Orbita geocentryczna - Geocentric orbit
Geocentrycznego orbita lub orbita Ziemi obejmuje dowolny obiekt na orbicie na Ziemi , takich jak Księżyc czy sztucznych satelitów . W 1997 r. NASA oszacowała, że około 2465 sztucznych satelitów krąży wokół Ziemi i 6216 kawałków kosmicznych śmieci śledzonych przez Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda . Ponad 16 291 wcześniej wystrzelonych obiektów rozpadło się w ziemską atmosferę .
Statek kosmiczny wchodzi na orbitę, gdy jego przyspieszenie dośrodkowe spowodowane grawitacją jest mniejsze lub równe przyspieszeniu odśrodkowemu wynikającemu z poziomej składowej jego prędkości. Dla niskiej orbity okołoziemskiej prędkość ta wynosi około 7800 m/s (28100 km/h; 17400 mph); dla kontrastu, najwyższa prędkość samolotu załogowego, jaką kiedykolwiek osiągnięto (z wyłączeniem prędkości osiąganych przez statek kosmiczny zejścia z orbity) wynosiła 2200 m/s (7900 km/h; 4900 mph) w 1967 roku przez północnoamerykański X-15 . Energia wymagana do osiągnięcia prędkości orbitalnej Ziemi na wysokości 600 km (370 mil) wynosi około 36 MJ / kg, co stanowi sześciokrotność energii potrzebnej do wzniesienia się na odpowiednią wysokość.
Statki kosmiczne o perygeum poniżej około 2000 km (1200 mil) są narażone na opór z ziemskiej atmosfery, co zmniejsza wysokość orbity. Szybkość zaniku orbity zależy od pola przekroju i masy satelity, a także od zmian gęstości powietrza w górnych warstwach atmosfery. Poniżej około 300 km (190 mil) rozkład staje się szybszy z czasem życia mierzonym w dniach. Gdy satelita zejdzie do 180 km (110 mil), ma tylko godziny, zanim wyparuje w atmosferze. Prędkość ucieczki wymagana do całkowitego wyrwania się z pola grawitacyjnego Ziemi i przemieszczenia się w przestrzeń międzyplanetarną wynosi około 11 200 m/s (40 300 km/h; 25 100 mph).
Lista terminów i pojęć
- Wysokość
- jak tutaj użyto, wysokość obiektu nad średnią powierzchnią ziemskich oceanów.
- Analemma
- termin w astronomii używany do opisania wykresu pozycji Słońca na sferze niebieskiej w ciągu jednego roku. Bardzo przypomina ósemkę.
- Apogeum
- to najdalszy punkt, jaki satelita lub ciało niebieskie może oddalić od Ziemi, w którym prędkość orbitalna będzie minimalna.
- Ekscentryczność
- miara tego, jak bardzo orbita odbiega od idealnego okręgu. Mimośród jest ściśle określone dla okrągłych i eliptycznych orbit i parabolicznych i hiperbolicznych trajektorii .
- Płaszczyzna równikowa
- użyty tutaj, wyimaginowana płaszczyzna rozciągająca się od równika na Ziemi do sfery niebieskiej .
- Prędkość ucieczki
- jak tutaj użyto, minimalna prędkość , jaką obiekt bez napędu musi mieć, aby oddalić się w nieskończoność od Ziemi. Obiekt przy tej prędkości wejdzie na trajektorię paraboliczną ; powyżej tej prędkości wejdzie na trajektorię hiperboliczną .
- Impuls
- integralną o życie na czas, w którym ona działa. Mierzone w ( N · s lub lb * s).
- Nachylenie
- kąt pomiędzy płaszczyzną odniesienia i innej płaszczyźnie lub osi . W omawianym tu sensie płaszczyzną odniesienia jest płaszczyzna równikowa Ziemi .
- Charakterystyka orbity
- sześć parametrów pierwiastków keplerowskich potrzebnych do jednoznacznego określenia tej orbity.
- Okres orbitalny
- zgodnie z definicją tutaj, czas potrzebny satelity na wykonanie jednej pełnej orbity wokół Ziemi.
- Perygeum
- to najbliższy punkt podejścia satelity lub ciała niebieskiego od Ziemi, przy którym prędkość orbitalna będzie maksymalna.
- Gwiezdny dzień
- czas potrzebny na obrót ciała niebieskiego o 360°. Dla Ziemi to: 23 godziny, 56 minut, 4,091 sekundy.
- Czas słoneczny
- używany tutaj, czas lokalny mierzony zegarem słonecznym .
- Prędkość
- prędkość obiektu w określonym kierunku. Ponieważ prędkość jest zdefiniowana jako wektor , do jej zdefiniowania wymagane są zarówno prędkość, jak i kierunek.
Typy orbit geocentrycznych
Poniżej znajduje się lista różnych klasyfikacji orbit geocentrycznych.
Klasyfikacje wysokości
- Niska orbita okołoziemska (LEO)
- Orbity geocentryczne o wysokości od 160 km (100 mil ustawowych) do 2000 km (1200 mil) nad poziomem morza . Na 160 km jeden obrót zajmuje około 90 minut, a prędkość po orbicie kołowej wynosi 8000 metrów na sekundę (26 000 ft/s).
- Średnia orbita okołoziemska (MEO)
- Orbity geocentryczne z wysokościami w apogeum w zakresie od 2000 kilometrów (1200 mil) i orbity geosynchronicznej na 35786 kilometrów (22 236 mil).
- Orbita geosynchroniczna (GEO)
- Geocentryczna orbita kołowa o wysokości 35 786 kilometrów (22 236 mil). Okres orbity to jeden dzień gwiezdny , zbiegający się z okresem obrotu Ziemi. Prędkość wynosi około 3000 metrów na sekundę (9800 ft/s).
- Wysoka orbita Ziemi (HEO)
- Orbity geocentryczne z wysokościami w apogeum wyższym niż orbita geosynchroniczna. Szczególnym przypadkiem wysokiej orbity Ziemi jest orbita wysoce eliptyczna , gdzie wysokość w perygeum wynosi mniej niż 2000 kilometrów (1200 mil).
Klasyfikacje nachylenia
- Nachylona orbita
- Orbita, której nachylenie względem płaszczyzny równikowej nie wynosi 0.
- Orbita polarna
- Satelita, który przy każdym obrocie przelatuje nad lub prawie nad obydwoma biegunami planety. Dlatego ma nachylenie (lub bardzo bliskie) 90 stopni .
- Orbita synchroniczna słońca polarnego
- Prawie biegunowa orbita, która przechodzi przez równik w tym samym czasie lokalnym przy każdym przejściu . Przydatne do robienia zdjęć z satelitów, ponieważ cienie będą takie same przy każdym przejściu.
Klasyfikacje ekscentryczności
- Orbita kołowa
- Orbita o mimośrodzie równym 0, której ścieżka przebiega po okręgu.
- Orbita eliptyczna
- Orbita o mimośrodzie większym niż 0 i mniejszym niż 1, której orbita kreśli tor elipsy .
- Orbita transferowa Hohmanna
- Manewr orbitalny, który przenosi statek kosmiczny z jednej orbity kołowej na drugą za pomocą dwóch impulsów silnika . Manewr ten został nazwany na cześć Waltera Hohmanna .
- Geosynchroniczna orbita transferowa (GTO)
- Orbita geocentryczno- eliptyczna, w której perygeum znajduje się na wysokości niskiej orbity okołoziemskiej (LEO), a apogeum na wysokości orbity geosynchronicznej .
- Wysoce eliptyczna orbita (HEO)
- Orbita geocentryczna z apogeum powyżej 35 786 km i niskim perygeum (około 1000 km), co skutkuje długimi czasami przebywania w pobliżu apogeum.
- Orbita Molniya
- Bardzo eliptyczna orbita z nachylenia 63,4 ° okresie obiegu z połową całkowitej w gwiazdowy dnia (około 12 godzin). Taki satelita spędza większość czasu nad wyznaczonym obszarem Ziemi.
- Orbita tundry
- Bardzo eliptyczna orbita z nachylenia 63,4 ° okresie obiegu jednego gwiazdowy dnia (około 24 godzin). Taki satelita spędza większość czasu nad wyznaczonym obszarem Ziemi.
- Trajektoria hiperboliczna
- Określenie „Orbita” z ekscentryczności większa niż 1. obiektu prędkość osiągnie pewną wartość przekraczające prędkość ucieczki , dlatego będzie on uciec grawitacyjne Ziemi i dalej podróżować w nieskończoność z prędkością (względem Ziemi) zwalnia do pewnego skończoności wartość, znana jako hiperboliczna prędkość nadmiarowa .
- Trajektoria ucieczki
- Ta trajektoria musi zostać wykorzystana do wystrzelenia sondy międzyplanetarnej z dala od Ziemi, ponieważ nadmiar prędkości ucieczki jest tym, co zmienia jej heliocentryczną orbitę z orbity Ziemi.
- Trajektoria przechwytywania
- To jest lustrzane odbicie trajektorii ucieczki; obiekt poruszający się z wystarczającą prędkością, nie wycelowany bezpośrednio w Ziemię, będzie się do niej zbliżał i przyspieszał. W przypadku braku impulsu silnika spowalniającego, aby umieścić go na orbicie, będzie on podążał trajektorią ucieczki po perycentrum.
- Trajektoria paraboliczna
- „Orbita” o ekscentryczności dokładnie równej 1. Prędkość obiektu jest równa prędkości ucieczki , dlatego ucieknie on grawitacyjnemu przyciąganiu Ziemi i będzie kontynuował podróż z prędkością (względem Ziemi) zwalniającą do 0. Statek kosmiczny wystrzelony z Ziemi z tą prędkością przebyłby pewną odległość od niego, ale podążałby za nim wokół Słońca po tej samej heliocentrycznej orbicie . Jest możliwe, ale mało prawdopodobne, aby obiekt zbliżający się do Ziemi mógł podążać paraboliczną trajektorią przechwytywania, ale prędkość i kierunek musiałyby być precyzyjne.
Klasyfikacje kierunkowe
- Prograde orbity
- orbita, na której rzut obiektu na płaszczyznę równikową obraca się wokół Ziemi w tym samym kierunku, co obrót Ziemi.
- Orbita wsteczna
- orbita, na której rzut obiektu na płaszczyznę równikową obraca się wokół Ziemi w kierunku przeciwnym do obrotu Ziemi.
Klasyfikacje geosynchroniczne
- Orbita półsynchroniczna (SSO)
- Orbita o wysokości około 20200 km (12600 mil) i okresie orbitalnym około 12 godzin
- Orbita geosynchroniczna (GEO)
- Orbity o wysokości około 35 786 km (22 236 mil). Taki satelita śledziłby na niebie analemę (ryc. 8).
- Orbita geostacjonarna (GSO)
- Orbicie geostacjonarnej o nachyleniu od zera. Dla obserwatora na ziemi satelita ten wydawałby się stałym punktem na niebie.
- Orbita Clarke'a
- Inna nazwa orbity geostacjonarnej. Nazwany na cześć pisarza Arthura C. Clarke'a .
- Punkty libracji orbity Ziemi
- Te punkty libracji dla obiektów krążących wokół Ziemi są na 105 stopni i 75 stopni na zachód Wschodzie. W tych dwóch punktach zgromadzono ponad 160 satelitów.
- Orbita supersynchroniczna
- Orbita do składowania/magazynowania nad GSO/GEO. Satelity będą dryfować na zachód.
- Orbita podsynchroniczna
- Orbita dryfująca blisko, ale poniżej GSO/GEO. Satelity będą dryfować na wschód.
- Orbita cmentarna, orbita utylizacji, orbita śmieci
- Orbita kilkaset kilometrów nad geosynchroniczną, na którą przenoszą się satelity pod koniec swojej pracy.
Klasyfikacje specjalne
- Orbita synchroniczna ze słońcem
- Orbita łącząca wysokość i nachylenie w taki sposób, że satelita przelatuje nad dowolnym punktem powierzchni planety w tym samym lokalnym czasie słonecznym . Taka orbita może umieścić satelitę w stałym świetle słonecznym i jest przydatna do obrazowania, szpiegowania i satelitów pogodowych .
- Orbita księżyca
- Charakterystyka orbitalna Księżyca Ziemi. Średnia wysokość 384,403 km (238,857 mil), eliptyczny – nachylona orbita .
Klasyfikacje niegeocentryczne
- Orbita podkowa
- Orbita, która wydaje się obserwatorowi naziemnemu, że krąży wokół planety, ale w rzeczywistości jest z nią na orbicie koorbitalnej . Zobacz asteroidy 3753 (Cruithne) i 2002 AA 29 .
- Lot suborbitalny
- Start, w którym statek kosmiczny zbliża się do wysokości orbity, ale brakuje mu prędkości, aby ją utrzymać.
Prędkości styczne na wysokości
Orbita | Odległość od środka do środka |
Wysokość nad powierzchnią Ziemi |
Prędkość | Okres orbitalny | Specyficzna energia orbitalna |
---|---|---|---|---|---|
Własna rotacja Ziemi na powierzchni (dla porównania — nie na orbicie) | 6 378 km | 0 km | 465,1 m/s (1674 km/h lub 1040 mph) | 23 godz. 56 min 4,09 s | -62,6 MJ/kg |
Orbita na powierzchni Ziemi (równik) teoretyczna | 6 378 km | 0 km | 7,9 km/s (28 440 km/h lub 17 672 mph) | 1 godz. 24 min. 18 sek. | -31.2 MJ/kg |
Niska orbita okołoziemska | 6600–8400 km | 200–2000 km | 1 godz 29 min – 2 godz 8 min | -29.8 MJ/kg | |
Orbita Molniya | 6900–46300 km | 500–39 900 km | 1,5–10,0 km/s (5400–36 000 km/h lub 3335–22370 mph) | 11 godz. 58 min | -4,7 MJ/kg |
Geostacjonarny | 42 000 km | 35 786 km | 3,1 km/s (11 600 km/h lub 6935 mph) | 23 godz. 56 min 4,09 s | -4,6 MJ/kg |
Orbita Księżyca | 363 000–406 000 km | 357 000–399 000 km | 0,97–1,08 km/s (3492–3,888 km/h lub 2170–2416 mph) | 27,27 dni | −0,5 MJ/kg |
Zobacz też
- Orbita Ziemi
- Lista orbit
- Astrodynamika
- Sfera niebieska
- Orbita heliocentryczna
- Satelita areosynchroniczny
- Satelita areostacjonarny
- Prędkość ucieczki
- Satelita
- Oglądanie satelitarne
- Stacja Kosmiczna
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- http://www.freemars.org/jeff/speed/index.htm
- http://www.tech-faq.com/medium-earth-orbit.shtml
- NASA.gov
- https://web.archive.org/web/20100221072300/http://www.space.com/scienceastronomy/solarsystem/second_moon_991029.html
- http://www.astro.uwo.ca/~wiegert/3753/3753.html
- http://www.astro.uwo.ca/~wiegert/AA29/AA29.html