Sluneční synchronní oběžná dráha - Sun-synchronous orbit

Diagram ukazující orientaci synchronní oběžné dráhy Slunce (zelená) ve čtyřech bodech roku. Referenční je také synchronní oběžná dráha nesouvisející se Sluncem (purpurová). Data jsou zobrazena bíle: den/měsíc.

Sun synchronní oběžné dráze ( SSO ), také nazýván heliosynchronous oběžná dráha , je téměř polární oběžné dráze kolem planety, ve kterém je satelit prochází přes jakýkoliv daný bod povrchu planety na stejné lokální střední sluneční čas . Technicky je to oběžná dráha uspořádaná tak, že každoročně precesuje jednu úplnou revoluci, takže si vždy udržuje stejný vztah se Sluncem. Sluneční synchronní oběžná dráha je užitečná pro zobrazování , průzkumné satelity a meteorologické satelity , protože pokaždé, když je satelit nad hlavou, úhel osvětlení povrchu na planetě pod ním to bude téměř stejné.

Aplikace

Sluneční synchronní oběžná dráha je užitečná pro zobrazování , průzkumné satelity a meteorologické satelity , protože pokaždé, když je satelit nad hlavou, bude úhel osvětlení povrchu planety pod ním téměř stejný. Toto konzistentní osvětlení je užitečnou charakteristikou pro satelity, které zobrazují povrch Země ve viditelných nebo infračervených vlnových délkách, jako jsou meteorologické a špionážní satelity; a pro další satelity dálkového průzkumu, jako jsou ty, které nesou oceánské a atmosférické dálkově snímané nástroje, které vyžadují sluneční světlo. Například satelit na synchronní oběžné dráze Slunce by mohl vystoupit přes rovník dvanáctkrát denně pokaždé přibližně v 15:00 místního času.

Schéma ukazující sluneční synchronní oběžnou dráhu z pohledu shora na ekliptickou rovinu se zónami místního slunečního času (LST) pro referenci a sestupným uzlem v 10:30. Zóny LST ukazují, jak se místní čas pod satelitem liší v různých zeměpisných šířkách a různých bodech na jeho oběžné dráze.

Zvláštními případy synchronní oběžné dráhy Slunce jsou oběžná dráha poledne/půlnoci , kde je místní průměrná sluneční doba průchodu pro rovníkové šířky kolem poledne nebo půlnoci a oběžná dráha úsvit/soumrak , kde pro střední rovníkové zeměpisné šířky je místní průměrná sluneční doba průchodu je kolem východu nebo západu slunce, takže satelit jezdí na terminátoru mezi dnem a nocí. Jízda na terminátoru je užitečná pro aktivní radarové satelity, protože solární panely satelitů mohou vždy vidět Slunce, aniž by byly zastíněny Zemí. Je také užitečný pro některé satelity s pasivními nástroji, které potřebují omezit vliv Slunce na měření, protože je možné vždy nasměrovat přístroje na noční stranu Země. Oběžná dráha úsvit/soumrak byla použita pro vědecké satelity pozorující sluneční záření, jako jsou Yohkoh , TRACE , Hinode a PROBA-2 , které jim poskytují téměř nepřetržitý pohled na Slunce.

Orbitální precese

Synchronní oběžná dráha Slunce je dosažena tím, že má každý den oscilační orbitální rovinu precese (otočení) přibližně o jeden stupeň na východ vzhledem k nebeské sféře, aby udržel krok s pohybem Země kolem Slunce . Této precese je dosaženo vyladěním sklonu k nadmořské výšce oběžné dráhy (viz Technické detaily ) tak, že zemská rovníková boule , která narušuje nakloněné oběžné dráhy, způsobí, že se orbitální rovina kosmické lodi precesuje požadovanou rychlostí. Rovina oběžné dráhy není vzhledem ke vzdáleným hvězdám fixována v prostoru, ale otáčí se pomalu kolem zemské osy.

Typické sluneční synchronní oběžné dráhy kolem Země mají nadmořskou výšku 600–800 km s periodami v rozmezí 96–100 minut a sklony kolem 98 °. To je ve srovnání se směrem rotace Země mírně retrográdní : 0 ° představuje rovníkovou dráhu a 90 ° představuje polární dráhu.

Kolem jiných zploštělých planet, jako je Mars, jsou možné sluneční synchronní oběžné dráhy . Satelit obíhající kolem planety, jako je Venuše , téměř sférický, bude potřebovat vnější tlak, aby udržel synchronní oběžnou dráhu Slunce.

Technické údaje

Úhlová precese na oběžnou dráhu pro satelit obíhající kolem Země je dána vztahem

kde

J 2 je koeficient pro druhý zonální člen (1,082 63 × 10 −3 ) související s oblatitou Země
R E je střední poloměr Země, zhruba 6378 km
p je semi-latus konečník na oběžné dráze
i je sklon oběžné dráhy k rovníku

Oběžná dráha bude synchronní se Sluncem, když se precesní rychlost ρ rovná střednímu pohybu Země kolem Slunce, což je 360 ​​° za hvězdný rok (1,990 968 71 × 10 −7  rad /s ), musíme tedy nastavit Δ Ω/T= ρ , kde T je oběžná doba.

Taková je oběžná doba kosmické lodi

kde a je polovina hlavní osy oběžné dráhy a μ je standardní gravitační parametr planety (398 600, 440 km 3 /s 2 pro Zemi); jako pa pro kruhovou nebo téměř kruhovou oběžnou dráhu, z toho vyplývá

nebo když ρ je 360 ​​° za rok,

Například pro a =7200 km (kosmická loď asi 800 km nad zemským povrchem) získá s tímto vzorcem synchronní sklon Slunce 98,696 °.

Všimněte si, že podle této aproximace se cos i rovná -1, když se polovina hlavní osy rovná12 352  km , což znamená, že pouze menší oběžné dráhy mohou být synchronní se Sluncem. Perioda se může na velmi nízké oběžné dráze pohybovat v rozmezí od 88 minut ( a =6554 km , i = 96 °) až 3,8 hodiny ( a =12 352  km , ale tato oběžná dráha by byla rovníková s i = 180 °). Perioda delší než 3,8 hodiny může být možná pomocí excentrické dráhy s p <12 352  km ale a >12 352  km .

Pokud někdo chce, aby satelit letěl nad určitým místem na Zemi každý den ve stejnou hodinu, může to provést 7 až 16 oběžných drah za den, jak ukazuje následující tabulka. (Tabulka byla vypočtena za předpokladu daných period. Očnicová perioda, která by měla být použita, je ve skutečnosti o něco delší. Například retrográdní rovníková oběžná dráha, která prochází stejným bodem po 24 hodinách, má skutečnou periodu přibližně365/364≈ 1,0027 krát delší než doba mezi nadjezdy. U nerovníkových drah se faktor blíží 1.)

Oběžné dráhy
za den
Období ( h ) Nadmořská výška
(km)
Maximální
zeměpisná šířka
Inclin-
ace
16 1+1/2 = 1:30 000274 83,4 ° 096,6 °
15 1+3/5 = 1:36 000567 82,3 ° 097,7 °
14 1+5/7 ≈ 1:43 000894 81,0 ° 099,0 °
13 1+11/13 ≈ 1:51 001262 79,3 ° 100,7 °
12 2 001681 77,0 ° 103,0 °
11 2+2/11 ≈ 2:11 002162 74,0 ° 106,0 °
10 2+2/5 = 2:24 002722 69,9 ° 110,1 °
09 2+2/3 = 2:40 003385 64,0 ° 116,0 °
08 3 004182 54,7 ° 125,3 °
07 3+3/7 ≈ 3:26 005165 37,9 ° 142,1 °

Když se řekne, že sluneční synchronní oběžná dráha prochází místo na Zemi pokaždé ve stejný místní čas, znamená to střední sluneční čas , nikoli zdánlivý sluneční čas . Slunce nebude v průběhu roku na obloze přesně ve stejné poloze (viz Rovnice času a Analemma ).

Oběžné dráhy synchronní se sluncem jsou většinou vybírány pro satelity pro pozorování Země s nadmořskou výškou obvykle mezi 600 a1000 km nad povrchem Země. I když oběžná dráha zůstane synchronní se Sluncem, vyvinou se další orbitální parametry, jako argument periapsie a orbitální excentricita , v důsledku poruch vyšších řádů v gravitačním poli Země, tlaku slunečního světla a dalších příčin. Satelity pro pozorování Země upřednostňují při přechodu přes stejné místo oběžné dráhy s konstantní nadmořskou výškou. Pečlivý výběr excentricity a umístění perigee odhaluje konkrétní kombinace, kde se poruchy do značné míry ruší, a proto je oběžná dráha relativně stabilní - zmrazená oběžná dráha . Tyto ERS-1, ERS-2 a Envisat z Evropské kosmické agentury , jakož i MetOp kosmické lodě EUMETSAT a RADARSAT-2 z kanadské kosmické agentury , jsou provozovány v takových Sun-synchronních zmrazených drahách.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy