در چه ارتفاع ماهواره پرواز، محاسبه مدار، سرعت و جهت حرکت

فقط به عنوان صندلی در تئاتر اجازه می دهد نگاه متفاوت در نمایندگی از مدار های مختلف از ماهواره چشم انداز، که هر کدام دارای هدف خود را ارائه می کنند. برخی به نظر می رسد حلق آویز شد بیش از نقطه روی سطح، آنها ارائه یک دید کلی ثابت یک طرف از زمین، در حالی که گردان دیگر در سراسر سیاره ما، یک روز رفت و برگشت بر مکان های مختلف.

انواع مدار

در چه ارتفاع پرواز ماهواره؟ 3 نوع از مدار زمین وجود دارد: بالا، متوسط و پایین است. در دورترین بالا از سطح به طور کلی بسیاری از آب و هوا و برخی از ماهواره های ارتباطی است. ماهواره ها در مدار به مدار متوسط زمین شامل ناوبری و ویژه طراحی شده برای نظارت بر یک منطقه خاص. ترین های علمی فضاپیما، از جمله سیستم کنترل برای ناوگان سطح ناسا زمین، در یک مدار پایین است.

مهم نیست که چگونه ماهواره بالا پرواز بستگی به سرعت حرکت آنها. همانطور که شما به جاذبه زمین قوی تر، و سریع تر حرکت می شود. به عنوان مثال، ناسا ورزشهای آبی ماهواره حدود 99 دقیقه طول می کشد به پرواز در اطراف این سیاره در حدود 705 کیلومتر، و واحد های هواشناسی، از راه دور 35786 کیلومتر از سطح، آن را 23 ساعت و 56 دقیقه و 4 ثانیه نیاز داشته باشد. در فاصله 384403 کیلومتر از مرکز زمین به ماه کامل یک انقلاب در 28 روز.

تناقض آیرودینامیکی

تغییر ارتفاع ماهواره ای نیز آن را در یک سرعت مدار تغییر. در اینجا یک تناقض وجود دارد. اگر اپراتور ماهواره ای می خواهد برای افزایش سرعت خود را، او می تواند نه فقط موتور برای شتاب را اجرا کنید. این مدار (و ارتفاع)، که به کاهش سرعت منجر خواهد شد را افزایش دهد. در عوض، شما باید موتور در جهت مخالف حرکت ماهواره را اجرا کنید، به عنوان مثال. E. برای انجام یک عمل که آهسته در حال حرکت خودرو بر روی زمین. چنین اقدامی خواهد آن را به حرکت زیر است که سرعت را افزایش دهد.

ویژگی های مدار

علاوه بر ارتفاع، مسیر حرکت ماهواره ای است که توسط خروج از مرکز و تمایل مشخص می شود. اولین مربوط به شکل مدار. ماهواره حرکت خروج از مرکز کم در امتداد یک مسیر نزدیک به دایره ای. مدار خارج از مرکز بیضی شکل است. فاصله از فضاپیما به زمین بستگی به موقعیت آن است.

تمایل - زاویه مدار با توجه به خط استوا. این ماهواره که به طور مستقیم بر روی خط استوا چرخش، دارای شیب صفر است. اگر این فضاپیما بیش از قطبهای شمال و جنوب (جغرافیایی و مغناطیسی) عبور می کند، تمایل 90 درجه است.

همه با هم - ارتفاع، خروج از مرکز و تمایل - تعیین حرکت ماهواره و مانند آن از نظر او خواهد شد مثل زمین است.

بالا زمین

وقتی ماهواره دقیقا 42164 کیلومتر از مرکز زمین (حدود 36 هزار نفر است. کیلومتر از سطح) می رسد، آن را وارد منطقه که در آن آن را مطابق مدار چرخش این سیاره است. همانطور که حرکت ماشین در همان سرعت به عنوان زمین، که است. دوره E. خود از انقلاب 24 ساعت است، آن را به نظر می رسد که آن را در جای خود بر تنها طول جغرافیایی باقی می ماند، اگر چه ممکن است از شمال به جنوب راندگی. این مدار ویژه بالا است مدار هم نامیده می شود.

حرکت ماهواره در یک مدار دایره در بالای خط استوا (خروج از مرکز و تمایل از صفر) و نسبت به زمین می ایستد. او همیشه بالا همان نقطه بر روی سطح آن واقع شده است.

مدار ثابت بسیار ارزشمند برای نظارت آب و هوا، به عنوان آن را برعهده ماهواره ارائه نمای کلی مداوم از سطح است. هر چند دقیقه، کمک های هواشناسی، مانند رود، ارائه اطلاعات در مورد ابرها، بخار آب و باد و جریان ثابت از اطلاعات پایه ای برای نظارت و آب و هوا پیش بینی است.

علاوه بر این، دستگاه های GEO ممکن است برای ارتباط (تلفن، تلویزیون، رادیو) مفید است. می رود ماهواره ارائه جستجوی کار و فانوس دریایی نجات، برای کمک در جستجو از کشتی ها و هواپیما در پریشانی.

در نهایت، بسیاری از ماهواره vysokoorbitalnyh در حال نظارت بر فعالیت های خورشیدی و نظارت بر سطح میدان های مغناطیسی و تابش.

محاسبه ارتفاع مدار ثابت

این ماهواره در عمل به مرکز نیروی F = _P (M ₁ ²⁾ / R و گرانشی نیروی F = _{t و} (GM ₁ M ₂₎ / R ^2. از آنجا که این نیروهای برابر هستند، ممکن است به یکسان فرض کردن طرف راست و قطع آنها را به جرم M _1. نتیجه معادله V ² است = (GM ²⁾ / رضا از این رو سرعت v = ((GM ₂₎ / R) ^1/2

از آنجا که مدار ثابت طول دایره 2πr است سرعت مداری V = 2πR / T. است

از این رو، R ³ = T ² GM / (4π ^2).

از آنجا که T = 8،64x10 ^4، G = 6،673x10 ^-11 نیوتن متر ² / کیلوگرم ^2، M = ²⁴ 5،98x10 کیلوگرم، پس از آن R = 4،23x10 ⁷ متر کم کردن از R. شعاع زمین، برابر 6،38x10 ⁶ متر، آن را ممکن است به دانستن ماهواره ارتفاع در پرواز حلق آویز در یک نقطه از سطح - 3،59x10 ⁷ متر.

نقطه لاگرانژ

دیگر مدار بزرگ هستند که نقطه لاگرانژ، که در آن نیروی گرانش زمین است توسط گرانش خورشید جبران می شود. است که همه، به همان اندازه به این اجرام آسمانی را به خود جلب و چرخش با سیاره ما دور ستاره است.

از پنج نقاط لاگرانژی در سیستم خورشید-زمین، تنها دو، به نام L5 و L4، با ثبات است. در بقیه ماهواره ای است مانند یک توپ و متعادل کننده در بالای یک تپه شیب دار: هر آشفتگی کمی فشار خواهد شد. ماندن در یک حالت متعادل، این فضاپیما نیاز به تنظیم ثابت است. در دو نقطه آخر از ماهواره لاگرانژ تشبیه به یک توپ در توپ: حتی پس از یک اختلال قوی، آنها باز خواهد گشت.

L1 بین زمین و خورشید قرار گرفته است، اجازه می دهد تا ماهواره که در آن هستند، به یک مروری ثابت ستاره به ما. رصدخانه خورشیدی SOHO، ماهواره ای ناسا، آژانس فضایی اروپا برای پیگیری خورشید از نقطه اول به نقطه لاگرانژ 1.5 میلیون کیلومتر از زمین فاصله.

L2 است که در همان فاصله از زمین قرار دارد، اما پشت سر او. ماهواره ها در این مکان نیاز به تنها یک سپر حرارتی برای محافظت از نور خورشید و گرما. این یک مکان خوب برای تلسکوپ های فضایی، برای مطالعه ماهیت جهان از طریق مشاهدات از تابش پس زمینه مایکروویو است.

نقطه لاگرانژی سوم واقع در مقابل زمین در طرف دیگر خورشید، به طوری که نور همیشه بین او و سیاره ما است. این ماهواره در این موقعیت نمی قادر خواهد بود برای برقراری ارتباط با زمین است.

بسیار پایدار چهارم و پنجم نقطه لاگرانژ در مسیر مداری این سیاره را در 60 درجه سانتی جلو و پشت زمین است.

مدار متوسط زمین

بودن به زمین نزدیک، ماهواره حرکت سریعتر. وجود دارد دو مدار متوسط زمین: نیمه همزمان، و "رعد و برق."

در چه ارتفاع پرواز ماهواره در مدار نیمه همزمان؟ این نزدیک به دایره (خروج از مرکز پایین) و حذف به یک فاصله 26560 کیلومتر از مرکز زمین (حدود 20200 کیلومتری بالای سطح) است. ماهواره در این ارتفاع باعث می شود یک چرخش کامل هر 12 ساعت حداقل جنبش های خود را چرخش زمین زیر. به مدت 24 ساعت و تقاطع دو نقطه یکسان در خط استوا. این مدار سازگار و بسیار قابل پیش بینی است. این سیستم با استفاده موقعیت یاب جهانی GPS.

مدار "رعد و برق" (تمایل 63،4 °) استفاده می شود برای مشاهده در عرض های جغرافیایی بالا. ماهواره های ثابت به خط استوا متصل است، بنابراین آنها مناسب برای مسافت های طولانی مناطق شمالی یا جنوبی است. این مدار کاملا غیر عادی است: فضاپیمای همراه یک بیضی کشیده با زمین، واقع در نزدیک به یک لبه حرکت می کند. از آنجا که ماهواره ای است که توسط گرانش شتاب، آن را بسیار به سرعت حرکت می کند که آن را نزدیک به سیاره ما است. هنگامی که شما حذف سرعت را کند میکند، به طوری که او زمان بیشتری را در فاصله دورتری از لبه زمین صرف در بالای مدار، فاصله تا که می تواند 40 هزار. کیلومتر برسد. دوره تناوب مداری 12 ساعت است، اما حدود دو سوم از زمان ماهواره صرف بیش از یک نیمکره است. مانند ماهواره ای نیمه همزمان مدار از طریق همان مسیر عبور می کند هر 24 ساعت. این است که برای ارتباطات در شمال دور یا جنوب استفاده می شود.

کم زمین

اکثر ماهواره های علمی، بسیاری از هواشناسی و ایستگاه فضایی در مدار پایین زمین نزدیک به دایره است. شیب آنها بستگی به نظارت بر آنچه آنها انجام می دهند. TRMM برای نظارت بر بارانی گرمسیری راه اندازی شد، به طوری که دارای تمایل نسبتا پایین (35 درجه)، در حالی که هنوز در نزدیکی خط استوا.

بسیاری از مشاهدات از ماهواره های ناسا اند vysokonaklonnuyu مدار نزدیک قطبی. حرکت فضاپیما به دور زمین از قطب تا قطب با یک دوره از 99 دقیقه. نیمی از زمان آن را بر طرف نور روز از این سیاره عبور می کند، و برگرداندن به شب در قطب.

به عنوان حرکت ماهواره ای زمین می چرخد زیر. در آن زمان واحد وارد بخش روشن، آن را بیش از یک منطقه در مجاورت منطقه از عبور از آخرین مدار خود است. در طول دوره 24 ساعته از ماهواره های قطبی پوشش بسیاری از زمین دو بار، یک بار در روز و یک بار در شب.

مدار همزمان با خورشید

فقط به عنوان ماهواره های زمین باید بالاتر از خط استوا شود، اجازه می دهد آنها را به در یک نقطه باقی می ماند، مدارگرد قطبی از این توانایی به ماندن در همان زمان. مدار خود و هماهنگ با خورشید است - در تقاطع فضاپیما خط استوا زمان خورشیدی محلی است همیشه یکسان است. به عنوان مثال، از ماهواره Terra عبور بیش از برزیل همیشه در ساعت 10:30 صبح. تقاطع بعدی پس از 99 دقیقه بیش از اکوادور و یا کلمبیا نیز در ساعت 10:30 به وقت محلی رخ می دهد.

مدار همزمان با خورشید برای علم لازم است، به عنوان آن اجازه می دهد تا برای حفظ زاویه نور خورشید در حال سقوط بر سطح زمین، با وجود آن بسته به فصل متفاوت خواهد بود. این ثبات بدان معنی است که دانشمندان می توانند برای چندین سال بدون نیاز به جهش بیش از حد بزرگ در پوشش تصاویر یک بار از سال سیاره، که ممکن است توهم تغییر ایجاد نگرانی در مقایسه کنید. بدون مدار خورشیدآهنگ آن می تواند دشوار برای پیگیری از آنها در طول زمان، و برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای مطالعه تغییرات آب و هوا.

مسیر های ماهواره ای بسیار محدود است. اگر در ارتفاع 100 کیلومتر است، مدار باید یک شیب 96 درجه دارند. هر گونه انحراف غیر قابل قبول است. از آنجا که مقاومت جو و نیروی جاذبه خورشید و دستگاه در حال تغییر مدار ماه است، باید آن را به طور منظم تنظیم کرده است.

در مدار زمین قرار: راه اندازی

راه اندازی نیاز به انرژی، که مقدار آن بستگی به محل از سکوی پرتاب، ارتفاع و شیب مسیر آینده حرکت آن است. برای رسیدن به مدار از راه دور، لازم است به صرف انرژی بیشتر است. ماهواره ها با تمایل قابل توجهی (به عنوان مثال، قطبی) مصرف انرژی بیش از آنچه که چرخان نصب بیش از خط استوا است. با تمایل کم کمک چرخش کره زمین به مدار زمین قرار داده. ایستگاه فضایی بین المللی در حال حرکت است در زاویه 51،6397 °. این لازم است برای اطمینان حاصل شود که شاتل فضایی و موشکهای روسی را آسان تر بود برای رسیدن به او. ارتفاع ایستگاه فضایی بین المللی - 337-430 کیلومتر است. ماهواره های قطبی، از سوی دیگر، با استفاده از نبض زمین می کنید، به طوری که آنها نیاز به انرژی بیشتری برای صعود همان فاصله.

تنظیم

پس از راه اندازی ماهواره را به تلاش برای نگه داشتن آن در یک مدار خاص لازم است. از آنجا که زمین یک کره کامل نیست، گرانش آن در بعضی از نقاط قوی تر است. این ناهمواری، علاوه بر جذب خورشید، ماه و مشتری (سیاره عظیم ترین منظومه شمسی)، تغییر شیب مدار. در طول عمر خود موقعیت می رود ماهواره سه یا چهار بار اصلاح شده است. دستگاه های LEO ناسا باید شیب آن در سال را تنظیم کنید.

علاوه بر این، ماهواره نزدیک به زمین جو تاثیر می گذارد. لایه های بالایی، اگر چه کاملا پراکنده، دارای مقاومت به اندازه کافی قوی به منظور جلب آنها را به زمین نزدیک تر است. اثر گرانش منجر به شتاب از ماهواره. با گذشت زمان، آنها را در یک کهکشان مارپیچی سوخته غرق شدن پایین تر و سریع تر به اتمسفر، و یا سقوط به زمین است.

مقاومت در برابر هوا قوی تر است وقتی که خورشید فعال است. فقط به عنوان هوا در بالون گسترش می یابد، افزایش می یابد و هنگامی که حرارت داده، گسترش می یابد و بالا می رود جو وقتی که خورشید به آن می دهد انرژی اضافی. پراکنده لایه های جوی صعود و متراکم تر محل خود. بنابراین، ماهواره ها در مدار زمین باید جایگاه خود را در مورد چهار بار در سال تغییر برای کشیدن جوی را جبران کند. هنگامی که حداکثر فعالیت خورشیدی، موقعیت دستگاه را مجبور به تنظیم هر 2-3 هفته.

فضای باقی مانده

دلیل سوم، من مجبور به مدار - فضای باقی مانده. یکی از ارتباطات ماهواره ای ایریدیوم با یک فضاپیما عدم عملکرد روسیه برخورد کرد. آنها را شکست، ایجاد یک ابر باقی مانده که شامل بیش از 2500 بخش است. هر آیتم به پایگاه داده، که در حال حاضر شامل بیش از 18000 اشیاء با منشاء انسانی اضافه شده است.

ناسا با دقت همه چیز را که می تواند در راه از ماهواره به عنوان مثال دریافت کنید. با توجه به A. باقی مانده اند بارها و بارها مجبور به تغییر مدار.

مهندسان مرکز کنترل ماموریت نظارت بر وضعیت ماهواره ها و فضای باقی مانده، که می تواند با جنبش دخالت و به عنوان مورد نیاز به دقت برنامه ریزی مانورهای گریزان. برنامه تیم همان و انجام مانورهای برای تنظیم شیب و ارتفاع ماهواره ای.