Солнечно-синхронная орбита

Солнечно-синхронная орбита (зеленый)

Как солнце -задней ВОМ синхронная орбита или солнечно-синхронная орбита (также ВС синхронной орбиты , сокращенно  ССЫ ) называется орбитой вокруг планеты которой плоскость орбиты проходит то же самое изменение вращения , как обведенные планеты вокруг Солнца . В результате плоскость орбиты имеет фиксированный угол к линии планета-солнце.

Для Земли это означает, что плоскость орбиты спутника совершает оборот вокруг Земли один раз за один год ( период обращения Земли вокруг Солнца).

Планета-синхронной орбите вокруг Солнца , например , Б. по орбите, заданной точками Лагранжа .

характеристики

Без помех спутник вращается вокруг Земли с постоянным угловым моментом в плоскости, которая неподвижна в космосе (фиолетовая кривая на рисунке выше). Однако сплющивание земли вызывает крутящий момент и приводит к смещению прямого восхождения восходящего узла . На орбитах против вращения Земли (т. Е. Под  углом> 90 °) эта прецессия действует в том же направлении, что и вращение Земли .

Прецессия тем больше, чем меньше наклон и высота полета (см. Расчет ниже). При соответствующем выборе угла наклона и высоты орбита смещается ровно настолько, чтобы совершать оборот вокруг Земли один раз в год (зеленая кривая на рисунке выше).

Солнечно-синхронная орбита с положением восходящего узла и фиксированным временем пролета, например Б. 60 ° с.ш., 21:00 и 12:00.

В случае SSO плоскость орбиты спутника всегда проходит через точку на поверхности планеты в одно и то же местное время , если географическая широта местоположения находится в пределах области, которая ограничена наклоном орбиты. Из-за постоянного местного времени пролета наблюдения в разные дни можно легко сравнить друг с другом, поскольку при одинаковом угле падения солнечных лучей (не: одинаковом угле падения ...; из-за дополнительного влияния сезоны на положение солнца) отражение поверхностей практически не меняется.

В качестве нового элемента спутниковой орбиты местное время восходящего узла (англ. Local Time of Ascending Node , LTAN) определяет местное время пролета.

Если спутник движется по сумеречной зоне (утренний или вечерний час, англ. Dusk-Dawn ) в 9 ч LTAN, высоту объектов можно определить по длине тени, отбрасываемой на оптических записях. Если спутник вращается вокруг Земли таким образом, что он не проходит мимо земной тени (около 6 часов LTAN, наклон более 101,45 °), он может непрерывно снабжаться энергией от солнечных батарей . Батареи на борту требуются только на этапе запуска или в случае потери контроля положения .

Примеры применения:

• Метеорологические спутники, такие как TIROS , Nimbus , DMSP , METOP
• Спутники исследования Земли, такие как Landsat , ERS , Sentinel-2
• Спутники наблюдения за Солнцем , такие как ACRIMSat , TRACE , Hinode
• Исследовательские спутники, такие как DLR-TUBSAT
• некоторые космические телескопы, такие как Инфракрасный астрономический спутник , Wide-Field Infrared Survey Explorer .

расчет

Высота и наклон солнечной синхронной орбиты

Зависимость скорости циркуляции от высоты полотна

Прецессия солнечно-синхронной орбиты рассчитывается как: ${\ displaystyle \ omega _ {p}}$

${\ displaystyle \ omega _ {p} = {\ frac {3} {2}} \ left ({\ frac {a} {r}} \ right) ^ {2} J_ {2} \, \ omega \ cos я}$

с участием:

• на радиус Земли на экваторе (6378 км)${\ displaystyle a}$
• радиус орбиты спутника${\ displaystyle r}$
• коэффициент расширения потенциала земли${\ displaystyle J_ {2}}$ (1,082 × 10 ^-3 ); он описывает массу Земли на экваторе, которая вызывает прецессию и смещение прямого восхождения восходящего узла.
• угловая скорость спутника${\ displaystyle \ omega}$
• наклон .${\ displaystyle i}$

Если принять во внимание зависимости от орбитальной скорости от радиуса орбиты (второй рисунок), зависимость между наклоном и высотой орбиты , показанной на первых результатах фигуры : ${\ Displaystyle v (г)}$ ${\ displaystyle v = \ omega (r) \ cdot r}$${\ displaystyle i}$${\ displaystyle ra}$

• при наклоне 96 ° крутящий момент на орбитальный угловой момент очень мал; спутник должен будет вращаться вокруг Земли на SSE ниже 100 км. Возмущения земной атмосферы оказывают сильное влияние на эту низкую орбиту . Поэтому орбиты SSE с таким малым наклонением (и высотой до 6000 км) не имеют практического значения.
• Вместо этого спутники наблюдения Земли летают под наклоном от 98 ° до 99 °, потому что соответствующая высота от 650 км до 900 км является хорошим компромиссом между помехами от земной атмосферы и расстоянием до объектов, наблюдаемых на Земле. Если вы вставите эти значения в приведенную выше формулу и переставите их (или прочтете из второй диаграммы), вы получите скорость вращения примерно 7,5 км / с для реалистичной солнечно-синхронной орбиты, что соответствует примерно 14,5 орбитам. вокруг земли в день или примерно 1:40 ч за цикл.${\ displaystyle \ omega}$

Смотри тоже

• Полярная орбита : проходит над полюсами, наклон близок к 90 °, но не обязательно синхронизирован с Солнцем.

Индивидуальные доказательства

1. ↑ http://design.ae.utexas.edu/mission_planning/mission_resources/orbital_mechanics/Sun_Synchronous_Orbits.pdf

веб ссылки

• Хиллхаус, Джеймс Д. (1999): "Солнечные синхронные орбиты для спутниковой системы солнечной энергии Земли" (pdf, eng; 32 kB)
• Неизвестно (1999): "Орбитальная механика с Numerit - солнечно-синхронная орбитальная конструкция" (pdf, eng; 14 kB)