Тундровая орбита

редактировать

Анимация орбит тундры с наклоном 63,4 ° в фиксированном кадре Земли. 0,2 эксцентриситета 0,3 эксцентриситета Земля

Тундры орбита ( русская : Орбита «Тундра») является высоким эллиптической геостационарной орбитой с высоким наклонением (приблизительно 63,4 °), с орбитальным периодом одного сидерического дня, и типичным эксцентриситетом между 0,2 и 0,3. Спутника размещена на этой орбите проводит большую часть своего времени по выбранной области Земли, явление, известное как апогейные обитают, что делает их особенно хорошо подходят для спутников связи, обслуживающих высоких широт. Заземления дорожки спутника на орбите Tundra является замкнутой фигурой 8 с меньшей петлей через любой северном или южном полушарии. Это отличает их от орбит "Молния", предназначенных для обслуживания высокоширотных регионов, которые имеют такое же наклонение, но половину периода и не перемещаются по одному региону.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Использование
- 1.1 Предлагаемое использование
2 свойства
- 2.1 Наклонение орбиты
- 2.2 Аргумент перигея
- 2.3 Период
- 2.4 Эксцентриситет
- 2.5 Большая полуось
3 космических аппаратов с использованием орбит Тундровые
- 3.1 Предлагаемые системы
4 См. Также
5 ссылки

Использует

Орбиты Тундры и Молния используются для обеспечения пользователей высоких широт более высокими углами возвышения, чем геостационарная орбита. Это желательно, поскольку радиовещание на эти широты с геостационарной орбиты (выше экватора Земли) требует значительной мощности из-за малых углов возвышения, а также дополнительного расстояния и атмосферного ослабления, связанного с этим. Сайты, расположенные выше 81 ° широты, вообще не могут видеть геоцентрические спутники, и, как правило, углы возвышения менее 10 ° могут вызвать проблемы в зависимости от частоты связи.

Высокоэллиптические орбиты представляют собой альтернативу геостационарным орбитам, поскольку они остаются над желаемыми высокоширотными регионами в течение длительных периодов времени в апогее. Однако их удобство смягчается стоимостью: для обеспечения непрерывного покрытия с орбиты тундры требуется два спутника (три с орбиты Молния).

Наземная станция, принимающая данные от группировки спутников на высокоэллиптической орбите, должна периодически переключаться между спутниками и иметь дело с различными уровнями сигнала, задержкой и доплеровскими сдвигами по мере того, как дальность действия спутника изменяется по всей его орбите. Эти изменения менее заметны для спутников на орбите тундры, учитывая их увеличенное расстояние от поверхности, что делает отслеживание и связь более эффективными. Кроме того, в отличие от орбиты «Молния», спутник на орбите тундры избегает прохождения через пояса Ван Аллена.

Несмотря на эти преимущества, орбита «Тундра» используется реже, чем орбита «Молния», отчасти из-за более высокой требуемой энергии запуска.

Предлагаемое использование

В 2017 году офис ЕКА по космическому мусору выпустил документ, в котором предлагалось использовать орбиту, подобную тундре, в качестве орбиты захоронения для старых геосинхронных спутников с высоким наклонением, в отличие от традиционных орбит захоронения.

Характеристики

Типичная тундровая орбита имеет следующие свойства:

Наклонение: 63,4 °
Аргумент перигея: 270 °
Период: 1436 минут
Эксцентриситет: 0,24–0,4
Большая полуось: 42164 км (26199 миль)

Наклонение орбиты

В общем, сжатие Земли возмущает аргумент спутника перигея (), так что он постепенно изменяется со временем. Если мы будем рассматривать только коэффициент первого порядка, перигей будет изменяться в соответствии с уравнением 1, если только он не будет постоянно корректироваться с помощью горящих двигателей малой тяги. ${\ displaystyle \ omega}$ $\омега$ ${\ displaystyle J_ {2}}$ $J_ {2}$

{\ displaystyle {\ dot {\ omega}} = {\ frac {3} {4}} \; nJ_ {2} \ left ({\ frac {R_ {E}} {a}} \ right) ^ {2 } {\ frac {4-5 \ sin ^ {2} {i}} {\ left (1-e ^ {2} \ right) ^ {2}}}}

{\ displaystyle {\ dot {\ omega}} = {\ frac {3} {4}} \; nJ_ {2} \ left ({\ frac {R_ {E}} {a}} \ right) ^ {2 } {\ frac {4-5 \ sin ^ {2} {i}} {\ left (1-e ^ {2} \ right) ^ {2}}}}

( 1)

где - наклонение орбиты, - эксцентриситет, - среднее движение в градусах в день, - возмущающий фактор, - радиус Земли, - большая полуось, и выражается в градусах в день. ${\ displaystyle i}$ $я$ ${\ displaystyle e}$ $е$ ${\ displaystyle n}$ $п$ ${\ displaystyle J_ {2}}$ $J_ {2}$ ${\ displaystyle R_ {E}}$ $R_E$ ${\ displaystyle a}$ $а$ ${\ displaystyle {\ dot {\ omega}}}$ ${\ dot {\ omega}}$

Чтобы избежать этого расхода топлива, на орбите тундры используется наклон 63,4 °, для которого коэффициент равен нулю, так что положение перигея со временем не меняется. Это называется критическим наклоном, а построенная таким образом орбита называется замороженной орбитой. ${\ Displaystyle \ влево (4-5 \ грех ^ {2} я \ вправо)}$ ${\ Displaystyle \ влево (4-5 \ грех ^ {2} я \ вправо)}$

Аргумент перигея

Аргумент перигея 270 ° мест апогея в самой северной точке орбиты. Аргумент перигея в 90 ° также будет служить высоким южным широтам. Аргумент перигея 0 ° или 180 ° заставил бы спутник находиться над экватором, но в этом не было бы особого смысла, поскольку это можно было бы лучше сделать с помощью обычной геостационарной орбиты.

Период

Период в один звездный день гарантирует, что спутники будут следовать одной и той же наземной траектории с течением времени. Это контролируется большой полуосью орбиты.

Эксцентриситет

Эксцентриситет выбирается в соответствии с требуемым временем выдержки и изменяет форму дорожки грунта. Тундры орбита обычно имеет эксцентриситет около 0,2; один с эксцентриситетом около 0,4, изменяющий наземный путь с цифры 8 на каплевидную, называется орбитой Супертундры.

Большая полуось

Точная высота спутника на орбите тундры варьируется между миссиями, но типичная орбита будет иметь перигей приблизительно 25 000 километров (16 000 миль) и апогей 39 700 километров (24 700 миль) для большой полуоси в 46 000 километров. (29 000 миль).

Космический аппарат на тундровой орбите

Трек орбиты QZSS, имеющий характеристики, аналогичные орбите тундры, но меньшее наклонение

С 2000 по 2016 год Sirius Satellite Radio, теперь входящая в состав Sirius XM Holdings, управляла группировкой из трех спутников на орбитах тундры для спутникового радио. Raan и средняя аномалия каждого спутника были компенсированы на 120 °, так что, когда один спутник перемещается из положения, другой прошел перигей и был готов взять на себя. Созвездие было разработано для лучшего охвата потребителей в далеких северных широтах, уменьшения воздействия городских каньонов и требовало всего 130 ретрансляторов по сравнению с 800 для геостационарной системы. После слияния Sirius и XM он изменил конструкцию и орбиту заменяющего спутника FM-6 с тундровой на геостационарную. Это дополнило уже геостационарный FM-5 (запущенный в 2009 г.), а в 2016 г. Сириус прекратил вещание с тундровых орбит. Спутники Sirius были единственными коммерческими спутниками, которые использовали орбиту тундры.

Японская квазизенитная спутниковая система использует геосинхронную орбиту, аналогичную орбите тундры, но с наклоном всего 43 °. Он включает в себя четыре спутника, следующих по одной и той же наземной трассе. Он был протестирован с 2010 года и полностью введен в эксплуатацию в ноябре 2018 года.

Предлагаемые системы

Орбита Tundra была рассмотрена для использования в проекте ESA Archimedes, системе вещания, предложенной в 1990-х годах.

Сравнение Tundra орбиты QZSS орбиты и Молния орбиты - экваториальный вид

Передний план

Вид сбоку

Вид спереди, неподвижная рама Земля

Вид сбоку, неподвижная рама Земля Тундровая орбита QZSS орбита Молния орбита Земля

Смотрите также

использованная литература