ดาวเทียมบินที่ระดับความสูงเท่าใด การคำนวณวงโคจร ความเร็ว และทิศทางการเคลื่อนที่ วงโคจรค้างฟ้า

ดาวเคราะห์ (ดาวเคราะห์แคระ)	ความเร็ววงโคจร, กม./วินาที
ปรอท
เมคเมค

ยานอวกาศโคจรรอบโลก

วงโคจร	ระยะทางระหว่างศูนย์กลางมวล	ความสูงเหนือพื้นผิวโลก	ความเร็ววงโคจร	ระยะเวลาการโคจร	พลังงานจำเพาะของวงโคจร(ภาษาอังกฤษ)
พื้นผิวโลกเพื่อการเปรียบเทียบ
วงโคจรอ้างอิงต่ำ	6,600 - 8,400 กม	200 - 2,000 กม	วงโคจรเป็นวงกลม: 6.9 - 7.8 กม./วินาที วงโคจรรูปไข่: 6.5 - 8.2 กม./วินาที	89 - 128 นาที
วงโคจรทรงรีสูงของดาวเทียมมอลนิยา	6,900 - 46,300 กม	500 - 39,900 กม	1.5 - 10.0 กม./วินาที	11 ชั่วโมง 58 นาที
วงโคจรค้างฟ้า				23 ชม. 56 นาที
วงโคจรดวงจันทร์	363,000 - 406,000 กม	357,000 - 399,000 กม	0.97 - 1.08 กม./วินาที

วงโคจรอ้างอิงต่ำ(นู๋, วงโคจรโลกต่ำ) คือ วงโคจรของยานอวกาศที่อยู่ใกล้โลก มีสิทธิที่จะเรียกวงโคจรว่า "อ้างอิง" หากคาดว่าจะมีการเปลี่ยนแปลง - การเพิ่มระดับความสูงหรือการเปลี่ยนแปลงความเอียง หากไม่มีการเตรียมการซ้อมรบหรือยานอวกาศไม่มีระบบขับเคลื่อนของตัวเองเลย ควรใช้ชื่อ "วงโคจรโลกต่ำ" โดยทั่วไป ยานอวกาศจะถือว่าอยู่ในวงโคจรอ้างอิงหากยานอวกาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหนีภัยและอยู่ที่ระดับความสูงที่ความหนาแน่นที่สอดคล้องกันของชั้นบนของชั้นบรรยากาศเป็นการประมาณครั้งแรก ทำให้เกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมหรือเป็นวงรีได้ ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์สามารถอยู่ในวงโคจรประเภทนี้ได้อย่างน้อยหนึ่งวงโคจร พารามิเตอร์ทั่วไปของวงโคจรอ้างอิงโดยใช้ยานอวกาศ Soyuz-TMA เป็นตัวอย่างคือ:

ระดับความสูงขั้นต่ำเหนือระดับน้ำทะเล (ซุปเปอร์ไฮ) – 193 กม.

ระดับความสูงสูงสุดเหนือระดับน้ำทะเล (วาโปจี) – 220 กม.

ความเอียง – 51.6 องศา

ระยะเวลาหมุนเวียนประมาณ 88.3 นาที

เมื่อกำหนดความสูง นู๋สิ่งสำคัญคือต้องระบุว่าวัดจากแบบจำลองของโลกใด ขีปนาวุธรัสเซียตามธรรมเนียมระบุความสูงเหนือทรงรีและแบบอเมริกัน - เหนือทรงกลม เป็นผลให้ความแตกต่างสามารถเข้าถึง 20 กม. (ประมาณสอดคล้องกับความแตกต่างระหว่างเส้นศูนย์สูตรและรัศมีขั้วโลกของโลก) และตำแหน่งของสุดยอด และ perigee สามารถเปลี่ยนได้

เนื่องจากการหมุนรอบโลกในแต่ละวันเกี่ยวข้องกับการส่งยานอวกาศขึ้นสู่วงโคจร ความจุของน้ำหนักบรรทุกจึงขึ้นอยู่กับความเอียงของวงโคจรกับระนาบเส้นศูนย์สูตร บรรลุเงื่อนไขที่ดีที่สุดหาก นู๋มีความโน้มเอียงไปทางเส้นศูนย์สูตรซึ่งตรงกับละติจูดของจุดปล่อยจรวดซึ่งเป็นจุดปล่อยจรวด ความโน้มเอียงของวงโคจรอื่น ๆ ส่งผลให้พารามิเตอร์ของยานปล่อยลดลงในแง่ของความสามารถในการปล่อยสินค้าขึ้นสู่วงโคจร อย่างไรก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่คอสโมโดรมทั้งหมดจะเปิดตัวในทิศทางที่มีพลังมากที่สุด ตัวอย่างเช่น สำหรับไบโคนูร์ซึ่งมีละติจูดประมาณ 46 องศา มันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเปิดตัวในทิศทางที่เอียงน้อยกว่า 48.5 องศา เนื่องจากข้อจำกัดของ ตำแหน่งของพื้นที่ตกของชิ้นส่วนจรวดที่แยกออกจากกัน (เขตยกเว้น) ความเอียงที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการปล่อยจาก Baikonur คือ 51.6 องศา ความเอียงที่ต่ำกว่านั้นไม่ค่อยได้ใช้

อายุการใช้งานหรือเวลาที่ยานอวกาศใช้ไป นู๋ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ขีปนาวุธของเทห์ฟากฟ้าเทียมและกิจกรรมของดวงอาทิตย์ในช่วงเวลานี้ซึ่งส่งผลต่อความสูงของชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลก

ยิ่งวงโคจรต่ำลง มวลของสินค้าที่ยานยิงสามารถปล่อยเข้าไปก็จะมากขึ้นเท่านั้น สิ่งอื่นๆ ทั้งหมดก็เท่าเทียมกัน ดังนั้นจึงเป็นประโยชน์ที่จะทำให้วงโคจรอ้างอิงต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในทางปฏิบัติ ระยะเวลาการบินในวงโคจร (ก่อนเข้าสู่ชั้นบรรยากาศหนาแน่น) ที่น้อยกว่าหนึ่งวันอาจทำให้เกิดปัญหาในกรณีที่ยานอวกาศล้มเหลว ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้วงโคจรต่ำดังกล่าวในทางปฏิบัติ นอกจากนี้ ความสูงต่ำสุดของวงโคจรอ้างอิงยังได้รับผลกระทบจากค่าของข้อผิดพลาดในการแทรก เนื่องจากด้วยข้อผิดพลาดที่ไม่พึงประสงค์ในเครื่องมือวัด การควบคุม และปัจจัยภายนอก วงโคจรอาจต่ำเกินไปและยานอวกาศจะกลับมา สู่ชั้นบรรยากาศโลกและลุกไหม้ก่อนที่จะมีเวลาเคลื่อนตัว อย่างไรก็ตาม มีหลายกรณีที่ทราบกันว่ามีการปล่อยยานพาหนะขึ้นสู่วงโคจรโดยมีคาบการโคจรน้อยกว่า 88 นาทีและระดับความสูงรอบขอบฟ้า 121-150 กม. ตัวอย่างเช่น สถานีอัตโนมัติ Luna-7 ถูกปล่อยเข้าสู่วงโคจรอ้างอิงด้วยระยะทาง 129 กม.

แนวคิดของ "วงโคจรอ้างอิง" ถูกนำมาใช้กับการเริ่มต้นการปล่อยจรวด 8K78 Molniya สี่ขั้น ซึ่งระยะที่สี่ถูกปล่อยในสภาวะไร้น้ำหนักหลังจากเสร็จสิ้นการปฏิวัติรอบโลกประมาณ 3/4 ของรอบโลก ตามที่จำเป็นสำหรับการโคจรระหว่างดาวเคราะห์ และยานอวกาศบนดวงจันทร์

วงโคจรโลกต่ำไม่เพียงแต่สามารถใช้เป็นวงโคจรอ้างอิงเท่านั้น แต่ยังใช้เป็นวงโคจรที่ใช้งานได้อีกด้วย โดยทั่วไป วงโคจรที่มีระดับความสูงสูงสุดไม่เกิน 2,000 กม. จะถือว่าอยู่ในระดับต่ำ วงโคจรโลกต่ำชนิดพิเศษคือวงโคจรแบบซิงโครนัสดวงอาทิตย์ ดาวเทียมสำรวจระยะไกลของโลกถูกปล่อยเข้าสู่วงโคจรดังกล่าว

สถานีอวกาศนานาชาติตั้งอยู่ในวงโคจรโลกต่ำ นับตั้งแต่สิ้นสุดโครงการอะพอลโลในปี พ.ศ. 2515 การบินอวกาศที่มีคนขับทั้งหมดเกิดขึ้นในวงโคจรโลกต่ำ เนื่องจากการใช้งานอย่างเข้มข้นในวงโคจรต่ำ เศษอวกาศจำนวนมากจึงไหลเวียนซึ่งนำไปสู่ภาวะแทรกซ้อนในการทำงานของ ISS

เวลาที่ดาวเทียมใช้ใน LEO ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย โดยเฉพาะอิทธิพลของดวงจันทร์และระดับความสูงเหนือชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น ตัวอย่างเช่น วงโคจรของดาวเทียม Explorer-6 (สหรัฐอเมริกา) เปลี่ยนทุก 3 เดือนจาก 250 เป็น 160 กม. ซึ่งทำให้ดาวเทียมมีอายุการใช้งาน 2 ปีแทนที่จะเป็น 20 ที่วางแผนไว้ นอกจากนี้ดาวเทียม Earth ดวงแรกก็กินเวลา 3 เดือน (perigee 215 กม. สุดยอด 939 กม. ) กิจกรรมแสงอาทิตย์ที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้ความหนาแน่นของบรรยากาศชั้นบนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ดาวเทียมช้าลงมากขึ้นและความสูงของวงโคจรลดลงเร็วขึ้น รูปร่างของดาวเทียมก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน กล่าวคือ พื้นที่ตรงกลาง (ภาพตัดขวาง) สำหรับดาวเทียมที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษให้ทำงานในวงโคจรต่ำ มักจะเลือกรูปร่างที่เพรียวบางตามหลักอากาศพลศาสตร์และกวาดไปด้านหลัง

วงโคจรแบบซิงโครนัสของดวงอาทิตย์(บางครั้งเรียกว่าเฮลิโอซิงโครนัส) - วงโคจร geocentric พร้อมพารามิเตอร์ที่วัตถุที่ตั้งอยู่บนวัตถุนั้นเคลื่อนผ่านจุดใด ๆ บนพื้นผิวโลกในเวลาสุริยะในท้องถิ่นใกล้เคียงกัน ดังนั้นมุมการส่องสว่างของพื้นผิวโลกจะเท่ากันโดยประมาณบนดาวเทียมทุกดวง สภาพแสงคงที่ดังกล่าวเหมาะมากสำหรับดาวเทียมที่รับภาพพื้นผิวโลก (รวมถึงดาวเทียมสำรวจระยะไกล ดาวเทียมตรวจอากาศ) อย่างไรก็ตาม เวลาสุริยะมีการเปลี่ยนแปลงทุกปีซึ่งเกิดจากความรีของวงโคจรของโลก

ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม LandSat-7 ซึ่งอยู่ในวงโคจรแบบซิงโครนัสดวงอาทิตย์ สามารถข้ามเส้นศูนย์สูตรได้สิบห้าครั้งต่อวัน แต่ละครั้งเวลา 10.00 น. ตามเวลาท้องถิ่น

เพื่อให้บรรลุคุณลักษณะเหล่านี้ พารามิเตอร์การโคจรจะถูกเลือกเพื่อให้วงโคจรเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออก 360 องศาต่อปี (ประมาณ 1 องศาต่อวัน) เพื่อชดเชยการหมุนของโลกรอบดวงอาทิตย์ การเคลื่อนตัวเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของดาวเทียมกับโลก ซึ่งไม่เป็นทรงกลมเนื่องจากการอัดเชิงขั้ว อัตราของการหมุนขึ้นอยู่กับความโน้มเอียงของวงโคจร ความเร็ว precession ที่ต้องการสามารถทำได้สำหรับช่วงระดับความสูงของวงโคจรที่กำหนดเท่านั้น (ตามกฎแล้วเลือกค่า 600-800 กม. โดยมีระยะเวลา 96-100 นาที) ความเอียงที่จำเป็นสำหรับช่วงระดับความสูงดังกล่าวอยู่ที่ประมาณ 98° วงโคจรที่มีระดับความสูงสูงกว่านั้นจำเป็นต้องมีค่าความเอียงที่สูงมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมบริเวณขั้วโลกจึงไม่ตกอยู่ในพื้นที่มาเยือนของดาวเทียมอีกต่อไป

วงโคจรประเภทนี้สามารถมีรูปแบบต่างๆ ได้หลากหลาย ตัวอย่างเช่น วงโคจรซิงโครนัสดวงอาทิตย์ที่มีความเยื้องศูนย์กลางสูงเป็นไปได้ ในกรณีนี้ เวลาการเคลื่อนตัวของดวงอาทิตย์จะถูกบันทึกเพียงจุดเดียวในวงโคจร (โดยปกติคือจุด Perigee)

คาบการโคจรจะถูกเลือกตามระยะเวลาที่ต้องการในการผ่านจุดพื้นผิวเดียวกันซ้ำๆ แม้ว่าดาวเทียมในวงโคจรซิงโครไนซ์ดวงอาทิตย์เป็นวงกลมจะตัดผ่านเส้นศูนย์สูตรในเวลาเดียวกัน แต่ก็ข้ามเส้นศูนย์สูตร ณ จุดต่างๆ บนเส้นศูนย์สูตร (ที่ลองจิจูดต่างกัน) เนื่องจากโลกหมุนมุมหนึ่งระหว่างดาวเทียมที่ผ่านไป สมมติว่าคาบการโคจรคือ 96 นาที ค่านี้แบ่งวันสุริยะที่ 7 ออกเป็นสิบห้าอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ในหนึ่งวัน ดาวเทียมจะผ่านจุดที่แตกต่างกันสิบห้าจุดของเส้นศูนย์สูตรในด้านวันของวงโคจร (และอีกสิบห้าจุดในด้านกลางคืน) และกลับไปยังจุดแรก โดยการเลือกความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น (ไม่ใช่จำนวนเต็ม) จำนวนจุดที่เยี่ยมชมสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มระยะเวลาการเยี่ยมชมจุดเดียวกัน

กรณีพิเศษของวงโคจรซิงโครนัสดวงอาทิตย์คือวงโคจรที่มาเยือนเส้นศูนย์สูตรในเวลาเที่ยงวัน/เที่ยงคืน เช่นเดียวกับวงโคจรที่อยู่ในระนาบเทอร์มิเนเตอร์ 8 ซึ่งก็คือแถบพระอาทิตย์ตกและพระอาทิตย์ขึ้น ตัวเลือกหลังไม่สมเหตุสมผลสำหรับดาวเทียมที่ทำการถ่ายภาพด้วยแสง แต่ดีสำหรับดาวเทียมเรดาร์ เนื่องจากช่วยให้แน่ใจว่าไม่มีส่วนของวงโคจรที่ดาวเทียมตกลงไปในเงาของโลก ดังนั้น ในวงโคจรดังกล่าว แผงโซลาร์เซลล์ของดาวเทียมจึงได้รับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ตลอดเวลา

วงโคจรทางภูมิศาสตร์– วิถีการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าตามเส้นทางรูปวงรีรอบโลก

หนึ่งในสองจุดโฟกัสของวงรีที่วัตถุท้องฟ้าเคลื่อนที่ไปพร้อมกับโลก เพื่อให้ยานอวกาศอยู่ในวงโคจรนี้ จะต้องได้รับความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วหลบหนีที่สอง แต่ไม่น้อยกว่าความเร็วหลบหนีครั้งแรก

วงโคจรรูปไข่สูง (HEO)เป็นประเภทของวงโคจรทรงรีซึ่งมีระดับความสูงที่จุดสุดยอดมากกว่าระดับความสูงที่จุดสุดยอดหลายเท่า

ตามกฎของเคปเลอร์ ดาวเทียมที่ใช้วงโคจรทรงรีสูงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมากที่บริเวณรอบนอก แล้วจึงเคลื่อนที่ช้าลงอย่างมากที่จุดสุดยอด เมื่อยานอวกาศอยู่ใกล้กับจุดสุดยอดของมัน ผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดินจะรู้สึกว่าดาวเทียมแทบจะไม่เคลื่อนที่เป็นเวลาหลายชั่วโมง กล่าวคือ วงโคจรของมันจะเสมือนอยู่ในสภาวะเสมือนหยุดนิ่ง ภายใน 3.5 ชั่วโมง สามารถรับสัญญาณจากเสาอากาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.6 ม. ได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ที่หมุนได้ ในทางกลับกัน จุดเสมือนหยุดนิ่งสามารถอยู่เหนือจุดใดก็ได้ในโลก และไม่ใช่แค่เหนือเส้นศูนย์สูตรเท่านั้น เช่นเดียวกับดาวเทียมที่ค้างอยู่ในระนาบเดียวกัน คุณสมบัตินี้ใช้ในละติจูดเหนือและใต้ ซึ่งอยู่ห่างจากเส้นศูนย์สูตรมาก (สูงกว่า 76 - 78° N/S) ซึ่งมุมเงยของดาวเทียมค้างฟ้าอาจต่ำมากหรือเป็นลบก็ได้ ในพื้นที่เหล่านี้ การรับจากดาวเทียมค้างฟ้าเป็นเรื่องยากมากหรือเป็นไปไม่ได้เลย และดาวเทียมในวงโคจรรูปไข่สูงเป็นวิธีเดียวที่จะให้บริการได้ มุมเงยของดาวเทียมรูปวงรีสูงเกิน 40° ที่ขอบของพื้นที่ให้บริการ และสูงถึง 90° ที่ศูนย์กลาง

วงโคจร VEO สามารถมีความโน้มเอียงได้ แต่มักจะมีความเอียงใกล้เคียงกับการรบกวนที่เกิดจากรูปร่างที่ไม่ปกติของโลก คล้ายกับทรงรีรูปไข่เฉียง การใช้ความเอียงนี้ทำให้วงโคจรคงที่

สำหรับวงโคจรรูปไข่ ข้อโต้แย้งแบบเพอริจีระหว่าง 180° ถึง 360° หมายความว่าจุดสุดยอดนั้นอยู่เหนือซีกโลกเหนือ หากอาร์กิวเมนต์ perigee อยู่ระหว่าง 0° ถึง 180° แสดงว่าจุดสุดยอดจะอยู่เหนือซีกโลกใต้ จุดสุดยอดของวงโคจรที่มีอาร์กิวเมนต์ perigee ที่ 0° หรือ 180° จะอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรพอดี ซึ่งจากมุมมองเชิงปฏิบัติแล้วไม่สมเหตุสมผล เนื่องจากในกรณีนี้ จะมีราคาถูกกว่าและง่ายกว่าในการใช้ยานอวกาศในเครื่องค้างฟ้า วงโคจร (คุณจะต้องมีดาวเทียมเพียงดวงเดียวแทนที่จะเป็นสามดวง)

ดาวเทียม VEO มีข้อดีดังต่อไปนี้:

ความสามารถในการให้บริการพื้นที่ขนาดใหญ่มาก

ความเป็นไปได้ในการให้บริการละติจูดสูง มุมเงยในโซนเหล่านี้สำหรับระบบ HEO นั้นมากกว่ามุมเงยของดาวเทียมค้างฟ้ามาก

การใช้ช่วงความถี่ต่างๆ อย่างกว้างขวางใน VEO โดยไม่ต้องลงทะเบียน (ไม่เหมือนกับวงโคจรค้างฟ้าซึ่งในทางปฏิบัติไม่มีพื้นที่ว่างหรือความถี่ว่างเหลืออยู่)

เปิดตัวสู่วงโคจรถูกกว่า (ประมาณ 1.8 เท่า)

ในเวลาเดียวกัน ระบบที่อยู่ในวงโคจรรูปวงรีสูงในปัจจุบันมีข้อเสียมากกว่าข้อดี ข้อเสีย ได้แก่ :

ความจำเป็นที่จะต้องมีดาวเทียมอย่างน้อยสามดวงในวงโคจร (แทนที่จะเป็นหนึ่งดวง) เพื่อสร้างระบบกึ่งค้างฟ้า ในกรณีที่มีการออกอากาศต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง จำนวนดาวเทียมจะเพิ่มขึ้นเป็นเจ็ด

เสาอากาศรับต้องมีฟังก์ชันการติดตาม (ไดรฟ์แบบหมุน) ดังนั้นราคาเริ่มต้นของเสาอากาศดังกล่าวและค่าบำรุงรักษาจะสูงกว่าเสาอากาศคงที่แบบธรรมดา

ในละติจูดสูงความหนาแน่นของประชากรจะต่ำกว่าในพื้นที่ตรงกลางมากดังนั้นปัญหาการคืนทุนของระบบดังกล่าวจึงเป็นที่น่าสงสัยมาก

สุดยอดของดาวเทียม VEO จะสูงกว่า GSO ดังนั้นกำลังส่งจึงควรสูงกว่านี้มากถึง 400-500 วัตต์

ทำให้ดาวเทียมมีราคาแพงขึ้น

วงโคจรของดาวเทียม HEO มักจะตัดผ่านแถบรังสี ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานของยานอวกาศลดลงอย่างมาก เพื่อที่จะกำจัดปัญหานี้จำเป็นต้องมีวงโคจรที่มีจุดสูงสุดประมาณ 50,000 กม. และ perigee ประมาณ 20,000 กม.

เนื่องจากยานอวกาศเคลื่อนที่ในวงโคจร เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์สร้างความลำบากเพิ่มเติมให้กับเครื่องรับบนโลก

เนื่องจากเวลาในการกระจายสัญญาณยาวนาน จึงเกิดปัญหาขึ้นเมื่อใช้แอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ (เช่น ระบบโทรศัพท์)(วงโคจรการถ่ายโอนทางภูมิศาสตร์องค์การเภสัชกรรม

) – วงโคจรที่เป็นการเปลี่ยนแปลงระหว่างวงโคจรอ้างอิงต่ำ (LEO) (ระดับความสูงประมาณ 200 กม.) และวงโคจรค้างฟ้า (GSO) (35,786 กม.) ต่างจาก LEO และ GEO ซึ่งเป็นวงกลมจนถึงการประมาณครั้งแรก วงโคจรถ่ายโอนเป็นวิถีโคจรทรงรีที่ยาวมากของยานอวกาศ โดยมีขอบเขตที่ระยะทางของ LEO จากโลก และจุดสุดยอดที่ระยะห่างของ GEO (Homan -วงโคจรเวตชินกิน)

การถอนตัวของ KANaGSO เสร็จสมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่อถึงจุดสุดยอดขณะเคลื่อนที่ในวงโคจรการถ่ายโอนทางภูมิศาสตร์ ในขณะนี้ เวทีด้านบนจะส่งแรงกระตุ้นแบบเร่งไปยังอุปกรณ์ ซึ่งจะเปลี่ยนการเคลื่อนที่เป็นวงรีให้เป็นวงกลม โดยมีคาบการหมุนรอบโลกเท่ากับหนึ่งวัน(GSO) เป็นวงโคจรทรงกลมที่อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรของโลก (ละติจูด 0°) ในขณะที่ดาวเทียมเทียมโคจรรอบดาวเคราะห์ด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับความเร็วเชิงมุมของการหมุนของโลกรอบแกนของมัน ในระบบพิกัดแนวนอน ทิศทางของดาวเทียมจะไม่เปลี่ยนแปลงทั้งในแนวราบหรือความสูงเหนือขอบฟ้า แต่ดาวเทียมจะ "ค้าง" โดยไม่เคลื่อนไหวบนท้องฟ้า วงโคจรค้างฟ้าเป็นวงโคจรภูมิศาสตร์ซิงโครนัสประเภทหนึ่ง และใช้ในการวางดาวเทียมเทียม (การสื่อสาร การแพร่ภาพกระจายเสียงโทรทัศน์ ฯลฯ)

ดาวเทียมควรโคจรในทิศทางการหมุนของโลกที่ระดับความสูง 35,786 กม. เหนือระดับน้ำทะเล ความสูงนี้เองที่ทำให้ดาวเทียมมีคาบการหมุนเท่ากับระยะเวลาการหมุนของโลกสัมพันธ์กับดวงดาว (วันดาวฤกษ์: 23 ชั่วโมง 56 นาที 4.091 วินาที)

ข้อดีของวงโคจร geostationary เป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางหลังจากการตีพิมพ์บทความวิทยาศาสตร์ยอดนิยมของ Arthur C. Clarke ในนิตยสาร Wireless World ในปี 1945 ดังนั้นในวงโคจร geostationary และ geosynchronous ตะวันตกบางครั้งจึงเรียกว่า " วงโคจรของคลาร์ก- เอ " เข็มขัดของคลาร์ก" หมายถึง ขอบเขตของอวกาศรอบนอกที่ระยะทาง 36,000 กิโลเมตร เหนือระดับน้ำทะเลในระนาบของเส้นศูนย์สูตรของโลก โดยที่พารามิเตอร์การโคจรอยู่ใกล้กับการเคลื่อนที่ของแรงโน้มถ่วง ดาวเทียมดวงแรกที่ประสบความสำเร็จในการปล่อยสู่ GEO คือ ซินคอม-3ซึ่งเปิดตัวโดย NASA ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2507

ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรค้างฟ้าจะอยู่กับที่โดยสัมพันธ์กับพื้นผิวโลก ดังนั้นตำแหน่งในวงโคจรจึงเรียกว่าจุดที่นิ่ง เป็นผลให้เสาอากาศแบบกำหนดทิศทางด้วยดาวเทียมและคงที่สามารถรักษาการสื่อสารอย่างต่อเนื่องกับดาวเทียมนี้เป็นเวลานาน

วงโคจรค้างฟ้าสามารถทำได้อย่างแม่นยำบนวงกลมที่อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรโดยตรงเท่านั้น โดยมีระดับความสูงใกล้เคียง 35,786 กม.

หลังจากเสร็จสิ้นการดำเนินการกับเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่ ดาวเทียมจะต้องถูกย้ายไปยังวงโคจรกำจัดซึ่งอยู่เหนือ GEO 200-300 กม.

จุดยืน

,

โดยที่มวลของดาวเทียมคือมวลของโลกเป็นกิโลกรัม คือค่าคงที่แรงโน้มถ่วง และเป็นระยะทางเป็นเมตรจากดาวเทียมถึงศูนย์กลางโลก หรือในกรณีนี้คือรัศมีของวงโคจร

ขนาดของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์เท่ากับ:

,

โดยที่คือความเร่งสู่ศูนย์กลางที่เกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่เป็นวงกลมในวงโคจร

อย่างที่คุณเห็น มวลของดาวเทียมปรากฏเป็นปัจจัยในการแสดงออกของแรงหนีศูนย์กลางและแรงโน้มถ่วง กล่าวคือ ระดับความสูงของวงโคจรไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของดาวเทียมซึ่งเป็นจริงสำหรับ วงโคจรใดๆ และเป็นผลมาจากความเท่าเทียมกันของมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อย ดังนั้น วงโคจรค้างฟ้าจะถูกกำหนดโดยระดับความสูงที่แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะมีขนาดเท่ากันและตรงกันข้ามในทิศทางกับแรงโน้มถ่วงที่สร้างขึ้นโดยแรงโน้มถ่วงของโลกที่ระดับความสูงที่กำหนด

ความเร่งสู่ศูนย์กลางเท่ากับ:

,

โดยที่ คือ ความเร็วเชิงมุมของการหมุนของดาวเทียม มีหน่วยเป็นเรเดียนต่อวินาที

มาทำความเข้าใจประเด็นสำคัญกัน ในความเป็นจริง ความเร่งสู่ศูนย์กลางมีความหมายทางกายภาพเฉพาะในกรอบอ้างอิงเฉื่อยเท่านั้น ในขณะที่แรงหนีศูนย์กลางเป็นสิ่งที่เรียกว่าแรงในจินตนาการ และเกิดขึ้นเฉพาะในกรอบอ้างอิง (พิกัด) ที่เกี่ยวข้องกับวัตถุที่หมุนอยู่ แรงสู่ศูนย์กลาง (ในกรณีนี้คือ แรงโน้มถ่วง) ทำให้เกิดการเร่งความเร็วสู่ศูนย์กลาง ในค่าสัมบูรณ์ ความเร่งสู่ศูนย์กลางในกรอบอ้างอิงเฉื่อยจะเท่ากับความเร่งสู่ศูนย์กลางในหน้าต่างอ้างอิงที่เกี่ยวข้องในกรณีของเรากับดาวเทียม ดังนั้น เมื่อคำนึงถึงข้อสังเกตที่ตั้งไว้แล้ว เราจึงสามารถใช้คำว่า "ความเร่งสู่ศูนย์กลาง" ร่วมกับคำว่า "แรงเหวี่ยง" ได้

เราได้รับสมการนิพจน์สำหรับแรงโน้มถ่วงและแรงเหวี่ยงด้วยการแทนที่ความเร่งสู่ศูนย์กลาง:

.

การลดลง แปลไปทางซ้ายและขวาเราจะได้:

.

สำนวนนี้สามารถเขียนให้แตกต่างออกไป โดยแทนที่ด้วยค่าคงที่แรงโน้มถ่วงศูนย์กลางโลก:

ความเร็วเชิงมุมคำนวณโดยการหารมุมที่เคลื่อนที่ต่อรอบการหมุน (เรเดียน) ด้วยคาบการโคจร (เวลาที่ใช้ในการหมุนรอบหนึ่งรอบในวงโคจร: วันหนึ่งดาวฤกษ์หรือ 86,164 วินาที) เราได้รับ:

ราด/เอส

รัศมีวงโคจรที่ได้คือ 42,164 กม. เมื่อลบรัศมีเส้นศูนย์สูตรของโลกออกไป 6,378 กม. เราจะได้ระดับความสูง 35,786 กม.

คุณสามารถคำนวณด้วยวิธีอื่นได้ ระดับความสูงของวงโคจรค้างฟ้าคือระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของโลก โดยที่ความเร็วเชิงมุมของดาวเทียมซึ่งสอดคล้องกับความเร็วเชิงมุมของการหมุนของโลก ทำให้เกิดความเร็วของวงโคจร (เชิงเส้น) เท่ากับความเร็วหลุดพ้นครั้งแรก (เพื่อให้แน่ใจว่า วงโคจรเป็นวงกลม) ที่ระดับความสูงที่กำหนด

ความเร็วเชิงเส้นของดาวเทียมที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมที่ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางการหมุนเท่ากับ

ความเร็วหลุดพ้นแรกที่อยู่ห่างจากวัตถุที่มีมวลเท่ากับ

เมื่อเท่ากันทางด้านขวาของสมการเราจะได้นิพจน์ที่ได้รับก่อนหน้านี้ รัศมีหน่วยงานภาครัฐ:

ความเร็ววงโคจร

ความเร็วของการเคลื่อนที่ในวงโคจรค้างฟ้าคำนวณโดยการคูณความเร็วเชิงมุมด้วยรัศมีของวงโคจร:

กม./วินาที

ซึ่งน้อยกว่าความเร็วหลุดพ้นครั้งแรกที่ 8 กม./วินาที ในวงโคจรโลกต่ำประมาณ 2.5 เท่า (โดยมีรัศมี 6,400 กม.) เนื่องจากกำลังสองของความเร็วสำหรับวงโคจรวงกลมนั้นมีสัดส่วนผกผันกับรัศมี

จากนั้นความเร็วที่ลดลงเมื่อเทียบกับความเร็วจักรวาลแรกนั้นทำได้โดยการเพิ่มรัศมีวงโคจรมากกว่า 6 เท่า

ความยาววงโคจร

ความยาววงโคจรค้างฟ้า: . ด้วยรัศมีวงโคจร 42,164 กม. เราจะได้ความยาววงโคจร 264,924 กม.

ความยาวของวงโคจรมีความสำคัญอย่างยิ่งในการคำนวณ "จุดยืน" ของดาวเทียม

การรักษาดาวเทียมให้อยู่ในตำแหน่งวงโคจรในวงโคจรค้างฟ้า

ดาวเทียมที่โคจรอยู่ในวงโคจรค้างฟ้าอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงจำนวนหนึ่ง (การรบกวน) ที่เปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ของวงโคจรนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรบกวนดังกล่าว ได้แก่ การรบกวนจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์-ดวงอาทิตย์ อิทธิพลของความไม่สอดคล้องกันของสนามโน้มถ่วงของโลก วงรีของเส้นศูนย์สูตร เป็นต้น การเสื่อมถอยของวงโคจรแสดงออกมาในปรากฏการณ์หลักสองประการ:

1) ดาวเทียมเคลื่อนที่ไปตามวงโคจรจากตำแหน่งวงโคจรเดิมไปยังจุดใดจุดหนึ่งของจุดสมดุลเสถียรที่เรียกว่า “หลุมวงโคจรค้างฟ้าที่อาจเกิดขึ้น” (ลองจิจูดอยู่ที่ 75.3°E, 104.7°W, 165.3°E และ 14.7°W) เหนือเส้นศูนย์สูตรของโลก

2) ความเอียงของวงโคจรถึงเส้นศูนย์สูตรจะเพิ่มขึ้น (จากจุดเริ่มต้น 0) ในอัตราประมาณ 0.85 องศาต่อปี และถึงค่าสูงสุด 15 องศาใน 26.5 ปี

เพื่อชดเชยการรบกวนเหล่านี้และรักษาดาวเทียมให้อยู่ในจุดที่หยุดนิ่งที่กำหนด ดาวเทียมจึงติดตั้งระบบขับเคลื่อน (จรวดเคมีหรือไฟฟ้า) ด้วยการเปิดเครื่องยนต์แรงขับต่ำเป็นระยะ (แก้ไข "เหนือ-ใต้" เพื่อชดเชยความโน้มเอียงของวงโคจรที่เพิ่มขึ้น และ "ตะวันตก-ตะวันออก" เพื่อชดเชยการเคลื่อนตัวไปตามวงโคจร) ดาวเทียมจะถูกเก็บไว้ที่จุดหยุดนิ่งที่กำหนด การรวมดังกล่าวเกิดขึ้นหลายครั้งทุกๆ สองสาม (10-15) วัน เป็นสิ่งสำคัญที่การแก้ไขแนวเหนือ-ใต้ต้องการความเร็วลักษณะเฉพาะเพิ่มขึ้นอย่างมาก (ประมาณ 45-50 เมตร/วินาทีต่อปี) มากกว่าการแก้ไขตามยาว (ประมาณ 2 เมตร/วินาทีต่อปี) เพื่อให้แน่ใจว่าการแก้ไขวงโคจรของดาวเทียมตลอดอายุการใช้งาน (12-15 ปีสำหรับดาวเทียมโทรทัศน์สมัยใหม่) จำเป็นต้องมีการจ่ายเชื้อเพลิงจำนวนมากบนเรือ (หลายร้อยกิโลกรัม ในกรณีที่ใช้เครื่องยนต์เคมี) เครื่องยนต์จรวดเคมีของดาวเทียมมีการจ่ายเชื้อเพลิงแทนที่ (ชาร์จก๊าซฮีเลียม) และทำงานกับส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนาน (โดยปกติคือไดเมทิลไฮดราซีนและไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ที่ไม่สมมาตร) ดาวเทียมจำนวนหนึ่งติดตั้งเครื่องยนต์พลาสมา แรงขับของพวกมันน้อยกว่าสารเคมีอย่างมาก แต่ประสิทธิภาพที่สูงกว่าช่วยให้ (เนื่องจากการทำงานระยะยาวซึ่งวัดได้ในเวลาสิบนาทีสำหรับการซ้อมรบครั้งเดียว) เพื่อลดมวลเชื้อเพลิงที่ต้องการบนเรืออย่างรุนแรง การเลือกประเภทของระบบขับเคลื่อนจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเทคนิคเฉพาะของอุปกรณ์

หากจำเป็น จะใช้ระบบขับเคลื่อนเดียวกันนี้เพื่อเคลื่อนย้ายดาวเทียมไปยังตำแหน่งอื่นในวงโคจร ในบางกรณี - โดยปกติเมื่ออายุการใช้งานของดาวเทียมสิ้นสุดลง เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิง การแก้ไขวงโคจรเหนือ-ใต้จะหยุดลง และเชื้อเพลิงที่เหลือจะถูกใช้สำหรับการแก้ไขวงโคจรตะวันตก-ตะวันออกเท่านั้น

การสำรองเชื้อเพลิงเป็นปัจจัยหลักในการจำกัดอายุการใช้งานของดาวเทียมในวงโคจรค้างฟ้า

ข้อเสียของวงโคจรค้างฟ้า

สัญญาณล่าช้า

การสื่อสารผ่านดาวเทียมค้างฟ้ามีลักษณะเฉพาะคือความล่าช้าอย่างมากในการแพร่กระจายสัญญาณ ด้วยระดับความสูงของวงโคจร 35,786 กม. และความเร็วแสงประมาณ 300,000 กม./วินาที ลำแสงจากโลกสู่ดาวเทียมใช้เวลาเดินทางประมาณ 0.12 วินาที เส้นทางลำแสง “โลก (เครื่องส่ง) → ดาวเทียม → โลก (เครื่องรับ)” µs.0.24 วิ ping (ตอบสนอง) จะเป็นครึ่งวินาที (แม่นยำยิ่งขึ้น 0.48 วินาที) เมื่อพิจารณาถึงความล่าช้าของสัญญาณในอุปกรณ์ดาวเทียมและอุปกรณ์บริการภาคพื้นดิน ความล่าช้าของสัญญาณทั้งหมดบนเส้นทาง “โลก → ดาวเทียม → โลก” อาจสูงถึง 2-4 วินาที ความล่าช้านี้ทำให้ไม่สามารถใช้การสื่อสารผ่านดาวเทียมโดยใช้ GSO ในบริการเรียลไทม์ต่างๆ ได้ (เช่น ในเกมออนไลน์)

การมองไม่เห็นของ GSO จากละติจูดสูง

เนื่องจากไม่สามารถมองเห็นวงโคจรค้างฟ้าได้จากละติจูดสูง (จากประมาณ 81° ถึงขั้วโลก) และที่ละติจูดเหนือ 75° จะสังเกตเห็นได้ต่ำมากเหนือขอบฟ้า (ในสภาวะจริง ดาวเทียมจะถูกซ่อนไว้โดยวัตถุและภูมิประเทศที่ยื่นออกมา) และ มองเห็นเพียงส่วนเล็กๆ ของวงโคจร ( ดูตาราง) ดังนั้นการสื่อสารและการแพร่ภาพโทรทัศน์โดยใช้ GSO จึงเป็นไปไม่ได้ในภูมิภาคละติจูดสูงของ Far North (อาร์กติก) และแอนตาร์กติกา ตัวอย่างเช่น นักสำรวจขั้วโลกชาวอเมริกันที่สถานีอามุนด์เซน-สกอตต์ใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงยาว 1,670 กิโลเมตรเพื่อสื่อสารกับโลกภายนอก (โทรศัพท์ อินเทอร์เน็ต) ไปยังตำแหน่งที่ตั้งอยู่ที่ 75° S สถานี Concordia ของฝรั่งเศส ซึ่งมีดาวเทียมค้างฟ้าของอเมริกาหลายดวงที่มองเห็นได้แล้ว

ตารางภาคที่สังเกตได้ของวงโคจรค้างฟ้าขึ้นอยู่กับละติจูดของสถานที่
ข้อมูลทั้งหมดมีหน่วยเป็นองศาและเศษส่วน

ละติจูด ภูมิประเทศ	ภาคการโคจรที่มองเห็นได้
	เชิงทฤษฎี ภาค	จริง (รวมถึงการบรรเทาทุกข์) ภาค
90	--	--
82	--	--
81	29,7	--
80	58,9	--
79	75,2	--
78	86,7	26,2
75	108,5	77
60	144,8	132,2
50	152,8	143,3
40	157,2	149,3
20	161,5	155,1
0	162,6	156,6

จากตารางด้านบน จะเห็นได้ว่าหากที่ละติจูดเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (~ 60°) ส่วนที่มองเห็นได้ของวงโคจร (และจำนวนดาวเทียมที่ได้รับตามลำดับ) จะเท่ากับ 84% ของ สูงสุดที่เป็นไปได้ (ที่เส้นศูนย์สูตร) ​​จากนั้นที่ละติจูดไทมีร์ ( ~75°) ส่วนที่มองเห็นได้คือ 49% และที่ละติจูดสปิตส์เบอร์เกนและแหลมเชลิวสกิน (~78°) มีเพียง 16% เท่านั้นที่สังเกตได้ที่ เส้นศูนย์สูตร. ภาคของวงโคจรในภูมิภาคไซบีเรียนี้ประกอบด้วยดาวเทียม 1-2 ดวง (ไม่ใช่ประเทศที่ต้องการเสมอไป)

การรบกวนจากแสงอาทิตย์

ข้อเสียที่ไม่พึงประสงค์ที่สุดประการหนึ่งของวงโคจรค้างฟ้าคือการลดและไม่มีสัญญาณโดยสิ้นเชิงในสถานการณ์ที่ดวงอาทิตย์และดาวเทียมเครื่องส่งอยู่ในแนวเดียวกับเสาอากาศรับ (ตำแหน่ง "ดวงอาทิตย์ด้านหลังดาวเทียม") ปรากฏการณ์นี้มีอยู่ในวงโคจรอื่นๆ เช่นกัน แต่อยู่ในวงโคจรค้างฟ้า เมื่อดาวเทียม "หยุดนิ่ง" บนท้องฟ้า ปรากฏให้เห็นอย่างชัดเจนเป็นพิเศษ ในละติจูดกลางของซีกโลกเหนือ การรบกวนจากแสงอาทิตย์เกิดขึ้นในช่วงระหว่างวันที่ 22 กุมภาพันธ์ถึง 11 มีนาคม และตั้งแต่วันที่ 3 ถึง 21 ตุลาคม โดยมีระยะเวลาสูงสุดไม่เกินสิบนาที ในสภาพอากาศที่ชัดเจน รังสีดวงอาทิตย์ที่ถูกเน้นโดยการเคลือบเสาอากาศแบบแสงสามารถสร้างความเสียหาย (ละลาย) อุปกรณ์รับและส่งสัญญาณของเสาอากาศดาวเทียมได้

ดูเพิ่มเติม

• วงโคจรเสมือนหยุดนิ่ง

หมายเหตุ

1. นูร์ดุง แฮร์มันน์ปัญหาการเดินทางในอวกาศ - สำนักพิมพ์ DIANE, 1995. - หน้า 72. - ISBN 978-0788118494
2. รีเลย์นอกภาคพื้นดิน - สถานีจรวดสามารถให้ความคุ้มครองวิทยุทั่วโลกได้หรือไม่? (ภาษาอังกฤษ) (pdf). อาเธอร์ ซี. คลาร์ก (ตุลาคม 1945) เก็บถาวรแล้ว
3. ข้อกำหนดที่ว่าดาวเทียมยังคงอยู่กับที่โดยสัมพันธ์กับโลกในตำแหน่งวงโคจรในวงโคจรค้างฟ้า เช่นเดียวกับดาวเทียมจำนวนมากในวงโคจรนี้ ณ จุดต่างๆ ทำให้เกิดผลที่น่าสนใจเมื่อสังเกตและถ่ายภาพดวงดาวด้วยกล้องโทรทรรศน์โดยใช้การนำทาง - การบำรุงรักษา การวางแนวของกล้องโทรทรรศน์ ณ จุดที่กำหนดบนท้องฟ้าเต็มไปด้วยดวงดาวเพื่อชดเชยการหมุนของโลกในแต่ละวัน (งานที่ตรงกันข้ามกับการสื่อสารทางวิทยุค้างฟ้า) หากคุณสังเกตท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวด้วยกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวใกล้กับเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าซึ่งมีวงโคจรค้างฟ้าเคลื่อนผ่าน จากนั้นภายใต้เงื่อนไขบางประการ คุณจะเห็นว่าดาวเทียมผ่านไปทีละดวงได้อย่างไรโดยมีฉากหลังเป็นดาวฤกษ์คงที่ภายในทางเดินแคบ ๆ เช่นรถยนต์ที่พลุกพล่าน ทางหลวง. สิ่งนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในภาพถ่ายดวงดาวที่มีการเปิดรับแสงนาน ดูตัวอย่าง: บาบัค เอ. ทาเฟรชิ. GeoStationary HighWay (ภาษาอังกฤษ) . โลกยามค่ำคืน (TWAN) เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 23 สิงหาคม 2554 สืบค้นเมื่อ 25 กุมภาพันธ์ 2553แหล่งที่มา: บาบัค ทาเฟรชิ (ไนท์เวิลด์)ทางหลวงค้างฟ้า (รัสเซีย). Astronet.ru เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 23 สิงหาคม 2554 สืบค้นเมื่อ 25 กุมภาพันธ์ 2553
4. สำหรับวงโคจรดาวเทียมซึ่งมีมวลน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลของวัตถุทางดาราศาสตร์ที่ดึงดูดมัน
5. วงโคจรของดาวเทียมโลกเทียม การนำดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร
6. เครือข่าย Teledesic: การใช้ดาวเทียมวงโคจรต่ำเพื่อให้บริการอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์ ไร้สาย และแบบเรียลไทม์ทั่วโลก
7. นิตยสาร “รอบโลก” ฉบับที่ 9 กันยายน 2552 วงโคจรที่เราเลือก
8. โมเสก. ส่วนที่ 2
9. ดาวเทียมเกินขอบฟ้า 3°
10. ความสนใจ! ช่วงเวลาแห่งการรบกวนจากแสงอาทิตย์กำลังมาถึง!
11. การรบกวนจากแสงอาทิตย์

ลิงค์

วงโคจร
ประเภท ขั้นพื้นฐาน วงโคจรกล่อง วงโคจรจับภาพ วงโคจรวงรี /

เช่นเดียวกับที่นั่งในโรงละครที่ให้มุมมองที่แตกต่างกันเกี่ยวกับการแสดง วงโคจรดาวเทียมที่แตกต่างกันก็ให้มุมมอง ซึ่งแต่ละจุดมีจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน บางส่วนดูเหมือนจะลอยอยู่เหนือจุดหนึ่งบนพื้นผิว ทำให้มองเห็นด้านใดด้านหนึ่งของโลกได้อย่างต่อเนื่อง ในขณะที่บางชิ้นก็โคจรรอบโลกของเราและผ่านสถานที่หลายแห่งในหนึ่งวัน

ประเภทของวงโคจร

ดาวเทียมบินที่ระดับความสูงเท่าใด วงโคจรใกล้โลกมี 3 ประเภท คือ สูง ปานกลาง และต่ำ ในระดับสูงสุด ซึ่งอยู่ห่างจากพื้นผิวมากที่สุด มักพบสภาพอากาศจำนวนมากและดาวเทียมสื่อสารบางดวง ดาวเทียมที่หมุนในวงโคจรโลกปานกลางประกอบด้วยการนำทางและดาวเทียมพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบภูมิภาคเฉพาะ ยานอวกาศทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ รวมถึงกองยานอวกาศ Earth Observing System ของ NASA อยู่ในวงโคจรต่ำ

ความเร็วของการเคลื่อนที่ขึ้นอยู่กับระดับความสูงที่ดาวเทียมบิน เมื่อคุณเข้าใกล้โลก แรงโน้มถ่วงจะแข็งแกร่งขึ้นและการเคลื่อนที่จะเร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม Aqua ของ NASA ใช้เวลาประมาณ 99 นาทีในการโคจรรอบโลกของเราที่ระดับความสูงประมาณ 705 กม. ในขณะที่อุปกรณ์อุตุนิยมวิทยาซึ่งอยู่ห่างจากพื้นผิว 35,786 กม. ใช้เวลา 23 ชั่วโมง 56 นาทีและ 4 วินาที ที่ระยะทาง 384,403 กิโลเมตรจากศูนย์กลางโลก ดวงจันทร์โคจรรอบหนึ่งรอบใน 28 วัน

ความขัดแย้งทางอากาศพลศาสตร์

การเปลี่ยนความสูงของดาวเทียมยังเปลี่ยนความเร็ววงโคจรด้วย มีความขัดแย้งอยู่ที่นี่ หากผู้ให้บริการดาวเทียมต้องการเพิ่มความเร็ว เขาไม่สามารถเพียงสตาร์ทเครื่องยนต์เพื่อเร่งความเร็วได้ สิ่งนี้จะเพิ่มวงโคจร (และระดับความสูง) ส่งผลให้ความเร็วลดลง แต่ควรยิงเครื่องยนต์ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของดาวเทียม ซึ่งเป็นการกระทำที่จะทำให้ยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่บนโลกช้าลง การกระทำนี้จะเคลื่อนให้ต่ำลง เพื่อเพิ่มความเร็ว

ลักษณะวงโคจร

นอกจากระดับความสูงแล้ว เส้นทางของดาวเทียมยังมีลักษณะความเยื้องศูนย์กลางและความเอียงอีกด้วย ประการแรกเกี่ยวข้องกับรูปร่างของวงโคจร ดาวเทียมที่มีความเยื้องศูนย์กลางต่ำจะเคลื่อนที่ไปตามวิถีโคจรใกล้กับวงกลม วงโคจรประหลาดมีรูปร่างเป็นวงรี ระยะทางจากยานอวกาศถึงโลกขึ้นอยู่กับตำแหน่งของยานอวกาศ

ความเอียงคือมุมของวงโคจรที่สัมพันธ์กับเส้นศูนย์สูตร ดาวเทียมที่โคจรรอบเหนือเส้นศูนย์สูตรโดยตรงมีความโน้มเอียงเป็นศูนย์ หากยานอวกาศเคลื่อนผ่านขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ (ตามภูมิศาสตร์ ไม่ใช่สนามแม่เหล็ก) ความเอียงของยานอวกาศจะเป็น 90°

เมื่อรวมกันแล้ว - ความสูง ความเยื้องศูนย์ และความเอียง - เป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่ของดาวเทียมและลักษณะที่โลกจะมองจากมุมมองของดาวเทียม

สูงใกล้โลก

เมื่อดาวเทียมไปถึงรัศมี 42,164 กม. จากใจกลางโลก (ประมาณ 36,000 กม. จากพื้นผิว) ดาวเทียมจะเข้าสู่โซนที่วงโคจรตรงกับการหมุนของโลกของเรา เนื่องจากยานกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับโลก กล่าวคือ ระยะเวลาการโคจรของมันคือ 24 ชั่วโมง ดูเหมือนว่ายานจะยังคงอยู่กับที่ในลองจิจูดเดียว แม้ว่ามันอาจจะลอยจากเหนือลงใต้ก็ตาม วงโคจรสูงพิเศษนี้เรียกว่าจีโอซิงโครนัส

ดาวเทียมเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลมเหนือเส้นศูนย์สูตรโดยตรง (ความเยื้องศูนย์และความเอียงเป็นศูนย์) และยังคงอยู่นิ่งเมื่อเทียบกับโลก มันอยู่เหนือจุดเดียวกันบนพื้นผิวเสมอ

วงโคจรมอลนิยา (ความเอียง 63.4°) ใช้สำหรับการสังเกตที่ละติจูดสูง ดาวเทียมค้างฟ้าจะผูกติดกับเส้นศูนย์สูตร ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับพื้นที่ห่างไกลทางเหนือหรือทางใต้ วงโคจรนี้ค่อนข้างประหลาด: ยานอวกาศเคลื่อนที่ในวงรียาวโดยที่โลกอยู่ใกล้กับขอบด้านหนึ่ง เนื่องจากดาวเทียมถูกเร่งด้วยแรงโน้มถ่วง มันจึงเคลื่อนที่เร็วมากเมื่ออยู่ใกล้โลกของเรา เมื่อมันเคลื่อนที่ออกไป ความเร็วจะช้าลง ดังนั้นมันจึงใช้เวลาอยู่บนจุดสูงสุดของวงโคจรตรงขอบที่ไกลจากโลกมากที่สุด ซึ่งเป็นระยะทางถึง 40,000 กม. คาบการโคจรคือ 12 ชั่วโมง แต่ดาวเทียมใช้เวลาประมาณสองในสามของเวลานี้ในซีกโลกหนึ่ง เช่นเดียวกับวงโคจรกึ่งซิงโครนัส ดาวเทียมจะเคลื่อนไปตามเส้นทางเดียวกันทุก ๆ 24 ชั่วโมง มันถูกใช้เพื่อการสื่อสารในทิศเหนือหรือทิศใต้อันไกลโพ้น

ใกล้โลกต่ำ

ดาวเทียมวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาจำนวนมาก และสถานีอวกาศอยู่ในวงโคจรโลกต่ำเกือบเป็นวงกลม ความเอียงของพวกเขาขึ้นอยู่กับสิ่งที่พวกเขากำลังติดตาม TRMM เปิดตัวเพื่อติดตามปริมาณน้ำฝนในเขตร้อน ดังนั้นจึงมีความโน้มเอียงค่อนข้างต่ำ (35°) โดยยังคงอยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตร

ดาวเทียมระบบสังเกตการณ์ของ NASA หลายดวงมีวงโคจรใกล้ขั้วและมีความโน้มเอียงสูง ยานอวกาศเคลื่อนที่รอบโลกจากขั้วหนึ่งไปอีกขั้วหนึ่งด้วยระยะเวลา 99 นาที ครึ่งหนึ่งของเวลาที่มันเคลื่อนผ่านด้านกลางวันของโลก และที่ขั้วโลกก็หันไปทางด้านกลางคืน

เมื่อดาวเทียมเคลื่อนที่ โลกจะหมุนอยู่ข้างใต้ เมื่อยานพาหนะเคลื่อนที่ไปยังบริเวณที่มีแสงสว่าง ยานพาหนะจะอยู่เหนือพื้นที่ที่อยู่ติดกับโซนวงโคจรสุดท้าย ในระยะเวลา 24 ชั่วโมง ดาวเทียมขั้วโลกจะปกคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของโลกสองครั้ง ครั้งแรกในเวลากลางวันและอีกครั้งในเวลากลางคืน

วงโคจรแบบซิงโครนัสของดวงอาทิตย์

เช่นเดียวกับที่ดาวเทียม geosynchronous จะต้องอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร ซึ่งช่วยให้พวกมันอยู่เหนือจุดหนึ่ง ดาวเทียมที่โคจรรอบขั้วโลกก็มีความสามารถที่จะคงอยู่ในเวลาเดียวกันได้ วงโคจรของพวกมันเป็นแบบซิงโครนัสดวงอาทิตย์ - เมื่อยานอวกาศข้ามเส้นศูนย์สูตร เวลาสุริยะในท้องถิ่นจะเท่าเดิมเสมอ ตัวอย่างเช่น ดาวเทียม Terra จะข้ามเหนือบราซิลเสมอเวลา 10.30 น. การข้ามครั้งต่อไป 99 นาทีต่อมาเหนือเอกวาดอร์หรือโคลอมเบียก็เกิดขึ้นในเวลา 10:30 น. ตามเวลาท้องถิ่น

วงโคจรแบบซิงโครนัสดวงอาทิตย์ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวิทยาศาสตร์ เพราะมันช่วยรักษามุมตกกระทบของแสงอาทิตย์บนพื้นผิวโลกได้ แม้ว่าจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับฤดูกาลก็ตาม ความสม่ำเสมอนี้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์สามารถเปรียบเทียบภาพดาวเคราะห์ของเราจากฤดูกาลเดียวกันในช่วงหลายปีที่ผ่านมาโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการกระโดดของแสงมากเกินไป ซึ่งอาจทำให้เกิดภาพลวงตาของการเปลี่ยนแปลงได้ หากไม่มีวงโคจรแบบซิงโครไนซ์ดวงอาทิตย์ การติดตามพวกมันเมื่อเวลาผ่านไปและรวบรวมข้อมูลที่จำเป็นเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคงเป็นเรื่องยาก

เส้นทางของดาวเทียมที่นี่มีจำกัดมาก หากอยู่ที่ระดับความสูง 100 กม. วงโคจรควรมีความเอียง 96° การเบี่ยงเบนใด ๆ จะไม่สามารถยอมรับได้ เนื่องจากความต้านทานของบรรยากาศและแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ทำให้วงโคจรของอุปกรณ์เปลี่ยนไป จึงจำเป็นต้องปรับอย่างสม่ำเสมอ

การฉีดเข้าสู่วงโคจร: การเปิดตัว

การปล่อยดาวเทียมต้องใช้พลังงานจำนวนนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดปล่อยความสูงและความโน้มเอียงของวิถีการเคลื่อนที่ในอนาคต การจะโคจรไปในวงโคจรระยะไกลต้องใช้พลังงานมากขึ้น ดาวเทียมที่มีความโน้มเอียงอย่างมาก (เช่น ดาวเทียมที่มีขั้ว) จะใช้พลังงานมากกว่าดาวเทียมที่โคจรรอบเส้นศูนย์สูตร การแทรกเข้าไปในวงโคจรที่มีความลาดเอียงต่ำได้รับความช่วยเหลือจากการหมุนของโลก เคลื่อนที่เป็นมุม 51.6397° นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้กระสวยอวกาศและจรวดของรัสเซียเข้าถึงได้ง่ายขึ้น ความสูงของ ISS คือ 337-430 กม. ในทางกลับกัน ดาวเทียมขั้วโลกไม่ได้รับความช่วยเหลือใดๆ จากโมเมนตัมของโลก ดังนั้นดาวเทียมเหล่านี้จึงต้องการพลังงานมากขึ้นเพื่อที่จะขึ้นไปในระยะทางเท่ากัน

การปรับ

เมื่อดาวเทียมถูกปล่อยออกไป จะต้องพยายามรักษาให้อยู่ในวงโคจรที่แน่นอน เนื่องจากโลกไม่ใช่ทรงกลมที่สมบูรณ์แบบ แรงโน้มถ่วงของมันจึงแข็งแกร่งขึ้นในบางสถานที่ ความผิดปกตินี้ ประกอบกับแรงดึงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวพฤหัสบดี (ดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ) ทำให้ความโน้มเอียงของวงโคจรเปลี่ยนไป ตลอดอายุการใช้งาน ดาวเทียม GOES ได้รับการปรับสามหรือสี่ครั้ง ยานพาหนะในวงโคจรต่ำของ NASA จะต้องปรับความเอียงทุกปี

นอกจากนี้ดาวเทียมใกล้โลกยังได้รับผลกระทบจากชั้นบรรยากาศอีกด้วย ชั้นบนสุดแม้ว่าจะค่อนข้างทำให้บริสุทธิ์ แต่ก็มีแรงต้านทานที่แข็งแกร่งพอที่จะดึงพวกมันเข้ามาใกล้โลกมากขึ้น การกระทำของแรงโน้มถ่วงนำไปสู่การเร่งความเร็วของดาวเทียม เมื่อเวลาผ่านไป พวกมันจะไหม้และหมุนวนต่ำลงเรื่อยๆ สู่ชั้นบรรยากาศ หรือตกลงสู่พื้นโลก

การลากจูงบรรยากาศจะรุนแรงขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์ยังทำงานอยู่ เช่นเดียวกับที่อากาศในบอลลูนขยายตัวและเพิ่มขึ้นเมื่อถูกความร้อน บรรยากาศก็จะเพิ่มขึ้นและขยายตัวเมื่อดวงอาทิตย์ให้พลังงานเพิ่มเติมเช่นกัน ชั้นบรรยากาศบาง ๆ เพิ่มขึ้น และชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นขึ้นก็เข้ามาแทนที่ ดังนั้น ดาวเทียมที่โคจรรอบโลกจะต้องเปลี่ยนตำแหน่งประมาณปีละสี่ครั้งเพื่อชดเชยแรงต้านของชั้นบรรยากาศ เมื่อแสงอาทิตย์มีค่าสูงสุด ต้องปรับตำแหน่งของอุปกรณ์ทุกๆ 2-3 สัปดาห์

เศษอวกาศ

เหตุผลที่สามที่บังคับให้เปลี่ยนวงโคจรคือเศษอวกาศ ดาวเทียมสื่อสารดวงหนึ่งของอิริเดียมชนกับยานอวกาศของรัสเซียที่ไม่ทำงาน พวกเขาชนกันทำให้เกิดเมฆเศษซากที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนมากกว่า 2,500 ชิ้น แต่ละองค์ประกอบถูกเพิ่มลงในฐานข้อมูล ซึ่งปัจจุบันมีวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นมากกว่า 18,000 ชิ้น

NASA ติดตามทุกสิ่งที่อาจอยู่ในเส้นทางของดาวเทียมอย่างระมัดระวัง เนื่องจากวงโคจรต้องเปลี่ยนแปลงหลายครั้งเนื่องจากเศษซากอวกาศ

วิศวกรจะตรวจสอบตำแหน่งของเศษอวกาศและดาวเทียมที่อาจรบกวนการเคลื่อนที่และวางแผนการหลบหลีกอย่างระมัดระวังตามความจำเป็น ทีมเดียวกันวางแผนและดำเนินการซ้อมรบเพื่อปรับความเอียงและความสูงของดาวเทียม

ความเร็วของวงโคจร- orbitinis greitis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Greitis, kuriuo kūnas arba dalelė juda tam tikra orbita. ทัศนคติ: engl. ความเร็ววงโคจร vok วงโคจร Geschwindigkeit, f rus. ความเร็ววงโคจร f pranc… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos สิ้นสุด žodynas

ความเร็วของวงโคจร- สถานะ orbitinis greitis เช่น T sritis fizika atitikmenys: engl ความเร็ววงโคจร vok วงโคจร Geschwindigkeit, f rus. ความเร็ววงโคจร f pranc vitesse orbitale, f … Fizikos สิ้นสุด žodynas

คำขอ "จุดยืน" ถูกเปลี่ยนเส้นทางที่นี่ ดูความหมายอื่นด้วย จุดยืนหรือตำแหน่งวงโคจรคือตำแหน่งของดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรค้างฟ้า เนื่องจากดาวเทียมตั้งอยู่บน ... วิกิพีเดีย

การวิเคราะห์ความเร็วหลุดพ้นที่หนึ่งและสองตามข้อมูลของไอแซก นิวตัน กระสุน A และ B ตกลงสู่พื้น โพรเจกไทล์ C เข้าสู่วงโคจรเป็นวงกลม ส่วน D เข้าสู่วงโคจรรูปวงรี โพรเจกไทล์ E บินไปนอกอวกาศ ความเร็วหลบหนีครั้งแรก (วงกลม ... Wikipedia

การวิเคราะห์ความเร็วหลุดพ้นที่หนึ่งและที่สองตามไอแซก นิวตัน กระสุน A และ B ตกลงสู่พื้น โพรเจกไทล์ C เข้าสู่วงโคจรเป็นวงกลม ส่วน D เข้าสู่วงโคจรรูปวงรี โพรเจกไทล์ E บินไปนอกอวกาศ ความเร็วหลุดพ้นที่สอง (ความเร็วพาราโบลา... Wikipedia

- (v1 ตัวแรก, v2 ตัวที่สอง, v3 ตัวที่สาม และ v4 ตัวที่สี่) นี่คือขั้นต่ำ... Wikipedia

ความเร็วหลุดพ้นที่สามคือความเร็วต่ำสุดที่ต้องส่งให้กับวัตถุที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลก เพื่อให้สามารถเอาชนะแรงดึงดูดของโลกและดวงอาทิตย์และออกจากระบบสุริยะได้ เมื่อ... ... วิกิพีเดีย

ทางช้างเผือก ความเร็วหลบหนีที่สี่คือความเร็วขั้นต่ำที่ต้องการของร่างกายเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วง ... Wikipedia