הקדמה ל-Orbit Design Parameters

עיצוב מסלול לוויין הוא אחד ההחלטות הבולטות ביותר בכל משימה בחלל, עיצוב ישיר של אזור הכיסוי של הלוויין, תדירות התחדשות, ייצור חשמל, סביבה תרמית, ומחזור חיים של משימה כוללת, בעוד אלמנטים רבים של מסלול מסלול מסלול של לווין, נטייה ו אקסצנטריות לעמוד כמו שניים של הפרמטרים המדעיים המשפיעים ביותר.

הממשק בין נטייה ו אקסצנטריות אינו רק תיאורטי; הוא מכתיב את הבורסות בעולם האמיתי במדים כיסוי, טלוויזיות נתונים וצריכת דלק עבור תחזוקת תחנה. מאמר זה חוקר כל פרמטר בפירוט, בוחן כיצד הם משלבים כדי לייצר התנהגויות מסלול ייחודי, ומספק הדרכה מעשית לבחירת התצורה הנכונה למשימה נתונה.

המונחים: the angle that Defines Coverage

הפליטה היא הזווית בין המטוס המקיפים של לוויין לבין המטוס המשווה של כדור הארץ, שנמדד בדרגות מ-0° (באופן ישיר מעל קו המשווה) ל-180° (המעבר לדרגה) באופן רשמי, היא הטיה של המסלול ביחס לקו המשווה השמימי. פרמטר גיאומטרי פשוט זה יש השלכות עמוקות על אילו חלקים של פני כדור הארץ יכולים לראות ולעתים קרובות על המיקום שניתן.

מימון של אינפלציה

הנטייה של לוויין נקבעת בשיגור, בעיקר על ידי קווי הרוח של אתר השיגור וכיוון ההשקה.לדוגמה, טיל שהושק ממזרח ממרכז החלל קנדי (28.5 מעלות צלזיוס) באופן טבעי תשיג נטייה קרובה ל 28.5 מעלות.שינוי נטייה במסלול צורכת דחף משמעותי - הרבה יותר מאשר תמרונים מסלוליים אחרים - כך הבחירה הראשונית היא לעתים קרובות קבוע לחיים של המשימה.

ערך הנטואי משפיע ישירות על מסלול הקרקע של הלוויין. לוויין עם נטייה 0 מעלות (סבב קוהטורי) יישאר תמיד ישירות מעל קו המשווה, מה שהופך אותו אידיאלי עבור תקשורת גיאוסטציונרית ולוויני מזג אוויר. בניגוד, מסלול כמעט קוטבי (סביב 90 מעלות נטייה) יעבור כל קו רוחב מקוטב לקוטב, מתן כיסוי עולמי לאורך זמן - הפופולריות שלו להתבוננות כדור הארץ וחידושים.

כיתות עיקריות

  • (FLT:0) אורביטים אורביטים ( ° - 10°): 1 מסלולים אלה נשארים קרובים לקו המשווה.הדוגמה המפורסמת ביותר היא מסלול כדור הארץ הגיאוגרפי (GEO), שבו לוויין ב 0 ° נטייה וגובה של בערך 35,786 ק"מ נראה מרחף מעל נקודה קבועה על קו המשווה.
  • (FLT:0)Low-Inclination Orbits (10° - 60°): LT:1 מסלול כדור הארץ נמוך רבים (LEO) קבוצות, כגון Starlink ו- OneWeb, לפעול בנטיות בסביבות 5 ° - 55°. נטייה זו מספקת כיסוי טוב של קווי ביניים מאוכלסים, בעוד עדיין קל יחסית להגיע מאתרי השיגור העיקריים.
  • (FLT:0) אורביטס (90°): ההרחבה של Aקוט עוברת ישירות מעל הקוטב הצפוני והדרום.כפי שכדור הארץ מסתובב מתחת ללווין, המסלול הקרקע משתנה מערבה, ובסופו של דבר מכסה כל נקודה על פני כדור הארץ.ארל מסלולים הם חיוניים למיפוי, ניטור, מעקב, מעקב אחר קרח, והתחדשות צבאית.
  • (FLT:0 Sun-Synchronous Orbits ( ⁇ 96 ° - 98°): ⁇ FLT:1 מסלולים מיוחדים אלה נועדו כך שהמטוס המקיף של הלוויין עובר באותה רמה כמו כדור הארץ מקיף את השמש, כלומר הלוויין תמיד חוצה את קו המשווה באותו זמן סולארי מקומי.
  • (FLT:0) העברת אורביטס (>90°): איורים 1:1 מעל 90 מעלות פירושו מסלולי לוויין בכיוון המנוגד לסיבוב כדור הארץ (מערב) מסלולים אלה הם נדירים כי הם דורשים אנרגיה נוספת שיגור, אבל הם יכולים להיות שימושיים עבור דפוסי כיסוי מסוימים או להשיג שיעורי הכנה ספציפיים.

כיצד lination משפיע על ביצועי המשימה

(ב) לאורכו של [[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

בנוסף, ההשתלה משפיעה גם על זמינות החלון ועל המהירות הנדרשת מהרקטה.התחילה קרוב יותר לקו המשווה מספק דחיפה גדולה יותר מהסיבוב של כדור הארץ, צמצום דרישות הדלק.לדוגמה, שיגור מאתר ב-5°N (כמו מרכז החלל גיאנה) למסלול קוהי הוא יעיל משמעותית יותר מאשר שיגור מאתר קווי הרוח גבוה יותר.

עבור קבוצות תקשורת, נטייה יחד עם הגובה מגדירה את הזמן הויזואלי על משתמש מסוים.קבוצת Iridium (86° נטייה) מבטיחה כיסוי גלובלי מתמשך כולל קוטבים, בעוד נטייה נמוכה יותר תשאיר אזורי קוטבי ללא שירות.

אקסצנטריות: הצורה השולטת ב-Dwell Time

(הופנה מהדף [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1966]], [[1966]]]]]]]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

מעגלי מול אליפותטי אורביט

במסלול מעגלי, הלוויין שומר על גובה קבוע ומהירות קבועה, מפשט את הדור של כוח, ניהול תרמי ותקציבי קישור תקשורת.יציבות זו הופכת את ברירת המחדל עבור יישומים רבים, כגון LEO ו- GEO תקשורת, שבו תנאים עקביים הם רב-חשיבות.

במסלול אלקטי, ללוויינים יש נקודה הקרובה ביותר (פרק) ונקודת רחוק (apogee) על פי חוקי קפלר, הלווין נוסע במהירות רבה ב perigee ואט ביותר ב-Apogee.ש זה מאפשר ללוויינים להוציא חלק גדול מתקופת המסלול שלה ליד apogee, בעיקר על פני אזור ספציפי של אדמה.

סוגים של משטרים אקסצנטריים

  • (FLT:0) Near-Circular (eFLT:1 כמעט כל לווייני LEO ו- GEO פועלים עם אקסצנטריות נמוכה מאוד. אקסצנטריות קטנות יכולות להתעורר משגיאות הזריקה או הפרעות, אבל הם מתוקנים באמצעות לכידת תחנה.ה- GPS, למשל, שומר אקסצנטריות מתחת ל- 0.005 כדי להבטיח כיסוי אחיד ותזמון צפוי.
  • (FLT:0)Moderate Eccentricity (0.01 - 0.5): איורים 1: 1:1 כמה משימות מדעיות להשתמש אקסצנטריות בינונית כדי לשנות את הגובה עבור המדידות בתוך אזורים שונים של מגנטית או אווירה.
  • (FLT:0) במיוחד אלאוליטי (e> 0.5): איור 1:1 הדוגמה המפורסמת ביותר היא מסלול מולניה, עם אקסצנטריות של ⁇ בערך 0.74 ונטייה של 63.4°. מסלול זה יש apogee מעל 39,000 ק"מ (Similar to GEO High High High) ו- acigee בערך 1,000 ק"מ.The Satellites 11-עשר שעות של קו הרוחב, כמו ה-S) ו-Halths for the Air-Hernances, S.

השלכות אקסצנטריות על עיצוב המשימה

בחירת אקסצנטריות כוללת איזון של הומוגניות כיסוי כנגד היכולת להתמקד משאבים על אזור מסוים. מסלול מעגלי מספק זמני פיקוח אחידים על פני כל המשרות והקווי הרוח בתוך הלהקה. An elliptical מקיף זמן על אזור apogee, אשר יכול להיות מועיל עבור ניטור אסון, מעקב מתמשך, או שידור לאזור קבוע ללא צורך לווייניים מרובים.

עם זאת, אקסצנטריות גבוהה מציגה אתגרים: וריאציות גדולות בגובה גורמים לשינויים בגרור האטמוספרי (ב perigee), סביבת קרינה (באמצעות חגורת ואן אלן), והארון הסולארי.האוטובוס הלווין חייב להיות מתוכנן לטפל בקיצוניות אלה.בנוסף, את הריאציות במהירות המקיפה את Doppler עבור אותות רדיו.

אקסצנטריות משפיעה גם על החיים המקיפים.עבור גובה של perigee, אקסצנטריות גבוהה יותר פירושה שהלוויין מבלה פחות זמן באזור ה-Gear-prone perigee, פוטנציאל להרחיב את המשימה אם האפוקליפסה גבוהה מספיק.

שילוב של אסטוניזציה ו אקסצנטריות: Real-World Orbits

הכוח האמיתי של עיצוב מסלול עולה כאשר נטייה ו אקסצנטריות נבחרים יחד כדי לענות על מגבלות משימה ספציפיות.מספר סוגי מסלול קלאסיים ממחישים את הסינרגיה הזו.

אורביט גיאוסטציונרי (GEO)

GEO דורשת גם אפס נטיות (יחסית למטוס המשווה) ואפס (near-zero) אקסצנטריות.כל סטייה תגרום ללוויינים לסחף צפונה/דרום/דרום/מערב, הדורשת קבוע-keeping תחנה.שילוב של נטיות 0 מעלות ו-0 אקסצנטריות מבטיח נקודה קבועה מעל קו המשווה, שהוא חיוני לאנטנות שחייבות להישאר בתחנת הליטורגמת של 0.8°, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם כי אם כי יש צורך לנטומנטליות של 4.

מולניה וטולורה אורביטס

אלה הם מסלולים אקסצנטריים מאוד עם נטייה ספציפית (63.4 מעלות עבור מולניה, 63.4 מעלות עבור Tundra למרות Tundra יש אקסצנטריות נמוכה יותר ותקופה ארוכה יותר) כדי לנצל את העובדה כי ב נטייה זו, הטיעון של perigee נשאר קבוע (לא הכנה בשל obcentrics) מסלול מולניה משלב אקסצנטריות גבוהה (074 עם 63.4 שעות ביממה, 000) מאפשר אורך לווייניטי למשך פחות מ אורכו של 120.3 שעות).

אורביטס אורב כרוני (SSO) עם אקסצנטריות נמוכה

רוב לווייני תצפית כדור הארץ (למשל, לנדסאט, Sentinel-2, Planet's Doves) משתמשים במסלולים דו-קוטבים, סנכרון שמש עם אקסצנטריות נמוכה מאוד (למשל <0.0001).הצורה הקרובה-חברתית מבטיחה גובה קבוע (ולכן החלטה קבועה), בעוד סינכרונל השמש (מחל על ידי בחירת נטייה של -98) מבטיחה שילובים עקביים של זמן זיהוי זהה.

ביקורת ביקורת Orbits

בנטייה של 63.4 מעלות (והשלימה 116.6 מעלות), ההסתה בשל העקשנות של כדור הארץ אינה גורמת לטיעון של perigee ל precess.זה ידוע כנטייה קריטית.עבור מסלולים אלפטיים ביותר, בחירת נטייה זו מונעת סחף טבעי של הגינות apogee, שמירה על האזור השוכן על פני השטח הרצוי ללא צורך לדחוף את ה-מולניה.

שיקולים מעשיים לבחירת Orbit

בעת תכנון משימת לווייני, מהנדסים חייבים לשקול מספר גורמים הקשורים לנטייה ו אקסצנטריות.

אתר אינטרנט Constraints

הגינות של אתר השיגור מטילה נטייה מינימלית שווה לקווי הרוח (לבואה ישירה) להשיג נטייה נמוכה יותר, הטיל חייב לבצע תמרון של מטוס יקר.לדוגמה, מרכז החלל של גויאנה האירופאי (5°N) יכול להכניס ישירות למסלולים ליד קוהוריים, בעוד הפלסק הרוסי (62.8 מעלות) מוגבל לנטיות גבוהות יותר, אלא אם כן שינוי המטוס מבוצע.

תחנת קרקע Visibility

עבור מסלולים נמוכים לכדור הארץ, נטייתו קובעת כמה פעמים ביום לוויין עובר על תחנת קרקע נתונה. מסלול הקוטב יעבור בתחנת הקוטב לעתים קרובות מאוד (כל 90 דקות), בעוד תחנת קוהור תראה אותו רק פעמיים למסלול אם הקווי הרוחב נמצא בתוך הלהקה המקיפה.עבור קבוצות כוכבים הדורשות מגע רציף, יש לבחור כך שתחנת הרכבת התחתית והקרקע הקדמית חופפת.

הפרעות אורביטליות

הן נטיות והן אקסצנטריות מושפעות מהפרעות טבעיות.העקביות של כדור הארץ (J2 אפקט) גורמת למטוס המקיפים לטראנסים (העברה חד-צדדית) בשיעור תלוי בנטייה ובגובה.אפקט זה ניתן לרתום עבור דלקת סינכרוניות שמש, אך זה גם גורם לשינויים לא רצויים עבור דפוסים קבועים של כיסוי.

עסקאות ב-Data Latency and Coverage

עבור תקציב נתון, מעצב חייב לבחור בין מספר לווינים במסלולים אלפטיים מאוד (הספק זמן רב אך רב יותר בין עוברי Apogee) מול לווינים רבים במסלולים מעגליים נמוכים (הספק חלונות תכופים אך קצרים יותר) קבוצת Iridium (66 לווייני קוטבי) מציעה ליד כיסוי גלובלי, בעוד מולטי יחיד מציע כיסוי קבוע של 8 שעות לאחר מכן.

יישומים מתקדמים ומגמות עתידיות

מושגים חדשים של שליחות דוחפים את הגבולות של נטייה מסורתית ואפשרויות אקסצנטריות.ל-geostationary מסלול (NGSO) קבוצות אינטרנט פס רחב, כגון Starlink, להשתמש בגבהים מרובים ונטיות כדי למקסם את היכולת ולמזער את ההתערבות.כמה לווייני סטארלינק פועלים ב-550 ק"מ עם 5 ° נטייה, אחרים ב-1,150 ק"מ עם 70 מעלות נטייה - שילוב המספק כיסוי עולמי עם טמפרטורות נמוכות.

כרוב טבוריות ולוויינים קטנים לעתים קרובות חזירות על שיגורים, כלומר הנטייה שלהם נקבעת על ידי מסלול היעד העיקרי של המטען. כמו שיתוף רכיבה הופך נפוץ יותר, מעצבי לוויין קטנים יותר ויותר המסחר בדחף אידיאלי בעלות נמוכה יותר.עם זאת, כמה משגרים קטנים ייעודיים (למשל, Rocket Lab, Rocket Lab, Virgin Orbit) יכולים להשיג נטיות מותאמות אישית, ומאפשרים מסלולים להתבוננות כדור הארץ מגבהים נמוכים.

משימות בין כוכבי לכת גם להשתמש בנטיות וב אקסצנטריות, אך יחסית לקווי המשווה הפלנטריים ולגופי היעד.לדוגמה, המקיפים את מאדים משתמשים לעתים קרובות במסלולים הקוטביים הקרובים (התחילה -93°) למיפוי עולמי, בעוד אלה הלומדים את האווירה המאדים עשויים להשתמש במסלולים אקסצנטריים מאוד כדי לטעום הן את האטמוספירה התחתונה.

מסקנה

ההרחבה וה אקסצנטריות אינן רק נקודות שוליים טכניות; הן הצלעות הבסיסיות שמעצבי המשימה פונים לעצב כל היבט של פעולת לוויין.הלינוס מגדיר את הגישות נגישות והשפעות שיגור ותבניות מגע קרקעיות. אקסצנטריות שולטת במהירות ובגובה, ומאפשרת כיסוי אחיד או מרוכזת על אזורי עניין ביחד, הן קובעות תבניות קרקעיות, רזרבות, זמניות, וזמני עיצוב כלליים.

מלוויינים Equatorskirting GEO שמחזקים את שידורי הטלוויזיה שלנו לתחנות המקוונות המנטרות את שינויי האקלים, וממערכות האזהרות של צפון לקונסטלציה האינטרנט של LEO המביכות בין העולם, כל משימה מוצלחת מייצגת משימה מוצלחת - ולעתים חדשנית - , כ"חלים" של שני מרכיבים אלה.

(ב) לקריאה נוספת על מכניקת מסלול ודוגמאות עיצוב מעשיות, ראה את המשאבים המקיפים המסופקים על ידי פורטל ה-FLT:0NASA SmallSat InstituteFLT:1, TheFLT:2 European Space Agency's Pathal מכוני פורטל 3FLT 3, ו-Deramt-Flinkical text-FLT:4Fundamentals of AstrodynamicsLT:5 by Bate, מולר ו-Flinkives: