Не смотря на то, что пространство за пределами земной атмосферы практически бесконечно, искусственные спутники обычно находятся в одном из трех популярных орбитальных режимов: низкая околоземная орбита (НОО), средняя околоземная орбита (СОО) и геостационарная орбита (ГСО).
Низкая околоземная орбита (НОО)
Большинство спутников, вращается вокруг Земли на высотах от 160 до 2000 километров. Из-за относительной близости спутников к Земле этот орбитальный режим называется низкой околоземной орбитой или НОО .
Спутникам на НОО обычно требуется от 90 минут до 2 часов, чтобы завершить один полный оборот вокруг Земли. Короткий орбитальный период и "низкие" высоты делают спутники НОО идеальными для дистанционного зондирования Земли, наблюдения и разведки.
Пятьдесят пять процентов всех действующих спутников находятся на НОО.
Полярные орбиты
Некоторые спутники на низкоорбитальной околоземной орбите проходят по орбите над обоими полюсами Земли. Эта ориентация на малой высоте называется полярной орбитой . Из-за вращения Земли спутники на полярной орбите проходят разные вертикальные полосы поверхности планеты на каждом обороте. Используя режим полярной орбиты, один спутник может наблюдать каждую точку на Земле дважды за сутки.
Спутниковые группировки
Хотя один спутник на полярной орбите и может наблюдать за каждой точкой на поверхности Земли, он не может создать моментальный снимок всей Земли. Большое количество спутников или группировка спутников может сделать составное изображение поверхности планеты в один момент. Спутниковые группировки могут использоваться для личной связи, раннего предупреждения о ракетном нападении и систем космического вооружения.
Примеры спутников НОО:
За исключением миссий Аполлон, в основном вся космическая деятельность человека происходила на низкой околоземной орбите. Средняя высота Международной космической станции составляет около 350 километров .
Спутниковые группировки для персональной связи через спутниковые телефоны. Включают в себя до 100 спутников, находятся на орбите около 780 километров.
Средняя околоземная орбита (СОО)
Хотя более 90 процентов всех спутников расположены на низкой околоземной орбите (ниже 2 000 километров) и на ГСO (около 36 000 километров), пространство между двумя наиболее популярными орбитальными режимами может быть идеальной средой для небольшого подмножества спутниковых систем. Спутники в этой средней полосе, соответственно названной средней околоземной орбитой, могут видеть большую часть поверхности Земли за один раз чем спутники НОO и имеют меньшее время передачи данных, чем спутники ГСO, потому что они не так далеко.
Радиационный пояс Ван Аллена
Одна из причин, по которой на СОO меньше спутников, чем на НОO или ГЕO, - это наличие поясов Ван Аллена . Пояса Ван Аллена представляют собой две области в форме пончика, окружающие Землю с центром на ее полярной оси, где магнитное поле Земли улавливает заряженные частицы солнечного ветра и космических лучей, которые могут повредить бортовые электронные системы спутников. Среда с высоким уровнем радиации в целом также может повредить солнечные батареи.
Внутренний пояс простирается примерно от 500 км до 5 500 км на экваторе, а внешний пояс простирается от 12 000 до 22 000 км . Спутники в этих регионах можно оснастить защитой, чтобы снизить риск повреждения в течение срока их службы.
Высокоэллиптические орбиты (ВОO)
Хотя многие из ранее обсуждавшихся орбит предполагают круговую или почти круговую траекторию вокруг Земли, некоторые спутники расположены так, что они вращаются вокруг Земли по продолговатой эллиптической траектории, называемой высокоэллиптической орбитой , или ВОO. В то время как спутник на наклонной круговой орбите проводит равное количество времени в северном и южном полушариях, спутник на наклонной ВОО проводит значительно большую часть своей орбиты над одним полушарием, чем над другим, из-за второго закона движения планет Кеплера.
Примеры спутников СОО
Система глобального позиционирования (GPS) является 24-спутниковой группировкой, с высотой орбиты около 20000 км. Группировка ориентировано так, что в любой момент каждая точка на Земле имеет доступ к четырем спутникам GPS.
Одним из примеров высокоэллиптической орбиты является орбита Молния . Орбиты «Молния» имеют наклон 63,4 градуса, апогей около 40 000 км и перигей около 1000 км. На протяжении большей части своих периодов спутники на орбите «Молния» в основном наблюдают за северным полушарием Земли. Поскольку и Соединенные Штаты, и Россия находятся в северном полушарии, орбиты Молнии были идеальными для разведки в эпоху холодной войны.
Геосинхронная околоземная орбита (ГСO)
Период спутника или время, необходимое для оборота вокруг Земли один раз, зависит от его орбитальной высоты. Спутникам на НОО, как и Международной космической станции, требуется около 90 минут для обращения вокруг Земли. Спутникам в СОO требуется около 12 часов, чтобы сделать то же самое.
Спутники, обращающиеся на орбите на расстоянии 35 786 км, имеют период, равный ровно одному дню. Спутники на этой орбите, известной как геосинхронная земная орбита или ГСO, наблюдают за Землей так, как если бы она не вращалась. Благодаря этому свойству спутники на ГСO постоянно находятся в поле зрения примерно на одной трети поверхности планеты.
В то время как около 55 процентов всех действующих спутников находятся на НОО, еще 35 процентов находятся на ГСО, что делает его вторым по популярности орбитальным режимом.
Геостационарная орбита
Большинство спутников на ГСО не имеют наклона, то есть они вращаются прямо над экватором Земли. Спутники с такими свойствами называются геостационарными , поскольку из любой точки Земли они появляются в любой момент в одной и той же точке неба. Геостационарные спутники популярны для связи и радиовещания.
Геостационарная орбита значительно дальше от Земли, чем НОO или СОO. Для спутников, расположенных на НОО, время, необходимое для передачи сигнала с земли на спутник и обратно, составляет примерно 0,003 секунды. Для спутника, находящегося на геостационарной орбите, эта задержка увеличивается до 0,25 секунды, что требует учета эхо-сигнала и временной задержки, которыми можно пренебречь для более низких орбит.
Примеры спутников на ГСО:
Некоторые примеры спутников в GEO включают спутники связи Intelsat и спутники прямого вещания DISH Network .
Другие орбиты
Некоторые орбиты обладают особыми свойствами, которые делают их идеальными для конкретных спутниковых миссий. Только небольшая часть действующих спутников попадает в эту категорию.
Солнечно-синхронная орбита
Из-за неоднородности гравитационного поля Земли, орбиты спутников со временем прецессируют, а это означает, что плоскость орбиты медленно вращается вокруг одной из осей планеты. Когда прецессия орбиты спутника совпадает с вращением Земли вокруг Солнца, спутник находится на солнечно-синхронной орбите , или ССO. Когда спутники в режиме ССO проходят над заданной точкой на Земле, они наблюдают за ней в одно и то же местное время на каждой орбите. Такие условия идеальны для систем съемки Земли. Некоторые ССO ориентированы так, что солнечные батареи спутника постоянно обращены к солнцу, что снижает их зависимость от бортовых батарей. Спутники в ССO также могут быть на НОO или СОO.
Точки Лагранжа
Точки Лагранжа – это особые места в орбитальной плоскости Земля-Солнце, в которых спутники вращаются вокруг Солнца, сохраняя фиксированное положение относительно центра тяжести Земли. Точки Лагранжа вызваны балансом между гравитационными полями двух больших тел; равновесие между двумя тянущими силами. Из пяти точек Лагранжа в системе Земля-Солнце три нестабильны (L1, L2 и L3), что означает, что они требуют периодической корректировки орбиты для поддержания своего положения, а две являются стабильными (L4 и L5), что означает, что никаких корректировок не требуется.
Точки Лагранжа, особенно L2, особенно хорошо подходят для научных исследований Вселенной.
Не забудьте, пожалуйста, поставить "палец вверх" и подписаться на мой канал, чтобы ничего не пропустить!