ในอวกาศเหนือโลก ดาวเทียมจะเคลื่อนที่ไปตามวิถีโคจรบางอย่างที่เรียกว่า วงโคจรของดาวเทียมโลกเทียม- วงโคจรเป็นวิถีการเคลื่อนที่ (หรือแปลจากภาษาละติน "เส้นทางถนน") ของวัตถุวัตถุใด ๆ (ในกรณีของเราคือดาวเทียม) ไปข้างหน้าตามระบบพิกัดเชิงพื้นที่ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยคำนึงถึงการกำหนดค่าของสนามแรงที่กระทำต่อ มัน.
ดาวเทียมโลกประดิษฐ์ (AES) เคลื่อนที่ในสามวงโคจร: ขั้วโลก เอียง และเส้นศูนย์สูตร (ค้างอยู่ในอากาศ)
วงโคจรขั้วโลกมีความเอียงเชิงมุม 90° (เขียนแทนด้วยตัวอักษร "i" จากความเอียงภาษาอังกฤษ) สัมพันธ์กับระนาบเส้นศูนย์สูตร มุมนี้วัดเป็นนาทีและวินาทีด้วย วงโคจรเชิงขั้วอาจเป็นแบบซิงโครนัสหรือกึ่งซิงโครนัสก็ได้
วงโคจรเอียงอยู่ระหว่างขั้วโลกและเส้นศูนย์สูตร วงโคจรของดาวเทียมโลกเทียมทำให้เกิดมุมแหลมที่ถูกแทนที่
ข้อเสียเปรียบหลักและที่สำคัญของวงโคจรขั้วโลกและวงโคจรเอียงคือดาวเทียมเคลื่อนที่ในวงโคจรอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นเพื่อติดตามตำแหน่งของมัน จะต้องปรับเสาอากาศอย่างต่อเนื่องเพื่อรับสัญญาณดาวเทียม ในการปรับเสาอากาศให้อยู่ในตำแหน่งดาวเทียมโดยอัตโนมัติ มีอุปกรณ์ราคาแพงพิเศษซึ่งติดตั้งและบำรุงรักษายากมาก
วงโคจรค้างฟ้า (หรือที่เรียกว่าเส้นศูนย์สูตร) มีการเบี่ยงเบนเป็นศูนย์และตั้งอยู่ในระนาบเส้นศูนย์สูตรของโลกของเรา ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ไปนั้นจะทำให้เกิดการปฏิวัติโดยสมบูรณ์เท่ากับเวลาที่โลกใช้ในการหมุนรอบแกนของมัน กล่าวคือ เมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดิน ดาวเทียมดังกล่าวจะปรากฏนิ่งนิ่ง ณ จุดหนึ่ง
1-Geostationary orbit (GSO) หรือวงโคจรเส้นศูนย์สูตร
2- วงโคจรเอียง
วงโคจร 3 ขั้ว
ความสูงเหนือพื้นผิวโลกของวงโคจรค้างฟ้า ( สกอ) เท่ากับ 35876 กม. รัศมีคือ 42241 กม. และความยาว (ความยาว) คือ 265409 กม. จำเป็นต้องคำนึงถึงพารามิเตอร์เหล่านี้เมื่อเปิดตัวดาวเทียม สกอและจากนั้นก็จะเป็นไปได้ที่จะบรรลุถึงความไม่สามารถเคลื่อนไหวดังกล่าวได้เมื่อเทียบกับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่บนโลก
เป็นวงโคจรค้างฟ้าที่ใช้ในการส่งดาวเทียมเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ ความเร็วดาวเทียม สกอประมาณเท่ากับ 3,000 ม./วินาที
นอกเหนือจากจุดแข็งแล้ว วงโคจรค้างฟ้ายังมีด้านที่อ่อนแอ: ในบริเวณเส้นรอบวงของโลก มุมภูมิประเทศมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นการส่งสัญญาณจึงเป็นไปไม่ได้ - เนื่องจากความอิ่มตัวของวงโคจรค้างฟ้ามากเกินไปซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจาก การสะสมของดาวเทียมหลายดวงที่มีระยะห่างระหว่างกันสั้น ๆ
สำหรับโทรทัศน์ดาวเทียมจะมีดาวเทียมอยู่บน สกอดังนั้นเสาอากาศของผู้ใช้จึงอยู่กับที่ ยิ่งละติจูดอยู่ทางทิศเหนือมากเท่าไร คุณจะรับดาวเทียมได้น้อยลงเท่านั้น
โดยทั่วไป จานดาวเทียมจะถูกปรับตามพิกัดสองพิกัด: อะซิมัท (ความเบี่ยงเบนของดาวเทียมเองจากทิศทางไปทาง "เหนือ" และระนาบขอบฟ้า กำหนดตามเข็มนาฬิกา) และระดับความสูง (มุมระหว่างระนาบขอบฟ้ากับทิศทางของดาวเทียม ).
ดาวเทียม Earth คือวัตถุใดๆ ที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้งรอบดาวเคราะห์ ดวงจันทร์เป็นดาวเทียมตามธรรมชาติดั้งเดิมของโลก และมีดาวเทียมเทียมจำนวนมาก ซึ่งโดยปกติจะอยู่ในวงโคจรใกล้โลก เส้นทางที่ตามด้วยดาวเทียมจะเป็นวงโคจร ซึ่งบางครั้งก็เป็นรูปวงกลม
เนื้อหา:
เพื่อทำความเข้าใจว่าทำไมดาวเทียมถึงเคลื่อนที่แบบนั้น เราต้องกลับไปหานิวตันเพื่อนของเรา อยู่ระหว่างวัตถุสองชิ้นใดๆ ในจักรวาล หากไม่ใช่เพราะแรงนี้ ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ใกล้ดาวเคราะห์จะยังคงเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วเท่าเดิมและไปในทิศทางเดียวกัน - เป็นเส้นตรง อย่างไรก็ตาม เส้นทางเฉื่อยเป็นเส้นตรงของดาวเทียมนี้มีความสมดุลด้วยแรงดึงดูดอันแรงกล้าที่มุ่งสู่ใจกลางดาวเคราะห์
วงโคจรของดาวเทียมโลกเทียม
บางครั้งวงโคจรของดาวเทียมดูเหมือนวงรี ซึ่งเป็นวงกลมแบนที่เคลื่อนที่รอบจุดโฟกัสสองจุด ใช้กฎการเคลื่อนที่พื้นฐานเดียวกัน ยกเว้นว่าดาวเคราะห์อยู่ที่จุดโฟกัสจุดใดจุดหนึ่ง ส่งผลให้แรงลัพธ์ที่กระทำกับดาวเทียมไม่สม่ำเสมอตลอดวงโคจร และความเร็วของดาวเทียมก็เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา มันจะเคลื่อนที่เร็วที่สุดเมื่ออยู่ใกล้โลกมากที่สุด ซึ่งเป็นจุดที่รู้จักกันในชื่อเพอริจี และจะเคลื่อนที่ช้าที่สุดเมื่ออยู่ห่างจากโลกมากที่สุด ซึ่งเป็นจุดที่รู้จักกันในชื่ออะพอจี
มีวงโคจรดาวเทียมที่แตกต่างกันมากมายของโลก ผู้ที่ได้รับ ความสนใจที่ยิ่งใหญ่ที่สุด- สิ่งเหล่านี้เป็นวงโคจรค้างฟ้าเพราะมันหยุดนิ่งเหนือจุดใดจุดหนึ่งบนโลก
วงโคจรที่เลือกสำหรับดาวเทียมเทียมนั้นขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น โทรทัศน์ถ่ายทอดสดใช้วงโคจรค้างฟ้า ดาวเทียมสื่อสารจำนวนมากยังใช้วงโคจรค้างฟ้าอยู่ด้วย ระบบดาวเทียมอื่นๆ เช่น โทรศัพท์ดาวเทียม อาจใช้วงโคจรโลกต่ำ
ในทำนองเดียวกัน ระบบดาวเทียมที่ใช้ในการนำทาง เช่น Navstar หรือ Global Positioning (GPS) มีวงโคจรโลกค่อนข้างต่ำ นอกจากนี้ยังมีดาวเทียมประเภทอื่นๆอีกมากมาย จากดาวเทียมตรวจอากาศไปจนถึงดาวเทียมวิจัย แต่ละคนจะมีประเภทวงโคจรของตัวเองขึ้นอยู่กับการใช้งาน
วงโคจรดาวเทียมโลกจริงที่เลือกจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ รวมถึงหน้าที่ของมัน และพื้นที่ที่จะให้บริการ ในบางกรณี วงโคจรของดาวเทียมโลกอาจมีขนาดใหญ่ถึง 100 ไมล์ (160 กม.) สำหรับวงโคจรโลกต่ำ LEO ในขณะที่วงโคจรอื่นๆ สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 22,000 ไมล์ (36,000 กม.) เช่นเดียวกับในกรณีของวงโคจรโลกต่ำ GEO
ดาวเทียมโลกเทียมดวงแรก
ดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกเปิดตัวเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม พ.ศ. 2500 สหภาพโซเวียตและเป็นดาวเทียมประดิษฐ์ดวงแรกในประวัติศาสตร์
สปุตนิก 1 เป็นดาวเทียมดวงแรกจากดาวเทียมหลายดวงที่สหภาพโซเวียตเปิดตัวในโครงการสปุตนิก ซึ่งส่วนใหญ่ประสบความสำเร็จ ดาวเทียม 2 ติดตามดาวเทียมดวงที่สองในวงโคจรและเป็นดวงแรกที่บรรทุกสัตว์ขึ้นเครื่อง ซึ่งเป็นสุนัขตัวเมียชื่อไลกา สปุตนิก 3 ประสบความล้มเหลวครั้งแรก
ดาวเทียมโลกดวงแรกมีมวลประมาณ 83 กิโลกรัม มีเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ 2 เครื่อง (20.007 และ 40.002 MHz) และโคจรรอบโลกที่ระยะห่าง 938 กม. จากจุดสุดยอดของมัน และ 214 กม. ที่ขอบโลก การวิเคราะห์สัญญาณวิทยุใช้เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในชั้นบรรยากาศ อุณหภูมิและความดันถูกเข้ารหัสตลอดระยะเวลาของสัญญาณวิทยุที่ปล่อยออกมา ซึ่งบ่งชี้ว่าดาวเทียมไม่ได้ถูกอุกกาบาตทะลุทะลุ
ดาวเทียมโลกดวงแรกเป็นทรงกลมอะลูมิเนียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 58 ซม. มีเสาอากาศที่ยาวและบางสี่อันซึ่งมีความยาวตั้งแต่ 2.4 ถึง 2.9 ม. เสาอากาศดูเหมือนหนวดยาว ยานอวกาศได้รับข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศชั้นบนและการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุในชั้นบรรยากาศรอบนอก เครื่องมือและแหล่งพลังงานไฟฟ้าถูกเก็บอยู่ในแคปซูลซึ่งรวมถึงเครื่องส่งสัญญาณวิทยุที่ทำงานที่ความถี่ 20.007 และ 40.002 MHz (ความยาวคลื่นประมาณ 15 และ 7.5 ม.) การปล่อยคลื่นเกิดขึ้นในกลุ่มอื่นโดยมีระยะเวลา 0.3 วินาที การวัดและส่งข้อมูลทางไกลภาคพื้นดินรวมข้อมูลอุณหภูมิภายในและบนพื้นผิวของทรงกลม
เนื่องจากทรงกลมเต็มไปด้วยไนโตรเจนที่มีแรงดัน สปุตนิก 1 จึงมีโอกาสตรวจจับอุกกาบาตเป็นครั้งแรก แม้ว่าจะไม่เป็นเช่นนั้นก็ตาม การสูญเสียแรงดันภายในเนื่องจากการทะลุผ่านไปยังพื้นผิวด้านนอก สะท้อนให้เห็นในข้อมูลอุณหภูมิ
ประเภทของดาวเทียมประดิษฐ์
มีดาวเทียมเทียม ประเภทต่างๆรูปร่าง ขนาด และบทบาทที่แตกต่างกัน
- ดาวเทียมสภาพอากาศช่วยนักอุตุนิยมวิทยาทำนายสภาพอากาศหรือดูสิ่งที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน ตัวอย่างที่ดีคือดาวเทียมสิ่งแวดล้อมปฏิบัติการค้างฟ้า (GOES) ดาวเทียมโลกเหล่านี้มักจะมีกล้องที่สามารถส่งภาพถ่ายสภาพอากาศของโลกกลับมา ไม่ว่าจะจากตำแหน่งค้างฟ้าคงที่หรือจากวงโคจรขั้วโลก
- ดาวเทียมสื่อสารอนุญาตให้ส่งข้อมูลการสนทนาทางโทรศัพท์และข้อมูลผ่านดาวเทียม ดาวเทียมสื่อสารทั่วไป ได้แก่ Telstar และ Intelsat ที่สุด คุณสมบัติที่สำคัญดาวเทียมสื่อสารคือทรานสปอนเดอร์ ซึ่งเป็นเครื่องรับวิทยุที่รับการสนทนาบนความถี่หนึ่ง จากนั้นขยายและส่งสัญญาณกลับมายังโลกด้วยความถี่อื่น โดยปกติแล้วดาวเทียมจะมีช่องสัญญาณนับร้อยหรือหลายพันช่อง ดาวเทียมสื่อสารมักจะเป็นแบบจีโอซิงโครนัส
- ออกอากาศดาวเทียมส่งสัญญาณโทรทัศน์จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง (คล้ายกับดาวเทียมสื่อสาร)
- ดาวเทียมทางวิทยาศาสตร์เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ทำหน้าที่ปฏิบัติภารกิจทางวิทยาศาสตร์ทุกประเภท พวกเขามองทุกสิ่งตั้งแต่จุดดับดวงอาทิตย์ไปจนถึงรังสีแกมมา
- ดาวเทียมนำทางช่วยเรือและเครื่องบินนำทาง ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือดาวเทียม GPS NAVSTAR
- ดาวเทียมกู้ภัยตอบสนองต่อสัญญาณรบกวนวิทยุ
- ดาวเทียมสำรวจโลกตรวจสอบโลกเพื่อดูการเปลี่ยนแปลงในทุกสิ่ง ตั้งแต่อุณหภูมิ ป่าไม้ ไปจนถึงน้ำแข็ง ที่มีชื่อเสียงที่สุดคือซีรี่ส์ Landsat
- ดาวเทียมทางการทหารโลกอยู่ในวงโคจร แต่ข้อมูลจริงส่วนใหญ่เกี่ยวกับตำแหน่งนี้ยังคงเป็นความลับ ดาวเทียมอาจรวมถึงการถ่ายทอดการสื่อสารที่เข้ารหัส การเฝ้าติดตามด้วยนิวเคลียร์ การเฝ้าระวังการเคลื่อนไหวของศัตรู การเตือนล่วงหน้าเกี่ยวกับการยิงขีปนาวุธ การดักฟังการเชื่อมโยงวิทยุภาคพื้นดิน การถ่ายภาพด้วยเรดาร์ และการถ่ายภาพ (โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่ถ่ายภาพพื้นที่ที่น่าสนใจทางทหาร)
โลกจากดาวเทียมประดิษฐ์แบบเรียลไทม์
ภาพโลกจากดาวเทียมประดิษฐ์ ออกอากาศแบบเรียลไทม์โดย NASA จากนานาชาติ สถานีอวกาศ- ภาพจะถูกบันทึกด้วยกล้องสี่ตัว ความละเอียดสูงฉนวนจากอุณหภูมิเยือกแข็งทำให้เรารู้สึกใกล้ชิดกับอวกาศมากขึ้นกว่าเดิม
การทดลอง HDEV บนสถานีอวกาศนานาชาติเปิดใช้งานเมื่อวันที่ 30 เมษายน 2014 ติดตั้งอยู่บนกลไกบรรทุกสินค้าภายนอกของโมดูลโคลัมบัสขององค์การอวกาศยุโรป การทดลองนี้เกี่ยวข้องกับกล้องวิดีโอความละเอียดสูงหลายตัวที่อยู่ในเคส
คำแนะนำ; วางเครื่องเล่นในรูปแบบ HD และแบบเต็มหน้าจอ มีหลายครั้งที่หน้าจอเป็นสีดำ อาจเกิดจากสาเหตุ 2 ประการ คือ สถานีกำลังผ่านเขตวงโคจรที่อยู่ในเวลากลางคืน วงโคจรใช้เวลาประมาณ 90 นาที หรือหน้าจอมืดลงเมื่อกล้องเปลี่ยน
มีดาวเทียมกี่ดวงในวงโคจรโลกในปี 2561?
ตามดัชนีของวัตถุที่ปล่อยสู่อวกาศของสำนักงานกิจการอวกาศแห่งสหประชาชาติ (UNOOSA) ระบุว่า ขณะนี้มีดาวเทียมประมาณ 4,256 ดวงในวงโคจรของโลก เพิ่มขึ้น 4.39% จากปีที่แล้ว
มีการปล่อยดาวเทียม 221 ดวงในปี 2558 ซึ่งมากเป็นอันดับสองในรอบปีเดียว แม้ว่าจะต่ำกว่าจำนวนสูงสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 240 ดวงในปี 2557 ก็ตาม จำนวนดาวเทียมที่โคจรรอบโลกเพิ่มขึ้นน้อยกว่าจำนวนที่เปิดตัวเมื่อปีที่แล้ว เนื่องจากดาวเทียมมีอายุขัยที่จำกัด ดาวเทียมสื่อสารขนาดใหญ่มีอายุ 15 ปีขึ้นไป ในขณะที่ดาวเทียมขนาดเล็ก เช่น CubeSats มีอายุการใช้งานเพียง 3-6 เดือนเท่านั้น
มีดาวเทียมโคจรรอบโลกจำนวนกี่ดวงที่ยังใช้งานได้?
สหภาพนักวิทยาศาสตร์ (UCS) กำลังชี้แจงว่าดาวเทียมที่โคจรอยู่ดวงใดที่กำลังทำงานอยู่ และมันก็ไม่ได้มากอย่างที่คุณคิด! ขณะนี้มีดาวเทียมโลกที่ปฏิบัติการอยู่เพียง 1,419 ดวง - เพียงประมาณหนึ่งในสามของจำนวนทั้งหมดในวงโคจร ซึ่งหมายความว่ามีโลหะไร้ประโยชน์มากมายทั่วโลก! นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมบริษัทต่างๆ จึงสนใจที่จะจับและส่งเศษขยะอวกาศกลับคืนมา โดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น ตาข่ายอวกาศ หนังสติ๊ก หรือใบเรือสุริยะ
ดาวเทียมเหล่านี้กำลังทำอะไรอยู่?
ตามข้อมูลของ UCS วัตถุประสงค์หลักของดาวเทียมปฏิบัติการคือ:
- การสื่อสาร - 713 ดาวเทียม
- การสังเกตโลก/วิทยาศาสตร์ - ดาวเทียม 374 ดวง
- การสาธิต/พัฒนาเทคโนโลยีโดยใช้ดาวเทียม 160 ดวง
- ระบบนำทางและ GPS - 105 ดาวเทียม
- วิทยาศาสตร์อวกาศ - ดาวเทียม 67 ดวง
ควรสังเกตว่าดาวเทียมบางดวงมีวัตถุประสงค์หลายประการ
ใครเป็นเจ้าของดาวเทียมของโลก?
เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่ามีผู้ใช้หลักสี่ประเภทในฐานข้อมูล UCS แม้ว่า 17% ของดาวเทียมจะเป็นของผู้ใช้หลายคนก็ตาม
- ลงทะเบียนดาวเทียมแล้ว 94 ดวง พลเรือน: ปกติแล้วจะเป็นแบบนั้น สถาบันการศึกษาแม้ว่าจะมีองค์กรระดับชาติอื่นๆ 46% ของดาวเทียมเหล่านี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาเทคโนโลยี เช่น วิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ การสังเกตคิดเป็นอีก 43%
- 579 เป็นของผู้ใช้เชิงพาณิชย์: องค์กรการค้าและหน่วยงานภาครัฐที่ต้องการขายข้อมูลที่เก็บรวบรวม 84% ของดาวเทียมเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่การสื่อสารและบริการระบุตำแหน่งบนพื้นโลก ที่เหลืออีก 12% เป็นดาวเทียมสำรวจโลก
- ดาวเทียม 401 ดวงเป็นของผู้ใช้ของรัฐบาล ซึ่งส่วนใหญ่เป็นองค์กรอวกาศระดับชาติ แต่ยังรวมถึงองค์กรระดับชาติและนานาชาติอื่นๆ ด้วย 40% เป็นดาวเทียมสื่อสารและระบุตำแหน่งทั่วโลก อีก 38% มุ่งเน้นไปที่การสังเกตโลก ส่วนที่เหลือ การพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอวกาศคิดเป็น 12% และ 10% ตามลำดับ
- ดาวเทียม 345 ดวงเป็นของกองทัพ โดยเน้นอีกครั้งที่การสื่อสาร การสังเกตโลก และระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก โดย 89% ของดาวเทียมมีจุดประสงค์อย่างใดอย่างหนึ่งในสามประการนี้
ประเทศมีดาวเทียมกี่ดวง?
ตามข้อมูลของ UNOOSA มีประมาณ 65 ประเทศที่ปล่อยดาวเทียม แม้ว่าฐานข้อมูล UCS จะมีเพียง 57 ประเทศที่บันทึกโดยใช้ดาวเทียม และดาวเทียมบางดวงอยู่ในรายชื่อผู้ให้บริการร่วม/ข้ามชาติ ใหญ่ที่สุด:
- สหรัฐอเมริกา มีดาวเทียม 576 ดวง
- จีนมีดาวเทียม 181 ดวง
- รัสเซียมีดาวเทียม 140 ดวง
- สหราชอาณาจักรมีดาวเทียม 41 ดวง และมีส่วนร่วมในดาวเทียมอีก 36 ดวงที่ดำเนินการโดยองค์การอวกาศยุโรป
จำไว้เมื่อคุณมอง!
ครั้งต่อไปที่คุณมองท้องฟ้ายามค่ำคืน จำไว้ว่าระหว่างคุณกับดวงดาวมีโลหะประมาณสองล้านกิโลกรัมล้อมรอบโลก!
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:
ความเร็วเชิงมุมคำนวณโดยการหารมุมที่เดินทางต่อการปฏิวัติ (เรเดียน) ด้วยระยะเวลาการปฏิวัติ (เวลาที่ใช้ในการหมุนการปฏิวัติหนึ่งครั้ง) เลี้ยวเต็มวงโคจร: หนึ่งวันดาวฤกษ์ หรือ 86,164 วินาที) เราได้รับ:
ราด/เอสรัศมีวงโคจรที่ได้คือ 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./วินาทีซึ่งน้อยกว่าความเร็วหลุดพ้นครั้งแรกที่ 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) และทำงานบนส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนาน (โดยปกติคือไดเมทิลไฮดราซีนและไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ที่ไม่สมมาตร) ดาวเทียมจำนวนหนึ่งติดตั้งเครื่องยนต์พลาสมา แรงขับของพวกมันน้อยกว่าสารเคมีอย่างมาก แต่ประสิทธิภาพที่สูงกว่าช่วยให้ (เนื่องจากการทำงานระยะยาวซึ่งวัดได้ในเวลาสิบนาทีสำหรับการซ้อมรบครั้งเดียว) เพื่อลดมวลเชื้อเพลิงที่ต้องการบนเรืออย่างรุนแรง การเลือกประเภทระบบขับเคลื่อนจะถูกกำหนดโดยเฉพาะ คุณสมบัติทางเทคนิคอุปกรณ์
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 มองเห็นได้เท่านั้น พื้นที่ขนาดเล็กวงโคจร ( ดูตาราง) ดังนั้นการสื่อสารและการแพร่ภาพโทรทัศน์โดยใช้ GSO จึงเป็นไปไม่ได้ในภูมิภาคละติจูดสูงของ Far North (อาร์กติก) และแอนตาร์กติกา ตัวอย่างเช่น นักสำรวจขั้วโลกชาวอเมริกันที่สถานี Amundsen-Scott เพื่อสื่อสารด้วย โลกภายนอก(โทรศัพท์, อินเทอร์เน็ต) ใช้สายเคเบิลใยแก้วนำแสงยาว 1,670 กิโลเมตร ไปยังตำแหน่งที่ตั้งอยู่ที่ 75° S สถานี French Concordia ซึ่งมีดาวเทียมค้างฟ้าของอเมริกาหลายดวงปรากฏให้เห็นอยู่แล้ว
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 เสาอากาศแบบโฟกัสพร้อมการเคลือบแสง แสงอาทิตย์อาจสร้างความเสียหาย (ละลาย) อุปกรณ์ส่งและรับของเสาอากาศดาวเทียม
ดูเพิ่มเติม
- วงโคจรเสมือนหยุดนิ่ง
หมายเหตุ
- นูร์ดุง แฮร์มันน์ปัญหาการเดินทางในอวกาศ - สำนักพิมพ์ DIANE, 1995. - หน้า 72. - ISBN 978-0788118494
- รีเลย์นอกภาคพื้นดิน - สถานีจรวดสามารถให้ความคุ้มครองวิทยุทั่วโลกได้หรือไม่? (ภาษาอังกฤษ) (pdf). อาเธอร์ ซี. คลาร์ก (ตุลาคม 1945) เก็บถาวร
- ข้อกำหนดที่ว่าดาวเทียมยังคงอยู่กับที่โดยสัมพันธ์กับโลกในตำแหน่งวงโคจรในวงโคจรค้างฟ้า เช่นเดียวกับดาวเทียมจำนวนมากในวงโคจรนี้ ณ จุดต่างๆ ทำให้เกิดผลที่น่าสนใจเมื่อสังเกตและถ่ายภาพดวงดาวด้วยกล้องโทรทรรศน์โดยใช้การนำทาง - การบำรุงรักษา การวางแนวของกล้องโทรทรรศน์ ณ จุดที่กำหนดบนท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวเพื่อชดเชย การหมุนรายวันโลก (ปัญหาผกผันกับการสื่อสารทางวิทยุค้างฟ้า) หากคุณสังเกตท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวด้วยกล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวใกล้กับเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้าซึ่งเป็นจุดที่วงโคจรค้างฟ้าเคลื่อนผ่าน จากนั้นเมื่อใด เงื่อนไขบางประการคุณสามารถเห็นได้ว่าดาวเทียมเคลื่อนผ่านทีละดวงโดยมีดวงดาวเป็นฉากหลังภายในทางเดินแคบๆ เหมือนรถยนต์บนทางหลวงที่พลุกพล่าน สิ่งนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในภาพถ่ายดวงดาวที่มีการเปิดรับแสงนาน ดูตัวอย่าง: บาบัก 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
- สำหรับวงโคจรดาวเทียมซึ่งมีมวลน้อยมากเมื่อเทียบกับมวลของวัตถุทางดาราศาสตร์ที่ดึงดูดมัน
- วงโคจรของดาวเทียมโลกเทียม การนำดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจร
- เครือข่าย Teledesic: การใช้ดาวเทียมวงโคจรต่ำเพื่อให้บริการอินเทอร์เน็ตบรอดแบนด์ ไร้สาย และแบบเรียลไทม์ทั่วโลก
- นิตยสาร “รอบโลก” ฉบับที่ 9 กันยายน 2552 วงโคจรที่เราเลือก
- โมเสก. ส่วนที่ 2
- ดาวเทียมเกินขอบฟ้า 3°
- ความสนใจ! ช่วงเวลาแห่งการรบกวนจากแสงอาทิตย์กำลังมาถึง!
- การรบกวนจากแสงอาทิตย์
ลิงค์
| วงโคจร |
|---|
วงโคจรของดาวเทียมเทียมที่เชื่อมต่อกันของโลกเป็นวิถีการเคลื่อนที่ของดาวเทียมเทียมในอวกาศ ปัจจัยเหล่านี้ถูกกำหนดโดยปัจจัยหลายประการ ปัจจัยหลักคือแรงดึงดูดของดาวเทียมจากโลก
ปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ ได้แก่ การเบรกของดาวเทียมในชั้นบรรยากาศของโลก อิทธิพลของดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ ฯลฯ - ส่งผลต่อวงโคจรของดาวเทียมด้วย อิทธิพลนี้มีขนาดเล็กมากและถูกนำมาพิจารณาในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่าการรบกวนวงโคจรของดาวเทียมเช่น การเบี่ยงเบนของวิถีที่แท้จริงจากวิถีในอุดมคติ คำนวณภายใต้สมมติฐานที่ว่าดาวเทียมเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่มายังโลกเท่านั้น เนื่องจากโลกมีรูปร่างที่ซับซ้อนและมีการกระจายมวลไม่เท่ากัน จึงเป็นเรื่องยากที่จะคำนวณวิถีโคจรในอุดมคติ ในการประมาณครั้งแรก เชื่อกันว่าดาวเทียมเคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วงของโลกทรงกลมโดยมีการกระจายมวลทรงกลมสมมาตร สนามโน้มถ่วงนี้เรียกว่าศูนย์กลาง
พารามิเตอร์หลักที่แสดงถึงการเคลื่อนที่ของดาวเทียมสามารถกำหนดได้โดยใช้กฎของเคปเลอร์
กฎของเคปเลอร์ที่ใช้กับดาวเทียมของโลกมีดังต่อไปนี้
กฎข้อแรกของเคปเลอร์:วงโคจรของดาวเทียมโลกอยู่ในระนาบคงที่ซึ่งผ่านจุดศูนย์กลางของโลกและเป็นวงรี ณ จุดโฟกัสจุดใดจุดหนึ่งซึ่งจุดศูนย์กลางของโลกตั้งอยู่
กฎข้อที่สองของเคปเลอร์:เวกเตอร์รัศมีของดาวเทียม (เส้นตรงที่เชื่อมต่อดาวเทียมในวงโคจรและศูนย์กลางของโลก) อธิบายพื้นที่ที่เท่ากันในช่วงเวลาที่เท่ากัน
กฎข้อที่สามของเคปเลอร์:อัตราส่วนของกำลังสองของคาบการโคจรของดาวเทียมเท่ากับอัตราส่วนของกำลังสองของคาบการโคจรของดาวเทียม
ระบบการสื่อสารสามารถใช้ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ในวงโคจรที่แตกต่างกันตามพารามิเตอร์ต่อไปนี้: รูปร่าง (วงกลมหรือวงรี); ความสูงเหนือพื้นผิวโลก H หรือระยะห่างจากศูนย์กลางของโลก ความโน้มเอียงเช่น มุม φ ระหว่างระนาบเส้นศูนย์สูตรกับระนาบการโคจร ขึ้นอยู่กับมุมที่เลือก วงโคจรจะแบ่งออกเป็นเส้นศูนย์สูตร (φ = 0) เชิงขั้ว (φ = 90°) และเอียง (0< φ < 90°). Эллиптические орбиты, кроме того, характеризуются апогеем и перигеем, т.е. расстояниями от Земли, соответственно, до наиболее удаленной и до ближайшей точки орбиты. Апогей и перигей орбиты являются концами большой оси эллипса, а линия, на которой они находятся, называется осью апсид. При высоте орбиты 35 800 км период обращения ИСЗ будет равен земным суткам. Экваториальная круговая орбита с высотой 35 800 км при условии, что направление движения спутника совпадает с направлением вращения Земли относительно своей оси (с запада на восток), называется геостационарной орбитой (ГСО). Такая орбита является универсальной и единственной. Спутник, находящийся на ней, будет казаться земному наблюдателю неподвижным. Подобный ИСЗ называется геостационарным. В действительности ИСЗ, математически точно запущенный на ГСО, не остается неподвижным, а из-за эллиптичности Земли и по причине возмущения орбиты медленно уходит из заданной точки и совершает периодические (суточные) колебания по долготе и широте. Поэтому на ИСЗ должна быть установлена система автоматической стабилизации и удержания его в заданной точке ГСО.
SSP ที่ทันสมัยส่วนใหญ่ใช้ดาวเทียมค้างฟ้า อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี วงโคจรทรงรีที่ยาวมากเป็นที่สนใจ โดยมีพารามิเตอร์ต่อไปนี้: มุมเอียง φ = 63.5° ระดับความสูงที่จุดสุดยอดประมาณ 40,000 กม. ที่จุดสิ้นสุดประมาณ 500 กม. สำหรับรัสเซียซึ่งมีอาณาเขตกว้างขวางเกินกว่าเส้นอาร์คติกเซอร์เคิล วงโคจรดังกล่าวจึงสะดวกมาก ดาวเทียมที่ส่งขึ้นไปจะหมุนพร้อมกันกับโลก มีคาบการโคจร 12 ชั่วโมง และเมื่อครบสองวงโคจรต่อวัน ก็จะปรากฏขึ้นในบริเวณเดียวกันของโลกในเวลาเดียวกัน ระยะเวลาของการสื่อสารระหว่างดาวเทียมที่ตั้งอยู่ในอาณาเขตของรัสเซียคือ 8 ชั่วโมง เพื่อให้แน่ใจว่าการสื่อสารตลอดเวลามีความจำเป็นต้องวางดาวเทียม 3-4 ดวงไว้ในวงโคจรรูปวงรีซึ่งมีระนาบที่ชดเชยร่วมกันก่อตัวเป็น ระบบดาวเทียม.
ล่าสุดมีแนวโน้มใช้ดาวเทียมสื่อสารที่อยู่ในวงโคจรต่ำ (ระยะทางถึงโลกภายใน 700...1500 กม.) ระบบการสื่อสารที่ใช้ดาวเทียมในวงโคจรต่ำ เนื่องจากมีระยะห่างจากโลกถึงดาวเทียมน้อยกว่ามาก (เกือบ 50 เท่า) มีข้อได้เปรียบเหนือ SSP หลายประการบนดาวเทียมค้างฟ้า ประการแรก มีความล่าช้าและการลดทอนสัญญาณที่ส่งน้อยกว่า และประการที่สอง การส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรทำได้ง่ายกว่า ข้อเสียเปรียบหลักของระบบดังกล่าวคือความจำเป็นในการส่งดาวเทียมจำนวนมากขึ้นสู่วงโคจรเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสื่อสารอย่างต่อเนื่องในระยะยาว สิ่งนี้อธิบายได้จากโซนการมองเห็นขนาดเล็กของดาวเทียมแต่ละดวง ซึ่งทำให้การสื่อสารระหว่างสมาชิกที่อยู่ในระยะห่างจากกันมากมีความซับซ้อน ตัวอย่างเช่น ศูนย์อวกาศอิริเดียม (สหรัฐอเมริกา) ประกอบด้วยยานอวกาศ 66 ลำที่วางอยู่ในวงโคจรทรงกลมโดยมีความเอียง φ = 86° และระดับความสูง 780 กม. ดาวเทียมถูกวางไว้ในระนาบการโคจร แต่ละดวงมีดาวเทียม 11 ดวงพร้อมกัน ระยะห่างเชิงมุมระหว่างระนาบวงโคจรที่อยู่ติดกันคือ 31.6° ยกเว้นระนาบที่ 1 และ 6 ซึ่งมีระยะห่างเชิงมุมระหว่างประมาณ 22°
ระบบเสาอากาศของดาวเทียมแต่ละดวงมีลำแสงแคบ 48 ลำ ปฏิสัมพันธ์ของดาวเทียมทุกดวงทำให้มั่นใจได้ว่าครอบคลุมทั่วโลกด้วยบริการการสื่อสาร ในประเทศของเรากำลังดำเนินการสร้างระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมวงโคจรต่ำ "สัญญาณ" และ "Messenger" ของเราเอง
เพื่อให้เข้าใจถึงลักษณะเฉพาะของการทำงานของระบบดาวเทียมวงโคจรต่ำให้เราพิจารณาแผนภาพการผ่านของสัญญาณในนั้น (รูปที่ 3.2)
ข้าว. 3.2. ระบบการสื่อสารด้วยดาวเทียมหลายดวงในวงโคจรต่ำ
ในกรณีนี้ จะต้องติดตั้งเสาอากาศสองตัว (A1 และ A2) ในแต่ละสถานี ซึ่งสามารถส่งและรับสัญญาณได้โดยใช้ดาวเทียมดวงใดดวงหนึ่งที่อยู่ในโซนการสื่อสารร่วมกัน ในรูป รูปที่ 3.2 แสดงดาวเทียมที่เคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกาในวงโคจรต่ำวงหนึ่ง ซึ่งส่วนหนึ่งแสดงเป็นส่วนโค้ง mn ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมที่อยู่ระหว่างการพิจารณามีดังต่อไปนี้ สัญญาณจาก ZS1 ผ่านเสาอากาศ A1 มาถึงที่ IS34 และถูกส่งผ่าน IS33, IS32, ISZ1 ไปยังเสาอากาศรับสัญญาณ A1 ของ ZS2 ดังนั้นในกรณีนี้ จะใช้เสาอากาศ A2 และส่วนของวงโคจรที่มี IS34 และ IS3 เพื่อถ่ายทอดสัญญาณ เมื่อ IS34 ออกจากโซนซึ่งอยู่ทางด้านซ้ายของเส้นขอบฟ้า aa" สัญญาณจะถูกส่งและรับผ่านเสาอากาศ A1 และส่วนของวงโคจรที่มี IS35...IS32 เป็นต้น
เนื่องจากดาวเทียมแต่ละดวงสามารถสังเกตได้จากพื้นที่ที่ค่อนข้างใหญ่บนพื้นผิวโลก จึงเป็นไปได้ที่จะสื่อสารระหว่างดาวเทียมหลายดวงผ่านดาวเทียมที่เชื่อมต่อร่วมกันเพียงดวงเดียว ในกรณีนี้ดาวเทียมจะ "เข้าถึงได้" สำหรับดาวเทียมหลายดวง ดังนั้นระบบดังกล่าวจึงเรียกว่าระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมที่มีการเข้าถึงหลายทาง
การใช้ดาวเทียมที่เคลื่อนที่ในวงโคจรระดับความสูงต่ำทำให้อุปกรณ์ดาวเทียมง่ายขึ้น เนื่องจากสามารถลดอัตราขยายของเสาอากาศภาคพื้นดิน กำลังของเครื่องส่งสัญญาณ และทำงานกับเครื่องรับที่มีความไวต่ำกว่าในกรณีของดาวเทียมค้างฟ้า อย่างไรก็ตามในกรณีนี้ระบบควบคุมการเคลื่อนไหวจะมีความซับซ้อนมากขึ้น จำนวนมาก AES ในวงโคจร
ระบบการสื่อสารอยู่ระหว่างการพัฒนาโดยใช้ดาวเทียมสื่อสาร 840 วงโคจรต่ำที่ติดตั้งระบบเสาอากาศสแกนกำลังสูงครอบคลุมพื้นผิวโลกทั้งหมดด้วยเครือข่ายพื้นที่ให้บริการขนาดใหญ่ 20,000 แห่ง โดยแต่ละแห่งจะประกอบด้วยพื้นที่ขนาดเล็ก 9 แห่ง ดาวเทียมเหล่านี้จะเชื่อมต่อกับเครือข่ายโทรคมนาคมภาคพื้นดินผ่านดาวเทียมประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม ดาวเทียมสื่อสารวงโคจรต่ำจะสร้างเครือข่ายอิสระ โดยแต่ละดาวเทียมจะแลกเปลี่ยนข้อมูลกับเพื่อนบ้าน 9 รายโดยใช้ช่องทางการสื่อสารระหว่างดาวเทียมคุณภาพสูง โครงสร้างลำดับชั้นนี้จะต้องยังคงใช้งานได้ในกรณีที่ดาวเทียมแต่ละดวงล้มเหลว การโอเวอร์โหลดในพื้นที่ และความล้มเหลวของวิธีการสื่อสารกับโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดินบางส่วน
การส่งสัญญาณไปยัง SSP
ต่างจากระบบส่งสัญญาณอื่นๆ ที่ทำงานในช่วงไมโครเวฟ ในระบบดาวเทียมสัญญาณวิทยุจะเดินทางเป็นระยะทางไกล ซึ่งกำหนดคุณสมบัติหลายประการ ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนความถี่ดอปเปลอร์ การหน่วงเวลาของสัญญาณ การไม่ต่อเนื่องของค่าการหน่วงเวลา และการเปลี่ยนความถี่ดอปเปลอร์
เป็นที่ทราบกันว่าการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของแหล่งสัญญาณที่มีความถี่ f ด้วยความเร็ว vp<< с вызывает доплеровский сдвиг ∆fдоп = ±fvp /c, где с - скорость распространения электромагнитных колебаний; знак «+» соответствует уменьшению расстояния между источником сигнала и приемником сигнала, а «-» - увеличению.
เมื่อส่งสัญญาณการสั่นแบบมอดูเลต ความถี่ของแต่ละองค์ประกอบสเปกตรัมจะเปลี่ยน 1 + (vр/с) เท่า กล่าวคือ ส่วนประกอบที่มีความถี่สูงกว่าจะได้รับการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่มากขึ้น และส่วนประกอบที่มีความถี่ต่ำกว่าจะได้รับการเปลี่ยนแปลงที่น้อยลง ดังนั้น เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสเปกตรัมของสัญญาณด้วยค่า ∆fadd และการเปลี่ยนแปลงของสเกลสเปกตรัม 1 + (vp/c) เท่า กล่าวคือ ถึงการเสียรูป
สำหรับดาวเทียมค้างฟ้า การเปลี่ยนแปลงดอปเปลอร์ไม่มีนัยสำคัญและไม่ได้นำมาพิจารณา สำหรับวงโคจรรูปไข่ที่มีความยาวมาก (วงโคจร Molniya) การเปลี่ยนแปลงดอปเปลอร์สูงสุดสำหรับดาวน์ลิงก์ในย่านความถี่ 4 GHz คือ 60 kHz ซึ่งนำไปสู่ความจำเป็นในการชดเชย เช่น การใช้โปรแกรมที่คำนวณไว้ล่วงหน้า การชดเชยความผิดปกติของสเปกตรัมทำได้ยากกว่า เพื่อจุดประสงค์นี้ สามารถใช้อุปกรณ์ที่มีการหน่วงเวลาควบคุมตัวแปรของกลุ่มหรือสัญญาณไมโครเวฟ เปลี่ยนแปลงได้ตามโปรแกรม หรือควบคุมความถี่การแปลงกลุ่มของอุปกรณ์สร้างช่องสัญญาณของระบบส่งกำลังที่มีการแบ่งความถี่ของช่องสัญญาณ
วิถีพาราโบลา- ในกลศาสตร์โหราศาสตร์และกลศาสตร์ท้องฟ้า วงโคจรเคเปลเรียน ซึ่งมีความเยื้องศูนย์เท่ากับ 1 หากวัตถุเคลื่อนที่ออกจากศูนย์กลางดึงดูด วงโคจรดังกล่าวเรียกว่าวงโคจรหลบหนี หากเข้าใกล้จะเรียกว่าวงโคจรยึด บางครั้งวงโคจรดังกล่าวเรียกว่าวงโคจร ค 3 = 0(ดูพลังงานลักษณะเฉพาะ)
ภายใต้สมมติฐานมาตรฐาน วัตถุที่เคลื่อนที่ในวงโคจรหนีภัยจะเคลื่อนที่ในพาราโบลาจนถึงระยะอนันต์ ในขณะที่ความเร็วที่สัมพันธ์กับวัตถุที่อยู่ตรงกลางจะมีแนวโน้มเป็นศูนย์ ดังนั้นตัวที่หมุนจะไม่กลับไปสู่จุดศูนย์กลาง วิถีพาราโบลาคือวงโคจรหลบหนีพลังงานขั้นต่ำ โดยแยกวิถีไฮเปอร์โบลิกออกจากวงโคจรทรงรี
ความเร็ว
ภายใต้สมมติฐานมาตรฐาน ความเร็วของวงโคจร ( โวลต์ (\displaystyle v\,)) ของวัตถุที่เคลื่อนที่ไปตามวิถีพาราโบลาสามารถคำนวณได้ดังนี้
v = 2 μ r , (\displaystyle v=(\sqrt (2\mu \over (r))),)ณ จุดใดๆ ของวิถีโคจรพาราโบลา ร่างกายจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหนี ณ จุดที่กำหนด
หากวัตถุมีความเร็วหลุดพ้นสัมพันธ์กับโลก ความเร็วนี้จะไม่เพียงพอที่จะออกจากระบบสุริยะ ดังนั้น แม้ว่าวงโคจรใกล้โลกจะมีลักษณะเป็นรูปพาราโบลา แต่ที่ระยะห่างจากโลกมากขึ้น วงโคจรจะ กลายเป็นวงโคจรรูปวงรีรอบดวงอาทิตย์
ความเร็วของร่างกาย ( โวลต์ (\displaystyle v\,)) ในวงโคจรพาราโบลาสัมพันธ์กับความเร็วในวงโคจรเป็นวงกลม โดยมีรัศมีเท่ากับความยาวของเวกเตอร์รัศมีที่เชื่อมต่อวัตถุในวงโคจรกับลำตัวส่วนกลาง:
v = 2 ⋅ v o , (\displaystyle v=(\sqrt (2))\cdot v_(o),)ที่ไหน โว (\displaystyle v_(o)\,)- ความเร็ววงโคจรของร่างกายในวงโคจรเป็นวงกลม
สมการของการเคลื่อนไหว
ภายใต้สมมติฐานมาตรฐาน สำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ในวงโคจรพาราโบลา สมการวงโคจรจะอยู่ในรูปแบบ
r = h 2 μ 1 1 + cos ν , (\displaystyle r=((h^(2)) \over (\mu ))((1) \over (1+\cos \nu )),)พลังงาน
พลังงานของร่างกายบนวิถีพาราโบลา ( ϵ (\displaystyle \เอปไซลอน \,)) ต่อหน่วยมวลของวัตถุที่กำหนด มีค่าเท่ากับศูนย์ ดังนั้น กฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับวงโคจรที่กำหนดจึงมีรูปแบบ
ϵ = v 2 2 − μ r = 0 , (\displaystyle \epsilon =(v^(2) \over 2)-(\mu \over (r))=0,)ความเท่าเทียมกันนี้เทียบเท่ากับพลังงานลักษณะเฉพาะเป็นศูนย์โดยสมบูรณ์:
C 3 = 0 (\displaystyle C_(3)=0.)สมการของบาร์เกอร์
สมการของบาร์เกอร์เกี่ยวข้องกับเวลาของการเคลื่อนที่กับความผิดปกติที่แท้จริงของจุดบนวิถีพาราโบลา:
T − T = 1 2 p 3 μ (D + 1 3 D 3) , (\displaystyle t-T=(\frac (1)(2))(\sqrt (\frac (p^(3))(\mu ) ))\left(D+(\frac (1)(3))D^(3)\right),)
โดยทั่วไปแล้ว ช่วงเวลาระหว่างสองตำแหน่งของวัตถุในวงโคจรสามารถแสดงได้ดังนี้: t f − t 0 = 1 2 p 3 μ (D f + 1 3 D f 3 − D 0 − 1 3 D 0 3)
(\displaystyle t_(f)-t_(0)=(\frac (1)(2))(\sqrt (\frac (p^(3))(\mu )))\left(D_(f)+ (\frac (1)(3))D_(f)^(3)-D_(0)-(\frac (1)(3))D_(0)^(3)\right).)
สมการสามารถเขียนได้แตกต่างกันในแง่ของระยะทางรอบศูนย์กลาง ในกรณีของวิถีโคจรพาราโบลา rp = p/2:
T - T = 2 r p 3 μ (D + 1 3 D 3) .(\displaystyle t-T=(\sqrt (\frac (2r_(p)^(3))(\mu )))\left(D+(\frac (1)(3))D^(3)\right) )
A = 3 2 μ 2 r p 3 (t − T) , (\displaystyle A=(\frac (3)(2))(\sqrt (\frac (\mu )(2r_(p)^(3))) )(ที-ที))
r = (4.5 μ t 2) 1 / 3 , (\displaystyle r=(4.5\mu t^(2))^(1/3)\!\,)ณ จุดใดเวลาหนึ่ง ความเร็วเฉลี่ยตั้งแต่นั้นจะเป็น 1.5 เท่าของความเร็วปัจจุบัน
เพื่อให้ช่วงเวลานั้น t = 0 (\displaystyle t=0\!\,)สอดคล้องกับการสัมผัสของวัตถุที่โคจรกับพื้นผิวของวัตถุส่วนกลาง สามารถใช้การเปลี่ยนเวลาได้ ตัวอย่างเช่น สำหรับโลก (และวัตถุทรงกลมสมมาตรอื่นๆ ที่มีความหนาแน่นเฉลี่ยเท่ากัน) เป็นวัตถุส่วนกลาง คุณจะต้องใช้การเปลี่ยนเวลาเท่ากับ 6 นาที 20 วินาที