đang hoạt động. Cũng như không khí trong khinh khí cầu mở rộng và tăng lên khi làm nóng, mở rộng và tăng bầu không khí khi mặt trời cung cấp cho nó năng lượng bổ sung. Thưa thớt lớp khí quyển lên và diễn ra dày đặc hơn của họ. Do đó, các vệ tinh quay quanh trái đất nên thay đổi vị trí của nó khoảng bốn lần một năm để bù đắp cho kéo khí quyển. Khi mặt trời hoạt động mạnh nhất, vị trí của thiết bị phải điều chỉnh mỗi 2-3 tuần.

rác vũ trụ

Lý do thứ ba, buộc tôi vào quỹ đạo - mảnh vỡ không gian. Một trong những thông tin liên lạc vệ tinh Iridium va chạm với một tàu vũ trụ của Nga không hoạt động. Họ đã chia tay, tạo ra một đám mây mảnh vỡ bao gồm hơn 2.500 phần. Mỗi mục đã được thêm vào cơ sở dữ liệu, mà hiện nay bao gồm hơn 18.000 đối tượng có nguồn gốc từ con người.

NASA cẩn thận theo dõi tất cả những gì có thể nhận được trong cách của các vệ tinh, tức là. A. Do các mảnh vỡ đã nhiều lần phải thay đổi quỹ đạo.

kỹ sư Trung tâm Mission Control theo dõi tình trạng của các vệ tinh và không gian mảnh vỡ, mà có thể gây trở ngại cho phong trào và theo yêu cầu kế hoạch cẩn thận lái quá đà. Các kế hoạch cùng một nhóm và thực hiện thao tác để điều chỉnh độ nghiêng và chiều cao của vệ tinh.