Orbita synchroniczna słońca

Orbita synchroniczna słońca (zielona)

Jako słonecznym -synchronous orbicie lub Orbita Heliosynchroniczna (także Orbita Heliosynchroniczna , w skrócie  OSM ) nazywamy orbicie wokół planety którego orbitalnej płaszczyzna przechodzi taką samą zmianę obrotów, jak Zakreślone planety wokół słońca . W rezultacie płaszczyzna orbity ma stały kąt do linii planeta-słońce.

Dla Ziemi, co oznacza płaszczyznę orbity tego satelity w ciągu jednego roku ( okres orbitalny Ziemi wokół Słońca) raz wokół Ziemi obraca się.

Planety synchroniczny orbicie wokół słońce , np B. na orbicie określonej przez punkty Lagrange'a .

nieruchomości

Bez zakłóceń satelita krąży wokół Ziemi ze stałym momentem pędu na płaszczyźnie, która jest nieruchoma w przestrzeni (fioletowa krzywa na powyższym rysunku). Jednak spłaszczenie ziemi wywiera moment obrotowy i prowadzi do przesunięcia rektascensji węzła wstępującego . Na orbitach przeciwnych do obrotu Ziemi (tj. przy nachyleniu  > 90 °) ta precesja działa w tym samym kierunku, co obrót Ziemi .

Precesja jest większa, im mniejsze jest nachylenie i wysokość lotu (patrz obliczenia poniżej). Przy odpowiednim doborze nachylenia i wysokości orbita przesuwa się na tyle, że raz w roku okrąża Ziemię (zielona krzywa na powyższym rysunku).

Orbita synchroniczna ze słońcem z pozycją węzła wznoszącego i ustalonymi czasami nalotu, m.in. B. 60 ° N o 21:00 i o 12:00

W SSO płaszczyzna orbity satelity zawsze mija punkt na powierzchni planety w tym samym czasie lokalnym , jeśli szerokość geograficzna lokalizacji leży w obszarze ograniczonym nachyleniem orbity. Ze względu na stały czas lokalny nalotu obserwacje z różnych dni można łatwo ze sobą porównywać, ponieważ przy podobnym kącie padania promieni słonecznych (nie: identycznym kącie padania...; ze względu na dodatkowy wpływ pory roku na pozycji słońca) odbicie od powierzchni prawie się nie zmienia.

Jako nowy element orbity satelity , czas lokalny węzła wstępującego (ang. Local Time of Ascending Node , LTAN) określa czas lokalny przelotu.

Jeśli satelita porusza się w strefie zmierzchu (rano lub wieczorem, angielski zmierzch-świt ) o 9 h LTAN, wysokość obiektów można wyprowadzić z długości cienia rzucanego na nagrania optyczne. Jeśli satelita również krąży wokół Ziemi w taki sposób, że nie przechodzi cienia Ziemi (około 6 h LTAN, nachylenie większe niż 101,45°), może być stale zasilany energią przez ogniwa słoneczne . Baterie na pokładzie są wtedy potrzebne tylko w fazie rozruchu lub w przypadku utraty kontroli położenia .

Przykłady aplikacji:

• Satelity pogodowe, takie jak TIROS , Nimbus , DMSP , METOP
• Satelity do eksploracji Ziemi, takie jak Landsat , ERS , Sentinel-2
• Satelity do obserwacji Słońca, takie jak ACRIMSat , TRACE , Hinode
• Satelity badawcze, takie jak DLR-TUBSAT
• niektóre teleskopy kosmiczne, takie jak Infrared Astronomical Satellite , Wide-Field Infrared Survey Explorer .

obliczenie

Wysokość i nachylenie orbity synchronicznej Słońca

Zależność prędkości cyrkulacji od wysokości wstęgi

Precesja orbity synchronicznej ze słońcem jest obliczana jako: ${\ styl wyświetlania \ omega _ {p}}$

${\ displaystyle \ omega _ {p} = {\ frac {3} {2}} \ po lewej ({\ frac {a} {r}} \ po prawej) ^ {2} J_ {2} \, \ omega \ cos i}$

z:

• przez promień Ziemi na równiku (6378 km)${\ styl wyświetlania a}$
• promień orbity satelity${\ styl wyświetlania r}$
• współczynnik rozszerzalności potencjału uziemienia${\ styl wyświetlania J_ {2}}$ (1,082 x 10 ^-3 ); opisuje masę Ziemi na równiku, która powoduje precesję i przemieszczenie rektascensji węzła wstępującego.
• kątowa prędkość satelity${\ styl wyświetlania \ omega}$
• skłonność .${\ styl wyświetlania i}$

Jeżeli weźmie się pod uwagę zależność z prędkością orbitalnej na promienia orbity (druga cyfra), zależność między nachyleniem i wysokości orbity pokazanym na rysunku pierwsze wyniki : ${\ styl wyświetlania v (r)}$ ${\ displaystyle v = \ omega (r) \ cdot r}$${\ styl wyświetlania i}$${\ styl wyświetlania ra}$

• przy nachyleniu 96° moment obrotowy na orbitalnym momencie pędu jest bardzo mały; satelita musiałby krążyć wokół Ziemi na SSE poniżej 100 km. Zakłócenia z ziemskiej atmosfery mają silny wpływ na tej niskiej orbicie . Dlatego orbity SSE o tak małym nachyleniu (i wysokości do 6000 km) nie mają praktycznego znaczenia.
• Zamiast tego satelity obserwujące Ziemię latają z nachyleniem między 98 ° a 99 °, ponieważ związana z tym wysokość od 650 km do 900 km jest dobrym kompromisem między zakłóceniami z ziemskiej atmosfery a odległością do obserwowanych obiektów na Ziemi. Jeśli wstawisz te wartości do powyższego wzoru i przestawisz je (lub odczytasz z drugiego wykresu), uzyskasz prędkość obrotową ok. 7,5 km/s dla realistycznej orbity synchronicznej ze słońcem, co odpowiada ok. 14,5 orbitom wokół Ziemi dziennie lub ok. 1:40 h na cykl.${\ styl wyświetlania \ omega}$

Zobacz też

• Orbita biegunowa : biegnie po biegunach, nachylenie bliskie 90 °, ale niekoniecznie zsynchronizowane ze słońcem

Indywidualne dowody

1. ↑ http://design.ae.utexas.edu/mission_planning/mission_resources/orbital_mechanics/Sun_Synchronous_Orbits.pdf

linki internetowe

• Hillhouse, James D. (1999): „Słońce synchroniczne orbity dla systemu satelitarnego energii słonecznej Ziemi” (pdf, eng; 32 kB)
• Nieznany (1999): "Mechanika orbitalna z numeritem - projektowanie orbit słonecznych synchronicznych" (pdf, eng; 14 kB)