Для орбит, центрами которых являются планеты, отличные от Земли и Марса, а также для карликовой планеты Плутон, названия орбит, включающие греческую терминологию, не столь устоялись и используются гораздо реже:
Геосинхронная орбита (ГСО) и геостационарная орбита (ГСО) — это орбиты вокруг Земли, соответствующие сидерическому периоду вращения Земли . [1] [9] Хотя термины часто используются взаимозаменяемо, технически геосинхронная орбита соответствует периоду вращения Земли, но определение не требует, чтобы она имела нулевое наклонение орбиты к экватору, и, таким образом, не является стационарной над заданной точкой на экваторе, а может колебаться на север и юг в течение дня. Таким образом, геостационарная орбита определяется как геосинхронная орбита с нулевым наклонением. Геосинхронные (и геостационарные) орбиты имеют большую полуось 42 164 км (26 199 миль). [10] Это соответствует высоте 35 786 км (22 236 миль). Обе совершают один полный оборот вокруг Земли за сидерические сутки (относительно звезд, а не Солнца).
Для спутников, вращающихся по околоземной орбите на высоте ниже 800 км, атмосферное сопротивление является основной силой, возмущающей орбиту из всех негравитационных сил. [11] Выше 800 км давление солнечного излучения вызывает наибольшие орбитальные возмущения. [12] Однако атмосферное сопротивление сильно зависит от плотности верхней атмосферы, которая связана с солнечной активностью, поэтому высота, на которой воздействие атмосферного сопротивления аналогично давлению солнечного излучения, варьируется в зависимости от фазы солнечного цикла.
Полярная орбита : Орбита, которая проходит над или почти над обоими полюсами планеты на каждом обороте. Поэтому она имеет наклон (или очень близкий к нему) либо 90 градусов , либо −90 градусов.
Околоэкваториальная орбита : Орбита, наклон которой по отношению к экваториальной плоскости близок к нулю. Эта орбита обеспечивает быстрое время повторного посещения (для одного орбитального космического корабля) околоэкваториальных участков земли.
Направленные классификации
Орбита Prograde : Орбита, которая находится в том же направлении, что и вращение первичной звезды (т.е. на восток на Земле). По соглашению, наклон орбиты Prograde определяется как угол меньше 90°.
Ретроградная орбита : Орбита, противоположная направлению вращения первичной звезды. По соглашению ретроградные орбиты определяются с углом наклона более 90°. Помимо находящихся на солнечно-синхронной орбите , на ретроградную орбиту на Земле запускаются лишь немногие спутники , поскольку для их запуска требуется больше топлива, чем для прямой орбиты. Это происходит потому, что когда ракета стартует на Земле, она уже имеет восточную составляющую скорости, равную скорости вращения планеты на широте ее запуска .
Классификации эксцентриситета
Существует два типа орбит: замкнутые (периодические) орбиты и открытые (эскейп-орбиты). Круговые и эллиптические орбиты являются замкнутыми. Параболические и гиперболические орбиты являются открытыми. Радиальные орбиты могут быть как открытыми, так и замкнутыми.
Баллистическая орбита захвата : орбита с меньшей энергией, чем орбита перехода Хохмана , космический аппарат, движущийся с меньшей орбитальной скоростью, чем целевое небесное тело, выводится на аналогичную орбиту, позволяя планете или луне двигаться к нему и гравитационно захватывать его на орбиту вокруг небесного тела. [13]
Коэллиптическая орбита: Относительная точка отсчета для двух космических аппаратов — или, в более общем смысле, спутников — на орбите в одной плоскости. «Коэллиптические орбиты можно определить как две орбиты, которые являются копланарными и конфокальными . Свойство коэллиптических орбит заключается в том, что разница в величине между выровненными радиус-векторами почти одинакова, независимо от того, где внутри орбит они расположены. По этой и другим причинам коэллиптические орбиты полезны при сближении [космических аппаратов] ». [14]
Параболическая орбита : орбита с эксцентриситетом, равным 1. Такая орбита также имеет скорость, равную скорости убегания , и, следовательно, избежит гравитационного притяжения планеты . Если скорость параболической орбиты увеличится, она станет гиперболической орбитой.
Гиперболическая орбита : орбита с эксцентриситетом больше 1. Такая орбита также имеет скорость, превышающую скорость убегания , и, как таковая, будет избегать гравитационного притяжения планеты и продолжать двигаться бесконечно , пока на нее не подействует другое тело с достаточной силой тяготения.
Радиальная орбита : орбита с нулевым угловым моментом и эксцентриситетом, равным 1. Два объекта движутся либо по направлению друг к другу, либо друг от друга по прямой линии.
Геостационарная орбита, видимая с северного небесного полюса . Для наблюдателя на вращающейся Земле красные и желтые спутники кажутся неподвижными в небе над Сингапуром и Африкой соответственно.
Синхронная орбита : Орбита, период которой является рациональным кратным среднего периода вращения тела, находящегося на орбите, и в том же направлении вращения, что и это тело. Это означает, что траектория спутника, видимая со стороны центрального тела, будет точно повторяться после фиксированного числа орбит. На практике распространены только соотношения 1:1 (геосинхронные) и 1:2 (полусинхронные).
Геосинхронная орбита (ГСО): Орбита вокруг Земли с периодом, равным одним сидерическим суткам , что является средним периодом вращения Земли в 23 часа , 56 минут , 4,091 секунды . Для почти круговой орбиты это подразумевает высоту приблизительно 35 786 километров (22 236 миль). Наклонение и эксцентриситет орбиты не обязательно могут быть равны нулю. Если и наклонение, и эксцентриситет равны нулю, то спутник будет казаться неподвижным с Земли. Если нет, то каждый день спутник вычерчивает аналемму ( т. е. «восьмерку») в небе, как видно с Земли. Когда орбита круговая, а период вращения имеет нулевое наклонение, орбита также считается геостационарной . Также известна как орбита Кларка в честь писателя Артура Кларка . [8]
Геостационарная орбита (GEO): круговая геосинхронная орбита с наклонением , равным нулю. Для наблюдателя на земле этот спутник выглядит как фиксированная точка на небе. «Все геостационарные орбиты должны быть геосинхронными, но не все геосинхронные орбиты являются геостационарными». [8]
Орбита тундры : синхронная, но сильно эллиптическая орбита со значительным наклоном (обычно около 63,4°) и орбитальным периодом в один сидерический день (23 часа 56 минут для Земли). Такой спутник проводит большую часть времени над определенной областью планеты . Особое наклонение сохраняет смещение перигея небольшим. [15]
Полусинхронная орбита : орбита с орбитальным периодом, равным половине среднего периода вращения тела, находящегося на орбите, и в том же направлении вращения, что и это тело. Для Земли это означает период чуть менее 12 часов на высоте приблизительно 20 200 км (12 544,2 миль), если орбита круговая. [16]
Орбита Молнии : полусинхронная вариация орбиты Тундры . Для Земли это означает орбитальный период чуть менее 12 часов. Такой спутник проводит большую часть своего времени над двумя обозначенными областями планеты . Наклонение 63,4° обычно используется для поддержания небольшого смещения перигея. [15]
Пирамидальная орбита: орбита вблизи массивной черной дыры в центре триаксиальной галактики. [17] Орбиту можно описать как эллипс Кеплера, который прецессирует вокруг черной дыры в двух ортогональных направлениях из-за крутящих моментов со стороны триаксиальной галактики. [18] Эксцентриситет эллипса достигает единицы в четырех углах пирамиды, что позволяет звезде на орбите подойти очень близко к черной дыре.
Трубчатая орбита: Орбита около массивной черной дыры в центре осесимметричной галактики. Похожа на пирамидальную орбиту, за исключением того, что один компонент орбитального углового момента сохраняется; в результате эксцентриситет никогда не достигает единицы. [18]
Замороженная орбита : орбита, в которой естественный дрейф, обусловленный формой центрального тела, сведен к минимуму путем тщательного выбора параметров орбиты.
За пределами низкой околоземной орбиты (BLEO) и за пределами околоземной орбиты (BEO) представляют собой широкий класс орбит, которые энергетически дальше, чем низкая околоземная орбита , или требуют выхода на гелиоцентрическую орбиту в рамках путешествия, которое может потребовать нескольких орбитальных выходов соответственно.
Почти прямолинейная гало-орбита (NRHO): орбита, в настоящее время планируемая в окололунном пространстве, как селеноцентрическая орбита, которая будет служить промежуточной площадкой для будущих миссий. [19] [20] Планируемая орбита для NASA Lunar Gateway примерно в 2024 году, как высокоэллиптическая семидневная почти прямолинейная гало-орбита вокруг Луны, которая выведет небольшую космическую станцию на расстояние в 3000 километров (1900 миль) от северного полюса Луны при максимальном сближении и на расстояние до 70 000 километров (43 000 миль) над южным полюсом Луны . [21] [22] [23]
Дистанционная ретроградная орбита (DRO): стабильная круговая ретроградная орбита (обычно относится к лунной дистанционная ретроградная орбита). Стабильность означает, что спутникам в DRO не нужно использовать топливо для поддержания станции, чтобы оставаться на орбите. Лунная DRO — это высокая лунная орбита с радиусом приблизительно 61 500 км. [24] Это было предложено [ кем? ] в 2017 году как возможная орбита для космической станции Lunar Gateway , за пределами точек L1 и L2 системы Земля-Луна. [20]
Затухающая орбита : Затухающая орбита — это орбита на низкой высоте, которая со временем уменьшается из-за сопротивления атмосферы. Используется для утилизации умирающих искусственных спутников или для аэродинамического торможения межпланетного космического корабля.
Орбита, отстающая от Земли , гелиоцентрическая орбита, которая размещена таким образом, что спутник будет первоначально следовать за Землей, но с несколько меньшей угловой скоростью орбиты, так что он отстает все больше с каждым годом. Эта орбита использовалась на космическом телескопе Spitzer, чтобы радикально снизить тепловую нагрузку от теплой Земли по сравнению с более типичной геоцентрической орбитой, используемой для космических телескопов. [25]
Орбита захоронения (или орбита утилизации, мусорная орбита): Орбита, на которую спутники перемещаются по окончании своей работы. Для геостационарных спутников на несколько сотен километров выше геосинхронной орбиты. [26] [27]
Повторная орбита : орбита, на которой траектория движения спутника по земле повторяется через определенный промежуток времени.
Орбита Гангала: солнечная орбита около Марса, период которой составляет один марсианский год, но эксцентриситет и наклон которой отличаются от эксцентриситета и наклона Марса, так что ретрансляционный спутник на орбите Гангала виден с Земли даже во время солнечного соединения. [28]
Классификации псевдоорбит
Диаграмма, показывающая пять точек Лагранжа в системе из двух тел, где одно тело намного массивнее другого (например, Солнце и Земля). В такой системе L 3 – L 5 расположены немного снаружи орбиты вторичного тела, несмотря на их появление на этой мелкомасштабной диаграмме.
Орбиты точек либрации, такие как гало-орбиты и орбиты Лиссажу : это орбиты вокруг точки Лагранжа . Точки Лагранжа показаны на соседней диаграмме, и орбиты вблизи этих точек позволяют космическому кораблю оставаться в постоянном относительном положении с очень небольшим использованием топлива. Орбиты вокруг точки L 1 используются космическими аппаратами, которым требуется постоянный вид на Солнце, такими как Солнечная и гелиосферная обсерватория . Орбиты вокруг L 2 используются миссиями, которые всегда хотят, чтобы и Земля, и Солнце были позади них. Это позволяет одному щиту блокировать излучение как от Земли, так и от Солнца, обеспечивая пассивное охлаждение чувствительных приборов. Примерами являются зонд анизотропии микроволнового излучения Уилкинсона и космический телескоп Джеймса Уэбба . L1, L2 и L3 являются нестабильными орбитами[6], что означает, что небольшие возмущения приведут к тому, что орбитальный аппарат будет дрейфовать с орбиты без периодических коррекций.
^ Орбитальные периоды и скорости рассчитываются с использованием соотношений 4π 2 R 3 = T 2 GM и V 2 R = GM , где R = радиус орбиты в метрах, T = орбитальный период в секундах, V = орбитальная скорость в м/с, G = гравитационная постоянная ≈ 6,673 × 10−11 Нм 2 /кг 2 , M = масса Земли ≈ 5,98 × 1024 кг.
^ Примерно в 8,6 раза больше, когда Луна находится ближе всего (363 104 км ÷ 42 164 км), и в 9,6 раза больше, когда Луна находится дальше всего (405 696 км ÷ 42 164 км).
Ссылки
^ ab "Типы орбит". Космический фонд .
^ "Определение ГАЛАКТОЦЕНТРИЧЕСКОГО". www.merriam-webster.com . Получено 3 июня 2020 г. .
^ ab Parker, Sybil P. (2002). McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms Six Edition . McGraw-Hill. стр. 1772. ISBN007042313X.
^ Макдауэлл, Джонатан (24 мая 1998 г.). "Jonathan's Space Report". Трансатмосферная орбита (TAO): орбитальный полет с перигеем менее 80 км, но более нуля. Потенциально используется в миссиях аэроторможения и трансатмосферных аппаратах, а также на некоторых временных этапах орбитального полета (например, STS до OMS-2, некоторые сбои при отсутствии перезапуска апогея)
^ "Созвездие Stingray VLEO".
^ «Управление ориентацией спутников, летящих на сверхнизкой околоземной орбите, с использованием аэродинамических поверхностей».
^ "NASA Safety Standard 1740.14, Guidelines and Assessment Procedures for Limiting Orbital Debris" (PDF) . Office of Safety and Mission Assurance. 1 августа 1995 г. стр. A-2. Архивировано из оригинала (PDF) 15 февраля 2013 г. Низкая околоземная орбита (LEO) — область космоса ниже высоты 2000 км., страницы 37–38 (6–1,6–2); рисунок 6-1.
^ abcd "Орбита: Определение". Вспомогательное описание Writer's Guide, 2013. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) Global Change Master Directory. Архивировано из оригинала 11 мая 2013 года . Получено 29 апреля 2013 года .
^ «Типы орбит».
^ Валладо, Дэвид А. (2007). Основы астродинамики и приложения . Хоторн, Калифорния: Microcosm Press. стр. 31.
^ Кшиштоф, Сошница (1 марта 2015 г.). «Влияние атмосферного сопротивления на орбиты Starlette, Stella, Ajisai и Lares». Искусственные спутники . 50 (1): 1–18. Bibcode : 2015ArtSa..50....1S. doi : 10.1515/arsa-2015-0001 .
^ Бери, Гжегож; Сосьница, Кшиштоф; Зайдел, Радослав; Стругарек, Дариуш (28 января 2020 г.). «К орбитам Галилея диаметром 1 см: проблемы моделирования возмущающих сил». Журнал геодезии . 94 (2): 16. Бибкод : 2020JGeod..94...16B. дои : 10.1007/s00190-020-01342-2 .
↑ Хадхази, Адам (22 декабря 2014 г.). «Новый способ безопасно, в любое время и дешево достичь Марса». Scientific American . Получено 25 декабря 2014 г.
^ Whipple, P. H. (17 февраля 1970 г.). «Некоторые характеристики коэллиптических орбит – случай 610» (PDF) . Bellcom Inc. Вашингтон: NASA. Архивировано из оригинала (PDF) 21 мая 2010 г. Получено 23 мая 2012 г.
^ ab Этот ответ объясняет, почему такой наклон сохраняет апсидальный дрейф небольшим: https://space.stackexchange.com/a/24256/6834
^ «Каталог орбит спутников Земли». earthobservatory.nasa.gov . NASA. 4 сентября 2009 г. Получено 4 мая 2022 г.
^ Мерритт и Васильев, ОРБИТЫ ВОКРУГ ЧЕРНЫХ ДЫР В ТРИАКСИАЛЬНЫХ ЯДРАХ", The Astrophysical Journal 726(2), 61 (2011).
^ ab Merritt, David (2013). Динамика и эволюция ядер галактик. Принстон: Princeton University Press. ISBN9780691121017.
↑ Леонард Дэвид (15 марта 2018 г.). «NASA формирует научный план для дальнего космоса вблизи Луны». Space.com .
^ ab Как новая орбитальная лунная станция может доставить нас на Марс и дальше, видео от октября 2017 г. с ссылками
^ Орбита ангельского гало выбрана для первого лунного форпоста человечества. Европейское космическое агентство, опубликовано PhysOrg. 19 июля 2019 г.
^ Орбита Halo выбрана для космической станции Gateway. Дэвид Зонди, New Atlas . 18 июля 2019 г.
^ Foust, Jeff (16 сентября 2019 г.). "NASA Cubesat для тестирования лунной орбиты Gateway". SpaceNews . Получено 15 июня 2020 г. .
^ "Концепция миссии по перенаправлению астероидов" (PDF) . www.nasa.gov . NASA . Получено 14 июня 2015 г. .
^ "About Spitzer: Fast Facts". Caltech. 2008. Архивировано из оригинала 2 февраля 2007 года . Получено 22 апреля 2007 года .
^ "Стандартные методы правительства США по уменьшению орбитального мусора" (PDF) . Федеральное правительство США . Получено 28 ноября 2013 г. .
^ Luu, Kim; Sabol, Chris (октябрь 1998 г.). "Влияние возмущений на космический мусор на суперсинхронных орбитах хранения" (PDF) . Технические отчеты Исследовательской лаборатории ВВС (AFRL-VS-PS-TR-1998-1093). Bibcode :1998PhDT.......274L. Архивировано (PDF) из оригинала 3 декабря 2013 г. . Получено 28 ноября 2013 г. .
^ Байфорд, Дороти (сентябрь 2008 г.). «Оптимальное расположение спутников-ретрансляторов для непрерывной связи с Марсом».
^ Киси, Лори (31 июля 2013 г.). «Новая исследовательская миссия выбирает орбиту „Just-Right“». NASA . Получено 5 апреля 2018 г. .
↑ Overbye, Dennis (26 марта 2018 г.). «Познакомьтесь с Тесс, Искательницей инопланетных миров». The New York Times . Получено 5 апреля 2018 г.
