Если вы разрабатываете спутник, то один из самых важных вопросов, на который нужно ответить: на какой орбите будет летать ваш космический аппарат. Этот вопрос тесно связан со многими другими, и часто требуется несколько повторений расчётов, чтобы свести воедино все параметры.&nbsp;Например, вы создаёте спутник для съёмки отдельных районов Земли. При разных характеристиках съёмочной аппаратуры оптимальной будет различная высота орбиты. Чем ниже орбита, тем больше влияние сопротивления атмосферы, а значит высота орбиты будет уменьшаться с каждым витком. Придётся постоянно поддерживать высоту орбиты включениями двигателя. А для этого понадобятся большие запасы топлива, что влечёт за собой увеличение массы всего спутника.&nbsp;При проектировании спутника важно понимать, насколько освещённая будет орбита. Это важно как для непосредственно съёмки (снимки ДЗЗ выполняются на дневной стороне), так и для обеспечения теплового режима аппарата и системы электропитания – солнечные батареи заряжаются только на освещённой стороне орбиты.&nbsp;От выбора орбиты зависят как отдельно взятые системы спутника, так и его состав и масса в целом, а это отражается уже на способах доставки аппарата на орбиту. В этом разделе описаны основы теории по орбитальной механике: какие бывают орбиты, какими параметрами их описывают и как перемещаться между орбитами.&nbsp;Резюмируя, перед выбором орбиты надо ответить на вопросы:&nbsp;<ol><li>Какое назначение у аппарата? (ДЗЗ, исследование магнитных и/или радиационных поясов Земли, радиолокация, и т.п.)</li><li>Как долго аппарат должен находиться на орбите?&nbsp;</li><li>Насколько важна для аппарата смена освещённой и теневой стороны орбиты?</li><li>Как часто аппарат должен сбрасывать данные в центр управления?&nbsp;&nbsp;</li></ol>

Некомпланарный переход на геостационарную орбиту.jpg

large_выбор орбиты.jpg

medium_выбор орбиты.jpg

small_выбор орбиты.jpg

thumbnail_выбор орбиты.jpg

выбор орбиты.jpg

На что влияют параметры орбиты и как определить, какая орбита нужна для той или иной миссии. 

Почему выбор орбиты так важен?

Характеристики, описывающие орбиту спутника. Орбиту любого спутника можно задать с помощью шести числовых значений, известных как элементы Кеплера:<ul><li>Два параметра описывают форму орбиты, это большая полуось и эксцентриситет (сложное слово, но если запомните, то впечатлите многих как опытный специалист в орбитальной механике). Большая полуось – это средний радиус орбиты, она измеряется в километрах. Эксцентриситет – безразмерный параметр и характеризует степень вытянутости орбиты (эксцентриситет равен 0 для круговой орбиты, а для эллипса принимает значения от 0 до 1, и чем больше эксцентриситет – тем более вытянутой является орбита).</li><li>Два параметра описывают, каким образом плоскость орбиты расположена в пространстве, это наклонение и долгота восходящего узла. Наклонение – это угол между плоскостью орбиты и плоскостью земного экватора, оно измеряется в градусах. Наклонение 0˚ соответствует орбите, которая находится в плоскости земного экватора, а 90˚ - полярной орбите, которая проходит над Северным и Южным полюсами. Долгота восходящего узла описывает, как плоскость орбиты повернута относительно вертикальной оси инерциальной системы координат (оси вращения Земли).</li><li>Оставшиеся два параметра – аргумент перицентра и истинная аномалия – показывают, как ориентирована орбита в плоскости, и в какой точке находится космический аппарат в некоторый момент времени. Мы не будем сейчас подробно их рассматривать, это не требуется для общего знакомства с темой. Но если вы намереваетесь стать высококлассным специалистом по космической тематике, то очень важно хорошо ориентироваться в кеплеровых элементах орбиты!&nbsp;</li></ul><figure class="image image_resized" style="width:67.68%;"><img src="/uploads/Keplerovy_elementy_orbity_21aa49591a.jpg" alt="Кеплеровы элементы орбиты.jpg" srcset="/uploads/thumbnail_Keplerovy_elementy_orbity_21aa49591a.jpg 217w,/uploads/small_Keplerovy_elementy_orbity_21aa49591a.jpg 500w," sizes="100vw"></figure>

Кеплеровы элементы орбиты.jpg

small_Кеплеровы элементы орбиты.jpg

thumbnail_Кеплеровы элементы орбиты.jpg

Как однозначно определяют форму и расположение орбиты?

Параметры орбит

Все околоземные космические аппараты движутся вокруг Земли по орбитам, которые имеют форму эллипса. Эллипс чем-то похож на вытянутый овал, но важно их не путать. Самый простой способ увидеть эллипс – взять что-нибудь в форме конуса и отрезать от него вершинку под небольшим углом. В зависимости от угла, у вас получатся эллипсы разной степени вытянутости (о вытянутости еще будет сказано ниже). Так как мы разрезали конус, то эллипс ещё называют одним из видов конических сечений (другие виды конических сечений – окружность, парабола и гипербола).<figure class="image image_resized" style="width:100%;"><img src="/uploads/image_44c20a8cf4.png"><figcaption>Кривые конического сечения</figcaption></figure>С точки зрения геометрии у эллипса есть две «волшебные» точки – фокусы (F1 и F2). Сумма расстояний от любой точки на границе эллипса до этих двух точек – постоянная (d1+d2=const). Поэтому ещё один способ получить эллипс – это наметить на бумаге две точки (фокусы) с помощью булавок, взять нитку фиксированной длины, привязать её концы к булавкам и установить карандаш так, чтобы нитка была натянута. Теперь, ведя карандаш по бумаге и сохраняя нитку натянутой, несложно нарисовать полную границу эллипса.<figure class="image image_resized" style="width:40.71%;"><img src="/uploads/ellips_f0f068743f.jpg" alt="эллипс.jpg" srcset="/uploads/thumbnail_ellips_f0f068743f.jpg 212w," sizes="100vw"></figure>Кстати, круг – частный случай эллипса. Просто у круга два фокуса совпадают в одной общей точке.Вернёмся к орбитам. Любой околоземный спутник движется по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой находится Земля. Важно запомнить, что эллиптическая орбита сохраняет постоянное положение в пространстве (в так называемой инерциальной системе координат). В то же время «внутри» нашей орбиты находится Земля, а она ведь вращается! Поэтому для многих орбит получается интересное явление, связанное со сложным относительным движением спутника и Земли. Спутник совершает обороты по своей орбите, например, делая полный оборот за 2 часа. Пока спутник возвращается в исходную точку орбиты, Земля поворачивается на 2/24 (будем для простоты считать сутки равными строго 24 часам). Таким образом, с каждым новым оборотом спутник проходит над новыми районами Земли.<a href="http://www.sat.belastro.net/glava2/glava2.php">Больше информации</a>.

Круговая и эллиптическая орбиты.jpg

small_Рисунок2.jpg

thumbnail_Рисунок2.jpg

Круговая и эллиптическая орбиты

Коротко о том, каких форм бывают орбиты. 

Формы орбит спутников

Среди низких околоземных орбит тоже много орбит со специальным образом подобранными параметрами. Один из наиболее широко используемых видов орбит – солнечно-синхронные орбиты. Они основаны на эффекте прецессии плоскости орбиты – повороте плоскости вокруг оси вращения Земли. Этот поворот вызван несферичностью Земли (ее сплюснутостью со стороны полюсов). Скорость поворота плоскости орбиты зависит от её средней высоты и наклонения, поэтому можно подобрать эту пару значений так, чтобы скорость поворота плоскости совпадала с угловой скоростью движения Земли вокруг Солнца. Высоты (H) и наклонения (i) солнечно-синхронных орбит приведены в таблице:&nbsp;<figure class="table"><table><tbody><tr><th style="width:100px;">H, км</th><td style="text-align:center;width:50px;">272</td><td style="text-align:center;width:50px;">568</td><td style="text-align:center;width:50px;">895</td><td style="text-align:center;width:50px;">1264</td><td style="text-align:center;width:50px;">1684</td><td style="text-align:center;width:50px;">2166</td><td style="text-align:center;width:50px;">2727</td><td style="text-align:center;width:50px;">3391</td><td style="text-align:center;width:50px;">4191</td><td style="text-align:center;width:50px;">5180</td></tr><tr><th style="width:100px;">i, °</th><td style="text-align:center;width:50px;">97</td><td style="text-align:center;width:50px;">98</td><td style="text-align:center;width:50px;">99</td><td style="text-align:center;width:50px;">101</td><td style="text-align:center;width:50px;">103</td><td style="text-align:center;width:50px;">106</td><td style="text-align:center;width:50px;">110</td><td style="text-align:center;width:50px;">116</td><td style="text-align:center;width:50px;">125</td><td style="text-align:center;width:50px;">142</td></tr></tbody></table></figure>Если мы запускаем спутник на такую орбиту и поддерживаем её параметры с помощью манёвров, то на протяжении долгого времени плоскость орбиты будет постоянно одинаковым образом ориентирована относительно Солнца, и земная поверхность под спутником будет всегда освещена под одним и тем же углом. Поэтому это семейство орбит очень хорошо подходит для космических аппаратов, решающих задачи дистанционного зондирования Земли (наблюдение за погодой, картографирование, мониторинг поверхности Земли).&nbsp;<img src="/uploads/SSO_2_87ac6bda8f.jpg" alt="ССО 2.jpg" srcset="/uploads/thumbnail_SSO_2_87ac6bda8f.jpg 245w,/uploads/small_SSO_2_87ac6bda8f.jpg 500w,/uploads/medium_SSO_2_87ac6bda8f.jpg 750w," sizes="100vw"><blockquote>Солнечно-синхронная орбита - орбите, находясь на которой спутник всегда пролетает, например над Санкт-Петербургом, в 12:00.&nbsp;</blockquote>Именно на солнечно-синхронную орбиту высотой до 600 км запускаются аппараты проекта&nbsp; Space-π. Таким образом, спутник пролетает над конкретным городом ежедневно в определённое время.&nbsp;<a href="https://spacepi.space/">Здесь</a> наглядно продемонстрированы орбиты спутников проекта.&nbsp;<a href="https://aboutspacejornal.net/%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%BE-%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F-%D0%BE%D1%80%D0%B1%D0%B8%D1%82%D0%B0-%D1%81%D1%81%D0%BE/?ysclid=l6z2gcp93127874504">Больше информации.</a>

Солнечно-синхронная орбита трасса

large_ССО трасса

medium_ССО трасса

small_ССО трасса

thumbnail_ССО трасса

ССО трасса

Кто летает на этой орбите? 

Солнечно-синхронная орбита

Интервал времени, за который спутник совершает один полный оборот по орбите, называется период. Период орбиты уменьшается с увеличением ее средней высоты. Значит, можно подобрать высоту орбиты так, что спутник будет совершать оборот за одни земные сутки (примерно 24 часа). Математически можно рассчитать, что такая орбита будет иметь высоту около 35&nbsp;786 км. Представим теперь, что мы запускаем спутник на круговую орбиту такой высоты в плоскости экватора (то есть с наклонением 0˚). Тогда спутник совершает полный оборот за одни сутки, но и Земля под ним вращается с той же угловой скоростью, делая полный оборот за одни сутки. Получается, что с точки зрения наблюдателя на Земле спутник как бы висит над одной и той же точкой Земли, на него можно навести антенну и поддерживать постоянную связь. Такая орбита называется геостационарной, космические аппараты на ней начали размещать уже с середины 1960-х годов, она удобна для размещения различных систем связи и ретрансляции.<img src="/uploads/GSO_2_5c10e33bec.jpg" alt="ГСО 2.jpg" srcset="/uploads/thumbnail_GSO_2_5c10e33bec.jpg 245w,/uploads/small_GSO_2_5c10e33bec.jpg 500w,/uploads/medium_GSO_2_5c10e33bec.jpg 750w,/uploads/large_GSO_2_5c10e33bec.jpg 1000w," sizes="100vw">

Геостационарная орбита схема.jpg

large_ГСО 2.jpg

medium_ГСО 2.jpg

small_ГСО 2.jpg

thumbnail_ГСО 2.jpg

ГСО 2.jpg

Какие особенности имеет геостационарная орбита?

Орбитальная механикаВыбор орбиты

Новинки в энциклопедии и самые актуальные новости.

Орбитальная механика
Выбор орбиты

Новинки в энциклопедии
и самые актуальные новости.