Бета-угол

редактировать

Бета-угол (

β {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ beta }}}

{\ boldsymbol {\ beta}}

)

угол бета ( $β {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ beta}}}$ ${\ boldsymbol {\ beta}}$ ) - это измерение, которое наиболее часто используется в орбитальный космический полет. Бета-угол определяет процент времени, которое спутник на низкой околоземной орбите (НОО) проводит под прямым солнечным светом, поглощая солнечную энергию. Термин определяется как угол между плоскостью орбиты спутника и вектором на Солнце (т. Е. Направление, с которого светит Солнце).. Бета-угол - это меньший из двух углов между вектором Солнца и плоскостью орбиты объекта. Бета-угол не определяет единственную плоскость орбиты; все спутники на орбите с заданным углом бета на заданной высоте имеют одинаковую экспозицию на Солнце, даже если они могут вращаться в совершенно разных плоскостях вокруг Земли.

Угол бета изменяется от + 90 ° до -90 °, а направление, в котором спутник вращается вокруг своего основного тела, определяет положительный или отрицательный знак угла бета. Воображаемый наблюдатель, стоящий на Солнце, определяет угол бета как положительный, если соответствующий спутник вращается против часовой стрелки, и отрицательный, если он вращается по часовой стрелке. Максимальное количество времени, которое спутник в обычной миссии на НОО может провести в тени Земли, приходится на угол бета 0 °. Спутник на такой орбите проводит не менее 59% своего периода обращения на солнечном свете.

Содержание

1 Свет и тень
2 Определение и применение углов бета-излучения
3 Важность в космическом полете
4 См. также
5 Ссылки
6 Внешние ссылки

Свет и тень

Степень орбитального затенения объекта в опытах на НОО определяется его бета-углом. Объект, запущенный на начальную орбиту с наклоном, равным дополнению наклона Земли к эклиптике, дает начальный бета-угол 0 градусов ( $β {\ displaystyle \ beta}$ $\ beta$ = 0 °) для орбитального объекта. Это позволяет объекту проводить максимально возможное количество своего орбитального периода в тени Земли и приводит к чрезвычайно низкому поглощению солнечной энергии. На НОО в 280 километров объект находится под солнечным светом на протяжении 59% своей орбиты (примерно 53 минуты в солнечном свете и 37 минут в тени). С другой стороны, объект, запущенный на орбиту, параллельную терминатору . приводит к бета-углу 90 градусов ( $β {\ displaystyle \ beta}$ $\ beta$ = 90 °), и объект 100% времени находится на солнечном свете. Примером может служить полярная орбита, начавшаяся на рассвете или в сумерках во время равноденствия. Бета-угол можно контролировать, чтобы спутник оставался как можно более прохладным (для приборов, требующих низких температур, таких как инфракрасные камеры), поддерживая угол бета-излучения как можно ближе к нулю, или, наоборот, чтобы спутник оставался на солнце как можно дольше. насколько это возможно (для преобразования солнечного света его солнечными панелями, для солнечной устойчивости датчиков или для изучения Солнца), поддерживая угол бета как можно ближе к +90 или -90.

Определение и применение углов бета-излучения

Значение угла бета-излучения Солнца для спутника на околоземной орбите можно найти с помощью уравнения

$β = sin - 1 ⁡ [cos ⁡ ( Γ) sin ⁡ (Ω) sin ⁡ (i) - sin ⁡ (Γ) cos ⁡ (ϵ) cos ⁡ (Ω) sin ⁡ (i) + sin ⁡ (Γ) sin ⁡ (ϵ) cos ⁡ (i)] {\ Displaystyle \ бета = \ грех ^ {- 1} [\ соз (\ гамма) \ грех (\ омега) \ грех (я) - \ грех (\ гамма) \ соз (\ эпсилон) \ соз (\ омега) \ sin (i) + \ sin (\ Gamma) \ sin (\ epsilon) \ cos (i)]}$ ${\ displaystyle \ beta = \ sin ^ {- 1} [\ cos (\ Gamma) \ sin (\ Omega) \ sin (i) - \ sin (\ Gamma) \ cos (\ epsilon) \ cos (\ Omega) \ sin (i) + \ sin (\ Gamma) \ sin (\ epsilon) \ cos (i)]}$

, где $Γ {\ displaystyle \ Gamma}$ $\ Gamma$ - это Эклиптическая истинная солнечная долгота, $Ω {\ displaystyle \ Omega}$ $\ Omega$ - это прямое восхождение восходящего узла (RAAN), $i {\ displaystyle i}$ $i$ - это наклон орбиты, а $ϵ {\ displaystyle \ epsilon}$ $\ epsilon$ - наклон эклиптики (приблизительно 23,45 градуса для Земли в настоящее время). RAAN и наклон являются характеристиками орбиты спутника, а солнечная долгота является функцией положения Земли на орбите вокруг Солнца (приблизительно линейно пропорционально дню года относительно точки весеннего равноденствия).

Вышеупомянутое обсуждение определяет бета-угол спутников, вращающихся вокруг Земли, но бета-угол может быть вычислен для любой системы из трех тел: то же определение можно применить для определения бета-угла других объектов. Например, бета-угол спутника на орбите вокруг Марса по отношению к Земле определяет, сколько времени спутник находится на линии прямой видимости с Землей, то есть определяет, как долго Земля светит на Землю. спутник и как долго Земля закрыта из поля зрения. Тот же самый спутник также будет иметь бета-угол по отношению к Солнцу, и на самом деле у него есть бета-угол для любого небесного объекта, для которого вы могли бы пожелать рассчитать его: любой спутник, вращающийся вокруг тела (то есть Земли), будет в этом теле. тень относительно данного небесного объекта (например, звезды) некоторое время, а в остальное время - на линии прямой видимости. Бета-углы, описывающие не- геоцентрические орбиты, важны, когда космические агентства запускают спутники на орбиты вокруг других тел Солнечной системы.

Значение в космических полетах

Когда космический шаттл находился в эксплуатации в полете к Международной космической станции, угол бета орбиты космической станции было решающим соображением; периоды, называемые «бета-выключением», в течение которых шаттл не мог безопасно быть запущен к МКС, были прямым результатом угла бета-излучения космической станции в то время. Когда орбитальный аппарат находился в полете (не стыковался с МКС) и летел на угол бета более 60 градусов, орбитальный аппарат перешел в режим «вертолет» и медленно повернулся вокруг своей оси X (от носа к хвостовой оси) для причины терморегулирования. Для полетов к МКС шаттл может запускаться во время отключения бета-версии МКС, если МКС будет находиться в бета-версии менее 60 градусов в доке, и на протяжении всей фазы стыковки. Таким образом, продолжительность миссии повлияла на время запуска, когда приближались даты окончания бета-тестирования.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

НАСА: Бета-угол МКС