Oběžná dráha Tundra - Tundra orbit

Animace oběžných drah Tundra se sklonem 63,4 ° v pevném rámu Země . 0,2 excentricita · 0,3 excentricita · Země

Tundra oběžná dráha ( rusky : Орбита «Тундра») je vysoce eliptická Geosynchronní dráha s vysokým sklonem (přibližně 63,4 ° C), což je orbitální dobu jednoho sidericky den , a typické výstřednosti mezi 0,2 a 0,3. Satelit do této dráze tráví většinu času během zvolené oblasti Země , což je jev známý jako Apogee prodlevy , což je činí zvláště vhodné pro komunikačních satelitů sloužící vysokých šířek. Pozemní dráha družice v orbitě Tundra je uzavřený obrázek 8 s menším smyčkou přes buď severní nebo jižní polokouli. To je odlišuje od oběžných drah Molniya určených k obsluze oblastí s vysokými zeměpisnými šířkami, které mají stejný sklon, ale polovinu periody a nepohybují se nad jedinou oblastí.

Využití

Dráhy Tundra a Molniya se používají k tomu, aby uživatelům vysokých zeměpisných šířek poskytovaly vyšší výškové úhly než geostacionární dráha . To je žádoucí, protože vysílání do těchto zeměpisných šířek z geostacionární oběžné dráhy (nad zemským rovníkem ) vyžaduje značný výkon díky nízkým výškovým úhlům a dodatečné vzdálenosti a atmosférickému útlumu, které s tím souvisí . Místa umístěná nad 81 ° zeměpisné šířky nejsou schopna zobrazit geocentrické satelity vůbec a obecně platí, že výškové úhly menší než 10 ° mohou způsobovat problémy v závislosti na komunikační frekvenci.

Vysoce eliptické oběžné dráhy poskytují alternativu ke geostacionárním, protože v apogeu zůstávají nad požadovanými oblastmi s vysokou šířkou po dlouhou dobu. Jejich pohodlí je však zmírněno náklady: k zajištění nepřetržitého pokrytí z oběžné dráhy Tundra (tři z oběžné dráhy Molniya) jsou zapotřebí dva satelity.

Pozemní stanice přijímající data ze satelitního souhvězdí na vysoce eliptické oběžné dráze musí pravidelně přepínat mezi satelity a vypořádat se s různou sílou signálu, latencí a dopplerovskými posuny, protože se dosah družice mění po celé její oběžné dráze. Tyto změny jsou méně výrazné u satelitů na oběžné dráze Tundra, vzhledem k jejich větší vzdálenosti od povrchu, takže sledování a komunikace jsou efektivnější. Kromě toho, na rozdíl od oběžné dráhy Molniya, se satelit na oběžné dráze Tundra vyhýbá průchodu Van Allenovými pásy .

Navzdory těmto výhodám je oběžná dráha Tundra využívána méně často než oběžná dráha Molniya částečně kvůli vyšší požadované startovací energii.

Navrhovaná použití

V roce 2017 vydala kancelář ESA Space Debris dokument, který navrhuje, aby byla oběžná dráha podobná tundře použita jako oběžná dráha pro staré geosynchronní satelity s vysokým sklonem, na rozdíl od tradičních oběžných drah na hřbitově .

Vlastnosti

Typická oběžná dráha Tundra má následující vlastnosti:

Sklon: 63,4 °
Argument perigee: 270 °
Doba: 1436 minut
Excentricita: 0,24–0,4
Semi-hlavní osa: 42,164 km (26,199 mi)

Orbitální sklon

Obecně platí, že obludnost Země narušuje argument satelitů o perigee ( ) tak, že se postupně mění s časem. Pokud vezmeme v úvahu pouze koeficient prvního řádu , perigeum se změní podle rovnice 1 , pokud není neustále korigováno spálením tryskového pohonu udržujícího stanici. ${\ displaystyle \ omega}$ ${\ displaystyle J_ {2}}$

{\ displaystyle {\ dot {\ omega}} = {\ frac {3} {4}} \; nJ_ {2} \ left ({\ frac {R_ {E}} {a}} \ right)^{2 } {\ frac {4-5 \ sin^{2} {i}} {\ left (1-e^{2} \ right)^{2}}}}

( 1 )

kde je orbitální sklon, je excentricita, je střední pohyb ve stupních za den, je rušivým faktorem, je poloměr Země, je semimajor osa a je ve stupních za den. ${\ displaystyle i}$ ${\ displaystyle e}$ ${\ displaystyle n}$ ${\ displaystyle J_ {2}}$ ${\ displaystyle R_ {E}}$ ${\ displaystyle a}$ ${\ displaystyle {\ dot {\ omega}}}$

Aby se tomuto výdaji paliva vyhnula, používá oběžná dráha Tundra sklon 63,4 °, pro který je faktor nulový, takže v průběhu času nedochází ke změně polohy perigee. Toto se nazývá kritický sklon a takto navržená oběžná dráha se nazývá zmrazená oběžná dráha . ${\ Displaystyle \ left (4-5 \ sin ^{2} i \ right)}$

Argument perigee

Argument perigeu 270 ° míst apogea u nejjižnějšího bodu oběžné dráhy. Argument perigee 90 ° by také sloužil vysokým jižním zeměpisným šířkám. Argument perigee 0 ° nebo 180 ° by způsobil, že by satelit přebýval nad rovníkem, ale nemělo by to žádný smysl, protože to lze lépe provést s konvenční geostacionární oběžnou dráhou .

Doba

Období jednoho hvězdného dne zajišťuje, že satelity v průběhu času sledují stejnou pozemní stopu. To je řízeno polo hlavní osou oběžné dráhy.

Excentricita

Excentricita je zvolena pro požadovanou dobu setrvání a mění tvar pozemní dráhy. Tundra oběžná dráha má obecně excentricitu asi 0,2; jeden s excentricitou asi 0,4, měnící pozemní dráhu z obrázku 8 na slzu, se nazývá oběžná dráha Supertundra .

Poloviční hlavní osa

Přesná výška satelitu na oběžné dráze Tundra se mezi jednotlivými misemi liší, ale typická oběžná dráha bude mít perigeum přibližně 25 000 kilometrů (16 000 mi) a apogee 39 700 kilometrů (24 700 mi), pro polovysokou osu 46 000 kilometrů. (29 000 mi).

Kosmická loď využívající oběžné dráhy Tundra

Groundtrack z QZSS oběžné dráhy, který má podobné charakteristiky jako oběžné dráze Tundra, ale nižší sklon

Od roku 2000 do roku 2016 provozovala satelitní rádio Sirius , nyní součást Sirius XM Holdings , souhvězdí tří satelitů na oběžných drahách Tundra pro satelitní rádio . Raan a znamenají anomálie každého satelitu byly sníženy o 120 °, takže když jeden satelit přesunut z polohy, další prošel přízemím a byl připraven převzít. Souhvězdí bylo vyvinuto tak, aby se lépe dostalo ke spotřebitelům v dalekých severních zeměpisných šířkách, omezilo dopad městských kaňonů a vyžadovalo pouze 130 opakovačů ve srovnání s 800 pro geostacionární systém. Po Siriusově sloučení s XM změnil design a oběžnou dráhu náhradního satelitu FM-6 z tundry na geostacionární. Tím se doplnil již geostacionární FM-5 (zahájen v roce 2009) a v roce 2016 Sirius přerušil vysílání z oběžných drah tundry. Satelity Sirius byly jediné komerční satelity, které využívaly oběžnou dráhu Tundra.

Japonský satelitní systém Quasi-Zenith využívá geosynchronní oběžnou dráhu podobnou oběžné dráze Tundra, ale se sklonem pouze 43 °. Obsahuje čtyři satelity po stejné pozemní dráze. Byl testován od roku 2010 a plně funkční byl v listopadu 2018.