באיזה גובה לוויינים מעופפים, חישוב מסלול, מהירות וכיוון התנועה

כשם המושבים בתיאטרון לאפשר מבט שונה על הייצוג של מסלולים שונים של הלוויינים מספקים פרספקטיבה, שלכל אחד מהם יש מטרה משלו. חלקם נראים להיות מונף מעל הנקודה על פני השטח, הם מספקים סקירה קבועה של צד אחד של כדור הארץ, בעוד אחרים חגות סביב כוכב לכת שלנו, לטאטא יום אחד על פני מקומות רבים.

סוגים של מסלולים

באיזה גובה עף לוויינים? ישנם 3 סוגים של מסלולי ארץ: גבוה, בינוני ונמוך. בשעה רחוקה גבוהה מפני השטח הם בדרך כלל מזג אוויר רב וכמה לוויני תקשורת. לוויינים במסלול במסלול סביב כדור הארץ בינוני כוללים ניווט מיוחד נועד לניטור אזור מסוים. רוב המדעי החללית, כולל מערכת ניטור עבור צי השטח של כדור הארץ נאס"א, הוא במסלול נמוך.

משנה כמה גבוה עף לווינים תלוי במהירות התנועה שלהם. כשמתקרבים הכבידה כדור הארץ מתחזקת, ותנועה מהירה. לדוגמא, לווין נאס"א אקווה לוקח בערך 99 דקות כדי לטוס סביב כדור הארץ בסביבות 705 קילומטר, והיחידה המטאורולוגית, עד קילומטר רחוק 35,786 מפני השטח, זה ידרוש 23 שעות, 56 דקות ו 4 שניות. במרחק של 384,403 ק"מ ממרכז כדור הארץ לירח משלים הקפה אחת ב 28 ימים.

פרדוקס אווירודינמי

שינוי גובה לווין גם משנה אותו במהירות למסלול. כאן יש פרדוקס. אם הלוויינים רוצים להגדיל את המהירות שלו, הוא לא יכול פשוט להפעיל את מנועי אצה. זה יגביר את מסלולו (וגובה), אשר יוביל לירידה במהירות. במקום זאת, אתה צריך להפעיל את המנוע בכיוון ההפוך של תנועה של הלווין, כלומר. E. כדי לבצע פעולה שעלולה להאט נעו רכב על פני כדור הארץ. פעולה כזו תהיה להזיז אותו למטה כי תגדיל את המהירות.

מסלולי תכונות

בנוסף לגובה, נתיב התנועה של הלווין מאופיין אקסצנטרי נטייה. הראשון מתייחס לצורת מסלולו. מהלכים בלווין אקסצנטריים נמוכים לאורך מסלול קרוב מעגליים. מסלולו האקסצנטרי הוא אליפטי. המרחק מהחללית לכדור הארץ תלוי במיקומה.

יצר - הזווית של מסלולו ביחס לקו המשווה. הלווין, אשר מסובב ישירות מעל הקו המשווה, יש מדרון אפס. אם החללית עובר מעל הקטבים, הצפוני והדרומי (גיאוגרפיים המגנטי לא), הנטייה שלו היא 90 מעלות.

הכל ביחד - הגובה, אקסצנטרי הנטייה - לקבוע את ההצעה של הלווין וכדומה מנקודת המבט שלו ייראה כדור הארץ.

ההיי-כדור הארץ

כאשר הלוויין מגיע בדיוק 42,164 ק"מ ממרכז כדור הארץ (כ -36 אלף. ק"מ מפני השטח), זה נכנס לאזור שבו הוא פוגש את מסלולו הסיבוב של כדור הארץ. עם התקדמותה של המכונית באותה המהירות כמו כדור הארץ, כי הוא. E. שלה לתקופה של מהפכה היא 24 שעות, נראה כי היא נשארת במקום על קו אורך בלבד, למרות שהיא עשויה להיסחף מצפון לדרום. במסלול גבוה מיוחד זה נקרא גיאוסינכרוני.

נע הלווין במסלול מעגלי ישירות מעל הקו המשווה (האקסצנטריות הנטייה של אפס) ואת היחסים לכדור הארץ עומד מלכה. הוא תמיד נמצא מעל אותה נקודה על פני השטח שלה.

למסלול גאוסטציונרי מאוד יקר עבור ניטור אוויר, כמו עליה הלוויינים מספק סקירה רציפה של אותו שטח הפנים. מדי כמה דקות, העזרים המטאורולוגיים, כגון GOES, לספק מידע על עננים, אדי מים ורוח, ואת הזרם בלתי הפוסק של מידע הוא בסיס ניטור וחיזוי מזג אוויר.

בנוסף, מכשירים GEO עשוי להיות שימושי עבור תקשורת (טלפוניה, טלוויזיה, רדיו). GOES לווינים מספקים עבודת חיפוש משואת הצלה, המשמש כדי לסייע בחיפוש אחר אוניות ומטוסים במצוקה.

לבסוף, רבי לוויני כדור ארץ vysokoorbitalnyh עוקבים פעילות סולארית ולנטר את רמות שדה מגנטי וקרינה.

החישוב של גובה למסלול גאוסטציונרי

הלווין פועלת F כוח צנטריפטלי _p = (v M ₁ ²⁾ / R ואת _t F כוח הכבידה = (GM ₁ M ₂₎ / R ^2. מאז כוחות אלה שווים, אפשר להשוות את צד ימין ופצע אותם לתוך ₁ מסה M. התוצאה היא המשוואה v ² = (GM ²⁾ / ר מכאן נ מהירות = ((GM ₂₎ / R) ^1/2

מאז למסלול גאוסטציונרי הוא אורך מעגל 2πr מהירות מסלולית היא v = 2πR / ט

לפיכך, R ³ = T ² GM / (4π ^2).

מאז T = 8,64x10 ^4, G = 6,673x10 ^-11 Nm ² / ק"ג ^2, M = 5,98x10 ²⁴ קילו, אז R = חיסור 4,23x10 ⁷ מ ר רדיוס כדור הארץ, 6,38x10 ⁶ מ 'שווה, אפשר לדעת את גובה הלוויינים לטוס תלויים על נקודה אחת על פני השטח - 3,59x10 ⁷ מ.

נקודה לגראנז

מסלולים מובחרים אחרים הם הנקודה לגראנז, שבו כוח הכבידה של כדור ארץ הוא מתוגמל על ידי כוח המשיכה של השמש. כל שיש, נמשך לא פחות לגופים שמימיים אלה מסתובב עם כדור הארץ שלנו סביב הכוכב.

מבין חמש הנקודות לגרנג במערכת שמש-כדור הארץ, רק שני האחרון, שנקרא L5 ו- L4, הם יציבים. בשאר הלווין הוא כמו כדור המאוזן על ראש גבעה תלולה: כל הפרעות קלות ידחוף אותו. כדי להישאר במצב מאוזן, החללית זקוקה התאמה מתמדת. בשנתי הנקודות האחרונות של הלוויינים לגראנז השוו ל כדור הכדור: גם לאחר הפרעה חזקה, הם יחזרו.

L1 נמצא בין כדור הארץ לבין השמש, מאפשר לווינים אשר נמצאים בו, כדי לקבל סקירה קבועה של הכוכב שלנו. המצפה סולארית סוהו, לווין נאס"א, סוכנות החלל האירופית לעקוב אחר השמש מהנקודה לגראנז הראשונה 1.5 מיליון קילומטרים מכדור הארץ.

L2 ממוקם באותו המרחק מכדור הארץ, אך הוא מאחוריה. לווינים במיקום זה דורש רק מגן חום אחת כדי להגן מפני אור השמש וחום. זהו מקום טוב עבור טלסקופים בחלל, שימוש כדי לחקור את טבעו של היקום באמצעות תצפיות של קרינת הרקע הקוסמית.

נקודה לגרנג שלישית ממוקמת מול כדור הארץ בצד השני של השמש, כך שהאור תמיד בינו לבין כוכב לכת שלנו. הלווין בתנוחה זו לא תוכל לתקשר עם כדור הארץ.

עמידות ויציבות נקודות לגראנז רביעיות וחמישיות ב מסלולו של כדור הארץ ב 60 מעלות קדימה מאחורי כדור הארץ.

במסלול סביב כדור הארץ בינוני

להיות קרוב יותר לכדור הארץ, הלוויינים לנוע מהר יותר. ישנם שני במסלול בינוני-הארץ: חצי סינכרוני, ו "ברק".

באיזה גובה עף לוויינים במסלול למחצה סינכרוני? זה כמעט מעגלי (אקסצנטרי נמוך) והוצא עד למרחק 26,560 קילומטר ממרכז כדור הארץ (כ 20,200 קילומטר מעל פני השטח). בלוויין בגובה זה עושה סיבוב שלם כל 12 שעות. לפחות תנועותיו כדור הארץ מסתובב מתחת. במשך 24 h וזה מצטלב בשתי נקודות זהות על הקו המשווה. במסלול זה הוא עקבי מאוד לחיזוי. המערכת משתמשת מיקום הגלובלי GPS.

אורביט "ברק" (נטייה 63,4 °) משמש להתבונן בקווי רוחב גבוהים. לווינים גאוסטציונריים מחובר לקו המשווה, כך שהם אינם מתאימים לאזורים צפוניים או דרומיים למרחקים ארוכים. במסלול זה די משונה: החללית נעה על אליפסה מוארכת עם כדור הארץ, הממוקמים בסמוך לקצה אחד. מאז לווין מואץ על ידי כוח הכבידה, זה עובר מהר מאוד כאשר היא קרובה הפלנטה שלנו. כאשר אתה מוחק את המהירות מואטת, כך הוא מבלה יותר זמן בחלק העליון של המסלול בתא הרחוק מהקצה של כדור הארץ, המרחק שאליו יכול להגיע ל -40 אלף. קילומטר. זמן קפה הוא 12 שעות, אבל כשני שלישים מהזמן הלווין מבלה מעל חצי כדור אחד. כמו הלוויין במסלול למחצה סינכרוני עובר באותו נתיב כל 24 שעות. הוא משמש לתקשורת בצפון הרחוק או בדרום.

נמוך כדור הארץ

רוב הלוויינים מדעיים, תחנה מטאורולוגית ומרחב רב נמצאות במסלול הנמוך כמעט מעגלי. השיפוע שלהם תלוי ניטור מה הם עושים. TRMM הושק לניטור גשם טרופי, כך יש נטייה נמוכה יחסית (35 °), תוך שמירה סמוך לקו המשווה.

תצפיות רבות מלוויינים נאס"א יש vysokonaklonnuyu מסלול קוטבי כמעט. המהלכים החלליים סביב כדור הארץ מקוטב לקוטב עם תקופה של 99 דק '. חצי מהזמן הוא עובר על צד היום של כדור הארץ, ולחזור בלילה על המוט.

כתנועה של הלוויין כדור הארץ מסתובב מתחת. עד ביחידה נכנסה החלק המואר, זה נגמר, בשטח סמוך לאזור החלוף במסלול האחרון שלה. במהלך התקופה 24 שעות ביממה של לוויני קוטב לכסות ביותר של כדור הארץ פעמים, פעם ביום ופעם בלילה.

במסלול שמש-סינכרוני

כשם לוויין גאוסינכרוני חייב להיות מעל קו המשווה, ומאפשר להם להישאר על נקודה אחת, קוטב-המקיף יש את היכולת להישאר באותו זמן. חוגם הוא השמש-סינכרוני - בצומת של זמן השמש המקומית החללית לקו המשווה הוא תמיד זהה. לדוגמא, לווין טרה חוצה מעל ברזיל תמיד בשעת 10:30. בצומת הבאה לאחר 99 דקות מעל אקוודור או קולומביה גם מתרחשת בשעת 10:30 לפי שעון מקומי.

מסלולו-סינכרוני ראשון הכרחי למדע, שכן היא מאפשרת לשמור על הזווית של קרני השמש נופלות על פני השטח של כדור הארץ, למרות שזה ישתנה בהתאם לעונה. עקביות משמעות הדבר היא כי מדענים יכולים להשוות במשך מספר שנים מבלי לדאוג קפיצות גדולות מדי בסיקור תמונות חד פעמי של השנים הפלנטה, אשר עשוי ליצור אשליה של שינוי. ללא מסלול מסונכרן-שמש זה יהיה קשה לעקוב אחריהם לאורך זמן, וכדי לאסוף את המידע הדרוש לחקר שינויי האקלים.

השביל של הלוויין הוא מאוד מוגבל. אם זה בגובה של 100 ק"מ, במסלול חייב להיות בעל שיפוע 96 מעלות. כל חריגה היא פסולה. מאז ההתנגדות של האווירה ואת כוח המשיכה של השמש ואת מנגנון שינוי מסלולו של הירח, זה חייב להיות מותאם באופן קבוע.

למסלול סביב כדור הארץ: השקה

ההשקה דורשת אנרגיה, שסכומה תלוי במיקום של השיגור, גובה השיפוע של התוואים העתידיים של התנועה שלה. כדי להגיע למסלול מרוחק, הוא נדרש להוציא יותר אנרגיה. לווינים עם נטייה רבה (לדוגמא, קוטב) הוא אנרגיה רבה יותר מאלה חגות מעל הקו המשווה. למסלול סביב כדור הארץ עם נטייה נמוכה של עוזר הסיבוב של כדור הארץ. תחנת החלל הבינלאומית נעה בזווית 51,6397 °. הדבר נחוץ כדי להבטיח כי מעבורת החלל והטילים הרוסים היו יותר קלות להגיע אליה. גובה ISS - 337-430 ק"מ. לוויינים במסלול קוטבי, ומצד שני, באמצעות הדופק של כדור הארץ לא מקבלים, אז הם דורשים יותר אנרגיה כדי לטפס באותו מרחק.

התאמה

לאחר ההשקה של הלווין יש צורך לעשות מאמצים על מנת לשמור אותה במסלול מסוים. כיוון שכדור הארץ הוא לא כדור מושלם, הכבידה שלה חזק במקומות מסוימים. אחידות זו, בנוסף על המשיכה של השמש, הירח לצדק (הכוכב המסיבי ביותר של מערכת השמש), משנה את הנטייה של מסלולו. במהלך העמדה חיים GOES לווינים תוקנה שלוש או ארבע פעמים. התקני LEO נאס"א צריכים להתאים ההטיה שלה בשנה.

בנוסף, הלוויינים הקרובים הארץ משפיעים על האווירה. השכבות העליונות, אם כי די דליל, יש התנגדות חזקה מספיק כדי למשוך אותם קרוב יותר לכדור הארץ. השפעת הכבידה מובילה האצה של לוויינים. במשך הזמן, הם נשרפים ספירלה שוקעת יותר ויותר מהר לאטמוספירה, או ליפול בחזרה לכדור הארץ.

התנגדות אוויר חזקה כשהשמש פעילה. כשם האוויר בבלון מתרחב עולה כאשר מחומם, מתרחב עולה אווירה כשהשמש מעניק לו אנרגיה נוספת. דלילות שכבות אטמוספרה לעלות ולקחת צפוף במקומם. לפיכך, לוויינים המקיפים את כדור הארץ צריך לשנות את עמדתה כארבע פעמים בשנה כדי לפצות על הגרר האטמוספרי. כאשר מקסימום פעילות השמש, את המיקום של המכשיר צריך להתאים כל 2-3 שבועות.

פסולת חלל

הסיבה השלישית, מכריחה אותי לחלל - פסול חלל. אחת התקשורת הלוויינית אירידיום התנגש עם חללית רוסית שאינו מתפקד. הם נפרדו, יצירת ענן פסולת בהיקף של יותר מ 2500 חלקים. כל פריט נוסף למאגר הנתונים, אשר כולל כעת יותר מ 18,000 חפצים ממוצא אנתרופוגניים.

נאס"א עוקבת בקפידה אחר כל דבר שיכול להפריע של לוויינים, כלומר. א בשל פסולת נאלצו שוב ושוב לשנות מסלול.

מהנדסי מרכז הבקרה מרכז לפקח על מצב של פסולת לוויינים בחלל, אשר יכול להפריע לתנועה כנדרש לתכנן תמרוני התחמקות בזהירות. כך גם תוכניות צוות ומבצע תמרונים כדי לכוונן את הטיית והגובה של הלוויין.