Что значит эллиптическая орбита

Высокая эллиптическая орбита

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

Содержание

Предназначение

Орбиты ВЭО могут иметь любое наклонение, но часто имеют наклонение близкое к 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).

Достоинства и недостатки

Спутники на ВЭО обладают следующими достоинствами:

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

Примеры использования

Существует несколько известных систем, которые используют высокоэллиптические орбиты.

Орбита «Молния»

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

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.

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

Орбита «Тундра»

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 46 000-52 000 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.

См. также

Спутники связи на высокоэллиптических орбитах:

Примечания

Ссылки

Классические	Наклонение · Долгота восходящего узла · Эксцентриситет · Аргумент перицентра · Большая полуось · Средняя аномалия на эпоху
Другие	Истинная аномалия · Малая полуось · Эксцентрическая аномалия · Средняя долгота · Истинная долгота · Период обращения

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

Полезное

Смотреть что такое «Высокая эллиптическая орбита» в других словарях:

Орбита захоронения — Орбитой захоронения считается орбита, высота которой на 200 километров превышает высоту геостационарной орбиты. На орбиту захоронения отправляются отработавшие орбитальные аппараты для уменьшения вероятности столкновений и освобождения места на… … Википедия

Орбита Луны — Орбита Луны траектория, по которой Луна вращается вокруг общего с Землёй центра масс, располагающегося примерно в 4700 км от центра Земли. Каждый оборот занимает 27,3 земных суток и называется сидерическим месяцем. В среднем Луна удалена от … Википедия

Полусинхронная орбита — Полусинхронная орбита орбита суточной кратности с периодом обращения, равным половине сидерического периода обращения (звёздных суток) центрального тела. В случае с искусственным спутником Земли спутник на такой орбите совершает два витка… … Википедия

Геопереходная орбита — (ГПО) орбита, являющаяся переходной между низкой опорной орбитой (НОО) (высота порядка 200 км) и геостационарной орбитой (ГСО) (35 786 км). В отличие от НОО и ГСО, которые в первом приближении являются круговыми, переходная орбита это … Википедия

Гелиоцентрическая орбита — Гелиоцентрическая орбита эллиптическая траектория движения небесного тела вокруг Солнца … Википедия

Геостационарная орбита — (ГСО) круговая орбита, расположенная над экватором Земли (0° широты), находясь на которой искусственный спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси. В горизонтальной системе… … Википедия

Геосинхронная орбита — (GSO) орбита обращающегося вокруг Земли спутника, на которой период обращения равен звёздному периоду вращения Земли 23 час. 56 мин. 4,1 с. Частным случаем является круговая орбита, лежащая в плоскости земного экватора, для которой… … Википедия

Полярная орбита — … Википедия

Низкая опорная орбита — (НОО, низкая околоземная орбита) орбита космического аппарата около Земли. Орбиту правомерно называть «опорной», если предполагается её изменение увеличение высоты или изменение наклонения. Если же маневры не предусмотрены или… … Википедия

Оскулирующая орбита — объекта в пространстве (в заданный момент времени) гравитационная кеплерова орбита (то есть эллипс или другое сечение конуса) относительно центрального тела, которую этот объект (в соответствии с его фактическим положением и скоростью в… … Википедия

Источник

Почему орбиты эллиптические, а не круглые?

Почему планеты вращаются вокруг звезды на определенной эллиптической орбите со звездой на одном из ее фокусов? Почему орбита не круг?

Законы о сохранении

Полная энергия орбиты определяется как где первая часть члена является кинетической энергией, а вторая часть является потенциальной гравитационной энергией планеты. Его сохранение, а также тот факт, что он вызывает правильную потенциальную энергию, может быть доказано фундаментальной теоремой исчисления для линейных интегралов.

Определите вектор Лапласа-Рунге-Ленца как Также сохраняется: ˙ A

Упрощая

Почему эллипсы?

Почему не круги?

E > 0 ‘ role=»presentation»> E > 0 E = 0 ‘ role=»presentation»> E = 0 f ‘ role=»presentation»> f

e = A / ( m 2 μ ) ‘ role=»presentation»> e = A / ( m 2 μ )

Из всех планет солнечной системы Венера с эксцентриситетом 0,007 имеет самую круговую орбиту.

r ˙ ‘ role=»presentation»> r ˙ ϕ ˙ ‘ role=»presentation»> ϕ ˙

Вот изображение, показывающее эксцентриситет некоторых тел в солнечной системе, извлеченный отсюда :

Я всегда предпочитаю ответы, которые стараются избегать любых формул и вместо этого отвечают на аргументацию. Что касается части вопроса, почему не все орбиты являются круглыми, аргументация будет такой:

Но для каждого отклонения этого точного импульса результирующая кривая не может быть кругом:

Источник

Эллиптическая орбита

СОДЕРЖАНИЕ

Скорость [ править ]

Орбитальный период [ править ]

Энергия [ править ]

Используя теорему вириала, находим:

Энергия в терминах большой полуоси [ править ]

Может быть полезно знать энергию в терминах большой полуоси (и задействованных масс). Полная энергия орбиты определяется выражением

Вывод [ править ]

Поскольку гравитация является центральной силой, угловой момент постоянен:

L ˙ знак равно р × F знак равно р × F ( р ) р ^ знак равно 0 <\ Displaystyle <\ точка <\ mathbf >> = \ mathbf \ times \ mathbf = \ mathbf \ times F (r) \ mathbf <\ hat > = 0 >

На самом близком и самом дальнем подходе угловой момент перпендикулярен расстоянию от вращающейся массы, поэтому:

Полная энергия орбиты определяется выражением

Мы можем заменить v и получить

E = 1 2 L 2 m r 2 − G M m r <\displaystyle E=<\frac <1><2>><\frac >>>-G<\frac >> .

Это верно для r, являющегося ближайшим / самым дальним расстоянием, поэтому мы получаем два одновременных уравнения, которые мы решаем для E:

E = − G M m r 1 + r 2 <\displaystyle E=-G<\frac +r_<2>>>>

Угол траектории полета [ править ]

Уравнение движения [ править ]

От исходной позиции и скорости [ править ]

В этом случае удобно использовать следующие предположения, которые несколько отличаются от стандартных предположений, приведенных выше:

Использование векторов [ править ]

Общее уравнение эллипса при этих предположениях с использованием векторов:

Длину большой полуоси (а) можно рассчитать как:

Использование координат XY [ править ]

Это можно сделать в декартовых координатах, используя следующую процедуру:

Общее уравнение эллипса при сделанных выше предположениях:

( f x − x ) 2 + ( f y − y ) 2 + x 2 + y 2 = 2 a ∣ z = 0 <\displaystyle <\sqrt <\left(f_-x\right)^<2>+\left(f_-y\right)^<2>>>+<\sqrt +y^<2>>>=2a\qquad \mid z=0>

e x = r x r − h v y μ <\displaystyle e_=<\frac >>-<\frac ><\mu >>\quad > то вектор эксцентриситета координаты e y = r y r + h v x μ <\displaystyle e_=<\frac >>+<\frac ><\mu >>\quad >

Наконец, пустые координаты фокуса

Теперь полученные значения fx, fy и a можно применить к общему уравнению эллипса, приведенному выше.

Параметры орбиты [ править ]

Солнечная система [ править ]

Радиальная эллиптическая траектория [ править ]

История [ править ]

Источник

Эллиптическая орбита

Из Википедии — свободной энциклопедии

Эллиптическая орбита — в астродинамике и небесной механике кеплерова орбита с эксцентриситетом меньше 1. Круговая орбита является частным случаем эллиптической орбиты при нулевом эксцентриситете. В более строгом определении эллиптической орбиты круговые орбиты исключаются; таким образом, эллиптические орбиты имеют эксцентриситет строго больше нуля и меньше единицы. В более широком смысле эллиптической орбитой является кеплерова орбита с отрицательной энергией. Такое определение включает и радиальные эллиптические орбиты, эксцентриситет которых равен единице.

В рамках гравитационной задачи двух тел при отрицательной энергии тела движутся по эллиптическим орбитам с одинаковым периодом вокруг барицентра. Также положение одного тела относительно другого описывает эллиптическую орбиту.

В числе примеров эллиптических орбит можно указать гомановскую траекторию, орбиту «Молния» и орбиту «Тундра».

Источник

Типы спутниковых орбит и их определения

Заметки и детали о спутниковых орбитах: базовая информация; различные типы спутниковых орбит; определения спутниковых орбит.

В наше время человечество использует несколько различных орбит для размещения спутников. Наибольшее внимание приковано к геостационарной орбите, которая может быть использована для «стационарного» размещения спутника над той или иной точкой Земли. Орбита, выбираемая для работы спутника, зависит от его назначения. К примеру, спутники, используемые для прямого вещания телевизионных программ, помещают на геостационарную орбиту. Многие спутники связи также находятся на геостационарной орбите. Другие спутниковые системы, в частности те, которые используются для связи между спутниковыми телефонами, вращаются на низкой околоземной орбите. Аналогично спутниковые системы, используемые для систем навигации, таких как Navstar или Система глобального позиционирования (GPS), также находятся на относительно низких околоземных орбитах. Существует ещё бесчисленное множество других спутников – метеорологические, исследовательские и так далее. И каждый из них, в зависимости от своего назначения, получает «прописку» на определённой орбите.

Читайте также: Геостационарная спутниковая орбита (GEO)

Конкретная орбита, избираемая для работы спутника, зависит от множества факторов, среди которых – функции спутника, а также обслуживаемая им территория. В одних случаях это может быть крайне низкая околоземная орбита (LEO), находящаяся на высоте всего 160 километров над Землёй, в других случаях спутник находится на высоте более 36 000 километров над Землёй – то есть, на геостационарной орбите GEO. Более того, ряд спутников использует не круговую орбиту, а эллиптическую.

Притяжение Земли и спутниковые орбиты

По мере обращения спутников на околоземной орбите они потихоньку с неё смещаются из-за силы притяжения Земли. Если бы спутники не вращались по орбите, они бы начали постепенно падать на Землю и сгорели бы в верхних слоях атмосферы. Однако само вращение спутников вокруг Земли создаёт силу, отталкивающую их от нашей планеты. Для каждой из орбит существует своя расчётная скорость, которая позволяет сбалансировать силу притяжения Земли и центробежную силу, удерживая аппарат на постоянной орбите и не давая ему ни набирать, ни терять высоту.

Вполне понятно, что чем ниже орбита спутника, тем сильнее на него влияет притяжение Земли и тем большая требуется скорость для преодоления этой силы. Чем больше расстояние от поверхности Земли до спутника – тем, соответственно, меньшая требуется скорость для его нахождения на постоянной орбите. Для аппарата, вращающегося на расстоянии около 160 км над поверхностью Земли, требуется скорость примерно 28 164 км/ч, а это значит, что такой спутник совершает виток вокруг Земли примерно за 90 минут. На расстоянии 36 000 км над поверхностью Земли спутнику для нахождения на постоянной орбите требуется скорость немногим менее 11 266 км/ч, что даёт возможность такому спутнику обращаться вокруг Земли примерно за 24 часа.

Определения круговой и эллиптической орбит

Все спутники обращаются вокруг Земли, используя один из двух базовых типов орбит.

Читайте также: Высокие эллиптические спутниковые орбиты (HEO)

Существует множество различных определений, связанных с различными типами спутниковых орбит:

1. Ускорительная орбита: Обращение спутника вокруг Земли называют ускорительным, если спутник вращается в том же направлении, в котором вращается Земля;
2. Ретроградная орбита: Обращение спутника вокруг Земли называют ретроградным, если спутник вращается в направлении, противоположном направлению вращения Земли.

Для этих орбит, как правило, характерно смещение трассы орбиты каждого спутника в западном направлении, поскольку Земля под спутником обращается в восточном направлении.

1. Восходящий узел: Это узел, в котором трасса орбиты переходит из южного полушария в северное.
2. Нисходящий узел: Это узел, в котором трасса орбиты переходит из северного полушария в южное.

Прочие показатели, связанные со спутниковой орбитой

Для того чтобы спутник мог использоваться для предоставления услуг связи, наземные станции должны иметь возможность «следить» за ним с целью получения с него сигнала и отправки сигнала на него. Понятно, что связь со спутником возможна лишь в то время, когда он находится в зоне видимости наземных станций, и, в зависимости от типа орбиты, он может находиться в зоне видимости лишь в короткие промежутки времени. Для уверенности в том, что связь со спутником возможна в течение максимального промежутка времени, существует несколько вариантов, которые можно использовать:

Круговые орбиты можно классифицировать по нескольким параметрам. Такие термины, как Низкая околоземная орбита, Геостационарная орбита (и им подобные) указывают на отличительную черту конкретной орбиты. Краткий обзор определений круговых орбит представлен в таблице ниже.

Читайте также: Низкая околоземная орбита (LEO)

Для выполнения некоторых задач может требоваться размещение спутника на высокой околоземной орбите. В этих случаях период обращения спутника вокруг Земли превышает 24 часа, а кроме того расстояние до спутника является немалым, что приводит к большей задержке во время движения сигнала с Земли к спутнику и назад, а также большим потерям сигнала.

Выбор орбиты спутника зависит от функций, которые он выполняет. В то время, как для организации прямого вещания и подобных услуг, как правило, используются спутники, расположенные на геостационарных орбитах, для систем GPS и даже для мобильной телефонии используются спутники, вращающиеся намного ниже.

Источник