Профессионалы употребляют специфические термины и слова, иногда забывая, что не все знакомы с их значениями. Орбита GEO/MEO/LEO, среднеорбиталки/низкоорбиталки, эллиптическая/круговая орбита и пр. Поскольку в статьях мы часто используем эти слова, то решили, что стоит устроить небольшой ликбез для тех, кто не в теме и хочет составить общее представление о предмете.
Итак, начнем с простого. Спутниковые орбиты классифицируют по нескольким параметрам — это расположение относительно планеты, удаленность от поверхности и направление вращения относительно планеты.
Существует три типа орбит, которые определяются расположением плоскости траектории движения спутников относительно Земли:
- экваториальная – лежит в плоскости экватора (круговая),
- полярная – находится в плоскости окружности, соединяющей полярные области (эллиптическая),
- наклонная – смещена под углом между экваториальной и полярной орбитами.
В зависимости от высоты, занимаемой спутником над поверхностью планеты, орбиты подразделяют на пять типов:
- высокая эллиптическая – больше 35790 км над поверхностью Земли (HEO);
- геосинхронная (GSO) и геостационарная (GEO) – 35790 км ;
- средняя околоземная – 2000-35790 км (MEO);
- низкая околоземная – 160-2000 км (LEO).
Высокая эллиптическая орбита
Особенностью высокой эллиптической орбиты является то, что аппараты, вращающиеся по ней вокруг Земли, увеличивают скорость, когда находятся ближе к поверхности и замедляются при удалении. Т.о. спутник находится в зоне видимости наземной станции большую часть времени, а потом скрывается за планетой. Три спутника на эллиптической орбите могут обеспечить глобальную зону обслуживания и непрерывную спутниковую связь по всему Земному шару, включая полярные широты. Проблема заключается в том, что из-за того, что местоположение спутника относительно поверхности планеты постоянно меняется, оборудование наземных станций усложняется и удорожается
Геостационарная (геосинхронная) орбита
Геостационарная орбита является подвидом геосинхронной. В обоих случаях период вращение космического аппарата вокруг планеты равен 24 часам, но в первом случае спутник «зависает» и занимает позицию над одной точкой на экваториальной (круговой) орбите, вращаясь с той же скоростью и в том же направлении, что и планета. А во втором случае – спутник может двигаться по одной долготе, дрейфуя как в одном направлении с планетой, так и в обратном (ретроградная орбита), и не обязательно находится в «стационарной» позиции. Преимуществом систем GEO является то, что спутник и обслуживающая наземная станция не перемещаются относительно друг друга, постоянно находясь в зоне видимости. Таким образом три спутника на орбите могут обеспечить непрерывную глобальную зону обслуживания. С одной стороны, статичность позволяет использовать более простое и надежное наземное оборудование без механизмов слежения за спутниками – достаточно навести спутниковую антенну один раз. С другой стороны, удаленные от экватора северные или южные районы (выше 76,50 северной и южной широт) всегда находятся на краю зоны обслуживания систем связи GEO или не попадают в них совсем. Орбитальный ресурс геостационарных аппаратов очень высок - до 15-20 лет.
Средняя околоземная орбита
Бурное развитие спутниковых систем привело к такому плотному «заселению» орбиты GEO, что стали возникать проблемы с размещением новых. Поэтому стала активно осваиваться средняя околоземная орбита. Наиболее востребованы высоты, находящиеся между так называемыми радиационными поясами Ван-Аллена – пространственными областями, заполненными заряженными частицами, которые захвачены магнитным полем Земли (5-15 тыс. км). По сравнению с системами связи GEO спутники MEO обеспечивают меньшую задержку при передаче сигнала (130 мс против 250 мс), выигрывают по энергетическим показателям, обладают большим углом радиовидимости (min углы видимости 25—300). Однако уступают по продолжительности нахождения спутника в зоне видимости наземной станции – для того, чтобы организовать непрерывную зону обслуживания наиболее населенных регионов планеты необходимо создать группировку из 8 - 12 аппаратов. Срок активной эксплуатации КА – 12-15 лет.
Низкая околоземная орбита
До недавнего времени низкие орбиты использовались в основном для научных исследований, метеорологических наблюдений, навигации и дистанционного зондирования Земли. Сегодня низкая околоземная орбита активно осваивается операторами связи. Это связано с тем, что близкое расположение спутника к пользователю позволяет значительно уменьшить задержку сигнала, а также сократить расходы на выведение аппаратов в космос. Как правило, спутники размещаются на высоте от 300 км и выше, т.к. ниже нарастает содержание разреженных газов, что приводит к увеличению силы трения, снижению скорости движения, необходимости частого маневрирования и, как следствие, относительно быстрому износу КА. Наиболее востребованы низкие полярные и наклонные орбиты на высоте 700-1500 км, и экваториальные на высоте 2000 км. Низкооробитальные КА обладают несомненным преимуществом пред другими спутниками, обеспечивая минимальную задержку при передаче сигнала (15-25 мс), гораздо дешевле в производстве и выводе на орбиту. Однако значительно уступают им по времени работы по целевому назначению (10-20%) и сроке эксплуатации (3-5 лет). Для того, чтобы обеспечить глобальное покрытие группировки на LEO должны насчитывать сотни и тысячи аппаратов.
