Высокая эллиптическая орбита

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Типичная орбита КА «Молния». Красными точками отмечено время движения спутника по орбите в часах

Высокая эллиптическая орбита (также Высокоэллиптическая орбита, ВЭО) — это тип эллиптической орбиты, у которой высота в апогее во много раз превышает высоту в перигее[1].

Предназначение[править | править код]

По законам Кеплера спутники, использующие высокие эллиптические орбиты, двигаются с очень высокой скоростью в перигее, а затем сильно замедляются в апогее. Когда космический аппарат (КА) находится вблизи апогея, у наземного наблюдателя создаётся впечатление, что спутник почти не двигается в течение нескольких часов, то есть его орбита становится квази-геостационарной. В течение 3,5 часов сигнал с него можно принимать на антенну диаметром 0,6 м без использования поворотного устройства. С другой стороны, точка квазигеостационара может быть расположена над любой точкой земного шара, а не только над экватором, как у геостационарных спутников. Это свойство используется в северных и южных широтах, сильно удалённых от экватора (выше 76—78° с.ш./ю.ш.), где угол места геостационарных спутников может быть очень низким, или даже отрицательным[нет в источнике][2]. В этих зонах приём с геостационарного спутника сильно затруднён или вовсе невозможен, и спутники на высокоэллиптических орбитах являются единственной возможностью обеспечить обслуживание. Углы мест у высокоэллиптических спутников превышают 40° на краях зоны обслуживания и достигают 90° в её центре.

Орбиты ВЭО могут иметь любое наклонение, но часто имеют наклонение близкое к для обнуления возмущения вызванного неправильной формой Земли, похожей на сплюснутый эллипсоид. При использовании такого наклонения орбита стабилизируется.

У эллиптических орбит аргумент перигея, находящийся между 180° и 360°, означает, что апогей находится над Северным полушарием. Напротив, аргумент перигея между 0° и 180° означает, что апогей находится над Южным полушарием. Апогей орбиты с аргументом перигея 0° или 180° будет находиться точно над экватором, что с практической точки зрения не имеет смысла, поскольку в этом случае дешевле и проще использовать КА на геостационарной орбите (понадобится всего лишь один спутник вместо трёх).

Достоинства и недостатки[править | править код]

Спутники на ВЭО обладают следующими достоинствами:

  • Возможность обслуживания очень большой территории. Так, например, такая система может обслуживать всю территорию России;
  • Обслуживание в высоких широтах. Угол места в этих зонах у систем на ВЭО гораздо больше, чем у геостационарных спутников;[2]
  • Широкое использование различных частотных диапазонов на ВЭО без регистрации (в отличие от геостационарной орбиты, где уже практически не осталось ни свободного места, ни свободных частот);
  • более дешевый вывод на орбиту (примерно в 1,8 раза)[3].

В то же время, в настоящее время у систем на высокоэллиптических орбитах больше недостатков чем достоинств. К недостаткам относятся:

  • необходимость иметь по крайней мере три спутника на орбите (вместо одного геостационарного) для создания квазигеостационарной системы. В случае обеспечения круглосуточного непрерывного вещания, количество КА возрастает до семи[3];
  • приемная антенна должна обладать функцией слежения (привод для разворота). Поэтому первоначальная стоимость такой антенны и стоимость её обслуживания будут выше, чем у простой фиксированной антенны;
  • в высоких широтах плотность населения гораздо ниже чем в средних районах, поэтому вопрос окупаемости такой системы очень сомнителен;
  • апогей спутников на ВЭО выше, чем у ГСО, поэтому мощность передатчиков должна быть выше, до 400—500 ватт. Это удорожает спутники;[2]
  • орбита спутников на ВЭО обычно пересекает радиационные пояса, что сильно сокращает срок службы КА. Для того чтобы избавиться от этой проблемы, необходимо иметь орбиту с апогеем около 50 тыс. км и перигеем около 20 тыс. км[3] то есть использовать орбиту «Тундра»;
  • так как КА движутся по орбите, эффект Доплера создает дополнительные трудности для приемников на Земле[4];
  • из-за большого времени распространения сигнала, возникают сложности при использовании приложений, работающих в реальном масштабе времени, такими как телефония[4].

Примеры использования[править | править код]

Существует несколько известных систем, которые используют высокоэллиптические орбиты.

Примеры высокоэллиптических орбит
Системы использующие ВЭО Название орбиты Предназначение Аргумент широты перигея Наклонение Период обращения КА Высота в перигее Высота в апогее.
«Молния-1Т», «-3», «-3К», «Меридиан» Молния Спутниковая связь 280° 62.8° 11 часов 57 мин. 45 сек. около 500 км около 40 000 км
«Sirius XM Radio»[4] Тундра Спутниковое радио 269° 62,1538° 23 часа 56 мин. 04 сек. 24 475 км 47 093 км
Интеграл[4][5][6] Космическая обсерватория 300° 51,6° (в начале миссии) 4309,6 мин. 9743,2 км 152 963,8 км
Кластер[4] Научный КА 101,5° 3427,6 мин. 8585,9 км 129 281,5 км
Орбитальная Геофизическая обсерватория Космическая обсерватория 101,5° 3839 мин. около 300 км около 150 000 км
Advanced Composition Explorer Научный КА 28,7° 1398 часов (58,25 дня) 145 700 000 км 150 550 000 км
Quazi-Zenith Satellite System Тундра Спутниковая система дифференциальной коррекции сигнала GPS 270° 40° 23 часа 56 мин. 04 сек. около 32 000 км около 40 000 км
ГЛОНАСС Тундра Спутниковая система дифференциальной коррекции 64,8° 23 часа 56 мин. 04 сек.

Орбита «Молния»[править | править код]

Наземная трасса КА «Молния»

Орбита «Молния» названа в честь серии советских и российских спутников связи двойного назначения «Молния», впервые использовавших в своей работе этот вид орбиты. Её параметры:

  • аргумент широты перигея — 280°;
  • наклонение — 62,8°;
  • драконический период обращения — 11 часов 57 мин. 45 сек.;
  • высота — от 500 км в перигее до 40 000 км в апогее.

Полная группировка КА «Молния» состояла из восьми аппаратов на высокоэллиптических орбитах с апогеем в Северном полушарии, время обращения которых равнялось половине звёздных суток (то есть, чуть меньше 12 часов). КА были разделены на четыре пары, в каждой из которых спутники двигались вдоль одной наземной трассы с интервалом в 6 часов друг за другом. Трассы пар были смещены друг относительно друга на 90° по долготе, то есть восемь спутников обеспечивали покрытие во всём мире. Апогеи суточных витков КА первой группы находились над территорией Центральной Сибири и над Северной Америкой, а у КА второй группы — над Западной Европой и Тихим океаном.

Спутники должны были обеспечивать проведение сеансов связи суммарной длительностью до 13 часов в сутки и до 7,5 часов на одном витке[7].

В данный момент[когда?] группировка спутников «Молния-1Т» и «Молния-3» заменяется на группировку КА «Меридиан».

Орбита «Тундра»[править | править код]

Наземная трасса КА «QZSS»
  • период обращения — 23 часа 56 мин. 04 сек. (1 Звёздный день);
  • большая полуось (): 42 164 км;
  • эксцентриситет (): от 0,25 до 0,4;
  • высота в перигее: , где (средний радиус Земли) — от 18 900 до 25 240 км;
  • высота в апогее:  — от 46 330 до 52 660 км;
  • наклонение (): 62,15°[4] — 63,4°;

Орбита «Тундра» концептуально схожа с орбитой «Молния», но является геосинхронной: вместо 12 часов спутники делают полный виток за одни звёздные сутки (23 часа 56 мин.). Апогей этой орбиты обычно лежит значительно выше, чем у Молнии, в районе 46 000-52 000 км. В теории это может показаться лучше, так как эффективность использования спутников на орбите «Тундра» значительно повышается: они могут обслуживать выбранную территорию более 12 часов на каждом витке, а для организации круглосуточной связи достаточно двух аппаратов. Однако мощность передатчиков на таком КА должна быть значительно выше, так как он находится значительно дальше от Земли.

В данный момент[когда?] такая орбита используется компанией «Sirius XM Radio», которая эксплуатирует на этой орбите систему «Sirius XM» состоящую из трёх КА, а также японской навигационной системой QZSS.

См. также[править | править код]

Спутники связи на высокоэллиптических орбитах:

Примечания[править | править код]

  1. Сомов А.М. Виды орбит. Основные определения. Состав и назначение систем спутниковой связи // Распространение радиоволн и антенны спутниковых систем связи. — Горячая линия - Телеком, 2015. — ISBN 978-5-9912-0416-3.
  2. 1 2 3 О спутниковом вещании с высокоэллиптических орбит. broadcasting.ru. Дата обращения: 17 февраля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.
  3. 1 2 3 Высокоэллиптическая орбита. Радиогалактику. Дата обращения: 5 февраля 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.
  4. 1 2 3 4 5 6 Tipos de órbitas. Constelaciones de satélites. Universidad Politecnica de Madrid. Дата обращения: 5 февраля 2011. Архивировано 31 мая 2012 года.
  5. Под знаком «Интеграла». Журнал «Новости Космонавтики», 12.2002. Дата обращения: 20 сентября 2011. Архивировано 21 марта 2012 года.
  6. ESA Integral. ESA. Дата обращения: 20 сентября 2011. Архивировано 13 июля 2012 года.
  7. Новая «Молния» красноярцев. Журнал «Новости Космонавтики», 09.2001. Дата обращения: 21 января 2011. Архивировано 13 марта 2012 года.

Ссылки[править | править код]