Высокая эллиптическая орбита

Типичная орбита КА «Молния». Красными точками отмечено время движения спутника по орбите

Высокая эллиптическая орбита (ВЭО) в это тип эллиптической орбиты у которой высота в апогее во много раз превышает высоту в перигее.

Содержание

1 Предназначение
2 Достоинства и недостатки
3 Примеры использования
- 3.1 Орбита «Молния»
- 3.2 Орбита «Тундра»
4 См. также
5 Ссылки
6 Примечания

[править] Предназначение

По законам Кеплера, спутники использующие высокие эллиптические орбиты двигаются с очень высокой скоростью в перигее, а затем сильно замедляются в апогее. Когда КА находится близко от апогея, у наземного наблюдателя создаётся впечатление, что спутник почти не двигается в течение нескольких часов, то есть его орбита становится квази-геостационарной. В течение 3,5 часов сигнал с него можно принимать на антенну диаметром 0,6 м без использования поворотного устройства. С другой стороны, точка квазигеостационара может быть расположена над любой точкой земного шара, а не только над экватором, как у геостационарных спутников. Это свойство используется в северных и южных широтах сильно удалённых от экватора (выше 76в78° с.ш./ю.ш.), где угол места геостационарных спутников может быть очень низким, или даже отрицательным^{[нет в источнике]}^[1]. В этих зонах приём с геостационарного спутника сильно затруднён или вовсе невозможен, и спутники на высокоэллиптических орбитах являются единственной возможностью обеспечить обслуживание. Углы мест у высокоэллиптических спутников превышают 40° на краях зоны обслуживания и достигают 90° в её центре.

Орбиты ВЭО могут иметь любое наклонение, но часто имеют наклонение близкое к $\sin^{-1} (\sqrt{4/5}) \approx 63,435^\circ$ для обнуления возмущения вызванного неправильной формой Земли, похожей на сплюснутый эллипсоид. При использовании такого наклонения орбита стабилизируется.

У эллиптических орбит аргумент перигея, находящийся между 180° и 360°, означает, что апогей находится над Северным полушарием. Напротив, аргумент перигея между 0° и 180° означает, что апогей находится над Южным полушарием. Апогей орбиты с аргументом перигея 0° или 180° будет находится точно над экватором, что с практической точки зрения не имеет смысла, поскольку в этом случае дешевле и проще использовать КА на геостационарной орбите (понадобится всего лишь один спутник вместо трёх).

[править] Достоинства и недостатки

Спутники на ВЭО обладают следующими достоинствами:

Возможность обслуживания очень большой паллетный территории. Так, например, такая система может обслуживать всю территорию России;
Обслуживание в высоких широтах. Угол места в этих зонах у систем на ВЭО гораздо больше, чем у геостационарных спутников;^[1]
Широкое использование различных частотных диапазонов на ВЭО без регистрации (в отличие от геостационарной орбиты, где уже практически не осталось ни свободного места, ни свободных частот);
более дешевый вывод на орбиту (примерно в 1,8 раза)^[2].

В то же время, в настоящее время у систем на высокоэллиптических орбитах больше недостатков чем достоинств. К недостаткам относятся:

необходимость иметь по крайней мере три спутника на орбите (вместо одного геостационарного) для создания квазигеостационарной системы. В случае обеспечения круглосуточного непрерывного вещания, количество КА возрастает до семи^[2];
приемная антенна должна обладать функцией слежения. Поэтому первоначальная стоимость такой антенны и стоимость её обслуживания будут выше, чем у простой фиксированной антенны;
в высоких широтах плотность населения гораздо ниже чем в южных районах, поэтому вопрос окупаемости такой системы очень сомнителен;
апогей спутников на ВЭО выше, чем у ГСО, поэтому мощность передатчиков должна быть выше, до 400-500 ватт. Это удорожает спутники.^[1]
Орбита спутников на ВЭО обычно пересекает радиационные пояса, что сильно сокращает срок службы КА. Для того чтобы избавиться от этой проблемы, необходимо иметь орбиту с апогеем около 50 тыс. км и перигеем около 20 тыс. км^[2] т.е. использовать орбиту "Тундра".
Так КА движутся по орбите, эффект Доплера создает дополнительные трудности для приемников на Земле^[3];
Из-за большого паллетного времени распространения сигнала, возникают сложности при использовании приложений работающих в реальном масштабе времени, такими как телефония^[3];

[править] Примеры использования

Существует несколько известных систем, которые используют высокоэллиптические орбиты.

Примеры высокоэллиптических орбит
Системы использующие ВЭО	Название орбиты	Предназначение	Аргумент широты перигея	Наклонение	Период обращения КА	Высота в перигее	Высота в апогее.
«Молния-1Т», «-3», «-3К», «Меридиан»	Молния	Спутниковая связь	280°	62.8°	11 час 57 мин 45 сек	около 500 км	около 40 000 км
«Sirius XM Radio»^[3]	Тундра	Спутниковое радио	269°	62.1538°	23 часа 56 мин 04 сек	24 475 км	47 093 км
Интеграл^[3]^[4]^[5]		Космическая обсерватория	300°	51.6° (в начале миссии)	4 309.6 мин	9 743.2 км	152 963.8 км
Кластер^[3]		Научный КА		101.5°	3 427.6 мин	8 585.9 км	129 281.5 км
Орбитальная Геофизическая обсерватория		Космическая обсерватория		101.5°	3 839 мин	около 300 км	около 150 000 км
Advanced Composition Explorer		Научный КА		28.7°	1 398 часов (58.25 дней)	179 км	1 256 768 км
Quazi-Zenith Satellite System	Тундра	Спутниковая система дифференциальной коррекции сигнала GPS	270°	40°	23 часа 56 мин 04 сек	около 32 000 км	около 40 000 км

[править] Орбита «Молния»

Наземная трасса КА «Молния»

Орбита «Молния» названа в честь серии советских и российских спутников связи двойного назначения «Молния». Её параметры:

аргумент широты перигея 280°;
наклонение 62.8°;
драконический период обращения 11 час 57 мин 45 сек;
высота от 500 км в перигее до 40000 км в апогее.

Полная группировка КА «Молния» состояла из восьми аппаратов на высокоэллиптических орбитах с апогеем в Северном полушарии, время обращения которых равнялось половине звёздных суток (то есть, чуть меньше 12-и часов). КА были разделены на четыре пары, в каждой из которых спутники двигались вдоль одной наземной трассы с интервалом в 6 час друг за другом. Трассы пар были смещены друг относительно друга на 90° по долготе, то есть 8 спутников обеспечивали покрытие во всём мире. Апогеи суточных витков КА первой группы находились над территорией Центральной Сибири и над Северной Америкой, а у КА второй группы над Западной Европой и Тихим океаном.

Спутники должны были обеспечивать проведение сеансов связи суммарной длительностью до 13 час в сутки и до 7.5 час на одном витке^[6].

В данный момент группировка спутников «Молния-1Т» и «Молния-3» заменяется на группировку КА «Меридиан».

[править] Орбита «Тундра»

Наземная трасса КА «QZSS»

период обращения 23 часа 56 мин 04 сек (1 Звёздный день);
большая полуось ( $a\,\!$ ): 42 164 км;
эксцентриситет ( $e\,\!$ ): от 0,25 до 0,4;
высота в перигее: $a \cdot (1-e)-R_e\,\!$ , где $R_e=6 371\,\!$ (средний радиус Земли) от 18 900 до 25 240 км;
высота в апогее: $a \cdot (1+e)-R_e\,\!$ от 46 330 до 52 660 км;
наклонение ( $i\,\!$ ): 62,15°^[3] 63,4°;

Орбита «Тундра» концептуально схожа с орбитой «Молния», но является геосинхронной: вместо 12 часов, спутники делают полный виток за одни звёздные сутки (23 часа 56 мин). Апогей этой орбиты обычно лежит значительно выше, чем у Молнии, в районе 46000-52000 км. В теории это может показаться лучше, так как эффективность использования спутников на орбите «Тундра» значительно повышается: они могут обслуживать выбранную территорию более 12 часов на каждом витке, а для организации круглосуточной связи достаточно двух аппаратов. Однако мощность передатчиков на таком КА должна быть значительно выше, так как он находится значительно дальше от Земли.

В данный момент такая орбита используется компанией «Sirius XM Radio», которая эксплуатирует на этой орбите систему «Sirius XM» состоящую из трёх КА, а также японской навигационной системой QZSS.

[править] См. также

Спутники связи на высокоэллиптических орбитах:

[править] Ссылки

[править] Примечания

в‘ ¹ ² ³ О спутниковом вещании с высокоэллиптических орбит. broadcasting.ru. Проверено 17 февраля 2011.
в‘ ¹ ² ³ Высокоэллиптическая орбита. Радиогалактику. Проверено 5 февраля 2011.
в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ Tipos de órbitas. Constelaciones de satélites. Universidad Politecnica de Madrid. Проверено 5 февраля 2011.
в‘ Под знаком «Интеграла». Журнал «Новости Космонавтики», 12.2002. Проверено 20 сентября 2011.
в‘ ESA Integral. ESA. Проверено 20 сентября 2011.
в‘ Новая «Молния» красноярцев. Журнал «Новости Космонавтики», 09.2001. Проверено 21 января 2011.

[broadcastingru-0] в‘ ¹ ² ³ О спутниковом вещании с высокоэллиптических орбит. broadcasting.ru. Проверено 17 февраля 2011.

[rfcmd-1] в‘ ¹ ² ³ Высокоэллиптическая орбита. Радиогалактику. Проверено 5 февраля 2011.

[UPM-2] в‘ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ Tipos de órbitas. Constelaciones de satélites. Universidad Politecnica de Madrid. Проверено 5 февраля 2011.

[Integral-3] в‘ Под знаком «Интеграла». Журнал «Новости Космонавтики», 12.2002. Проверено 20 сентября 2011.

[IntegralESA-4] в‘ ESA Integral. ESA. Проверено 20 сентября 2011.

[molniya3-5] в‘ Новая «Молния» красноярцев. Журнал «Новости Космонавтики», 09.2001. Проверено 21 января 2011.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Небесная механика
Законы и задачи	Законы Ньютона \| Закон всемирного тяготения \| Законы Кеплера \| Задача двух тел \| Задача трёх тел \| Гравитационная задача N тел \| Задача Бертрана \| Уравнение Кеплера
Небесная сфера	Система небесных координат: галактическая горизонтальная первая экваториальная вторая экваториальная эклиптическая \| Международная небесная система координат \| Сферическая система координат \| Ось мира \| Небесный экватор \| Прямое восхождение \| Склонение \| Эклиптика \| Равноденствие \| Солнцестояние \| Фундаментальная плоскость
Параметры орбит	Кеплеровы элементы орбиты: эксцентриситет большая полуось средняя аномалия долгота восходящего узла аргумент перицентра \| Апоцентр и перицентр \| Орбитальная скорость \| Узел орбиты \| Эпоха
Движение небесных тел	Движение Солнца и планет по небесной сфере \| Эфемериды \| Конфигурации планет: противостояние квадратура парад планет\| Кульминация \| Сидерический период \| Орбитальный резонанс \| Период вращения \| Предварение равноденствий \| Синодический период \| Сближение \| Затмение: солнечное затмение лунное затмение сарос Метонов цикл \| Покрытие \| Прохождение \| Либрация \| Элонгация \| Эффект Козаи \| Эффект Ярковского \| Эффект Джанибекова
Астродинамика
Космический полёт	Космическая скорость: первая (круговая) вторая (параболическая) третья четвёртая \| Формула Циолковского \| Гравитационный манёвр \| Гомановская траектория \| Метод оскулирующих элементов \| Приливное ускорение\| Изменение наклонения орбиты \| Стыковка \| Точки Лагранжа \| Эффект «Пионера»
Орбиты КА	Геостационарная орбита \| Гелиоцентрическая орбита \| Геосинхронная орбита \| Геоцентрическая орбита \| Геопереходная орбита \| Низкая опорная орбита \| Полярная орбита \| Тундра-орбита \| Солнечно-синхронная орбита \| Молния-орбита \| Оскулирующая орбита

Высокая эллиптическая орбита

Содержание

[править] Предназначение

[править] Достоинства и недостатки

[править] Примеры использования

[править] Орбита «Молния»

[править] Орбита «Тундра»

[править] См. также

[править] Ссылки

[править] Примечания

Личные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Действия

Поиск

Навигация

Участие

Печать/экспорт

Инструменты

На других языках