Константинов М.С., Каменков Е.Ф., Перелыгин Б.П., Безвербый В.К. Механика космического полета (1989) (1246269), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Это произойдет из-за суточного вращения Земли. Спутник, сделав виток траектории с точностью до возмущений, попадает в ту же точку в инерциальном пространстве, а Земля за это время повернулась и «подставила» под спутник другую свою точку. Таким образом, через виток траектории (в момент 1, +Т) координаты подспутниковой точки окажутся следующими: гр,„(1, + Т) = О; )., (15 + Т) = ) * — оз, Т. На рис. 3.14 на развертке поверхности Земли качественно представлена трасса спутника на двух витках траектории. Это кривые, смещенные одна относительно другой на величину пз.Т (на тот угол, на который поворачивается Земля за время одного оборота спутника). Если рассмотреть трассу спутника, двигающегося по некруговой орбите, картина несколько изменится.
В районе апогея орбиты угловая скорость радиуса-вектора спутника уменьшается, что приводит к искажению синусоидальной зависимости, представленной на рис. 3.14. Чтобы пояснить картину таких ис- кажений, можно рассмотреть сильно вытянутую орбиту с очень большими значениями апогея (г„). Угловая скорость радиуса-вектора спутника в апогее может оказаться меньше угловой скорости суточного вращения Земли. При этом Земля в своем вращении будет обгонять спутник, на трассе появятся так называемые «петли». На рис.
3.15 представлена качественная картина трассы на одном витке траектории спутника с большим эксцентриситетом орбиты, апогей которой находится в северном полушарии и совпадает с точкой максимального возвышения над плоскостью экватора (в этой точке аргумент широты равен 90'). Аргумент перицентра орбиты равен 270'. Если спутник запущен на экваториальную орбиту, то подспутниковыми точками такого спутника могут быть только точки экватора. В общем случае трассой экваториального спутника является весь экватор.
Действительно, спутник, находясь на низкой экваториальной орбите, проходит над всеми точками экватора, так как угловая скорость его радиуса-вектора больше угловой скорости Земли. Так, спутник, имеющий период вращения 90 мин, шестнадцать раз успевает обогнуть Землю по экватору, в то время как Земля сделает всего один оборот. Если спутник находится на круговой экваториальной орбите, то подспутниковая точка равномерно движется по экватору.
Если орбита эллиптическая, то подспутниковая точка движется неравномерно, Очень интересной для практики оказалась так называемая геостационарная (или просто стационарная) орбита, Это экваториальная круговая орбита, период обращения которой равен периоду обращения Земли вокруг своей оси. Найдем радиус такой орбиты. Приравнивая выражение для периода обращения спутника периоду вращения Земли (Т= 1 звездные сутки= =86164 с=23ч 56 мин 4 с), получим пз!2 ТФ Т'1 о~куда 1/и Т«( з / 398602 «м~1с 86!64~ с 42164 а=~ вп З !' а Таким образом, спутник, находясь на круговой экваторналшшй орбите с радиусом 42164 км (высотой над поверхностью Земли -35786 км), будет «висеть» над одной точкой экватора, так как угловые скорости радиуса-вектора спутника и Земли совпадают.
Понятно, что если запустить спутник на обратную экваториальную орбиту (1=180'), то подспутниковая точка будет облетать весь земной экватор независимо от радиуса орбиты. В этом случае направления вращения спутника и Земли противоположны. 145 Весьма интересны формы трасс спутников, орбиты которых имеют большую полуось 42164 км, но не круговые. Так, если такой спутник экваториальный, то его трассой является отрезок экватора. Это происходит из-за того, что движение спутника неравномерно; на части витка угловая скорость его радиуса-вектора превышает угловую скорость Земли ы., на другой части витка — меньше ы.. Поэтому в определенный момент спутник «обгоняет» Землю, а затем Земля «догоняет» спутник.
Так как периоды обращений совпадают, то это приводит к повторению цикла на одном отрезке экватора. Если рассмотреть трассы суточных спутников (спутников, период которых равен суткам) с наклонением, несколько отличным от нуля, то окажется, что трасса их имеет форму восьмерки, перекрестие которой расположено в некоторой точке экватора. При этом максимальная широта подспутниковой точки (высота восьмерки) равна наклонению плоскости орбиты спутника. Выбор орбиты ИСЗ Выбор орбит запускаемых ИСЗ осуществляется с учетам большого числа факторов. К этим факторам относятся условия старта и прежде всего географические координаты космодромов, которые могут быть использованы для старта ракет-носителей, возможные азимуты старта, положение на земной поверхности пунктов контроля и наблюдения и т.
д. Но основным фактором, во многом определяющим выбор орбиты ИСЗ, является назначение спутника. При классификации спутников по назначению нужно иметь в виду, что большое количество спутников неспециализированы и выполняют широкий спектр работ. К таким спутникам чаще всего относятся научно-исследовательские спутники, например спутники серии «Космос». Остановимся -на нескольких широко используемых системах спутников, имеющих специализированное назначение.
С путин ки связи в настоящее время очень широко эксплуатируются в мире. Их задача — ретранслировать информацию от передающего пункта, находящегося на поверхности Земли, к пунктам ее приема на поверхности Земли. При наиболее простой схеме такой ретрансляции спутник в течение всей передачи должен находиться в зоне видимости (радиовидимости) передающего и приемных пунктов. Поэтому при выборе орбиты спутника связи должен быть прежде всего решен вопрос о достаточной радиовидимости спутника или лучше системы спутников.
В нашей стране система спутниковой связи в течение длительного времени опиралась на спутники «Молния», которые до сих пор используются, в частности для передачи телевизионных программ в системе «Орбита» и обеспече- 146 ния эксплуатации дальней телефонно-телеграфной радиосвязи. Орбита спутника «Молния-1» является сильно вытянутой эллиптической орбитой с периодом, равным половине суток ( — 12 ч).
Высота перигея спутника выбирается малой, но обеспечивающей малые аэродинамические возмущения, — 500 км. Высота апогея при этом составляет порядка 40000 км. Такие значения высот апогея и перигея обеспечивают период 12 ч. Наклонение орбиты спутника «Молния-!» выбирается 63,5'. Такое положение обеспечивает отсутствие векового ухода линии апсид (положения перигея орбиты относительно экваториальной плоскости), связанное с нецентральностью гравпта"ионного поля Земли, точнее, связанное со сжатием Земли. Спутник запускается так, чтобы аргумент перицентра его орбиты был равен 270', при этом перигей орбиты оказывается в ю:ином полушарии, а апогей — в северном полушарии. То, что апогей находится в северном полушарии и не имеет векового ухода, обеспечивает длительное нахождение спутника в северном полушарии.
Из 12 ч своего периода 11 ч он находится в районе своего апогея (свойство сильно вытянутой орбиты), при этом он смещается по долготе не более чем на 10'. Именно это свойство и используется. Положение орбиты в пространстве (долгота восходящего узла) выбирается так, чтобы в районе апогея спутник находился в зоне радиовидимости передающего пункта и приемных пунктов на территории СССР. Большая высота апоцентра обеспечивает при этом радиовндимость спутника с очень значительной части земной поверхности, включая полярные районы. Продолжительность сеансов связи между пунктами зоны видимости для одного спутника за сутки может достигать 8 ч.
Дело в том, что если на первом витке траектории спутник находится в апогее над восточным полушарием и обеспечивает устойчивую связь между точками территории СССР, то на втором витке траектории в апогее своей орбиты спутник находится над западным полушарием. Действительно, за 12 ч спутник делает полный оборот и приходит в ту же апогсйную точку, но Земля за это время делает половину оборота и «подставляет» под спутник точку западного полушария. Так что из двух оборотов спутника только один оборот (вернее его часть) рабочий. Отсюда становится понятным, почему период обращения спутника «Молния» выбран 12 ч.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
