Geocentrická oběžná dráha - Geocentric orbit

Geocentrická dráha nebo zemská orbita zahrnuje jakýkoliv objekt obíhá na Zemi , například měsíc nebo umělých družic . V roce 1997 NASA odhadovala, že kolem Země obíhalo přibližně 2465 umělých satelitů s užitečným zatížením a 6 216 kusů vesmírného odpadu, jak je sledovalo Goddardovo vesmírné letové středisko . Více než 16 291 dříve vypuštěných objektů se rozpadlo do zemské atmosféry .

Kosmická loď vstupuje na oběžnou dráhu, když je její dostředivé zrychlení v důsledku gravitace menší nebo rovné odstředivému zrychlení v důsledku horizontální složky její rychlosti. Pro nízkou oběžnou dráhu Země je tato rychlost asi 7800 m/s (28 100 km/h; 17 400 mph); Naproti tomu nejrychlejší rychlost letounu s lidskou posádkou, jaká kdy byla dosažena (bez rychlosti dosažené deorbitací kosmické lodi), byla v roce 1967 severoamerickou X-15 2200 m/s (7900 km/h; 4900 mph) . Energie potřebná k dosažení oběžné rychlosti Země v nadmořské výšce 600 km (370 mi) je asi 36  MJ /kg, což je šestkrát více energie, než je potřeba k vylétnutí do odpovídající výšky.

Kosmické lodě s perigeem pod asi 2 000 km (1 200 mi) podléhají odporu ze zemské atmosféry, což snižuje orbitální výšku. Rychlost orbitálního rozpadu závisí na průřezu a hmotnosti satelitu a také na změnách hustoty vzduchu v horní atmosféře. Pod zhruba 300 km (190 mi) se rozpad zrychluje, přičemž jeho životnost se měří ve dnech. Jakmile satelit klesne na 180 km (110 mi), trvá jen několik hodin, než se vypaří v atmosféře. Úniková rychlost musí vyprostit z gravitačního pole Země dohromady a krok do meziplanetárního prostoru je cca 11.200 m / s (40300 km / h, 25.100 mph).

Seznam pojmů a konceptů

Nadmořská výška
jak se zde používá, výška objektu nad průměrným povrchem zemských oceánů.
Analemma
termín v astronomii používaný k popisu vykreslení poloh Slunce na nebeské sféře během jednoho roku. Velmi se podobá osmičce.
Apogee
je nejvzdálenějším bodem, ze kterého se družice nebo nebeské těleso může dostat ze Země, ve kterém bude orbitální rychlost na minimu.
Excentricita
míra toho, jak moc se oběžná dráha odchyluje od dokonalého kruhu. Excentricita je striktně definována pro všechny kruhové a eliptické dráhy a parabolické a hyperbolické trajektorie .
Rovníková rovina
jak se zde používá, imaginární rovina sahající od rovníku na Zemi k nebeské sféře .
Úniková rychlost
jak se zde používá, minimální rychlost, kterou se objekt bez pohonu musí pohybovat na neurčito od Země. Objekt s touto rychlostí vstoupí do parabolické trajektorie ; nad touto rychlostí vstoupí do hyperbolické trajektorie .
Impuls
integrál ze síly v průběhu doby, po kterou se působí. Měřeno v ( N · s nebo lb * s).
Sklon
úhel mezi referenční rovinou a jiným letadlem nebo osy . Ve smyslu zde diskutován referenční rovina je zemské rovníkové letadlo .
Orbitální charakteristiky
šest parametrů keplerovských prvků potřebných k jedinečné specifikaci této oběžné dráhy.
Oběžná doba
jak je zde definováno, čas, který satelit potřebuje k vytvoření jedné plné oběžné dráhy kolem Země.
Perigee
je nejbližší přibližovací bod satelitu nebo nebeského tělesa od Země, ve kterém bude orbitální rychlost na svém maximu.
Hvězdný den
čas potřebný k otočení nebeského objektu o 360 °. Pro Zemi je to: 23 hodin, 56 minut, 4,091 sekundy.
Sluneční čas
jak se zde používá, místní čas měřený slunečními hodinami .
Rychlost
rychlost objektu v určitém směru. Protože je rychlost definována jako vektor , je k její definici zapotřebí rychlost i směr.

Geocentrické oběžné dráhy

Následuje seznam různých klasifikací geocentrických orbit.

Klasifikace nadmořské výšky

Oblasti oběžné dráhy Země na nízké (azurové) a střední (žluté) úrovni. Černá přerušovaná čára je geosynchronní oběžná dráha. Zelená přerušovaná čára je 20 230 km oběžná dráha používaná pro satelity GPS .
Nízká oběžná dráha Země (LEO)
Geocentrické oběžné dráhy v nadmořské výšce od 160 kilometrů (100 statutárních mil) do 2 000 kilometrů (1 200 mi) nad střední hladinou moře . Na 160 km trvá jedna otáčka přibližně 90 minut a kruhová oběžná rychlost je 8 000 metrů za sekundu (26 000 stop/s).
Střední oběžná dráha Země (MEO)
Geocentrické oběžné dráhy s nadmořskou výškou v rozmezí od 2 000 kilometrů (1 200 mi) a geosynchronní oběžnou dráhou na 35 786 kilometrech (22 236 mi).
Geosynchronní oběžná dráha (GEO)
Geocentrická kruhová oběžná dráha s nadmořskou výškou 35 786 kilometrů (22 236 mi). Perioda oběžné dráhy se rovná jednomu hvězdnému dni , který se shoduje s periodou rotace Země. Rychlost je přibližně 3 000 metrů za sekundu (9 800 ft/s).
Vysoká oběžná dráha Země (HEO)
Geocentrické oběžné dráhy s nadmořskou výškou vyšší než geosynchronní oběžná dráha. Zvláštním případem vysoké oběžné dráhy Země je vysoce eliptická oběžná dráha , kde je výška v perigeu menší než 2 000 kilometrů (1 200 mi).

Klasifikace sklonu

Šikmá oběžná dráha
Dráha, jejíž sklon vzhledem k rovníkové rovině není 0.
Polární oběžná dráha
Družice, která prochází každou rotací nad nebo téměř nad oběma póly planety. Proto má sklon (nebo velmi blízko) 90 stupňů .
Synchronní oběžná dráha polárního slunce
Téměř polární oběžná dráha, která při každém průchodu prochází rovníkem ve stejný místní čas . Užitečné pro satelity pro pořizování snímků, protože stíny budou při každém průchodu stejné.

Klasifikace excentricity

Kruhová oběžná dráha
Dráha, která má excentricitu 0 a jejíž dráha sleduje kruh.
Eliptická oběžná dráha
Dráha s excentricitou větší než 0 a menší než 1, jejíž oběžná dráha sleduje dráhu elipsy .
Přenosová oběžná dráha Hohmann
Orbitální manévr, který pomocí dvou impulsů motoru přesouvá kosmickou loď z jedné kruhové dráhy na druhou . Tento manévr byl pojmenován po Walteru Hohmannovi .
Geosynchronní přenosová oběžná dráha (GTO)
Geocentricko- eliptická oběžná dráha, kde se perigeum nachází ve výšce nízké oběžné dráhy Země (LEO) a apogee ve výšce geosynchronní oběžné dráhy .
Vysoce eliptická oběžná dráha (HEO)
Geocentrická oběžná dráha s apogeem nad 35 786 km a nízkým perigee (asi 1 000 km), což má za následek dlouhé doby setrvání v blízkosti apogee.
Oběžná dráha Molniya
Vysoce eliptickou dráhu se sklonem 63,4 ° a orbitální dobu ½ jednoho hvězdného dne (zhruba 12 hodin). Taková družice tráví většinu času nad určenou oblastí Země.
Oběžná dráha Tundra
Vysoce eliptickou dráhu se sklonem 63,4 ° a orbitální dobu jednoho sidericky den (cca 24 hodin). Taková družice tráví většinu času nad určenou oblastí Země.
Hyperbolická trajektorie
Výraz „oběžné dráze“ s excentricitou větší než 1. objektu rychlost dosáhne určitou hodnotu v nadbytku kosmické rychlosti , a proto bude uniknout gravitačního pole Země a pokračovat cestovat nekonečně s rychlostí (vzhledem k Zemi) zpomalení na nějakém konečném hodnota, známá jako hyperbolická nadměrná rychlost .
Úniková trajektorie
Tuto trajektorii je třeba použít k vypuštění meziplanetární sondy od Země, protože přebytek nad únikovou rychlostí mění její heliocentrickou oběžnou dráhu od Země.
Trajektorie zachycení
Toto je zrcadlový obraz únikové trajektorie; předmět pohybující se dostatečnou rychlostí, který nemíří přímo na Zemi, se k němu pohne a zrychlí. Při absenci zpomalujícího impulsu motoru k jeho uvedení na oběžnou dráhu bude po periapsi sledovat únikovou trajektorii.
Parabolická trajektorie
Výraz „oběžné dráze“ s výstředností přesně roven 1. objektu rychlost rovná únikové rychlosti , proto bude uniknout z gravitačního pole Země a pokračovat cestovat s rychlostí (vzhledem k Zemi) zpomalení na 0. kosmické lodi byla zahájena od Země touto rychlostí by od něj urazil určitou vzdálenost, ale sledoval ho kolem Slunce na stejné heliocentrické oběžné dráze . Je možné, ale není pravděpodobné, že by se objekt blížící se Zemi mohl pohybovat po parabolické dráze zachycení, ale rychlost a směr by musely být přesné.

Směrové klasifikace

Progradujte oběžnou dráhu
oběžná dráha, na které se projekce objektu do rovníkové roviny otáčí kolem Země ve stejném směru jako rotace Země.
Retrográdní oběžná dráha
oběžná dráha, na které se projekce objektu do rovníkové roviny otáčí kolem Země ve směru opačném, než je rotace Země.

Geosynchronní klasifikace

Semi-synchronní oběžná dráha (SSO)
Dráha s nadmořskou výškou přibližně 20 200 km (12 600 mi) a oběžnou dobou přibližně 12 hodin
Geosynchronní oběžná dráha (GEO)
Oběžné dráhy s nadmořskou výškou přibližně 35 786 km (22 236 mi). Takový satelit by na obloze vystopoval analemma (obrázek 8).
Geostacionární oběžná dráha (GSO)
Geosynchronní dráha se sklonem nula. Pozorovateli na zemi by tento satelit připadal jako pevný bod na obloze.
Oběžná dráha Clarke
Jiný název pro geostacionární oběžnou dráhu. Pojmenován po spisovateli Arthur C. Clarke .
Body oběžné dráhy Země
Body librace pro objekty obíhající kolem Země jsou 105 stupňů západně a 75 stupňů východně. V těchto dvou bodech je shromážděno více než 160 satelitů.
Supersynchronní oběžná dráha
Oběžná dráha likvidace / skladování nad GSO / GEO. Satelity se budou unášet na západ.
Subsynchronní oběžná dráha
Driftová oběžná dráha blízko GSO/GEO, ale pod ní. Družice se budou unášet na východ.
Oběžná dráha hřbitova, oběžná dráha, nevyžádaná oběžná dráha
Oběžná dráha několik set kilometrů nad geosynchronní, na kterou jsou satelity přesunuty na konci své operace.

Speciální klasifikace

Sluneční synchronní oběžná dráha
Oběžná dráha, která kombinuje nadmořskou výšku a sklon takovým způsobem, že satelit prochází přes jakýkoli daný bod povrchu planety ve stejný místní sluneční čas . Taková oběžná dráha může umístit satelit na stálé sluneční světlo a je užitečná pro zobrazovací, špionážní a meteorologické satelity .
Oběžná dráha měsíce
Na orbitální vlastnosti zemské Měsíce. Průměrná nadmořská výška 384 403 kilometrů (238 857 mi), eliptická - šikmá oběžná dráha .

Negeocentrické klasifikace

Oběžná dráha podkovy
Oběžná dráha, která se pozemskému pozorovateli jeví jako oběžná dráha planety, ale ve skutečnosti je s ní na oběžné dráze . Viz asteroidy 3753 (Cruithne) a 2002 AA 29 .
Suborbitální let
Start, kdy se kosmická loď blíží výšce oběžné dráhy, ale postrádá rychlost, aby ji udržela.

Tangenciální rychlosti ve výšce

Obíhat Vzdálenost mezi středy
Nadmořská výška nad
zemským povrchem
Rychlost Oběžná doba Specifická orbitální energie
Vlastní rotace Země na povrchu (pro srovnání - není to oběžná dráha) 6 378  km 0  km 465,1  m/s (1674  km/h nebo 1040  mph) 23  h 56  min 4,09  s −62,6  MJ/kg
Oběžná dráha na zemském povrchu (rovník) teoretická 6 378  km 0  km 7,9  km/s (28 440  km/h nebo 17 672  mph) 1  h 24  min 18  s −31,2  MJ/kg
Nízká oběžná dráha Země 6 600–8 400  km 200–2 000  km 1  h 29  min - 2  h 8  min −29,8  MJ/kg
Oběžná dráha Molniya 6 900–46 300  km 500–39 900  km 1,5–10,0  km/s (5400–36 000  km/h nebo 3335–22 370  mph) 11  h 58  min −4,7  MJ/kg
Geostacionární 42 000  km 35 786  km 3,1  km/s (11 600  km/h nebo 6 935  mph) 23  h 56  min 4,09  s −4,6  MJ/kg
Oběžná dráha Měsíce 363 000–406 000  km 357 000–399 000  km 0,97–1,08  km/s (3492–3888  km/h nebo 2170–2416  mph) 27,27  dne −0,5  MJ/kg
Spodní osa udává oběžné rychlosti některých oběžných drah

Viz také

Reference

externí odkazy