Геостационарна орбита. Земаљски вештачки сателити

Шта је геостационарна орбита? Ово је кружно поље, које се налази изнад екватора Земље, кроз њега извлачи вештачки сателит ангулар велоцити ротација планете око осе. Он не мења свој правац у хоризонталном координатном систему, већ је непомично висио на небу. Геостационарна земаљска орбита (ГСО) То је својеврсно геосинхроно поље и користи се за постављање комуникације, телевизије и других сателита.

Идеја о употреби вештачких уређаја

Концепт геостационарне орбите иницирао је руски изумитељ К. Е. Циолковски. У својим радовима је предложио да се колонизује простор помоћу орбиталних станица. Страни научници су такође описали рад космичких поља, на пример Г. Оберт. Особа која је развила концепт коришћења орбите за комуникацију је Артхур Цларк. Године 1945. ставио је чланак у часопис "Вирелесс Ворлд", гдје је описао предности рада геостационарног поља. За активан рад на овом подручју у част орбите научника добила је своје друго име - "Цларков појас". Преко проблема спровођења квалитетне комуникације, многи теоретичари су мислили. Тако је Херман Поточник 1928. године предложио како се користе геостационарни сателити.

Цларке Белт Феатуре

Да би се орбита назвала геостационарна, она мора испунити неколико параметара:

1. Геосинцхрони. Ова карактеристика обухвата поље које има период који одговара периоду Земљине револуције. Геосинхрони сателит доврши револуцију око планете у звјезданом дану, што је 23 сата 56 минута и 4 секунде. Исто време је потребно да Земља изведе једну револуцију у фиксном простору.

2. За одржавање сателита у одређеној тачки, геостационарна орбита мора бити кружна, са нултим нагибом. Елиптично поље ће довести до померања или према истоку или према западу, јер се апарат креће на одређеним тачкама у орбити на различите начине.

3. "Тачка лебдења" свемирског механизма треба да буде на екватору.

4. Локација сателита у геостационарној орбити треба да буде таква да мали број фреквенција намењених за комуникацију не доводи до наметања фреквенција различитих уређаја током пријема и преноса, као и да спречи њихов судар.

5. Довољно горива за одржавање положаја свемирског механизма.

Геостационарна орбита сателита је јединствена по томе што само уз комбинацију његових параметара возило може бити непокретно. Друга карактеристика је способност да се Земља види под углом од седамнаест степени од сателита који се налазе на свемирском пољу. Сваки уређај отима једну трећину орбиталне површине, тако да су три механизма способна покрити скоро читаву планету.

Вештачки сателити

Аирцрафт ротира око Земље на геоцентрични начин. За излаз је употреба вишестепене ракете. То је космички механизам који покреће реактивну снагу мотора. За кретање у орбити, вештачки земаљски сателити морају имати почетну брзину, која одговара првом простору. Њихови летови се изводе на висини од неколико стотина километара. Период циркулације апарата може бити неколико година. Умјетни сателити Земље могу бити лансирани из плоча других уређаја, на примјер, орбиталних станица и бродова. УАВ имају масу до два десетине тона и величине до неколико десетина метара. Двадесет први век обележен је рођењем апарата са ултра малом тежином - до неколико килограма.

Сателите су покренуле многе земље и компаније. Први вештачки апарат на свету настао је у СССР-у и одлетио у свемир 4. октобра 1957. године. Имао је име "Спутник-1". Године 1958. Сједињене Државе су покренуле другу јединицу - Екплорер 1. Први сателит, који је НАСА покренула 1964. године, назван је Синцом-3. Вештачки уређаји су углавном неповратни, али постоје и они који се делимично или потпуно враћају. Користе се за истраживање и решавање различитих проблема. Дакле, постоје војни, истраживачки, навигациони сателити и други. Такође, лансирани су уређаји које су створили универзитетски радници или радиоаматери.

"Тачка стајања"

Геостационарни сателити се налазе на надморској висини од 35786 километара. Та висина даје период револуције, који одговара периоду Земљине циркулације у односу на звезде. Вештачки апарат је стационаран, тако да се његова локација у геостационарној орбити назива „стојећа тачка“. Хангуп обезбеђује константну дугорочну комуникацију, када се оријентисана антена увек усмери на жељени сателит.

Покрет

Сателити се могу преносити из орбите на ниској надморској висини у геостационарну помоћу гео-пролазних поља. Ово су елиптични путеви са тачком на малој висини и врхом на висини која је близу геостационарном кругу. Сателит, који је постао непогодан за даљи рад, шаље се у орбиту сахране, која се налази 200-300 километара изнад ГСО.

Геостационарна висина орбите

Сателит у овом пољу држи се на одређеној удаљености од Земље, без приближавања или удаљавања. Увек се налази изнад било које екваторијалне тачке. На основу ових карактеристика следи да гравитационе силе и центрифугална сила међусобно уравнотежују. Висина геостационарне орбите израчунава се методама базираним на класичној механици. Ово узима у обзир усклађеност гравитационих и центрифугалних сила. Вредност прве количине одређује се закон света Невтон. Индекс центрифугалне силе се израчунава израчунавањем масе сателита центрипетално убрзање. Резултат једнакости гравитационе и инерцијалне масе је закључак да висина орбите не зависи од масе сателита. Дакле, геостационарну орбиту одређује само висина на којој је центрифугална сила једнака по величини и супротна у правцу гравитационе силе створене привлачењем Земље на датој висини.

Из формуле за израчунавање центрипеталног убрзања, може се наћи угаона брзина. Радијус геостационарне орбите је такође одређен овом формулом или дељењем геоцентричне гравитациона константа на квадратној кутној брзини. То је 42164 километара. С обзиром на екваторијални радијус Земље, добијамо висину од 35786 километара.

Прорачуни се могу извести на другачији начин, на основу тврдње да висина орбите, која представља удаљеност од центра Земље, са кутном брзином сателита, који се поклапа са кретањем ротације планете, ствара линеарну брзину која је једнака првој брзини на датој висини.

Брзина у геостационарној орбити. Ленгтх

Овај индикатор се израчунава множењем угаоне брзине према радијусу поља. Вредност брзине у орбити износи 3,07 км / с, што је много мање од прве космичке брзине на близу-земаљској стази. Да би се смањила брзина, потребно је повећати радијус орбите за више од шест пута. Дужина се израчунава множењем броја пи са радијусом помноженим са два. То је 264924 километара. Индикатор је узет у обзир приликом израчунавања "тачака стајања" сателита.

Утицај сила

Параметри орбите дуж којих се извлачи вештачки механизам могу да се промене под утицајем гравитационих лунарно-соларних пертурбација, хетерогености Земљиног поља и елиптичности екватора. Трансформација поља се изражава у таквим феноменима као:

1. Померање сателита са његове позиције дуж орбите према тачкама стабилне равнотеже, које се називају потенцијалним бунарима геостационарне орбите.
2. Угао нагиба поља према екватору расте одређеном брзином и достиже 15 степени једном у 26 година и 5 мјесеци.

Да би се сателит задржао у жељеној "тачки стајања" опремљен је погонским системом који укључује неколико пута у 10-15 дана. Дакле, да би се компензовао раст орбиталног нагиба, коришћена је корекција север-југ, а да би се компензовао помак дуж поља, користи се корекција запад-исток. Да би се регулисала путања сателита током читавог периода његовог рада, потребна је велика количина горива на броду.

Пропулсион системс

Избор адаптације је одређен индивидуалним техничким карактеристикама сателита. На пример, хемијски ракетни мотор има потисни довод горива и ради на компонентама са високим кључањем које се дуго чувају (диазотични тетроксид, асиметрични диметил хидразин). Плазма уређаји имају знатно мање жудње, али на рачун дуготрајног рада, који се мјери за десетак минута за један покрет, може значајно смањити количину потрошеног горива на пловилу. Овај тип погонског система се користи за маневрирање преноса сателита у другу орбиталну позицију. Главни ограничавајући фактор животног века уређаја је залиха горива у геостационарној орбити.

Недостаци вештачког поља

Значајан недостатак у интеракцији са геостационарним сателитима је велико кашњење у ширењу сигнала. Тако, брзином светлости од 300 хиљада километара у секунди и висином орбите од 35786 километара, кретање зрака "Земљин сателит" траје око 0,12 секунде, а "Земља-сателит - Земља" - 0,24 секунде. Узимајући у обзир кашњење сигнала у опреми и кабловским системима преноса земаљског сервиса, укупно кашњење сигнала пријемника-сателита-пријемника досеже приближно 2-4 секунде. Ова бројка знатно компликује употребу уређаја у орбити у телефонији и онемогућава коришћење сателитских комуникација у системима у реалном времену.

Још један недостатак је невидљивост геостационарне орбите од високих географских ширина, која омета проводљивост комуникацијских и телевизијских емисија у регионима Арктика и Антарктика. У ситуацијама када су сунце и сателитски предајник у линији са пријемном антеном, долази до смањења, а понекад и до потпуног недостатка сигнала. У геостационарним орбитама због непокретности сателита, овај феномен се најјасније манифестује.

Допплер ефекат

Овај феномен је промена фреквенције електромагнетних вибрација уз међусобно напредовање предајника и пријемника. Феномен се изражава промјеном времена у времену, као и кретањем умјетних возила у орбити. Ефекат се манифестује као нестабилност носеће фреквенције сателитских осцилација, која се додаје инструменталној нестабилности фреквенције у унутрашњости репетитора и земаљске станице, што компликује пријем сигнала. Допплеров ефекат доприноси промени фреквенције модулационе вибрације, коју је немогуће контролисати. У случају када се у орбити користе сателити за комуникацију и директни телевизијски емитовање, овај феномен је практично елиминисан, тј. Нема промене у нивоу сигнала на пријемном месту.

Однос у свету према геостационарним пољима

Свемирска орбита њеног рођења створила је многа питања и међународне правне проблеме. Њима се бави одређени број одбора, посебно Уједињених нација. Неке земље које се налазе на екватору тврдиле су да проширују свој суверенитет на део свемирског поља који се налази изнад њихове територије. Државе су тврдиле да је геостационарна орбита физички фактор који је повезан са постојањем планете и зависи од гравитационог поља Земље, па су сегменти поља наставак њихових земаља. Али такве тврдње су одбачене, јер свет има принцип непривилегације свемира. Сви проблеми везани за рад орбита и сателита рјешавају се на свјетском нивоу.