Konstelacja satelitów - Satellite constellation

W GPS rozmowy konstelacji dla 24 satelitów być równo rozdzielone wśród sześciu orbitach . Zwróć uwagę, jak liczba satelitów widocznych z danego punktu na powierzchni Ziemi, w tym przykładzie na 40°N, zmienia się w czasie.

Konstelacji satelitarnych jest grupą sztucznych satelitów współpracuje jako system. W przeciwieństwie do pojedynczego satelity, konstelacja może zapewnić stały zasięg globalny lub prawie globalny , tak że w dowolnym momencie na całej Ziemi widoczny jest co najmniej jeden satelita. Satelity są zazwyczaj umieszczane w zestawach uzupełniających się płaszczyzn orbitalnych i łączą się z globalnie rozmieszczonymi stacjami naziemnymi . Mogą również korzystać z komunikacji międzysatelitarnej .

Inne grupy satelitarne

Konstelacji satelitów nie należy mylić z:

• klastry satelitów , które są grupami satelitów poruszających się bardzo blisko siebie na prawie identycznych orbitach (patrz formacja satelitów w locie );
• serie satelitów lub programy satelitarne (takie jak Landsat ), które są generacjami satelitów wystrzeliwanych kolejno;
• floty satelitów , które są grupami satelitów tego samego producenta lub operatora, które działają niezależnie od siebie (nie jako system).

Przegląd

Nad Bardzo Dużym Teleskopem widoczny jest jasny sztuczny rozbłysk satelity . Konstelacje satelitów mogą mieć wpływ na astronomię naziemną.

Satelity na średniej orbicie okołoziemskiej (MEO) i niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) są często umieszczane w konstelacjach satelitarnych, ponieważ obszar zasięgu zapewniany przez jednego satelitę obejmuje tylko niewielki obszar, który porusza się, gdy satelita porusza się z dużą prędkością kątową niezbędną do utrzymania jego orbita . Wiele satelitów MEO lub LEO jest potrzebnych do utrzymania stałego pokrycia obszaru. Kontrastuje to z satelitami geostacjonarnymi , gdzie pojedynczy satelita, znajdujący się na znacznie większej wysokości i poruszający się z taką samą prędkością kątową, jak obrót powierzchni Ziemi, zapewnia stałe pokrycie dużego obszaru.

W przypadku niektórych zastosowań, w szczególności łączności cyfrowej, mniejsza wysokość konstelacji satelitów MEO i LEO zapewnia przewagę nad satelitą geostacjonarnym, przy niższych stratach ścieżki (redukcja zapotrzebowania na energię i koszty) oraz opóźnieniu. Czas propagacji na obie protokołu internetowego przekazywanie za pośrednictwem satelitów geostacjonarnych może przekraczać 600  ms, lecz tak niskich jak 125  ms dla satelity MEO lub 30  ms w systemie LEO.

Przykłady konstelacji satelitów obejmują globalny system pozycjonowania (GPS), konstelacje Galileo i GLONASS do nawigacji i geodezji w MEO, usługi telefonii satelitarnej Iridium i Globalstar oraz usługę przesyłania wiadomości Orbcomm w LEO, konstelację monitorowania katastrof i RapidEye do teledetekcji w słońcu. synchroniczne konstelacje LEO, rosyjskie konstelacje komunikacyjne Molniya i Tundra na wysoce eliptycznej orbicie oraz szerokopasmowe konstelacje satelitarne, budowane przez Starlink i OneWeb w LEO i działające z O3b w MEO.

Projekt

Gwiazdozbiór Walkera

Istnieje duża liczba konstelacji, które mogą spełnić konkretną misję. Zazwyczaj konstelacje są projektowane w taki sposób, aby satelity miały podobne orbity, ekscentryczność i nachylenie, tak aby wszelkie perturbacje wpływały na każdego satelitę w przybliżeniu w ten sam sposób. W ten sposób można zachować geometrię bez nadmiernego utrzymywania stacji, zmniejszając w ten sposób zużycie paliwa, a tym samym wydłużając żywotność satelitów. Inną kwestią jest to, że fazowanie każdego satelity na płaszczyźnie orbitalnej utrzymuje wystarczającą odległość, aby uniknąć kolizji lub interferencji na skrzyżowaniach płaszczyzn orbitalnych. Orbity kołowe są popularne, ponieważ wtedy satelita znajduje się na stałej wysokości i wymaga do komunikacji sygnału o stałej sile.

Popularną klasą geometrii orbit kołowych jest konstelacja Walker Delta Pattern. Ma to powiązaną notację opisującą to, co zaproponował John Walker. Jego notacja to:

ja: t/p/f

gdzie:

• ja jest skłonnością;
• t to całkowita liczba satelitów;
• p jest liczbą równo rozmieszczonych płaszczyzn; oraz
• f jest względną odległością między satelitami w sąsiednich płaszczyznach. Zmiana rzeczywistej anomalii (w stopniach) dla równoważnych satelitów w sąsiednich płaszczyznach jest równa f × 360 / t .

Na przykład system nawigacji Galileo to  konstelacja Walker Delta 56°: 24/3/1. Oznacza to, że są 24 satelity w 3 płaszczyznach nachylonych pod kątem 56 stopni, obejmujących 360 stopni wokół równika . „1” określa fazowanie między płaszczyznami i sposób ich rozmieszczenia. Delta Walkera jest również znana jako rozeta Ballarda, po podobnej wcześniejszej pracy AH Ballarda. Notacja Ballarda to (t,p,m), gdzie m jest wielokrotnością ułamkowego przesunięcia między płaszczyznami.

Innym popularnym typem konstelacji jest bliskobiegunowa Gwiazda Walkera, używana przez Iridium . Tutaj satelity poruszają się po okołobiegunowych orbitach kołowych na około 180 stopniach, podróżując na północ po jednej stronie Ziemi i południe po drugiej. Aktywne satelity w pełnej konstelacji Iridium tworzą Gwiazdę Walkera o wartości 86,4°:  66/6/2, tj. fazowanie powtarza się co dwie płaszczyzny. Walker używa podobnej notacji dla gwiazd i delt, co może być mylące.

Te zestawy orbit kołowych na stałej wysokości są czasami nazywane powłokami orbitalnymi .

Lista konstelacji satelitów

Nawigacyjne konstelacje satelitów

Konstelacje satelitów komunikacyjnych

Nadawanie

• Radio satelitarne Sirius
• Radio satelitarne XM
• Inna sieć
• Molniya (przerwane)

Monitorowanie

• Iglica (AIS, ADS-B)
• Iryd (AIS, ADS-B)
• Hiber Global (IoT)
• TDRSS

Dwukierunkowa komunikacja

Niektóre systemy zostały zaproponowane, ale nigdy nie zostały zrealizowane:

Proponowane lub obecnie opracowywane są inne systemy:

Postęp

• Boeing Satellite przenosi aplikację do OneWeb
• LeoSat całkowicie wyłączył się w 2019 roku
• OneWeb konstelacja miał 6 satelitów pilotażowe w lutym 2019 , 74 satelitów rozpoczęte z dniem 21 marca 2020, ale złożył wniosek o upadłość w dniu 27 marca 2020
• Starlink : pierwsza misja ( Starlink 0 ) uruchomiona 24 maja 2019 r.; 955 satelitów wystrzelonych, 51 spuszczonych z orbity, 904 na orbicie od 25 listopada 2020 r.; publiczny test beta w ograniczonym zakresie szerokości geograficznej rozpoczął się w listopadzie 2020 r.
• O3b mPOWER : pierwsze 3 satelity do wystrzelenia w trzecim kwartale 2021 r.; 8 więcej w latach 2022-2024
• Telesat LEO: dwa prototypy: premiera w 2018 r.
• CASIC Hongyun : prototyp wprowadzony na rynek w grudniu 2018 r.
• Prototyp CASC Hongyan uruchomiony w grudniu 2018 r., może zostać połączony z Hongyun
• Projekt Kuiper : zgłoszenie FCC w lipcu 2019 r.

Konstelacje satelitów do obserwacji Ziemi

• Gwiazdozbiór RADARSAT
• Planet Labs
• Plejady 1A i 1B
• RapidEye
• Konstelacja monitorowania katastrof
• Pociąg
• MIEJSCE 6 i MIEJSCE 7
• Iglica

Zobacz też

• Satelitarna konstelacja internetu
• Zanieczyszczenie światłem
• Rodzaje orbity geocentrycznej

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Narzędzia do symulacji konstelacji satelitów:

• Modelarz konstelacji satelitów AVM Dynamics
• Wizualizacja konstelacji satelitów SaVi
• Transfinite Visualyse Professional

Więcej informacji:

• Praca w sieci z konstelacjami satelitów - praca doktorska (2001)
• Konstelacje satelitów Lloyd's - ostatnia aktualizacja 20 lipca 2011 r.
• Badanie i analiza konstelacji polarnej niskiej orbity okołoziemskiej-IEEE