Як відомо, геостаціонарні супутники висять нерухомо над землею над однією точкою. Чому вони не падають? На тій висоті не діє сила тяжіння?
Відповідь
Геостаціонарний штучний супутник Землі є апарат, який рухається навколо планети в східному напрямку (у тому ж, в якому обертається сама Земля), по круговій екваторіальній орбіті з періодом обігу, що дорівнює періоду свого обертання Землі.
Таким чином, якщо дивитися з Землі на геостаціонарний супутник, ми бачитимемо його нерухомо висить на тому самому місці. Через цю нерухомість і великої висотиблизько 36 000 км, з якої видно майже половину Землі, на геостаціонарну орбіту виводять супутники-ретранслятори для телебачення, радіо і комунікацій.
З того, що геостаціонарний супутник висить постійно над однією і тією ж точкою поверхні Землі, деякі роблять невірний висновок, що на геостаціонарний супутник не діє сила тяжіння до Землі, що сила тяжіння певній відстані від Землі зникає, тобто вони спростовують самого Ньютон. Звичайно, це не так. Сам запуск супутників на геостаціонарну орбіту розраховується саме за законом всесвітнього тяжінняНьютон.
Геостаціонарні супутники, як і решта супутників, насправді падають на Землю, але не досягають її поверхні. На них діє сила тяжіння до Землі (гравітаційна сила), спрямована до її центру, а у зворотному напрямку на супутник діє відштовхуюча від Землі відцентрова сила (сила інерції), які врівноважують один одного - супутник не відлітає від Землі і не падає на неї точно так само, як цебро, що розкручується на мотузці, залишається на своїй орбіті.
Якби супутник зовсім не рухався, то він упав би на Землю під дією тяжіння до неї, але супутники рухаються, у тому числі і геостаціонарні (геостаціонарні – з кутовою швидкістю рівною кутовий швидкостіобертання Землі, тобто один оборот за добу, а у супутників нижче орбіт кутова швидкість більша, тобто за добу вони встигають зробити навколо Землі кілька оборотів). Лінійна швидкість, що повідомляється супутнику паралельно поверхні Землі при безпосередньому виведенні на орбіту порівняно велика (на низькій навколоземній орбіті - 8 кілометрів на секунду, на геостаціонарній орбіті - 3 кілометри на секунду). Якби не було Землі, то супутник з такою швидкістю летів би по прямій, але наявність Землі змушує супутник падати на неї під дією сили тяжіння, викривляючи траєкторію до Землі, але поверхня Землі не плоска, вона викривлена. На скільки супутник наближається до поверхні Землі, на стільки поверхня Землі йде з-під супутника і, таким чином, супутник постійно знаходиться на тій самій висоті, рухаючись по замкнутій траєкторії. Супутник постійно падає, але ніяк не може впасти.
Отже, всі штучні супутники Землі падають на Землю, але – по замкнутій траєкторії. Супутники перебувають у стані невагомості, як усі падаючі тіла (якщо ліфт у хмарочосі зірветься і почне вільно падати, то люди всередині теж будуть у стані невагомості). Космонавти всередині МКС знаходяться у невагомості не тому, що на орбіті не діє сила тяжіння до Землі (вона там майже така сама як і на поверхні Землі), а тому, що МКС вільно падає на Землю – по замкнутій круговій траєкторії.
Подібно до того, як місця в театрі дозволяють по-різному поглянути на виставу, різні орбіти супутників дають перспективу, кожна з яких має своє призначення. Одні здаються висять над точкою поверхні, вони забезпечують постійний огляд однієї сторони Землі, тоді як інші кружляють навколо нашої планети, за день проносячись над безліччю місць.
Типи орбіт
На якій висоті літають супутники? Розрізняють 3 типи навколоземних орбіт: високі, середні та низькі. На високій, найбільш віддаленій від поверхні, як правило, знаходяться багато погодних та деяких супутників зв'язку. Сателіти, що обертаються на середній навколоземній орбіті, включають навігаційні та спеціальні, призначені для моніторингу конкретного регіону. Більшість наукових космічних апаратів, у тому числі флот системи спостереження за поверхнею Землі НАСА, знаходяться на низькій орбіті.
Від того, якою висотою літають супутники, залежить швидкість їх руху. У міру наближення до Землі гравітація стає дедалі сильнішою, і рух прискорюється. Наприклад, супутнику НАСА Aqua потрібно близько 99 хвилин, щоб облетіти навколо нашої планети на висоті близько 705 км, а метеорологічному апарату, віддаленому на 35786 км від поверхні, для цього потрібно 23 години, 56 хвилин і 4 секунди. На відстані 384403 км від центру Землі Місяць завершує один оборот за 28 днів.
Аеродинамічний парадокс
Зміна висоти супутника також змінює швидкість руху по орбіті. Тут спостерігається феномен. Якщо оператор супутника хоче підвищити його швидкість, він може просто запустити двигуни для прискорення. Це збільшить орбіту (і висоту), що призведе до зменшення швидкості. Натомість слід запустити двигуни в напрямку, протилежному напрямку руху супутника, тобто вчинити дію, яка на Землі б уповільнила рухоме транспортний засіб. Така дія перемістить його нижче, що дозволить збільшити швидкість.
Характеристики орбіт
Крім висоти, шлях руху супутника характеризується ексцентриситетом і способом. Перший відноситься до форми орбіти. Супутник з низьким ексцентриситетом рухається траєкторією, близькою до кругової. Ексцентрична орбіта має форму еліпса. Відстань від космічного апарату до Землі залежить з його становища.
Нахилення - це кут орбіти до екватора. Супутник, що обертається безпосередньо над екватором, має нульовий нахил. Якщо космічний апарат проходить над північним і південним полюсами(географічними, а чи не магнітними), його нахил становить 90°.
Всі разом - висота, ексцентриситет і спосіб - визначають рух сателіту і те, як з його точки зору виглядатиме Земля.
Висока навколоземна
Коли супутник досягає рівно 42 164 км від центру Землі (близько 36 тис. км від поверхні), він входить у зону, де його орбіта відповідає обертанню нашої планети. Оскільки апарат рухається з тією ж швидкістю, як і Земля, тобто його період обігу дорівнює 24 год, здається, що він залишається на місці над єдиною довготою, хоча може дрейфувати з півночі на південь. Ця спеціальна висока орбіта називається геосинхронною.
Супутник рухається круговою орбітою прямо над екватором (ексцентриситет і нахилення рівні нулю) і щодо Землі стоїть дома. Він завжди розташований над однією і тією самою точкою на її поверхні.
Орбіта "Блискавка" (нахилення 63,4 °) використовується для спостереження у високих широтах. Геостаціонарні супутники прив'язані до екватора, тому вони не підходять для далеких північних або південних регіонів. Ця орбіта дуже ексцентрична: космічний апарат рухається витягнутим еліпсом із Землею, розташованої близько до одного краю. Оскільки супутник прискорюється під впливом сили тяжіння, він рухається дуже швидко, коли знаходиться близько до планети. При видаленні його швидкість уповільнюється, тому він більше часу проводить на вершині орбіти в найдальшому від Землі краю, відстань до якого може досягати 40 тис. км. Період звернення становить 12 год, але близько двох третин цього часу супутник проводить над однією півкулею. Подібно до напівсинхронної орбіти сателіт проходить по тому самому шляху через кожні 24 год. Використовується для зв'язку на крайній півночі або півдні.
Низька навколоземна
Більшість наукових супутників, багато метеорологічні та космічна станція знаходяться на майже круговій низькій навколоземній орбіті. Їхній нахил залежить від того, моніторингом чого вони займаються. TRMM був запущений для моніторингу опадів у тропіках, тому має відносно низький спосіб (35°), залишаючись поблизу екватора.
Багато супутників системи спостереження НАСА мають майже полярну високонахилу орбіту. Космічний апарат рухається навколо Землі від полюса до полюса з періодом 99 хв. Половину часу він проходить над денним боком нашої планети, але в полюсі перетворюється на нічну.
У міру руху супутника під ним обертається Земля. На той час, коли апарат переходить на освітлену ділянку, він знаходиться над областю, що прилягає до зони своєї останньої орбіти. За 24-годинний період полярні супутники покривають більшу частину Землі двічі: один раз на день і один раз на ніч.
Сонячно-синхронна орбіта
Подібно до того, як геосинхронні супутники повинні знаходитися над екватором, що дозволяє їм залишатися над однією точкою, полярно-орбітальні мають здатність залишатися в одному часі. Їхня орбіта є сонячно-синхронною - при перетині космічним апаратом екватора місцеве сонячний часзавжди одне й те саме. Наприклад, супутник Terra перетинає його над Бразилією завжди о 10:30 ранку. Наступне перетин через 99 хв над Еквадором або Колумбією відбувається також о 10:30 за місцевим часом.
Сонячно-синхронна орбіта необхідна для науки, тому що дозволяє зберігати сонячне світло на поверхню Землі, хоча воно змінюватиметься в залежності від сезону. Така сталість означає, що вчені можуть порівнювати зображення нашої планети однієї пори року протягом кількох років, не турбуючись про надто великі стрибки у висвітленні, які можуть створити ілюзію змін. Без сонячно-синхронної орбіти було б складно відстежувати їх з часом і збирати інформацію, необхідну вивчення змін клімату.
Шлях супутника дуже обмежений. Якщо він знаходиться на висоті 100 км, орбіта повинна мати нахил 96 °. Будь-яке відхилення буде неприпустимим. Оскільки опір атмосфери та сила тяжіння Сонця та Місяця змінюють орбіту апарату, її необхідно регулярно коригувати.
Виведення на орбіту: запуск
Запуск супутника вимагає енергії, кількість якої залежить від місця старту, висоти і нахилу майбутньої траєкторії його руху. Щоб дістатися до віддаленої орбіти, потрібно витратити більше енергії. Супутники із значним нахилом (наприклад, полярні) більш енерговитратні, ніж ті, що кружляють над екватором. Виведення на орбіту з низьким нахилом допомагає обертання Землі. рухається під кутом 51,6397 °. Це необхідно для того, щоб космічним човникам та російським ракетам було легше дістатися до неї. Висота МКС – 337-430 км. З іншого боку, полярні супутники від імпульсу Землі допомоги не отримують, тому їм потрібно більше енергії, щоб піднятися на таку ж відстань.
Коригування
Після запуску супутника необхідно докласти зусиль, щоб утримати його на певній орбіті. Оскільки Земля не є ідеальною сферою, її гравітація у деяких місцях сильніша. Ця нерівномірність, поряд з тяжінням Сонця, Місяця та Юпітера (найпотужнішої планети Сонячної системи), Змінює нахил орбіти. Протягом усього свого терміну служби розташування супутників GOES було коректовано три або чотири рази. Низькоорбітальні апарати НАСА мають регулювати свій нахил щороку.
Крім того, на навколоземні супутники впливає атмосфера. Найвищі шари, хоч і досить розріджені, мають досить сильний опір, щоб притягати їх ближче до Землі. Дія сили тяжіння призводить до прискорення супутників. Згодом вони згоряють, по спіралі опускаючись все нижче і швидше в атмосферу або падають на Землю.
Атмосферний опір сильніший, коли Сонце активно. Так само, як повітря в повітряній кулірозширюється та піднімається при нагріванні, атмосфера піднімається та розширюється, коли Сонце дає їй додаткову енергію. Розріджені шари атмосфери піднімаються, які місце займають більш щільні. Тому супутники на орбіті Землі повинні змінювати своє становище приблизно чотири рази на рік, щоб компенсувати опір атмосфери. Коли сонячна активність є максимальною, положення апарату доводиться коригувати кожні 2-3 тижні.
Космічне сміття
Третя причина, що змушує змінювати орбіту - космічний сміття. Один із комунікаційних супутників Iridium зіткнувся з нефункціонуючим російським космічним апаратом. Вони розбилися, утворивши хмару сміття, що складається з більш як 2500 частин. Кожен елемент був доданий до бази даних, яка сьогодні налічує понад 18000 об'єктів техногенного походження.
НАСА ретельно відстежує все, що може бути на шляху супутників, тому що через космічний сміття вже кілька разів доводилося змінювати орбіти.
Інженери відстежують положення космічного сміття та сателітів, які можуть завадити руху та при необхідності ретельно планують маневри ухилення. Ця ж команда планує та виконує маневри з регулювання нахилу та висоти супутника.
Чи чомусь супутники не падають? Орбіта супутника є крихким балансом між інерцією і гравітацією. Сила тяжіння безперервно притягує супутник до Землі, тоді як інерція супутника прагне підтримувати рух прямолінійним. Якби не було сили тяжіння, інерція супутника відправила б його прямо з земної орбіти в відкритий космос. Однак у кожній точці орбіти сила тяжіння тримає супутник на прив'язі.
Щоб досягти рівноваги між інерцією та силою тяжіння, супутник повинен мати чітко визначену швидкість. Якщо він летить надто швидко, інерція долає силу важкості і супутник залишає орбіту. (Обчислення так званої другої космічної швидкості, що дозволяє супутникові залишати навколоземну орбіту, відіграє важливу роль у запуску міжпланетних космічних станцій.) Якщо супутник рухається надто повільно, сила тяжіння переможе у боротьбі з інерцією і супутник впаде на Землю. Саме це трапилося в 1979 році, коли американська орбітальна станція Скайлеб почала знижуватися в результаті зростаючого опору верхніх шарівземної атмосфери. Потрапивши у залізні кліщі гравітації, станція невдовзі впала Землю.
Швидкість та відстань
Оскільки земне тяжінняслабшає з відстанню, швидкість, необхідна утримання супутника на орбіті, змінюється з висотою над рівнем моря. Інженери можуть обчислювати, як швидко та як високо супутник повинен обертатися на орбіті. Наприклад, геостаціонарний супутник, розташований завжди над тією ж точкою земної поверхні, повинен здійснювати один виток за 24 години (що відповідає часу одного обороту Землі навколо своєї осі) на висоті 357 кілометрів.
Сила тяжіння та інерція
Балансування супутника між силою тяжкості та інерцією може бути зімітовано обертанням вантажу на прив'язаній до нього мотузці. Інерція вантажу прагне перемістити його якнайдалі від центру обертання, тоді як натяг мотузки, виконує роль гравітації, утримує вантаж на кругової орбіті. Якщо мотузку перерізати, вантаж відлетить по прямолінійній траєкторії перпендикулярно до радіуса своєї орбіти.
Для виведення супутника на навколоземну орбіту треба надати йому початкову швидкість, що дорівнює першій космічній швидкості або трохи перевищує останню. Це відбувається не відразу, а поступово. Супутник, що несе, багатоступінчаста ракета плавно набирає швидкість. Коли швидкість її польоту досягне розрахункового значення, супутник відокремлюється від ракети і починає свій вільний рух орбітою. Від наданої йому початкової швидкості та її напрями залежить форма орбіти: її розміри та ексцентриситет.
Якби не було опору середовища та обурювальних тяжінь Місяця і Сонця, а Земля мала б кульову форму, то орбіта супутника не зазнавала б жодних змін, а сам супутник рухався б нею вічно. Проте насправді орбіта кожного супутника змінюється під впливом різних причин.
Головна сила, що змінює орбіту супутника,- це гальмування, що виникає внаслідок опору розрідженого середовища, крізь яке пролітає супутник. Подивимося, як вона впливає його рух. Оскільки орбіта супутника зазвичай еліптична, його відстань від Землі періодично змінюється. Він знижується до перигею та досягає максимального видалення в апогеї. Щільність земної атмосфери швидко зменшується зі збільшенням висоти, і тому супутник зустрічає найбільший опір поблизу перигею. Витративши частину кінетичної енергії на подолання цього, хоч і невеликого опору, супутник вже не може піднятися на колишню висоту, і його апогей поступово знижується. Зниження перигею теж відбувається, але набагато повільніше, ніж зниження апогею. Таким чином, поступово зменшуються розміри орбіти та її ексцентриситет: еліптична орбіта наближається до кругової. Супутник рухається навколо Землі по спіралі, що повільно згортається, і врешті-решт закінчує своє існування в щільних шарах земної атмосфери, розігріваючись і випаровуючись подібно до метеорного тіла. При великих розмірах може долетіти і до Землі.
Цікаво відзначити, що гальмування супутника не зменшує його швидкості, навпаки, збільшує її. Зробимо прості обчислення.
З третього закону Кеплера випливає, що
де З - постійна, М - маса Землі, m - маса супутника, Р - період його обігу та а - велика піввісь орбіти. Пренебре-
гая масою супутника в порівнянні з масою Землі отримаємо
Приймемо для простоти розрахунків орбіту супутника за кругову. Рухаючись із постійною швидкістю υ, супутник за повний оборот проходить по орбіті відстань υ Р = 2 πа, звідки Р = 2πa/υ. Підставивши це значення Р формулу (9.1) і виконавши перетворення, знайдемо
Отже, зі зменшенням розмірів орбіти швидкість супутника v зростає: кінетична енергія супутника зростає за рахунок швидкого зменшення потенційної енергії.
Друга сила, що змінює форму орбіти супутника, це тиск сонячного випромінювання, тобто світла і корпускулярних потоків (сонячного вітру). На супутники малих розмірів ця сила практично не впливає, але для таких супутників, як Пагеос, вона дуже істотна. При запуску Пагеос мав кругову орбіту, а через два роки вона стала дуже витягнутою еліптичною.
На рух супутника впливає також магнітне поле Землі, так як супутник може придбати деякий електричний заряді за його русі в магнітному полі мають виникнути зміни у траєкторії.
Проте ці сили є обурюючими. Головна ж сила, що утримує супутник на його орбіті, - сила земного тяжіння. І тут ми зустрічаємось із деякими особливостями. Ми знаємо, що в результаті осьового обертанняфігура Землі відрізняється від кульової і що земне тяжіння не спрямоване до центру Землі. На дуже далеких об'єктах це не позначається, але супутник, що знаходиться поблизу від Землі, реагує на наявність у Землі «екваторіальних здуття». Площина його орбіти повільно, але регулярно повертається навколо осі обертання Землі. Таке явище добре помітне із спостережень, проведених протягом одного тижня. Всі ці зміни орбіт становлять великий науковий інтерес, і тому рухом штучних супутників проводяться систематичні спостереження.
Що являє собою геостаціонарна орбіта? Це кругове поле, яке розташувалося над екватором Землі, по ньому штучний супутник поводиться з кутовою швидкістю обертання планети навколо осі. Він не змінює свій напрямок у горизонтальній системі координат, а нерухомо висить у небі. Геостаціонарна орбіта Землі (ДСО) є різновидом геосинхронного поля і застосовується для розміщення комунікаційних, телетрансляційних та інших супутників.
Ідея використання штучних апаратів
Саме поняття геостаціонарної орбіти ініційовано російським винахідником К. Е. Ціолковським. У своїх роботах він пропонував заселити космос за допомогою орбітальних станцій. Зарубіжні вчені також описували роботи космічних полів, наприклад Г. Оберт. Людиною, яка розвинула концепцію використання орбіти для зв'язку, є Артур Кларк. Він у 1945 році помістив статтю в журналі Wireless World, де описав переваги роботи геостаціонарного поля. За активну працю в цій галузі на честь вченого орбіта отримала свою другу назву – «пояс Кларка». Над проблемою здійснення якісного зв'язку думали багато теоретиків. Так, Герман Поточник в 1928 висловив думку про те, як можна застосовувати геостаціонарні супутники.
Характеристика «поясу Кларка»
Щоб орбіта була названа геостаціонарною, вона повинна відповідати ряду параметрів:
1. Геосинхронність. До такої характеристики відноситься поле, яке має період, що відповідає періоду звернення Землі. Геосинхронний супутник закінчує оберт навколо планети за сидеричний день, який дорівнює 23 годин 56 хвилин і 4 секунд. У той самий час необхідно Землі до виконання одного обороту у фіксованому просторі.
2. Для підтримки супутника на певній точці геостаціонарна орбіта має бути круговою, з нульовим нахилом. Еліптичне поле призведе до усунення або на схід, або на захід, тому що апарат рухається в певних точках орбіти по-різному.
3. «Точка зависання» космічного механізму має бути на екваторі.
4. Розташування супутників на геостаціонарній орбіті повинні бути такими, щоб невелика кількість частот, призначених для зв'язку, не призвела до накладання частот різних апаратів при прийомі та передачі, а також для виключення їх зіткнення.
5. Достатня кількість палива підтримки постійного становища космічного механізму.
Геостаціонарна орбіта супутника унікальна тим, що тільки при поєднанні її параметрів можна досягти нерухомості апарату. Ще однією особливістю є можливість бачити Землю під кутом у сімнадцять градусів із розташованих на космічному полісупутників. Кожен апарат відхоплює приблизно одну третину поверхні орбіти, тому три механізми здатні забезпечити охоплення майже всієї планети.
Штучні супутники
Супутники запускалися багатьма країнами та компаніями. Перший у світі штучний апарат було створено СРСР і полетів у космос 4 жовтня 1957 року. Він носив ім'я Супутник-1. В 1958 США запустила другий апарат - «Експлорер-1». Перший супутник, який був виведений NASA у 1964 році, носив ім'я Syncom-3. Штучні апарати переважно неповоротні, але є ті, які повертаються частково чи повністю. Їх використовують для проведення наукових дослідженьта розв'язання різних завдань. Так, є військові, дослідницькі, навігаційні супутники та інші. Також запускаються апарати, створені співробітниками університетів чи радіоаматорами.
«Точка стояння»
Геостаціонарні супутники розташовуються на висоті 35786 км над рівнем моря. Така висота забезпечує період обігу, який відповідає періоду циркуляції Землі стосовно зірок. Штучний апарат нерухомий, тому його місце розташування на геостаціонарній орбіті називається «точкою стояння». Зависання забезпечує постійний тривалий зв'язок, одного разу зорієнтована антена завжди буде спрямована на потрібний супутник.
Пересування
Супутники можна переводити з низьковисотної орбіти на геостаціонарну за допомогою геоперехідних полів. Останні є еліптичний шлях з точкою на низькій висоті і піком на висоті, яка близька до геостаціонарного кола. Супутник, який став непридатним для подальшої роботи, вирушає на орбіту поховання, розташовану на 200-300 кілометрів вище за ДСО.
Висота геостаціонарної орбіти
Супутник цьому полі тримається певному відстані від Землі, не наближаючись і віддаляючись. Він завжди знаходиться над якоюсь точкою екватора. Виходячи з даних особливостей слід висновок, що сили гравітації та відцентрова сила врівноважують одна одну. Висота геостаціонарної орбіти розраховується методами, основу яких лежить класична механіка. При цьому враховується відповідність гравітаційних та відцентрових сил. Значення першої величини визначається за допомогою закону всесвітнього тяжіння Ньютона. Показник відцентрової сили розраховується шляхом твору маси супутника на відцентрове прискорення. Підсумком рівності гравітаційної та інертної маси є висновок про те, що висота орбіти не залежить від маси супутника. Тому геостаціонарна орбіта визначається тільки заввишки, при якій відцентрова сила дорівнює за модулем і протилежна за напрямком гравітаційної сили, що створюється тяжінням Землі на даній висоті
З формули розрахунку доцентрового прискорення можна знайти кутову швидкість. Радіус геостаціонарної орбіти визначається також за цією формулою або шляхом розподілу геоцентричної постійної гравітаційної на кутову швидкість у квадраті. Він становить 42 164 кілометри. З огляду на екваторіальний радіус Землі отримуємо висоту, рівну 35786 кілометрам.
Обчислення можна провести іншим шляхом, ґрунтуючись на твердженні, що висота орбіти, що є віддаленням від центру Землі, з кутовою швидкістю супутника, що збігається з рухом обертання планети, породжує лінійну швидкість, що дорівнює першій космічній на даній висоті.
Швидкість на геостаціонарній орбіті. Довжина
Цей показник розраховується шляхом множення кутової швидкості на радіус поля. Значення швидкості на орбіті дорівнює 3,07 кілометра в секунду, що набагато менше за першу космічну швидкість на навколоземному шляху. Щоб зменшити показник, необхідно збільшити радіус орбіти більш ніж шість разів. Довжина розраховується добутком числа Пі на радіус, помноженим на два. Вона становить 264 924 кілометри. Показник враховується під час обчислення «точок стояння» супутників.
Вплив сил
Параметри орбіти, якою звертається штучний механізм, можуть змінюватися під впливом гравітаційних місячно-сонячних обурень, неоднорідності поля Землі, еліптичності екватора. Трансформація поля виявляється у таких явищах, як:
- Зміщення супутника від своєї позиції вздовж орбіти у бік точок стабільного рівноваги, які звуться потенційних ям геостаціонарної орбіти.
- Кут нахилу поля до екватора зростає з певною швидкістю і досягає 15 градусів один раз за 26 років та 5 місяців.
Для утримання супутника у потрібній «точці стояння» його оснащують руховою установкою, яку включають кілька разів на 10-15 діб. Так, для заповнення зростання способу орбіти використовують корекцію «північ-південь», а для компенсації дрейфу вздовж поля – «захід-схід». Для регулювання шляху супутника протягом усього терміну його роботи потрібний великий запас палива на борту.
Двигуни
Вибір пристрою визначається індивідуальними технічними особливостями супутника. Наприклад, хімічний ракетний двигунмає витіснювальну подачу палива і функціонує на довго зберігаються висококиплячі компоненти (діазотний тетроксид, несиметричний диметилгідразин). Плазмові пристрої мають істотно меншу тягу, але за рахунок тривалої роботи, яка вимірюється десятками хвилин для одиничного пересування, здатні значно знизити споживання палива на борту. Такий тип рухової установки використовується для маневру переведення супутника в іншу орбітальну позицію. Основним обмежуючим чинником термін служби апарату є запас палива на геостаціонарній орбіті.
Недоліки штучного поля
Істотною пороком у взаємодії з геостаціонарними супутникамиє великі запізнення у поширенні сигналу. Так, при швидкості світла 300 тисяч кілометрів на секунду та висоті орбіти 35786 кілометрів рух променя «Земля – супутник» займає близько 0,12 секунди, а «Земля – супутник – Земля» – 0,24 секунди. Враховуючи затримку сигналу в апаратурі та кабельних системах передач наземних служб, загальне запізнення сигналу «джерело - супутник - приймач» досягає приблизно 2-4 секунд. Такий показник суттєво ускладнює застосування апаратів на орбіті в телефонії та унеможливлює використання супутникового зв'язку в системах реального часу.
Ще одним недоліком є невидимість геостаціонарної орбіти з високих широт, що заважає провідності зв'язку та телетрансляцій у районах Арктики та Антарктиди. У ситуаціях, коли сонце та супутник-передавач знаходяться на одній лінії з приймальною антеною, спостерігається зменшення, а часом і повна відсутність сигналу. На геостаціонарних орбітах з допомогою нерухомості супутника таке явище виявляється особливо яскраво.
Ефект Доплера
Цей феномен полягає у зміні частот електромагнітних вібрацій при взаємному просуванні передавача та приймача. Явище виражається зміною відстані у часі, і навіть рухом штучних апаратів на орбіті. Ефект проявляється як малостійкість несучої частоти коливань супутника, яка додається до апаратурної нестабільності частоти бортового ретранслятора та земної станції, що ускладнює прийом сигналів. Ефект Допплера сприяє зміні частоти вібрацій, що модульують, що неможливо контролювати. У разі, коли на орбіті використовуються супутники зв'язку та безпосереднього телевізійного мовлення, це явище практично усувається, тобто не спостерігається змін рівня сигналів у точці прийому.
Ставлення у світі до геостаціонарних полів
Космічна орбіта своїм народженням створила багато питань та міжнародно-правових проблем. Їхнім рішенням займається низка комітетів, зокрема, Організація Об'єднаних Націй. Деякі країни, розташовані на екваторі, пред'являли претензії на поширення їх суверенітету на частину космічного поля, що знаходиться над їхньою територією. Держави заявляли, що геостаціонарна орбіта є фізичним фактором, який пов'язаний з існуванням планети і залежить від гравітаційного поляЗемлі тому сегменти поля є продовженням території їхніх країн. Але такі претензії були відкинуті, оскільки у світі існує принцип неприсвоєння космічного простору. Усі проблеми, пов'язані з роботою орбіт та супутників, вирішуються на світовому рівні.
