Sol -synkron bane - Sun-synchronous orbit

Diagram, der viser retningen af ​​en sol-synkron bane (grøn) på fire punkter i året. En ikke-sol-synkron bane (magenta) vises også til reference. Datoer vises med hvidt: dag/måned.

En solsynkron bane ( SSO ), også kaldet en heliosynkron bane , er en næsten polar bane omkring en planet, hvor satellitten passerer over et givet punkt på planetens overflade på samme lokale gennemsnitlige soltid . Mere teknisk er det en bane arrangeret, så den foregår gennem en komplet revolution hvert år, så den altid opretholder det samme forhold til Solen. En solsynkron bane er nyttig til billeddannelse , rekognosceringssatellit og vejrsatellitter , fordi hver gang satellitten er overhead, belyser overfladebelysningsvinklen på planeten nedenunder vil det være næsten det samme.

Ansøgninger

En Sun-synkron bane er nyttig til billeddannelse , rekognoscering satellit , og vejrsatellitter , fordi hver gang, at satellitten er overhead, overfladen belysning vinkel på planeten nedenunder det vil være næsten den samme. Denne konsekvente belysning er en nyttig egenskab for satellitter, der forestiller Jordens overflade i synlige eller infrarøde bølgelængder, såsom vejr- og spionsatellitter; og for andre fjernføler satellitter, f.eks. dem, der bærer hav og atmosfæriske fjernføler, der kræver sollys. For eksempel kan en satellit i solsynkron bane stige op over ækvator tolv gange om dagen hver gang cirka kl. 15:00 betyder lokal tid.

Diagram, der viser en solsynkron bane set ovenfra på ekliptisk plan med lokale soltid (LST) zoner til reference og en faldende knude på 10:30. LST -zoner viser, hvordan den lokale tid under satellitten varierer på forskellige breddegrader og forskellige punkter på dens bane.

Særlige tilfælde af den sol-synkrone bane er midnat/midnat bane , hvor den lokale gennemsnitlige soltid for passage for ækvatoriale breddegrader er omkring middag eller midnat, og daggry/skumringen , hvor den lokale gennemsnitlige soltid for passage for ækvatoriale breddegrader er omkring solopgang eller solnedgang, så satellitten kører terminatoren mellem dag og nat. Ridning af terminatoren er nyttig til aktive radarsatellitter, da satelliternes solpaneler altid kan se Solen uden at blive skygge af Jorden. Det er også nyttigt for nogle satellitter med passive instrumenter, der skal begrænse Solens indflydelse på målingerne, da det er muligt altid at pege instrumenterne mod Natsiden af ​​Jorden. Daggry/skumringsbanen er blevet brugt til solobserverende videnskabelige satellitter som Yohkoh , TRACE , Hinode og PROBA-2 , hvilket giver dem et næsten kontinuerligt udsyn til Solen.

Orbital presession

En Sun-synkron bane opnås ved at have Osculerende baneplan precess (drej) ca. en grad mod øst hver dag i forhold til himmelkuglen at holde trit med Jordens bevægelse om Solen . Denne præcession opnås ved at indstille hældningen til kredsløbets højde (se Tekniske detaljer ), således at Jordens ækvatoriale bule , der forstyrrer skrå baner, får rumfartøjets orbitalplan til at gå forud med den ønskede hastighed. Banens plan er ikke fast i rummet i forhold til de fjerne stjerner, men roterer langsomt om Jordens akse.

Typiske solsynkrone kredsløb omkring Jorden er omkring 600–800 km i højden med perioder i området 96-100 minutter og hældninger på omkring 98 °. Dette er lidt retrograd i forhold til jordens rotationsretning: 0 ° repræsenterer en ækvatorial bane, og 90 ° repræsenterer en polar bane.

Solsynkrone kredsløb er mulige omkring andre oblate planeter, såsom Mars . En satellit, der kredser om en planet som Venus, der er næsten kugleformet, har brug for et eksternt skub for at opretholde en solsynkron bane.

Tekniske detaljer

Den vinkelformede precession pr. Bane for en satellit, der kredser om jorden, er givet af

${\ displaystyle \ Delta \ Omega = -3 \ pi {\ frac {J_ {2} R_ {E}^{2}} {p^{2}}} \ cos i,}$

hvor

J ₂ er koefficienten for det andet zoneterm (1.082 63 × 10 ⁻³ ) relateret til Jordens oblateness

R _E er Jordens middelradius, cirka 6378 km

p er den semi-latus rectum af kredsløbet

i er banens hældning til ækvator

En bane vil være solsynkron, når recessionshastigheden ρ er lig med Jordens gennemsnitlige bevægelse omkring Solen, hvilket er 360 ° pr. Sidereal år (1.990 968 71 × 10 ⁻⁷  rad /s ), så vi skal indstille Δ Ω/T= ρ , hvor T er orbitalperioden.

Som et rumfartøjs kredsløbstid er

${\ displaystyle 2 \ pi {\ sqrt {\ frac {a^{3}} {\ mu}}}}$

hvor en er den halve storakse af kredsløbet og μ er den standard tyngdekraftens parameter af planeten (398 600 .440 km ³ /s ² for Jorden); som p ≈ a for en cirkulær eller næsten cirkulær bane, følger det

${\ displaystyle {\ begin {align} \ rho & \ approx -{\ frac {3J_ {2} R _ {\ text {E}}^{2} {\ sqrt {\ mu}} \ cos i} {2a^ {\ frac {7} {2}}}} & =-\ venstre (360^{\ circ} {\ tekst {pr. år}} \ højre) \ gange \ venstre ({\ frac {a} {12 \, 352 {\ text {km}}}} \ højre)^{-{\ frac {7} {2}}} \ cos i & =-\ left (360^{\ circ} {\ text {per år}} \ højre) \ times \ left ({\ frac {T} {3.795 {\ text {h}}}} \ right)^{-{\ frac {7} {3}}} \ cos i, \ end {align} }}$

eller når ρ er 360 ° om året,

${\ displaystyle \ cos i \ approx -{\ frac {2 \ rho} {3J_ {2} R _ {\ text {E}}^{2} {\ sqrt {\ mu}}}} a^{\ frac { 7} {2}} =-\ venstre ({\ frac {a} {12 \, 352 {\ tekst {km}}}} \ højre)^{\ frac {7} {2}} =-\ venstre ( {\ frac {T} {3.795 {\ text {h}}}} \ højre)^{\ frac {7} {3}}}$

Som et eksempel, for a =7200 km (rumfartøjet cirka 800 km over jordoverfladen) får man med denne formel en solsynkron hældning på 98,696 °.

Bemærk, at ifølge denne tilnærmelse cos i er lig med -1, når halvstore aksen er lig12 352  km , hvilket betyder, at kun mindre baner kan være solsynkrone. Perioden kan ligge i området fra 88 minutter for en meget lav bane ( a =6554 km , i = 96 °) til 3,8 timer ( a =12 352  km , men denne bane ville være ækvatorial med i = 180 °). En periode længere end 3,8 timer kan være mulig ved at bruge en excentrisk bane med p <12 352  km men a >12 352  km .

Hvis man vil have en satellit til at flyve over et bestemt sted på Jorden hver dag på samme time, kan den gøre mellem 7 og 16 baner om dagen, som vist i følgende tabel. (Tabellen er beregnet under forudsætning af de angivne perioder. Den orbitale periode, der skal bruges, er faktisk lidt længere. For eksempel har en retrograd ækvatorial bane, der passerer over det samme sted efter 24 timer, en sand periode på ca.365/364≈ 1.0027 gange længere end tiden mellem overgange. For ikke-ækvatoriale kredsløb er faktoren tættere på 1.)

Baner om dagen	Periode ( h )		Højde (km)	Maksimal breddegrad	Inclin- ation
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 °

Når man siger, at en solsynkron bane går over et sted på Jorden på samme lokale tid hver gang, refererer dette til middel soltid , ikke til tilsyneladende soltid . Solen vil ikke være på nøjagtig samme position på himlen i løbet af året (se ligning af tid og Analemma ).

Solsynkrone baner vælges for det meste til jordobservationssatellitter , med en højde typisk mellem 600 og1000 km over jordoverfladen. Selvom en bane forbliver solsynkron, vil andre kredsløbsparametre, såsom argument om periapsis og orbital excentricitet, imidlertid udvikle sig på grund af forstyrrelser af højere orden i Jordens gravitationsfelt, sollysets tryk og andre årsager. Jordobservationssatellitter foretrækker især baner med konstant højde, når de passerer over det samme sted. Omhyggeligt valg af excentricitet og placering af perigee afslører specifikke kombinationer, hvor forstyrrelserne stort set annullerer og derfor er kredsløbet relativt stabilt - en frossen bane . De ERS-1, ERS-2 og Envisat af Europæiske Rumorganisation , samt MetOp rumfartøj af EUMETSAT og RADARSAT-2 i canadiske rumfartsorganisation , er alle drevet i sådanne Sun-synkrone frosne baner.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

• Sandwell, David T., The Gravity Field of the Earth - Del 1 (2002) (s.8)
• Sun-Synchronous Orbit-ordbogsindgang fra US Centennial of Flight Commission
• NASA Spørgsmål og svar
• Boain, Ronald J. (februar 2004). "AB-C'erne for Sun Synchronous Orbit Design" (PDF) . Space Flight Mechanics Conference. Arkiveret fra originalen (PDF) den 25. oktober 2007.

eksterne links

• Liste over satellitter i solsynkron bane