stringtranslate.com

Геоцентрическая орбита

Геоцентрическая орбита , околоземная орбита или околоземная орбита включает в себя любой объект, вращающийся вокруг Земли , такой как Луна или искусственные спутники . В 1997 году НАСА подсчитало, что на орбите Земли находилось приблизительно 2465 искусственных спутников и 6216 фрагментов космического мусора , отслеживаемых Центром космических полетов Годдарда . [1] Более 16 291 ранее запущенных объектов сошли с орбиты и вошли в атмосферу Земли . [1]

Космический корабль выходит на орбиту, когда его центростремительное ускорение из-за силы тяжести меньше или равно центробежному ускорению из-за горизонтальной составляющей его скорости. Для низкой околоземной орбиты эта скорость составляет около 7,8 км/с (28 100 км/ч; 17 400 миль/ч); [2] напротив, самая высокая скорость пилотируемого самолета, когда-либо достигнутая (исключая скорости, достигнутые при сходе с орбиты космического корабля), составляла 2,2 км/с (7 900 км/ч; 4 900 миль/ч) в 1967 году на North American X-15 . [3] Энергия, необходимая для достижения орбитальной скорости Земли на высоте 600 км (370 миль), составляет около 36  МДж /кг, что в шесть раз больше энергии, необходимой только для подъема на соответствующую высоту. [4]

Космические аппараты с перигеем ниже примерно 2000 км (1200 миль) подвержены влиянию атмосферы Земли, [5] что уменьшает высоту орбиты. Скорость орбитального распада зависит от площади поперечного сечения и массы спутника, а также от изменений плотности воздуха в верхней атмосфере. Ниже примерно 300 км (190 миль) распад становится более быстрым, а продолжительность жизни измеряется днями. Как только спутник опускается до 180 км (110 миль), у него остается всего несколько часов, прежде чем он испарится в атмосфере. [6] Скорость выхода за пределы гравитационного поля Земли, необходимая для полного освобождения от него и перемещения в межпланетное пространство, составляет около 11,2 км/с (40 300 км/ч; 25 100 миль/ч). [7]

Список терминов и понятий

Высота
в данном случае это высота объекта над средней поверхностью океанов Земли ( средний уровень моря ).
Аналемма
термин в астрономии, используемый для описания графика положений Солнца на небесной сфере в течение года. Очень напоминает восьмёрку.
Апогей
самая дальняя точка, в которой спутник или небесное тело может находиться от Земли, в которой орбитальная скорость будет минимальной.
Эксцентриситет
мера того, насколько орбита отклоняется от идеальной окружности. Эксцентриситет строго определен для всех круговых и эллиптических орбит , а также параболических и гиперболических траекторий .
Экваториальная плоскость
в данном случае это воображаемая плоскость, простирающаяся от экватора на Земле до небесной сферы .
Скорость убегания
как здесь используется, минимальная скорость, которую объект без движителя должен иметь, чтобы бесконечно удаляться от Земли. Объект с этой скоростью войдет в параболическую траекторию ; выше этой скорости он войдет в гиперболическую траекторию .
Импульс
интеграл силы по времени, в течение которого она действует. Измеряется в ( Н · сек или фунт * сек).
Наклон
угол между плоскостью отсчета и другой плоскостью или осью . В обсуждаемом здесь смысле плоскость отсчета — это экваториальная плоскость Земли .
Орбитальная дуга
воображаемая дуга на небе, видимая из любой заданной точки на поверхности Земли.
Орбитальные характеристики
шесть параметров кеплеровских элементов, необходимых для однозначного определения этой орбиты.
Период обращения
как здесь определено, это время, необходимое спутнику для совершения одного полного оборота вокруг Земли.
Перигей
ближайшая точка сближения спутника или небесного тела с Землей, в которой орбитальная скорость будет максимальной.
Звездный день
время, необходимое небесному объекту для вращения на 360°. Для Земли это: 23 часа, 56 минут, 4,091 секунды.
Солнечное время
в данном случае это местное время, измеряемое солнечными часами .
Скорость
скорость объекта в определенном направлении. Поскольку скорость определяется как вектор , для ее определения требуются и скорость, и направление.

Типы

Ниже приведен список различных классификаций геоцентрических орбит.

Классификации высот

Низкая (голубая) и средняя (желтая) области орбиты Земли в масштабе. Черная пунктирная линия — геосинхронная орбита. Зеленая пунктирная линия — орбита высотой 20 230 км, используемая для спутников GPS .

Трансатмосферная орбита (ТАО)
Геоцентрические орбиты с высотами в апогее более 100 км (62 мили) и перигеем , который пересекается с определенной атмосферой . [8]
Низкая околоземная орбита (НОО)
Геоцентрические орбиты высотой от 160 км (100 миль) до 2000 км (1200 миль) над средним уровнем моря . На высоте 160 км один оборот занимает приблизительно 90 минут, а круговая орбитальная скорость составляет 8 км/с (26 000 футов/с).
Средняя околоземная орбита (СОО)
Геоцентрические орбиты с высотой в апогее от 2000 км (1200 миль) до высоты геосинхронной орбиты 35 786 км (22 236 миль).
Геосинхронная орбита (ГСО)
Геоцентрическая круговая орбита высотой 35 786 км (22 236 миль). Период орбиты равен одним звездным суткам , что совпадает с периодом вращения Земли. Скорость составляет около 3 км/с (9 800 футов/с).
Высокая околоземная орбита (HEO)
Геоцентрические орбиты с высотами в апогее выше, чем у геосинхронной орбиты. Особым случаем высокой околоземной орбиты является высокоэллиптическая орбита , где высота в перигее составляет менее 2000 км (1200 миль). [9]

Классификации наклона

Наклонная орбита
Орбита, наклон которой по отношению к экваториальной плоскости не равен 0.
Полярная орбита
Спутник, который проходит над или почти над обоими полюсами планеты на каждом обороте. Поэтому он имеет наклон в 90 градусов (или очень близкий к этому) .
Полярная солнечно-синхронная орбита
Почти полярная орбита , которая проходит через экватор в одно и то же местное время при каждом проходе . Полезно для спутников, получающих изображения, поскольку тени будут одинаковыми при каждом проходе.

Классификации эксцентриситета

Круговая орбита
Орбита с эксцентриситетом , траектория которой представляет собой окружность.
Эллиптическая орбита
Орбита с эксцентриситетом больше 0 и меньше 1, орбита которой описывает эллипс .
орбита перехода Хохмана
Орбитальный манёвр, который перемещает космический корабль с одной круговой орбиты на другую с помощью двух импульсов двигателя . Этот манёвр был назван в честь Вальтера Хохмана .
Геостационарная переходная орбита (ГПО)
Геоцентрически- эллиптическая орбита , где перигей находится на высоте низкой околоземной орбиты (НОО), а апогей — на высоте геосинхронной орбиты .
Высокоэллиптическая орбита (HEO)
Геоцентрическая орбита с апогеем выше 35 786 км и низким перигеем (около 1000 км), что приводит к длительному времени пребывания вблизи апогея.
Орбита Молнии
Высокоэллиптическая орбита с наклоном 63,4° и орбитальным периодом ½ звездных суток (примерно 12 часов). Такой спутник проводит большую часть времени над определенной областью Земли.
Орбита тундры
Высокоэллиптическая орбита с наклоном 63,4° и орбитальным периодом в одни звездные сутки (примерно 24 часа). Такой спутник проводит большую часть времени над определенной областью Земли.
Гиперболическая траектория
«Орбита» с эксцентриситетом больше 1. Скорость объекта достигает некоторого значения, превышающего скорость убегания , поэтому он выйдет из-под действия гравитационного притяжения Земли и продолжит бесконечное движение со скоростью (относительно Земли), замедляющейся до некоторого конечного значения, известного как гиперболическая избыточная скорость .
Траектория побега
Эту траекторию необходимо использовать для запуска межпланетного зонда с Земли, поскольку превышение скорости убегания меняет его гелиоцентрическую орбиту по сравнению с земной.
Траектория захвата
Это зеркальное отражение траектории выхода; объект, движущийся с достаточной скоростью, не направленный прямо на Землю, будет двигаться к ней и ускоряться. При отсутствии тормозного импульса двигателя, выводящего его на орбиту, он будет следовать траектории выхода после перицентра.
Параболическая траектория
«Орбита» с эксцентриситетом, точно равным 1. Скорость объекта равна скорости убегания , поэтому он выйдет из гравитационного притяжения Земли и продолжит движение со скоростью (относительно Земли), замедляющейся до 0. Космический корабль, запущенный с Земли с этой скоростью, пролетит некоторое расстояние от нее, но будет следовать за ней вокруг Солнца по той же гелиоцентрической орбите . Возможно, но маловероятно, что объект, приближающийся к Земле, может следовать по параболической траектории захвата, но скорость и направление должны быть точными.

Направленные классификации

Орбита прямого движения
орбита, по которой проекция объекта на экваториальную плоскость вращается вокруг Земли в том же направлении, что и вращение Земли.
Ретроградная орбита
орбита, по которой проекция объекта на экваториальную плоскость вращается вокруг Земли в направлении, противоположном вращению Земли.

Геосинхронные классификации

Полусинхронная орбита (SSO)
Орбита высотой около 20 200 км (12 600 миль) и периодом обращения около 12 часов.
Геосинхронная орбита (ГСО)
Орбиты с высотой около 35 786 км (22 236 миль). Такой спутник будет описывать аналемму ( рисунок 8) в небе.
Геостационарная орбита (ГСО)
Геосинхронная орбита с наклонением нулевым. Для наблюдателя на земле этот спутник будет выглядеть как неподвижная точка на небе.
Орбита Кларка
Другое название геостационарной орбиты. Названа в честь писателя Артура Кларка .
Точки либрации орбиты Земли
Точки либрации для объектов, вращающихся вокруг Земли, находятся на 105 градусах западной долготы и 75 градусах восточной долготы. В этих двух точках собрано более 160 спутников. [10]
Суперсинхронная орбита
Орбита утилизации/хранения выше ГСО/ГСО. Спутники будут дрейфовать на запад.
Субсинхронная орбита
Дрейфовая орбита близка, но ниже GSO/GEO. Спутники будут дрейфовать на восток.
Орбита захоронения , орбита утилизации, орбита мусора
Орбита на несколько сотен километров выше геостационарной , на которую переводятся спутники по окончании своей работы.

Специальные классификации

Солнечно-синхронная орбита
Орбита, которая сочетает высоту и наклонение таким образом, что спутник проходит над любой заданной точкой поверхности планеты в одно и то же местное солнечное время . Такая орбита может поместить спутник в постоянное солнечное освещение и полезна для спутников визуализации, шпионских и метеорологических спутников .
орбита Луны
Орбитальные характеристики Луны Земли. Средняя высота 384 403 километра (238 857 миль), эллиптическая – наклонная орбита .

Негеоцентрические классификации

Подковообразная орбита
Орбита, которая кажется наземному наблюдателю орбитой планеты, но на самом деле находится на одной орбите с ней. См. астероиды 3753 (Cruithne) и 2002 AA 29 .
Суборбитальный полет
Запуск, при котором космический корабль достигает высоты орбиты, но ему не хватает скорости для ее поддержания.

Тангенциальные скорости на высоте

Нижняя ось показывает орбитальные скорости некоторых орбит.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab "Satellite Situation Report, 1997". NASA Goddard Space Flight Center . 2000-02-01. Архивировано из оригинала 2006-08-23 . Получено 2006-09-10 .
  2. ↑ Хилл, Джеймс В. Х. (апрель 1999 г.), «Выход на низкую околоземную орбиту», Space Future , архивировано из оригинала 19.03.2012 , извлечено 18.03.2012 .
  3. ↑ Шайнер, Линда (1 ноября 2007 г.), X-15 Walkaround, Air & Space Magazine , получено 19 июня 2009 г.
  4. ↑ Dimotakis, P.; et al. (октябрь 1999 г.), 100 фунтов на низкую околоземную орбиту (LEO): варианты запуска малой полезной нагрузки, The Mitre Corporation, стр. 1–39, архивировано из оригинала 29-08-2017 , извлечено 21-01-2012 .
  5. ^ Гош, С. Н. (2000), Атмосферная наука и окружающая среда, Allied Publishers, стр. 47–48, ISBN 978-8177640434
  6. ↑ Кенневелл, Джон; Макдональд, Эндрю (2011), Сроки службы спутников и солнечная активность, Бюро погоды Австралийского Союза, Отделение космической погоды, заархивировано из оригинала 28.12.2011 , извлечено 31.12.2011 .
  7. ↑ Уильямс, Дэвид Р. (17 ноября 2010 г.), «Earth Fact Sheet», Lunar & Planetary Science , NASA, заархивировано из оригинала 30 октября 2010 г. , извлечено 10 мая 2012 г.
  8. ^ 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)
  9. ↑ Определения геоцентрических орбит от Центра космических полетов имени Годдарда. Архивировано 27 мая 2010 г. на Wayback Machine.
  10. ^ Неконтролируемый спутник угрожает другим близлежащим космическим аппаратам, Питер Б. де Селдинг, SPACE.com, 5/3/10. Архивировано 5 мая 2010 г. на Wayback Machine

Внешние ссылки