СПУТНИКОВЫЕ ОРБИТЫ.

Спутники могут функционировать на различных орбитах, отличающихся друг от друга высотой над уровнем моря и формой (круглая и эллиптическая).

Траектория движения спутников Земли и, следовательно, время совместного видения ИСЗ с пунктов А и Б определяется орбитой.

Основные характеристики орбиты:

- наклонение плоскости орбиты к плоскости экватора;

- высота перигея (низшая точка орбиты);

- высота апогея (высшая точка орбиты).

Если орбита круговая, то высота перигея и апогея равны. Скорость обращения ИСЗ вокруг земли в этом случае равна U=630√r, где r радиус орбиты в км, отсчитанный от центра Земли. Период обращения вокруг Земли, согласно 3 закону Кеплера, равен Т=1,66·10^-4·r^3/2 мин . Этот период называют сидерическим или звездным, т.е. независящим от движения ИСЗ относительно Земли. Если сидерический период равен 24 часам, то ИСЗ для наземного наблюдателя будет неподвижен. Такая орбита называется геостационарной

Наклонение орбиты к плоскости экватора примерно 63°. Апогей орбиты находится над Россией, а перигей над южным полушарием. Период обращения равен 12 часов. Находясь над территорией России он виден со всех точек. Для обеспечения круглосуточной связи на такую орбиту запускают одновременно не менее трех спутников. Через эти спутники в настоящее время осуществляются все виды связи.

Рис.47

В зависимости от высоты все орбиты делятся на три типа :

1. LEO — низкая земная орбита (700-1500 км).

2. МЕО — средневысотная земная орбита (5-15 тыс. км.).

3. GEO — геостационарная земная орбита(около 36 тыс. км.).

Размер и высота орбиты оказывают значительное влияние на функциональные особенности и конструкцию спутника.

К примеру, геостационарные спутники, расположенные на высоте около 36 тыс. км, постоянно находятся над определенной точкой земной поверхности, т. е. осуществляют вращение вместе с Землей. Благодаря этому они обеспечивают круглосуточное функционирование терминалов пользователей. Система из трех спутников, отстоящими друг от друга на 120°, способна охватить всю земную поверхность за исключением высокоширотных районов. При этом геостационарные спутники могут функционировать наибольшее количество времени благодаря тому, что они практически постоянно находятся на светлой стороне Земли, поэтому количество циклов разрядки/зарядки батарей у них наименьшее, что облегчает работу бортовой системы электропитания и увеличивает срок службы спутника до 10-15 лет.

Поскольку на ИСЗ находящейся на геостационарной орбите, кроме притяжения Земли действует притяжение Луны, Солнца и т.д., то для удержания спутника в заданной точке необходимо его корректировать, т.е. на спутнике иметь двигательные установки(ресурс 5-7 лет).. Недостатком геостационарной орбиты является сложность и невозможность обслуживания приполярных районов выше 81° северной или южной широты.

Трасса средневысотных спутников проходит между первым и вторым поясами Ван-Аллена, т.е. на высоте от 5 тыс. до 15 тыс. км. Период их вращения вокруг Земли составляет шесть часов, из которых лишь несколько минут они проводят в тени Земли, поэтому характеристики их энергетической системы приблизительно одинаковы с геостационарными спутниками и срок службы этих спутников - от 12 до 15 лет.

Спутники, находящиеся на низких орбитах (700-1500 км) обладают лучшими характеристиками, чем системы на средних или геостационарных орбитах, но проигрывают им в периоде активной эксплуатации. Это объясняется тем, что низкоорбитальные спутники совершают полный оборот вокруг Земли за 100 минут, из которых 30 минут они проводят на затемненной стороне, что увеличивает количество циклов зарядки/разрядки и укорачивает срок службы батарей. Когда спутник перемещается относительно земли и никогда не виден одновременно с пунктов А и Б. Эта так называемая низкая орбита и спутник на этой орбите работает как курьер. Пролетая над одним пунктом он принимает информацию и пролетая над другой передает ее (рис. 48)

Рис.

В зависимости от своей массы все спутники делятся на малые (800—1000 кг) и большие (больше 1000 кг). Малые спутники используются на низких орбитах, а большие — на средневысотных и геостационарных.