Ma'lumki, geostatsionar sun'iy yo'ldoshlar yer ustida bir xil nuqtada harakatsiz osilgan. Nega ular tushmaydi? Bu balandlikda tortishish kuchi yo'qmi?
Javob
Geostatsionar sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshi - bu sayyora atrofida sharqiy yo'nalishda (Yerning o'zi aylanishi bilan bir xil yo'nalishda), orbital davriga ega aylana ekvatorial orbitada harakatlanadigan qurilma. davriga teng Yerning o'z aylanishi.
Shunday qilib, agar biz Yerdan geostatsionar sun'iy yo'ldoshga qarasak, uning xuddi shu joyda harakatsiz osilganligini ko'ramiz. Bu harakatsizlik tufayli va baland balandlik Yer yuzasining deyarli yarmi ko'rinadigan taxminan 36 000 km masofada televidenie, radio va aloqa uchun releyli sun'iy yo'ldoshlar geostatsionar orbitaga chiqariladi.
Geostatsionar sun'iy yo'ldoshning doimiy ravishda Yer yuzasida bir xil nuqtada osilib turishidan ba'zilar geostatsionar sun'iy yo'ldoshga Yerga nisbatan tortishish kuchi ta'sir qilmaydi, tortishish kuchi Yerdan ma'lum masofada yo'qoladi, degan noto'g'ri xulosaga kelishadi. Yer, ya'ni ular Nyutonni rad etadilar. Albatta, bu haqiqat emas. Sun'iy yo'ldoshlarning geostatsionar orbitaga chiqarilishi qonunga muvofiq aniq hisoblab chiqiladi universal tortishish Nyuton.
Geostatsionar sun'iy yo'ldoshlar, boshqa barcha sun'iy yo'ldoshlar kabi, aslida Yerga tushadi, lekin uning yuzasiga etib bormaydi. Ularga Yerga tortish kuchi (tortishish kuchi) ta'sir qiladi, uning markaziga yo'naltiriladi va teskari yo'nalishda Yerni qaytaruvchi markazdan qochma kuch (inertsiya kuchi) yo'ldoshga ta'sir qiladi, ular bir-birini muvozanatlashtiradi. sun'iy yo'ldosh Yerdan uchib ketmaydi va xuddi arqonga o'ralgan chelak o'z orbitasida qolgani kabi unga tushmaydi.
Agar sun'iy yo'ldosh umuman harakat qilmagan bo'lsa, unda u tortishish kuchi ta'sirida Yerga tushadi, lekin sun'iy yo'ldoshlar harakatlanadi, shu jumladan geostatsionar (geostatsionar - Yerning aylanish tezligiga teng burchak tezligi bilan, ya'ni. bir inqilob. kuniga va pastki orbitalardagi sun'iy yo'ldoshlar yuqori burchak tezligiga ega, ya'ni ular kuniga bir necha marta Yer atrofida aylanishga muvaffaq bo'lishadi). Sun'iy yo'ldoshning orbitaga to'g'ridan-to'g'ri kiritilishi paytida Yer yuzasiga parallel ravishda berilgan chiziqli tezlik nisbatan katta (past Yer orbitasida - sekundiga 8 kilometr, geostatsionar orbitada - sekundiga 3 kilometr). Agar Yer bo'lmaganida, sun'iy yo'ldosh to'g'ri chiziq bo'ylab shunday tezlikda uchar edi, lekin Yerning mavjudligi sun'iy yo'ldoshni tortishish kuchi ta'sirida unga tushishiga majbur qiladi, traektoriyani Yerga egib, lekin uning yuzasi Yer tekis emas, u qiyshiq. Sun'iy yo'ldosh Yer yuzasiga yaqinlashganda, Yer yuzasi sun'iy yo'ldosh ostidan uzoqlashadi va shuning uchun sun'iy yo'ldosh doimo bir xil balandlikda, yopiq traektoriya bo'ylab harakatlanadi. Sun'iy yo'ldosh doimo tushadi, lekin yiqila olmaydi.
Shunday qilib, barcha sun'iy Yer yo'ldoshlari Yerga tushadi, lekin yopiq traektoriya bo'ylab. Sun'iy yo'ldoshlar, barcha qulagan jismlar kabi vaznsizlik holatidadir (agar osmono'par binodagi lift buzilib, erkin yiqila boshlasa, u holda uning ichidagi odamlar ham vaznsizlik holatida bo'ladi). XKS ichidagi kosmonavtlar vaznsizlikda, chunki Yerning tortishish kuchi orbitada harakat qilmaydi (u erda deyarli Yer yuzasida bo'lgani kabi), balki ISS Yerga erkin tushgani uchun - bir qator bo'ylab. yopiq dumaloq traektoriya.
Teatrdagi o'rindiqlar spektaklga turlicha qarashlarni taqdim etgani kabi, turli sun'iy yo'ldosh orbitalari ham har xil maqsadli istiqbollarni taqdim etadi. Ba'zilari Yerning bir tomonini doimiy ko'rinishini ta'minlab, yer yuzidagi biror nuqta ustida tursa, boshqalari sayyoramizni aylanib, bir kunda ko'p joylarni bosib o'tadi.
Orbitalarning turlari
Sun'iy yo'ldoshlar qaysi balandlikda uchadi? Yerga yaqin orbitalarning 3 turi mavjud: baland, o'rta va past. Eng yuqori darajada, sirtdan eng uzoqda, qoida tariqasida, ko'plab ob-havo va ba'zi aloqa sun'iy yo'ldoshlari joylashgan. O'rta Yer orbitasida aylanadigan sun'iy yo'ldoshlar navigatsiya va ma'lum bir mintaqani kuzatish uchun mo'ljallangan maxsus yo'ldoshlarni o'z ichiga oladi. Aksariyat ilmiy kosmik kemalar, shu jumladan NASAning Yerni kuzatish tizimi floti past orbitada.
Ularning harakat tezligi sun'iy yo'ldoshlar uchadigan balandlikka bog'liq. Yerga yaqinlashganda, tortishish kuchayadi va harakat tezlashadi. Masalan, NASAning Aqua sun'iy yo'ldoshi sayyoramizni taxminan 705 km balandlikda aylanib chiqishi uchun taxminan 99 daqiqa vaqt ketadi, yerdan 35 786 km uzoqlikda joylashgan meteorologik qurilma esa 23 soat 56 daqiqa va 4 soniyani oladi. Yer markazidan 384 403 km uzoqlikda joylashgan Oy 28 kunda bir aylanishni yakunlaydi.
Aerodinamik paradoks
Sun'iy yo'ldoshning balandligini o'zgartirish uning orbital tezligini ham o'zgartiradi. Bu yerda paradoks bor. Agar sun'iy yo'ldosh operatori tezligini oshirmoqchi bo'lsa, uni tezlashtirish uchun faqat dvigatellarni ishga tushira olmaydi. Bu orbitani (va balandlikni) oshiradi, natijada tezlik kamayadi. Buning o'rniga siz dvigatellarni sun'iy yo'ldoshning harakat yo'nalishiga qarama-qarshi yo'nalishda ishga tushirishingiz kerak, ya'ni Yerda harakatni sekinlashtiradigan harakatni bajarishingiz kerak. transport vositasi. Bu harakat uni pastga siljitadi, bu esa tezlikni oshirishga imkon beradi.
Orbitaning xususiyatlari
Balandlikka qo'shimcha ravishda, sun'iy yo'ldoshning yo'li ekssentriklik va moyillik bilan tavsiflanadi. Birinchisi orbita shakliga bog'liq. Eksantrikligi past bo'lgan sun'iy yo'ldosh aylanaga yaqin traektoriya bo'ylab harakatlanadi. Eksantrik orbita ellips shakliga ega. Kosmik kemadan Yergacha bo'lgan masofa uning pozitsiyasiga bog'liq.
Nishab - orbitaning ekvatorga nisbatan burchagi. To'g'ridan-to'g'ri ekvator ustidagi orbitadagi sun'iy yo'ldoshning moyilligi nolga teng. Agar kosmik kema shimoliy va janubiy qutblar(geografik, magnit emas), uning moyilligi 90°.
Hammasi birgalikda - balandlik, ekssentriklik va moyillik - sun'iy yo'ldoshning harakatini va Yer uning nuqtai nazaridan qanday ko'rinishini aniqlaydi.
Yuqori Yerga yaqin
Sun'iy yo'ldosh Yer markazidan roppa-rosa 42 164 km masofaga yetganda (er yuzidan taxminan 36 ming km), u orbitasi sayyoramizning aylanishiga mos keladigan zonaga kiradi. Samolyot Yer bilan bir xil tezlikda harakatlanayotganligi sababli, ya'ni uning orbital davri 24 soat bo'lgani uchun u shimoldan janubga siljishi mumkin bo'lsa-da, bir uzunlik bo'ylab harakatsiz qolgandek ko'rinadi. Bu maxsus yuqori orbita geosinxron deb ataladi.
Sun'iy yo'ldosh to'g'ridan-to'g'ri ekvator ustidagi aylana orbita bo'ylab harakatlanadi (eksentriklik va moyillik nolga teng) va Yerga nisbatan harakatsiz qoladi. U har doim o'z yuzasida bir xil nuqtadan yuqorida joylashgan.
Molniya orbitasi (qiyalik 63,4°) yuqori kengliklarda kuzatish uchun ishlatiladi. Geostatsionar yo'ldoshlar ekvatorga bog'langan, shuning uchun ular uzoq shimoliy yoki uchun mos emas janubiy hududlar. Bu orbita juda eksantrik: kosmik kema Yerning bir chetiga yaqin joylashgan holda cho'zilgan ellips bo'ylab harakatlanadi. Sun'iy yo'ldosh tortishish ta'sirida tezlashtirilgani sababli, u sayyoramizga yaqin bo'lganda juda tez harakat qiladi. U uzoqlashgani sari uning tezligi sekinlashadi, shuning uchun u o'z orbitasining tepasida Yerdan eng uzoqda joylashgan chekkada ko'proq vaqt o'tkazadi, uning masofasi 40 ming km ga etadi. Orbital aylanish davri 12 soatni tashkil qiladi, ammo sun'iy yo'ldosh bu vaqtning uchdan ikki qismini bir yarim sharda o'tkazadi. Yarim sinxron orbita singari, sun'iy yo'ldosh har 24 soatda bir xil yo'lni bosib o'tadi, u uzoq shimolda yoki janubda aloqa uchun ishlatiladi.
Past-Yerga yaqin
Ko'pgina ilmiy sun'iy yo'ldoshlar, ko'plab meteorologik sun'iy yo'ldoshlar va kosmik stantsiya deyarli aylana shaklida past Yer orbitasida joylashgan. Ularning egilishi ular kuzatayotgan narsaga bog'liq. TRMM tropiklarda yog'ingarchilikni kuzatish uchun ishga tushirilgan, shuning uchun u ekvatorga yaqin bo'lib, nisbatan past moyillikka ega (35 °).
NASAning kuzatuvchi tizim sunʼiy yoʻldoshlarining koʻpchiligi qutbga yaqin, yuqori nishabli orbitaga ega. Koinot kemasi Yer atrofida qutbdan qutbga 99 daqiqa davomida harakat qiladi. Vaqtning yarmi sayyoramizning kunduzi tomoni bo'ylab o'tadi, qutbda esa tungi tomonga buriladi.
Sun'iy yo'ldosh harakatlanayotganda, Yer uning ostida aylanadi. Avtomobil yoritilgan maydonga o'tgunga qadar, u oxirgi orbita zonasiga ulashgan hududdan oshib ketadi. 24 soatlik davrda qutb yo'ldoshlari Yerning katta qismini ikki marta qoplaydi: bir marta kunduzi va bir marta kechasi.
Quyosh-sinxron orbita
Xuddi geosinxron sun’iy yo‘ldoshlar bir nuqtadan yuqorida turishga imkon beruvchi ekvator ustida joylashgan bo‘lishi kerak bo‘lganidek, qutbli orbitadagi sun’iy yo‘ldoshlar ham bir vaqtda turish imkoniyatiga ega. Ularning orbitasi quyosh bilan sinxron - kesishganda kosmik kema ekvator mahalliy quyosh vaqti har doim bir xil. Masalan, Terra sun'iy yo'ldoshi har doim ertalab soat 10:30 da Braziliya ustidan kesib o'tadi. 99 daqiqadan so'ng Ekvador yoki Kolumbiya ustidan keyingi o'tish ham mahalliy vaqt bilan 10:30 da sodir bo'ladi.
Quyosh-sinxron orbita fan uchun juda zarur, chunki u imkon beradi quyosh nuri Yer yuzasiga, garchi u mavsumga qarab o'zgaradi. Bu izchillik shuni anglatadiki, olimlar bir necha yil davomida sayyoramizning bir xil fasldagi tasvirlarini yorug'likdagi haddan tashqari katta sakrashlar haqida tashvishlanmasdan solishtirishlari mumkin, bu esa o'zgarish illyuziyasini yaratishi mumkin. Quyosh bilan sinxron orbita bo'lmasa, ularni vaqt o'tishi bilan kuzatib borish va iqlim o'zgarishini o'rganish uchun zarur bo'lgan ma'lumotlarni to'plash qiyin bo'ladi.
Bu erda hamrohning yo'li juda cheklangan. Agar u 100 km balandlikda bo'lsa, orbita 96 ° nishabga ega bo'lishi kerak. Har qanday og'ish qabul qilinishi mumkin emas. Atmosfera qarshiligi va Quyosh va Oyning tortishish kuchi kosmik kemaning orbitasini o'zgartirganligi sababli, uni muntazam ravishda sozlash kerak.
Orbitaga in'ektsiya: ishga tushirish
Sun'iy yo'ldoshni uchirish uchun energiya talab qilinadi, uning miqdori uchirish joyining joylashgan joyiga, uning harakatining kelajakdagi traektoriyasining balandligi va moyilligiga bog'liq. Uzoq orbitaga chiqish ko'proq energiya talab qiladi. Muhim moyillikka ega sun'iy yo'ldoshlar (masalan, qutblilar) ekvator atrofida aylanib yurganlarga qaraganda ko'proq energiya talab qiladi. Nishab past orbitaga kirishga Yerning aylanishi yordam beradi. 51,6397° burchak ostida harakat qiladi. Bu kosmik kemalar uchun zarur va Rossiya raketalari unga borish osonroq edi. XKSning balandligi 337-430 km. Polar sun'iy yo'ldoshlar esa Yerning momentumidan hech qanday yordam olmaydilar, shuning uchun ular bir xil masofaga ko'tarilish uchun ko'proq energiya talab qiladi.
Moslashish
Sun'iy yo'ldosh uchirilgandan so'ng, uni ma'lum bir orbitada ushlab turishga harakat qilish kerak. Yer mukammal sfera emasligi sababli, uning tortishish kuchi ba'zi joylarda kuchliroqdir. Bu notekislik Quyosh, Oy va Yupiterning (eng massiv sayyora) tortishish kuchi bilan birga quyosh sistemasi), orbitaning moyilligini o'zgartiradi. Butun umri davomida GOES sun'iy yo'ldoshlari uch yoki to'rt marta sozlangan. NASAning past orbitali transport vositalari har yili o'zlarining moyilligini sozlashlari kerak.
Bundan tashqari, Yerga yaqin sun'iy yo'ldoshlar atmosferaga ta'sir qiladi. Eng yuqori qatlamlar juda kam uchraydigan bo'lsa-da, ularni Yerga yaqinlashtirish uchun etarlicha kuchli qarshilik ko'rsatadi. Gravitatsiya harakati sun'iy yo'ldoshlarning tezlashishiga olib keladi. Vaqt o'tishi bilan ular yonib ketadi, atmosferaga pastroq va tezroq aylanadi yoki Yerga tushadi.
Quyosh faol bo'lganda atmosfera tortilishi kuchliroq bo'ladi. Xuddi ichkaridagi havo kabi issiq havo shari qizdirilganda kengayadi va ko'tariladi, Quyosh unga qo'shimcha energiya berganda atmosfera ko'tariladi va kengayadi. Atmosferaning yupqa qatlamlari ko'tariladi va ularning o'rnini zichroq qatlamlar egallaydi. Shu sababli, Yer atrofida aylanadigan sun'iy yo'ldoshlar atmosfera tortishishini qoplash uchun yiliga taxminan to'rt marta o'z pozitsiyasini o'zgartirishi kerak. Quyosh faolligi maksimal bo'lsa, qurilmaning holati har 2-3 haftada sozlanishi kerak.
Kosmik qoldiqlar
Orbitani o'zgartirishga majbur qiladigan uchinchi sabab - bu kosmik chiqindilar. Iridiumning aloqa yo‘ldoshlaridan biri ishlamayotgan Rossiya kosmik kemasi bilan to‘qnashib ketdi. Ular qulab tushdi va 2500 dan ortiq bo'lakdan iborat bo'lgan qoldiq bulutini yaratdi. Har bir element bugungi kunda 18 000 dan ortiq texnogen ob'ektlarni o'z ichiga olgan ma'lumotlar bazasiga qo'shildi.
NASA sun'iy yo'ldoshlar yo'lida bo'lishi mumkin bo'lgan hamma narsani diqqat bilan kuzatib boradi, chunki kosmik qoldiqlar tufayli orbitalar allaqachon bir necha bor o'zgartirilishi kerak edi.
Muhandislar harakatga xalaqit berishi mumkin bo'lgan kosmik qoldiqlar va sun'iy yo'ldoshlarning holatini kuzatib boradilar va kerak bo'lganda qochish manevrlarini ehtiyotkorlik bilan rejalashtirishadi. Xuddi shu jamoa sun'iy yo'ldoshning egilishi va balandligini sozlash uchun manevrlarni rejalashtiradi va amalga oshiradi.
Yoki nega sun'iy yo'ldoshlar tushmaydi? Sun'iy yo'ldoshning orbitasi inertsiya va tortishish o'rtasidagi nozik muvozanatdir. Og'irlik kuchi doimiy ravishda sun'iy yo'ldoshni Yerga tortadi, sun'iy yo'ldoshning inertsiyasi esa uning harakatini to'g'ri ushlab turishga intiladi. Agar tortishish kuchi bo'lmaganida, sun'iy yo'ldoshning inertsiyasi uni to'g'ridan-to'g'ri Yer orbitasidan chiqarib yuboradi. ochiq joy. Biroq, orbitaning har bir nuqtasida tortishish kuchi sun'iy yo'ldoshni bog'lab turadi.
Inertsiya va tortishish o'rtasidagi muvozanatga erishish uchun sun'iy yo'ldosh qat'iy belgilangan tezlikka ega bo'lishi kerak. Agar u juda tez uchsa, inertsiya tortishish kuchini engib, sun'iy yo'ldosh orbitadan chiqib ketadi. (Sun'iy yo'ldoshning Yer orbitasini tark etishiga imkon beruvchi ikkinchi qochish tezligi deb ataladigan tezlikni hisoblash sayyoralararo kosmik stansiyalarni ishga tushirishda muhim rol o'ynaydi.) Agar sun'iy yo'ldosh juda sekin harakat qilsa, tortishish kuchi inertsiyaga qarshi kurashda g'alaba qozonadi va sun'iy yo'ldosh Yerga tushish. Aynan shu narsa 1979 yilda, Amerikaning Skylab orbital stansiyasi qarshilik kuchayishi natijasida pasayishni boshlaganida sodir bo'ldi. yuqori qatlamlar yer atmosferasi. Gravitatsiyaning temir changaliga ilingan stansiya tez orada Yerga quladi.
Tezlik va masofa
Chunki Yerning tortishish kuchi masofa bilan zaiflashadi, sun'iy yo'ldoshni orbitada ushlab turish uchun zarur bo'lgan tezlik balandlik bilan o'zgaradi. Muhandislar sun'iy yo'ldosh orbitasi qanchalik tez va qanchalik baland bo'lishini hisoblashlari mumkin. Masalan, har doim bir xil nuqtadan yuqorida joylashgan geostatsionar sun'iy yo'ldosh yer yuzasi, 357 kilometr balandlikda 24 soat ichida bitta aylanishni (bu Yerning o'z o'qi atrofida bir marta aylanish vaqtiga to'g'ri keladi) amalga oshirishi kerak.
Gravitatsiya va inertsiya
Sun'iy yo'ldoshning tortishish va inertsiya o'rtasidagi muvozanatini unga bog'langan arqonda og'irlikni aylantirish orqali simulyatsiya qilish mumkin. Yukning inertsiyasi uni aylanish markazidan uzoqlashtirishga intiladi, arqonning kuchlanishi esa tortishish vazifasini bajarib, yukni aylana orbitasida ushlab turadi. Agar arqon kesilsa, yuk o'z orbitasining radiusiga perpendikulyar to'g'ri yo'l bo'ylab uchib ketadi.
Sun'iy yo'ldoshni past Yer orbitasiga chiqarish uchun unga birinchi kosmik tezlikka teng yoki oxirgisidan bir oz yuqoriroq boshlang'ich tezlikni berish kerak. Bu darhol emas, balki asta-sekin sodir bo'ladi. Sun'iy yo'ldoshni olib yuradigan ko'p bosqichli raketa tezlikni tez ko'taradi. Uning parvoz tezligi hisoblangan qiymatga yetganda, sun'iy yo'ldosh raketadan ajralib, orbitada erkin harakatlana boshlaydi. Orbitaning shakli unga berilgan dastlabki tezlik va uning yo'nalishiga bog'liq: uning o'lchamlari va eksantrikligi.
Agar atrof-muhit va Oy va Quyoshning bezovta qiluvchi diqqatga sazovor joylari qarshiligi bo'lmasa va Yer sharsimon shaklga ega bo'lsa, unda sun'iy yo'ldoshning orbitasi hech qanday o'zgarishlarga uchramaydi va sun'iy yo'ldoshning o'zi u bo'ylab abadiy harakat qiladi. Biroq, haqiqatda, har bir sun'iy yo'ldoshning orbitasi turli sabablarga ko'ra o'zgaradi.
Sun'iy yo'ldoshning orbitasini o'zgartiruvchi asosiy kuch tormozlash bo'lib, u sun'iy yo'ldosh uchib o'tadigan noyob muhitning qarshiligi tufayli yuzaga keladi. Keling, uning harakatiga qanday ta'sir qilishini ko'rib chiqaylik. Sun'iy yo'ldoshning orbitasi odatda elliptik bo'lgani uchun uning Yerdan masofasi vaqti-vaqti bilan o'zgarib turadi. U perigey tomon pasayadi va apogeyda maksimal masofaga etadi. Er atmosferasining zichligi balandlikning oshishi bilan tez kamayadi va shuning uchun sun'iy yo'ldosh perigee yaqinida eng katta qarshilikka duch keladi. Kinetik energiyaning bir qismini kichik bo'lsa-da, qarshilikni engib o'tish uchun sarflagan holda, sun'iy yo'ldosh endi avvalgi balandligiga ko'tarila olmaydi va uning apogeyi asta-sekin pasayadi. Perigeyning pasayishi ham sodir bo'ladi, lekin apogeyning pasayishiga qaraganda ancha sekinroq. Shunday qilib, orbitaning kattaligi va uning eksantrikligi asta-sekin kamayadi: elliptik orbita aylanaga yaqinlashadi. Sun'iy yo'ldosh Yer atrofida asta-sekin o'ralgan spiralda harakat qiladi va oxir-oqibat Yer atmosferasining zich qatlamlarida o'z mavjudligini tugatadi, meteorik jism kabi qiziydi va bug'lanadi. Agar u katta hajmga ega bo'lsa, u Yer yuzasiga etib borishi mumkin.
Shunisi qiziqki, sun'iy yo'ldoshni tormozlash uning tezligini kamaytirmaydi, aksincha, oshiradi. Keling, oddiy hisob-kitoblarni qilaylik.
Keplerning uchinchi qonuni shundan kelib chiqadi
Bu erda C - doimiy, M - Yerning massasi, m - sun'iy yo'ldoshning massasi, P - uning aylanish davri va a - orbitaning yarim katta o'qi. E'tiborsiz
Sun'iy yo'ldoshning massasi bo'yicha biz Yerning massasi bilan taqqoslaymiz
Hisoblashning soddaligi uchun sun'iy yo'ldoshning orbitasi aylana bo'lsin deb faraz qilaylik. Doimiy y tezlikda harakatlanayotgan sunʼiy yoʻldosh oʻz orbitasida toʻliq aylanish uchun y R = 2 p masofani bosib oʻtadi, bu yerdan R = 2p/y. Ushbu qiymat P ni formulaga (9.1) almashtirib, o'zgartirishlarni amalga oshirib, topamiz
Shunday qilib, a orbitasining o'lchami kamayishi bilan sun'iy yo'ldoshning tezligi v ortadi: kinetik energiya sun'iy yo'ldosh potentsial energiyaning tez pasayishi tufayli o'sadi.
Sun'iy yo'ldosh orbitasining shaklini o'zgartiradigan ikkinchi kuch - bu quyosh radiatsiyasining bosimi, ya'ni yorug'lik va korpuskulyar oqimlar (quyosh shamoli). Ushbu kuch kichik sun'iy yo'ldoshlarga deyarli ta'sir qilmaydi, ammo Pageos kabi sun'iy yo'ldoshlar uchun bu juda muhim. Uchirish paytida Pageos dumaloq orbitaga ega edi, biroq ikki yildan so'ng u juda cho'zilgan elliptikaga aylandi.
Sun'iy yo'ldoshning harakatiga Yerning magnit maydoni ham ta'sir qiladi, chunki sun'iy yo'ldosh ba'zi narsalarni olishi mumkin. elektr zaryadi va magnit maydonda harakat qilganda, traektoriyada o'zgarishlar yuz berishi kerak.
Biroq, bu kuchlarning barchasi bezovta qiladi. Sun'iy yo'ldoshni o'z orbitasida ushlab turadigan asosiy kuch tortishish kuchidir. Va bu erda biz ba'zi o'ziga xosliklarga duch kelamiz. Buning natijasida biz bilamiz eksenel aylanish Yerning shakli sharsimon shakldan farq qiladi va Yerning tortishish kuchi Yerning markaziga to'liq yo'naltirilmaydi. Bu juda uzoq ob'ektlarga ta'sir qilmaydi, lekin Yerga yaqin joylashgan sun'iy yo'ldosh Yer yaqinidagi "ekvatorial bo'rtiqlar" mavjudligiga ta'sir qiladi. Uning orbitasi tekisligi Yerning aylanish o'qi atrofida sekin, lekin juda muntazam ravishda aylanadi. Bu hodisa bir hafta davomida olib borilgan kuzatuvlardan yaqqol ko'rinib turibdi. Bu barcha orbital o'zgarishlar katta ilmiy qiziqish uyg'otadi va shuning uchun sun'iy yo'ldoshlar harakati bo'yicha tizimli kuzatishlar olib boriladi.
Geostatsionar orbita nima? Bu dumaloq maydon bo'lib, u Yer ekvatoridan yuqorida joylashgan bo'lib, uning bo'ylab sun'iy yo'ldosh sayyoraning o'z o'qi atrofida aylanish tezligi bilan aylanadi. U gorizontal koordinatalar tizimida o'z yo'nalishini o'zgartirmaydi, balki osmonda harakatsiz osilib turadi. Geostatsionar Yer orbitasi (GEO) geosinxron maydonning bir turi bo'lib, aloqa, televizion eshittirish va boshqa sun'iy yo'ldoshlarni joylashtirish uchun ishlatiladi.
Sun'iy qurilmalardan foydalanish g'oyasi
Geostatsionar orbita tushunchasi rossiyalik ixtirochi K. E. Tsiolkovskiy tomonidan yaratilgan. U o'z asarlarida makonni yordami bilan to'ldirishni taklif qildi orbital stantsiyalar. Xorijiy olimlar ham kosmik maydonlarning ishini tasvirlab berdilar, masalan, G. Obert. Aloqa uchun orbitadan foydalanish kontseptsiyasini ishlab chiqqan odam Artur C. Klarkdir. 1945 yilda u Wireless World jurnalida maqola e'lon qildi va u erda geostatsionar sohaning afzalliklarini tasvirlab berdi. Ushbu sohadagi faol faoliyati uchun olim sharafiga orbita ikkinchi nomini oldi - "Klark Belt". Ko'pgina nazariyotchilar yuqori sifatli aloqani amalga oshirish muammosi haqida o'ylashgan. Shunday qilib, 1928 yilda Herman Potochnik geostatsionar sun'iy yo'ldoshlardan qanday foydalanish mumkinligi haqidagi fikrni bildirdi.
"Clark Belt" ning xususiyatlari
Orbita geostatsionar deb nomlanishi uchun u bir qator parametrlarga javob berishi kerak:
1. Geosinxroniya. Bu xarakteristikaga Yerning aylanish davriga mos keladigan davrga ega bo'lgan maydon kiradi. Geosinxron sun’iy yo‘ldosh sayyora atrofida aylanib o‘tishni yulduzli sutkada yakunlaydi, bu 23 soat, 56 daqiqa va 4 soniya. Xuddi shu vaqt Yerning sobit bo'shliqda bir inqilobni bajarishi uchun kerak.
2. Sun'iy yo'ldoshni ma'lum bir nuqtada ushlab turish uchun geostatsionar orbita aylana shaklida bo'lishi kerak, egilish nolga teng. Elliptik maydon sharqqa yoki g'arbga siljishga olib keladi, chunki kema o'z orbitasining ma'lum nuqtalarida boshqacha harakat qiladi.
3. Kosmik mexanizmning "suzuvchi nuqtasi" ekvatorda bo'lishi kerak.
4. Sun’iy yo‘ldoshlarning geostatsionar orbitadagi joylashuvi shunday bo‘lishi kerakki, aloqa uchun mo‘ljallangan chastotalar sonining kamligi qabul qilish va uzatishda turli qurilmalar chastotalarining bir-biriga mos kelishiga olib kelmasligi hamda ularning to‘qnashuvini oldini olishi kerak.
5. Kosmik mexanizmning doimiy holatini saqlab turish uchun etarli miqdorda yoqilg'i.
Sun'iy yo'ldoshning geostatsionar orbitasining o'ziga xosligi shundaki, faqat uning parametrlarini birlashtirgan holda qurilma harakatsiz qolishi mumkin. Yana bir xususiyat - Yerni joylashganlardan o'n etti daraja burchak ostida ko'rish qobiliyati kosmik maydon sun'iy yo'ldoshlar. Har bir qurilma orbital sirtning taxminan uchdan bir qismini egallaydi, shuning uchun uchta mexanizm deyarli butun sayyorani qamrab olishga qodir.
Sun'iy sun'iy yo'ldoshlar
Sun'iy yo'ldoshlar ko'plab mamlakatlar va kompaniyalar tomonidan uchirilgan. Dunyodagi birinchi sun'iy qurilma SSSRda yaratilgan va 1957 yil 4 oktyabrda koinotga uchgan. U Sputnik 1 deb nomlandi. 1958 yilda Qo'shma Shtatlar "Explorer 1" ikkinchi kosmik kemasini uchirdi. 1964 yilda NASA tomonidan uchirilgan birinchi sun'iy yo'ldosh Syncom-3 deb nomlandi. Sun'iy qurilmalar asosan qaytarilmaydi, ammo qisman yoki to'liq qaytarilganlar ham bor. Ular amalga oshirish uchun ishlatiladi ilmiy tadqiqot va turli muammolarni hal qilish. Shunday qilib, harbiy, tadqiqot, navigatsiya sun'iy yo'ldoshlari va boshqalar mavjud. Universitet xodimlari yoki radio havaskorlari tomonidan yaratilgan qurilmalar ham ishga tushiriladi.
"To'xtash nuqtasi"
Geostatsionar yo‘ldoshlar dengiz sathidan 35 786 kilometr balandlikda joylashgan. Bu balandlik yulduzlarga nisbatan Yerning aylanish davriga mos keladigan orbital davrni ta'minlaydi. Sun'iy transport vositasi harakatsiz, shuning uchun uning geostatsionar orbitadagi joylashuvi "tik turgan nuqta" deb ataladi. Hovering doimiy uzoq muddatli aloqani ta'minlaydi, bir marta yo'naltirilgan antenna har doim kerakli sun'iy yo'ldoshga qaratiladi.
Harakat
Sun'iy yo'ldoshlarni geotransfer maydonlari yordamida past balandlikdagi orbitadan geostatsionar orbitaga o'tkazish mumkin. Ikkinchisi past balandlikdagi nuqtasi va geostatsionar doiraga yaqin balandlikdagi cho'qqisi bo'lgan elliptik yo'ldir. Keyingi ishlash uchun yaroqsiz bo'lib qolgan sun'iy yo'ldosh GEO dan 200-300 kilometr balandlikda joylashgan utilizatsiya orbitasiga yuboriladi.
Geostatsionar orbita balandligi
Muayyan sohadagi sun'iy yo'ldosh Yerdan ma'lum masofani ushlab turadi, na yaqinlashmaydi, na uzoqlashadi. U har doim ekvatorning qaysidir nuqtasi ustida joylashgan. Bu xususiyatlardan kelib chiqqan holda, tortishish va markazdan qochma kuchlar bir-birini muvozanatlashtiradi. Geostatsionar orbitaning balandligi klassik mexanikaga asoslangan usullar yordamida hisoblanadi. Bunda tortishish va markazdan qochma kuchlarning mos kelishi hisobga olinadi. Birinchi miqdorning qiymati Nyutonning universal tortishish qonuni yordamida aniqlanadi. Santrifüj kuch ko'rsatkichi sun'iy yo'ldoshning massasini ko'paytirish orqali hisoblanadi markazlashtirilgan tezlashuv. Gravitatsion va inersiya massalarining tengligi natijasi orbital balandlikning sun'iy yo'ldosh massasiga bog'liq emasligi haqidagi xulosadir. Shuning uchun geostatsionar orbita faqat markazdan qochma kuchning kattaligi bo'yicha teng va yo'nalishi bo'yicha qarama-qarshi bo'lgan balandlik bilan aniqlanadi. tortishish kuchi, ma'lum bir balandlikda Yerning tortishish kuchi bilan yaratilgan.
Markazga yo'naltirilgan tezlanishni hisoblash formulasidan siz burchak tezligini topishingiz mumkin. Geostatsionar orbita radiusi ham shu formula yoki geosentrik tortishish doimiysini burchak tezligi kvadratiga bo'lish yo'li bilan aniqlanadi. Uning uzunligi 42 164 km. Yerning ekvator radiusini hisobga olsak, biz 35 786 kilometrga teng balandlikka erishamiz.
Sun'iy yo'ldoshning burchak tezligi sayyoraning aylanish harakati bilan to'g'ri keladigan orbital balandlik, ya'ni Yerning markazidan masofa bo'lgan orbital balandlik, sayyoraning aylanish harakati bilan to'g'ri keladigan chiziqli chiziqni keltirib chiqaradi, degan bayonotga asoslanib, hisob-kitoblarni boshqa yo'l bilan amalga oshirish mumkin. ma'lum bir balandlikdagi birinchi kosmik tezlikka teng bo'lgan tezlik.
Geostatsionar orbitada tezlik. Uzunlik
Bu ko'rsatkich burchak tezligini maydon radiusi bilan ko'paytirish orqali hisoblanadi. Orbitadagi tezlikning qiymati sekundiga 3,07 kilometrni tashkil etadi, bu Yerga yaqin yo'ldagi birinchi kosmik tezlikdan ancha past. Tezlikni kamaytirish uchun orbital radiusni olti martadan ko'proq oshirish kerak. Uzunlik Pi sonini va radiusni ikkiga ko'paytirish orqali hisoblanadi. Uzunligi 264924 km. Sun'iy yo'ldoshlarning "tik turgan nuqtalarini" hisoblashda ko'rsatkich hisobga olinadi.
Kuchlarning ta'siri
Sun'iy mexanizm aylanadigan orbitaning parametrlari gravitatsiyaviy oy-quyosh buzilishlari, Yer maydonining bir xilligi va ekvatorning elliptikligi ta'sirida o'zgarishi mumkin. Maydonning o'zgarishi quyidagi hodisalarda ifodalanadi:
- Sun'iy yo'ldoshning orbita bo'ylab joylashuvidan geostatsionar orbitadagi potentsial teshiklar deb ataladigan barqaror muvozanat nuqtalari tomon siljishi.
- Maydonning ekvatorga moyillik burchagi ma'lum tezlikda o'sib boradi va har 26 yil va 5 oyda bir marta 15 darajaga etadi.
Sun'iy yo'ldoshni kerakli "tik holda" ushlab turish uchun u har 10-15 kunda bir necha marta yoqiladigan harakatlantiruvchi tizim bilan jihozlangan. Shunday qilib, orbital moyillikning o'sishini qoplash uchun "shimoliy-janubiy" tuzatish qo'llaniladi va maydon bo'ylab siljishni qoplash uchun "g'arbiy-sharqiy" tuzatish qo'llaniladi. Sun'iy yo'ldoshning butun umri davomida yo'lini tartibga solish uchun bortda katta miqdorda yoqilg'i zaxirasi talab qilinadi.
Harakat tizimlari
Qurilmani tanlash sun'iy yo'ldoshning individual texnik xususiyatlari bilan belgilanadi. Masalan, kimyoviy raketa dvigateli joy almashinadigan yonilg'i ta'minotiga ega va uzoq vaqt saqlanadigan yuqori qaynaydigan komponentlar (dianitrogen tetroksid, nosimmetrik dimetilgidrazin) ustida ishlaydi. Plazma qurilmalari sezilarli darajada kamroq kuchga ega, ammo bitta harakat uchun o'nlab daqiqalarda o'lchanadigan uzoq muddatli operatsiya tufayli ular bortda iste'mol qilinadigan yoqilg'i miqdorini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin. Ushbu turdagi harakatlantiruvchi tizim sun'iy yo'ldoshni boshqa orbital pozitsiyasiga manevr qilish uchun ishlatiladi. Qurilmaning ishlash muddatini cheklovchi asosiy omil - bu geostatsionar orbitada yoqilg'i ta'minoti.
Sun'iy maydonning kamchiliklari
O'zaro aloqada sezilarli kamchilik geostatsionar sun'iy yo'ldoshlar signal tarqalishida katta kechikishlar mavjud. Shunday qilib, yorug'lik tezligi sekundiga 300 ming kilometr va orbital balandligi 35,786 kilometr bo'lganida, Yer-sun'iy yo'ldosh nurining harakati taxminan 0,12 soniya, Yer-sun'iy yo'ldoshi-Yer nuri esa 0,24 soniyani oladi. Er usti xizmatlarining uskunalari va kabel uzatish tizimlarida signal kechikishini hisobga olgan holda, "manba-sun'iy yo'ldosh-qabul qiluvchi" signalining umumiy kechikishi taxminan 2-4 soniyaga etadi. Bu ko'rsatkich telefoniya uchun orbitada qurilmalardan foydalanishni sezilarli darajada murakkablashtiradi va real vaqt tizimlarida sun'iy yo'ldosh aloqasidan foydalanishni imkonsiz qiladi.
Yana bir kamchilik - yuqori kengliklardan geostatsionar orbitaning ko'rinmasligi, bu Arktika va Antarktika mintaqalarida aloqa va televidenie eshittirishlariga xalaqit beradi. Quyosh va uzatuvchi sun'iy yo'ldosh qabul qiluvchi antennaga mos keladigan holatlarda signalning pasayishi, ba'zan esa to'liq yo'qligi kuzatiladi. Geostatsionar orbitalarda, sun'iy yo'ldoshning harakatsizligi tufayli, bu hodisa ayniqsa aniq namoyon bo'ladi.
Doppler effekti
Bu hodisa uzatuvchi va qabul qiluvchining o'zaro harakati bilan elektromagnit tebranishlar chastotalarining o'zgarishidan iborat. Hodisa vaqt o'tishi bilan masofaning o'zgarishi, shuningdek, sun'iy transport vositalarining orbitadagi harakati bilan ifodalanadi. Ta'sir sun'iy yo'ldoshning tashuvchisi chastotasining past barqarorligi sifatida namoyon bo'ladi, bu signallarni qabul qilishni murakkablashtiradigan bort takrorlagichi va yer stantsiyasining chastotasining apparat beqarorligiga qo'shiladi. Doppler effekti modulyatsiya qiluvchi tebranishlar chastotasining o'zgarishiga hissa qo'shadi, uni nazorat qilib bo'lmaydi. Agar orbitada aloqa sun'iy yo'ldoshlari va to'g'ridan-to'g'ri televizion eshittirishlar qo'llanilsa, bu hodisa amalda yo'q qilinadi, ya'ni qabul qilish nuqtasida signal darajasida o'zgarishlar bo'lmaydi.
Dunyoda geostatsionar maydonlarga munosabat
Kosmik orbitaning tug'ilishi ko'plab savollar va xalqaro huquqiy muammolarni keltirib chiqardi. Ularning rezolyutsiyasida bir qator qo'mitalar, xususan, Birlashgan Millatlar Tashkiloti ishtirok etadi. Ekvatorda joylashgan ba'zi davlatlar o'z suverenitetini kosmik maydonning o'z hududi ustida joylashgan qismiga kengaytirishga da'vo qilishdi. Davlatlar geostatsionar orbita ekanligini ta'kidladilar jismoniy omil, bu sayyoraning mavjudligi bilan bog'liq va unga bog'liq tortishish maydoni Yer, shuning uchun dala segmentlari o'z mamlakatlari hududining kengaytmasi hisoblanadi. Ammo bunday da'volar rad etildi, chunki dunyoda o'zlashtirmaslik printsipi mavjud kosmik fazo. Orbitalar va sun'iy yo'ldoshlarning ishlashi bilan bog'liq barcha muammolar global darajada hal qilinadi.
