Войти
Рисунок 1: Орбита "Молния". Обычно период от перигея +2 часа до перигея +10 часов используется для передачи в северное полушарие. 
Рисунок 2: Созвездие SDS, которое использует спутники на геостационарной орбите и орбите "Молния". Созвездие спутников на орбите "Молния" использует три спутника на разных орбитальных плоскостях с апогеями, сопоставимыми с апогеями геостационарных спутников. Molniya орбита (русский: Молния, IPA: [molnʲɪjə] ( слушать ) 
, «Молния») представляет собой тип спутниковой орбиты предназначена для обеспечения связи и охвата дистанционного зондирования более высоких широт. Это высокоэллиптическая орбита с наклонением 63,4 градуса, аргументом перигея 270 градусов и периодом обращения около половины звездных суток. Название происходит от спутников « Молния », серии советских / российских гражданских и военных спутников связи, которые использовали этот тип орбиты с середины 1960-х годов.
Орбита "Молния" долго находится над интересующим полушарием, при этом очень быстро перемещаясь по другому. На практике это помещает его над Россией или Канадой на большей части своей орбиты, обеспечивая высокий угол обзора для спутников связи и наблюдения, покрывающих эти высокоширотные районы. Геостационарные орбиты, которые обязательно наклонены над экватором, могут видеть эти регионы только под небольшим углом, что снижает производительность. На практике спутник на орбите "Молния" служит той же цели для высоких широт, что и геостационарный спутник для экваториальных регионов, за исключением того, что для непрерывного покрытия требуется несколько спутников.
Спутники, размещенные на орбитах "Молния", использовались для телевизионного вещания, телекоммуникаций, военной связи, ретрансляции, мониторинга погоды, систем раннего предупреждения и некоторых секретных целей.
Орбита "Молния" была открыта советскими учеными в 1960-х годах как высокоширотная коммуникационная альтернатива геостационарным орбитам, требующая больших энергий запуска для достижения высокого перигея и изменения наклона орбиты над экватором (особенно при запуске из российских широт). В результате ОКБ-1 выбрало менее энергоемкую орбиту. Исследования показали, что этого можно достичь, используя высокоэллиптическую орбиту с апогеем над территорией России. Название орбиты отсылает к «молниеносной» скорости, с которой спутник проходит через перигей.
Первое использование орбиты Молнии было по спутниковой связи серии с одноименным названием. После двух неудачных запусков и отказа одного спутника в 1964 году 23 апреля 1965 года был запущен первый успешный спутник, вышедший на эту орбиту, "Молния 1-1". Первые спутники "Молния-1" использовались для гражданского телевидения, телекоммуникаций и дальнего радиуса действия. связи, но они также были оснащены камерами, используемыми для наблюдения за погодой и, возможно, для оценки незащищенных территорий для спутников-шпионов «Зенит». Первоначальные спутники "Молния" имели срок службы примерно 1,5 года, так как их орбиты были нарушены из-за возмущений, и их приходилось постоянно заменять.
Последующий сериал «Молния-2» обеспечивал как военное, так и гражданское вещание и использовался для создания телевизионной сети « Орбита» на территории Советского Союза. Их, в свою очередь, сменила конструкция «Молния-3». Спутник под названием «Маяк» был разработан для дополнения и замены спутников «Молния» в 1997 году, но проект был отменен, а спутник «Молния-3» был заменен спутниками « Меридиан », первый из которых был запущен в 2006 году. Советский спутник раннего предупреждения US-K Спутники, которые следят за запусками американских ракет, были запущены на орбиты "Молния" с 1967 года в рамках системы " Око".
С 1971 года американские военные спутники Jumpseat и Trumpet были выведены на орбиты «Молния» (и, возможно, использовались для перехвата советских сообщений со спутников «Молния»). Подробная информация по обоим проектам остается засекреченной по состоянию на 2019 год. Затем последовала американская группировка SDS, которая работает со смесью Молния и геостационарной орбиты. Эти спутники используются для ретрансляции сигналов от низколетящих спутников обратно на наземные станции в Соединенных Штатах и в определенной степени активны с 1976 года. Российская спутниковая группировка под названием Тюльпан была спроектирована в 1994 году для поддержки связи в высоких широтах, но этого не произошло. прогресс после фазы планирования.
В 2015 и 2017 годах Россия запустила на орбиту «Молния» два спутника « Тундра », несмотря на их название, в рамках своей системы раннего предупреждения EKS.
Анимация ЭКС
Экваториальный вид 
Полярный вид 
Фиксированная рама Земли, вид спереди 
Фиксированная рама земли, вид сбоку Космос 2510 Космос 2518 Космос 2541 Космос 2546 Земля 
Рис. 3. Маршрут по орбите "Молния". На оперативной части орбиты (по четыре часа с каждой стороны от апогея) спутник находится севернее 55,5 ° с.ш. (широта, например, центральной Шотландии, Москвы и южной части Гудзонова залива). Спутник на этой орбите проводит большую часть времени над северным полушарием и быстро проходит над южным полушарием. Большая часть территории бывшего Советского Союза, и в частности России, расположена в высоких северных широтах. Для вещания на эти широты с геостационарной орбиты (выше экватора Земли) требуется значительная мощность из-за малых углов места, а также связанного с этим дополнительного расстояния и атмосферного ослабления. Сайты, расположенные выше 81 ° широты, вообще не могут видеть геостационарные спутники, и, как правило, углы возвышения менее 10 ° могут вызвать проблемы в зависимости от частоты связи.
Спутник на орбите "Молния" лучше подходит для связи в этих регионах, потому что на больших участках своей орбиты он смотрит на них более строго сверху вниз. Имея высоту апогея до 40 000 километров (25 000 миль) и подспутниковую точку апогея 63,4 градуса северной широты, он проводит значительную часть своей орбиты с отличной видимостью в северном полушарии, как из России, так и из северной Европы. Гренландия и Канада.
В то время как спутники на орбитах "Молния" требуют значительно меньше энергии запуска, чем спутники на геостационарных орбитах (особенно для запуска с высоких широт), их наземным станциям необходимы управляемые антенны для отслеживания космического корабля, связи между спутниками в группировке должны переключаться, а изменения дальности вызывают колебания сигнала. амплитуда. Кроме того, существует большая потребность в поддержании станции, и космический корабль будет проходить через радиационный пояс Ван Аллена четыре раза в день.
Подобные орбиты с аргументом перигея 90 ° могут обеспечить покрытие высоких широт в южном полушарии. Предлагаемая группировка, Антарктическая широкополосная программа, использовала бы спутники на перевернутой орбите Молния для предоставления услуг широкополосного доступа в Интернет объектам в Антарктике. Первоначально финансируемый ныне несуществующей Австралийской программой космических исследований, он не продвинулся дальше первоначальной разработки.
Постоянное высотное покрытие большой площади Земли (например, всей России, где некоторые части находятся на юге до 45 ° с.ш.) требует созвездия, по крайней мере, из трех космических аппаратов на орбитах Молния. Если используются три космических аппарата, то каждый космический аппарат будет активен в течение восьми часов на орбиту с центром вокруг апогея, как показано на рисунке 4. На рисунке 5 показано поле обзора спутника вокруг апогея.
Земля совершает половину оборота за двенадцать часов, поэтому апогеи последовательных орбит Молнии будут чередоваться между одной половиной северного полушария и другой. Для исходной орбиты «Молния» апогеи располагались над Россией и Северной Америкой, но, изменив прямое восхождение восходящего узла, это можно изменить. Покрытие спутника на орбите "Молния" над Россией показано на рисунках 6-8, а над Северной Америкой - на рисунках 9-11.
В этом случае орбиты трех космических аппаратов должны иметь одинаковые орбитальные параметры, но разные прямые восхождения восходящих узлов, с их прохождениями над апогеями, разделенными 7,97 часами. Поскольку у каждого спутника период работы составляет приблизительно восемь часов, когда один космический корабль проходит четыре часа после прохождения апогея (см. Рисунок 8 или рисунок 11), тогда следующий спутник войдет в свой рабочий период с видом на Землю, показанным на рисунке. 6 (или рисунок 9), и переключение может произойти. Обратите внимание, что два космических корабля во время переключения находятся на расстоянии около 1500 километров (930 миль), так что наземным станциям нужно только переместить свои антенны на несколько градусов, чтобы захватить новый космический корабль.
Рисунок 4: Созвездие из трех космических кораблей «Молния», обслуживающих Северное полушарие. P - период обращения. Зеленая линия соответствует обслуживанию для Азии и Европы с видимостью цифр 6–8. Красная линия соответствует обслуживанию в Северной Америке с видимостью цифр 9–11.
Рис. 5: Зоны освещения (не менее 10 ° возвышения) с орбиты "Молния". В апогее действует зона зеленой подсветки. За три часа до или после апогея применяется красная зона. За четыре часа до или после апогея применяется синяя зона. Плоскость рисунка - продольная плоскость апогея, вращающегося вместе с Землей. В восьмичасовом периоде с центром в прохождении апогея продольная плоскость практически фиксируется, долгота спутника изменяется всего на ± 2,7 °. Виды Земли с этих трех точек показаны на рисунках 6–11.
Рисунок 6: Вид Земли за четыре часа до апогея с орбиты Молния в предположении, что апогей имеет долготу 90 ° восточной долготы. Космический корабль находится на высоте 24043 км над точкой 92,65 ° восточной долготы 47,04 ° северной широты .
Рисунок 7: Вид Земли с апогея орбиты Молния в предположении, что апогей имеет долготу 90 ° восточной долготы. Космический корабль находится на высоте 39 867 км над точкой 90 ° восточной долготы 63,43 ° северной широты .
Рисунок 8: Вид Земли через четыре часа после апогея с орбиты Молния при предположении, что апогей имеет долготу 90 ° восточной долготы. Космический аппарат находится на высоте 24043 км над точкой 87,35 ° восточной долготы 47,04 ° с.ш.
Рисунок 9: Вид Земли за четыре часа до апогея из орбиты Молния в предположении, что долгота апогея составляет 90 ° В. Космический корабль на высоте 24,043 км над точкой 87,35 ° W 47.04 ° N.
Рисунок 10: Вид Земли с апогея орбиты Молния в предположении, что долгота апогея составляет 90 ° з. Д. Космический аппарат находится на высоте 39 867 км над точкой 90 ° з.д. 63,43 ° северной широты .
Рисунок 11: Вид на Землю через 4 часа после апогея от орбиты Молнии в предположении, что долгота апогея составляет 90 ° В. Космический корабля на высоту 24,043 км над точкой 92.65 ° W 47.04 ° N.
Передний план 
Вид сбоку 
Фиксированная рамка Земля, вид спереди 
Фиксированная рамка Земля, Вид сбоку Тундровая орбита QZSS орбита Молния орбита Земля Типичная орбита Молнии обладает следующими свойствами:
Аргумент перигея установлен на 270 °, в результате чего спутник достигает апогея в самой северной точке своей орбиты. Для любых будущих применений в южном полушарии вместо этого он будет установлен на 90 °.
В общем, сплюснутость Земли возмущает в аргументе перигея (), так что она постепенно меняется 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.
| ( 1) |
где - наклонение орбиты, - эксцентриситет, - среднее движение в градусах в день, - возмущающий фактор, - радиус Земли, - большая полуось, и выражается в градусах в день.
Чтобы избежать такого расхода топлива, на орбите "Молния" используется наклонение 63,4 °, для которого коэффициент равен нулю, так что положение перигея с течением времени не меняется. Созданная таким образом орбита называется замороженной орбитой.
Чтобы обеспечить повторение геометрии относительно наземных станций каждые 24 часа, период должен составлять около половины звездных суток, при сохранении долготы апогеев постоянными.
Однако сжатие Земли также нарушает прямое восхождение восходящего узла (), изменяя узловой период и вызывая дрейф наземной линии пути со временем со скоростью, показанной в уравнении 2.
| ( 2) |
где в градусах в день.
Поскольку наклонение орбиты Молнии фиксировано (как указано выше), это возмущение составляет градусы в сутки. Для компенсации орбитальный период корректируется таким образом, чтобы долгота апогея изменялась достаточно, чтобы нейтрализовать этот эффект.
Эксцентриситет орбиты основан на разнице высот ее апогея и перигея. Чтобы максимально увеличить время, которое спутник проводит над апогеем, эксцентриситет следует установить как можно более высоким. Однако перигей должен быть достаточно высоким, чтобы спутник находился над атмосферой, чтобы минимизировать сопротивление (~ 600 км), а период обращения по орбите должен составлять примерно половину звездных суток (как указано выше). Эти два фактора ограничивают эксцентриситет, который становится примерно 0,737.
Точная высота спутника на орбите "Молния" варьируется в зависимости от миссии, но типичная орбита будет иметь перигей приблизительно 600 километров (370 миль) и апогей 39 700 километров (24 700 миль) для большой полуоси в 26 600 километров. (16 500 миль).
Чтобы отслеживать спутники с использованием орбиты "Молния", ученые используют упрощенную модель возмущений SDP4, которая рассчитывает местоположение спутника на основе формы орбиты, сопротивления, излучения, гравитационных эффектов от Солнца и Луны и условий земного резонанса.
