Grundbane - Ground track

Den internationale rumstations grundbane i cirka to perioder . De lyse og mørke områder repræsenterer jordens områder i henholdsvis dagslys og om natten.

Et jorden track eller jord spor er den sti på overfladen af en planet direkte under et fly 's eller satellit ' s bane . I tilfælde af satellitter er det også kendt som et suborbital spor og er den lodrette projektion af satellitens bane på jordens overflade (eller hvilket legeme satellitten end kredser om).

Et satellitjordspor kan betragtes som en sti langs Jordens overflade, der sporer bevægelsen af ​​en imaginær linje mellem satellitten og Jordens centrum. Med andre ord er jordsporet det sæt af punkter, hvor satellitten vil passere direkte over hovedet eller krydse zenit i en jordobservatørs referenceramme .

Luftfartøjsspor

I luftnavigation tilnærmer grundspor typisk en bue af en stor cirkel , hvilket er den korteste afstand mellem to punkter på jordens overflade. For at følge et bestemt jordspor skal en pilot justere kursen for at kompensere for vindens effekt . Aircraft ruter er planlagt for at undgå begrænset luftrum og farlige områder, og til at videregive nær navigation beacons .

Satellit jordspor

Jordsporet på en satellit kan antage en række forskellige former, afhængigt af værdierne af orbitalelementerne , parametre, der definerer størrelsen, formen og orienteringen af ​​satellitens bane. (Denne artikel diskuterer lukkede baner eller kredsløb med excentricitet mindre end en og udelukker således paraboliske og hyperbolske baner.)

Direkte og retrograd bevægelse

Typisk har satellitter et groft sinusformet jordspor. En satellit med en orbital hældning mellem nul og halvfems grader siges at være i det, der kaldes en direkte eller prograde bane , hvilket betyder, at den kredser i samme retning som planetens rotation. En satellit med en orbital hældning mellem 90 ° og 180 ° (eller ækvivalent mellem 0 ° og −90 °) siges at være i en retrograd bane . (Direkte baner er langt den mest almindelige for kunstige satellitter, da den indledende hastighed, som Jordens rotation giver ved lanceringen, reducerer delta-v, der er nødvendig for at opnå kredsløb.)

En satellit i en direkte bane med en orbitalperiode på mindre end en dag vil have en tendens til at bevæge sig fra vest til øst langs dens grundspor. Dette kaldes "tilsyneladende direkte" bevægelse. En satellit i en direkte bane med en orbitalperiode større end en dag vil have en tendens til at bevæge sig fra øst til vest langs dens grundspor i det, der kaldes "tilsyneladende retrograd" bevægelse. Denne effekt opstår, fordi satellitten kredser langsommere end den hastighed, hvormed jorden roterer under den. Enhver satellit i en ægte retrograd bane vil altid bevæge sig fra øst til vest langs dens grundspor, uanset længden af ​​dens kredsløbstid.

Fordi en satellit i en excentrisk bane bevæger sig hurtigere nær perigee og langsommere nær apogee, er det muligt for en satellit at spore østpå under en del af sin bane og vestpå under en anden del. Dette fænomen giver mulighed for jordspor, der krydser sig selv i en enkelt bane, som i de geosynkrone og Molniya -baner, der diskuteres nedenfor.

Virkning af kredsløbstid

En geostationær bane set ovenfra Nordpolen

En satellit, hvis kredsløbstid er en heltal brøkdel af en dag (f.eks. 24 timer, 12 timer, 8 timer osv.) Vil følge nogenlunde det samme jordspor hver dag. Dette grundspor forskydes øst eller vest afhængigt af længden af ​​den stigende knude , som kan variere over tid på grund af forstyrrelser i kredsløbet. Hvis satellitperioden er lidt længere end en heltal brøkdel af en dag, vil jordsporet forskydes mod vest over tid; hvis den er lidt kortere, skifter grundsporet øst.

Når en satellits orbitale periode stiger og nærmer sig Jordens rotationsperiode (med andre ord, da dens gennemsnitlige omdrejningshastighed bremser mod Jordens rotationshastighed), vil dens sinusformede jordspor blive komprimeret i længderetningen, hvilket betyder, at "knudepunkterne "(de punkter, hvor det krydser ækvator ) vil blive tættere på hinanden, indtil de ved geosynkrone kredsløb ligger direkte oven på hinanden. For orbitale perioder, der er længere end Jordens rotationsperiode, svarer en stigning i orbitalperioden til en langsgående strækning ud af (tilsyneladende retrograd) grundspor.

En satellit, hvis kredsløbstid er lig med Jordens rotationsperiode, siges at være i en geosynkron bane . Dens grundbane vil have en "figur otte" form over et fast sted på Jorden og krydse ækvator to gange hver dag. Det vil spore mod øst, når det er på den del af sit kredsløb tættest på perigee , og vestpå, når det er tættest på apogee .

Et specielt tilfælde af den geosynkrone bane, den geostationære bane , har en excentritet på nul (hvilket betyder, at kredsløbet er cirkulært) og en hældning af nul i det jordcentrerede, jordfikserede koordinatsystem (hvilket betyder, at orbitalplanet ikke er tiltet relativt til Jordens ækvator). "Jordsporet" består i dette tilfælde af et enkelt punkt på Jordens ækvator, over hvilken satellitten altid sidder. Bemærk, at satellitten stadig kredser om jorden - dens tilsyneladende mangel på bevægelse skyldes, at Jorden roterer omkring sit eget massecenter i samme hastighed som satellitten kredser.

Virkning af hældning

Orbital hældning er den vinkel, der dannes mellem planet i en bane og ækvatorialplanet på jorden. De geografiske breddegrader, der dækkes af grundbanen, vil variere fra –i til i , hvor i er orbitalhældningen. Med andre ord, jo større hældningen af ​​en satellits bane er, jo længere mod nord og syd vil dens jordspor passere. Det siges, at en satellit med en hældning på nøjagtigt 90 ° befinder sig i en polar bane , hvilket betyder, at den passerer over Jordens nord- og sydpol .

Lanceringssteder på lavere breddegrader foretrækkes ofte dels af den fleksibilitet, de tillader i kredsløbshældning; den oprindelige hældning af en bane er begrænset til at være større end eller lig med lanceringsbreddegraden. Køretøjer, der blev lanceret fra Cape Canaveral , vil f.eks. Have en indledende orbitalhældning på mindst 28 ° 27 ′, opstillingsstedets breddegrad - og for at nå dette minimum kræves affyring med en østlig azimut , hvilket muligvis ikke altid er muligt andre lanceringsbegrænsninger. I yderlighederne kan et opsendelsessted, der er placeret på ækvator, starte direkte i en hvilken som helst ønsket hældning, mens et hypotetisk opsendelsessted ved nord- eller sydpolen kun ville kunne skyde ind i polære baner. (Selvom det er muligt at udføre en manøvrering til omlægning af hældninger en gang i kredsløb, er sådanne manøvrer typisk blandt de mest kostbare, hvad angår brændstof, af alle orbitale manøvrer og undgås eller minimeres typisk i det omfang det er muligt.)

Ud over at sørge for en bredere vifte af indledende banehældninger, tilbyder lav-breddegrænsefyringssteder fordelene ved at kræve mindre energi for at lave kredsløb (i hvert fald for prograde-baner, der omfatter langt de fleste lanceringer), på grund af den angivne initialhastighed ved Jordens rotation. Ønsket om ækvatoriale opsendelsessteder kombineret med geopolitiske og logistiske realiteter har fremmet udviklingen af ​​flydende opsendelsesplatforme, især Sea Launch .

Virkning af argument for perigee

Grundsporet af en Molniya -bane

Hvis perigee -argumentet er nul, hvilket betyder, at perigee og apogee ligger i ækvatorialplanet, vil satellitens jordspor fremstå det samme over og under ækvator (dvs. det vil udvise 180 ° rotationssymmetri om orbitalknuderne . ) Hvis argumentet om perigee er ikke-nul, vil satellitten imidlertid opføre sig anderledes på den nordlige og sydlige halvkugle. Den Molniya kredsløb , med et argument af perigee nær -90 °, er et eksempel på et sådant tilfælde. I en Molniya -bane forekommer apogee på en høj breddegrad (63 °), og kredsløbet er meget excentrisk ( e = 0,72). Dette får satellitten til at "svæve" over et område på den nordlige halvkugle i lang tid, mens den bruger meget lidt tid på den sydlige halvkugle. Dette fænomen er kendt som "apogee dwell" og er ønskeligt til kommunikation til områder med høj breddegrad.

Gentag baner

Da orbitale operationer ofte er påkrævet for at overvåge et bestemt sted på Jorden, bruges baner, der periodisk dækker det samme grundspor, ofte. På jorden betegnes disse kredsløb almindeligvis som baner med gentagelse af jorden. Disse kredsløb bruger nodal precession -effekten til at forskyde kredsløbet, så jordsporet falder sammen med et tidligere kredsløb, så dette i det væsentlige balancerer forskydningen i revolutionen af ​​det kredsløbte legeme. Den langsgående rotation efter en bestemt tidsperiode på en planet er givet ved:

hvor

  • er den tid, der er gået
  • er tiden for en fuldstændig revolution af det kredsende legeme, i tilfælde af Jorden en siderisk dag

Effekten af nodal precession kan kvantificeres som:

hvor

Disse to effekter skal annulleres efter en række orbitale omdrejninger og (sideriske) dage. Derfor giver ligning af den forløbne tid til satellitens kredsløbstid og kombination af de ovennævnte to ligninger en ligning, der gælder for enhver bane, der er en gentagen bane:

hvor

  • er standardgravitationsparameteren for kroppen, der kredser
  • er antallet af orbitale omdrejninger, hvorefter det samme grundspor er dækket
  • er antallet af sideriske dage, hvorefter det samme grundspor dækkes

Se også

Referencer

  1. ^ [1]
  2. ^ a b Curtis, Howard D. (2005), Orbital Mechanics for Engineering Students (1. udgave), Amsterdam: Elsevier Ltd., ISBN 978-0-7506-6169-0.
  3. ^ a b c Montenbruck, Oliver; Gill, Eberhard (2000), Satellite Orbits (1. udgave), Holland: Springer, ISBN 3-540-67280-X.

eksterne links