Геоцентрическая орбита - Geocentric orbit

А геоцентрическая орбита или же Околоземная орбита включает в себя любой объект вращающийся по орбите то земной шар, такой как Луна или же искусственные спутники. По оценкам НАСА, в 1997 году на орбите Земли находилось около 2465 искусственных спутников и 6216 единиц. космический мусор как отслеживается Центр космических полетов Годдарда.^[1] Более 16 291 ранее запущенных объектов имеют разложившийся в землю атмосфера.^[1]

Космический корабль выходит на орбиту, когда его центростремительный ускорение из-за сила тяжести меньше или равно центробежный ускорение за счет горизонтальной составляющей его скорости. Для низкая околоземная орбита эта скорость составляет около 7 800 м / с (28 100 км / ч; 17 400 миль / ч);^[2] напротив, самая высокая скорость пилотируемого самолета, когда-либо достигнутая (без учета скорости, достигнутой при сходе с орбиты космического корабля), составляла 2200 м / с (7900 км / ч; 4900 миль / ч) в 1967 г. Североамериканский X-15.^[3] Энергия, необходимая для достижения орбитальной скорости Земли на высоте 600 км (370 миль), составляет около 36MJ / кг, что в шесть раз больше энергии, необходимой просто для набора высоты.^[4]

Космический корабль с перигей ниже 2000 км (1200 миль) подвержены сопротивлению атмосферы Земли,^[5] что уменьшает высоту орбиты. Скорость орбитального затухания зависит от площади поперечного сечения и массы спутника, а также от изменений плотности воздуха в верхних слоях атмосферы. Ниже 300 км (190 миль) распад становится более быстрым, время жизни измеряется днями. Как только спутник опускается на 180 км (110 миль), у него есть всего несколько часов, прежде чем он испарится в атмосфере.^[6] В скорость убегания требуется, чтобы полностью освободиться от гравитационного поля Земли и переместиться в межпланетное пространство, составляет около 11 200 м / с (40 300 км / ч; 25 100 миль в час).^[7]

Список терминов и понятий

Высота: как здесь используется, высота объекта над средней поверхностью океанов Земли.
Аналемма: срок в астрономия используется для описания графика положения Солнца на небесная сфера в течение одного года. Очень напоминает восьмерку.
Апогей: это самая дальняя точка, в которой спутник или небесное тело может улететь с Земли, при этом орбитальная скорость будет минимальной.
Эксцентриситет: мера того, насколько орбита отклоняется от идеального круга. Эксцентриситет строго определен для всех круговой и эллиптические орбиты, и параболический и гиперболические траектории.
Экваториальная плоскость: здесь используется воображаемый самолет простирается от экватора на Земле до небесная сфера.
Скорость убегания: как здесь используется, минимальный скорость объект без движение необходимо отойти на неопределенное время от Земли. Объект с такой скоростью войдет в параболическая траектория; выше этой скорости он войдет в гиперболическая траектория.
Импульс: то интеграл из сила за время, в течение которого он действует. Измеряется в (N ·сек или же фунт * сек).
Наклон: то угол между базовая плоскость и другой самолет или же ось. В обсуждаемом здесь смысле базовая плоскость является земным экваториальная плоскость.
Орбитальные характеристики: шесть параметров Кеплеровские элементы необходимо однозначно указать эту орбиту.
Орбитальный период: Как здесь определено, время, необходимое спутнику, чтобы сделать один полный оборот вокруг Земли.
Перигей: - ближайшая точка сближения спутника или небесного тела с Земли, в которой орбитальная скорость будет максимальной.
Сидерический день: время, необходимое для небесный объект повернуть на 360 °. Для Земли это: 23 часа 56 минут 4,091 секунды.
Солнечное время: здесь используется местное время, измеренное солнечные часы.
Скорость: скорость объекта в определенном направлении. Поскольку скорость определяется как вектор, для его определения требуются и скорость, и направление.

Типы геоцентрических орбит

Ниже приводится список различных классификаций геоцентрических орбит.

Классификация высоты

Области низкой (голубой) и средней (желтый) околоземной орбиты в масштабе. Черная пунктирная линия - геостационарная орбита. Зеленая пунктирная линия - это орбита длиной 20 230 км, используемая для GPS спутники.

Низкая околоземная орбита (ЛЕО): Геоцентрические орбиты на высоте от 160 километров (100 статутных миль) до 2000 километров (1200 миль) над уровнем моря. средний уровень моря. На скорости 160 км один оборот занимает примерно 90 минут, а круговая орбитальная скорость составляет 8000 метров в секунду (26000 футов / с).
Средняя околоземная орбита (MEO): Геоцентрические орбиты с высотой в апогее от 2000 километров (1200 миль) до орбиты геостационарная орбита в 35 786 км (22 236 миль).
Геосинхронная орбита (ГЕО): Геоцентрическая круговая орбита с высотой 35 786 километров (22 236 миль). Период обращения по орбите равен единице. звездный день, совпадающий с периодом вращения Земли. Скорость составляет примерно 3000 метров в секунду (9800 футов / с).
Высокая околоземная орбита (HEO): Геоцентрические орбиты с высотой в апогее выше, чем у геосинхронной орбиты. Частным случаем высокой околоземной орбиты является высокоэллиптическая орбита, где высота в перигее составляет менее 2000 километров (1200 миль).^[8]

Классификация по наклону

Наклонная орбита

Орбита, чья склонность в отношении экваториальная плоскость не 0.

Полярная орбита: Спутник, который проходит над или почти над обоими полюсами планеты при каждом обороте. Следовательно, он имеет наклон (или очень близок к) 90 градусы.
Синхронная орбита полярного солнца: Рано полярная орбита что проходит экватор в одно и то же местное время каждый проходить. Полезно для съемки спутников, потому что тени будут одинаковыми на каждом проходе.

Классификация эксцентриситета

Круговая орбита

Орбита, имеющая эксцентриситет 0 и чей путь представляет собой окружность.

Эллиптическая орбита

Орбита с эксцентриситет больше 0 и меньше 1, чья орбита соответствует пути эллипс.

Переходная орбита Хомана

Орбитальный маневр, который перемещает космический корабль с одного круговая орбита к другому с использованием двух двигателей импульсы. Этот маневр был назван в честь Вальтер Хоманн.

Геосинхронная переходная орбита (GTO)

Геоцентрический-эллиптическая орбита где перигей находится на высоте Низкая околоземная орбита (LEO) и апогей на высоте геостационарная орбита.

Сильноэллиптическая орбита (HEO)

Геоцентрическая орбита с апогеем выше 35 786 км и низким перигеем (около 1000 км), что приводит к длительному пребыванию вблизи апогея.

Молния орбита: А высокоэллиптическая орбита с склонность 63,4 ° и орбитальный период из ½ звездный день (примерно 12 часов). Такой спутник проводит большую часть времени над обозначенной областью Земли.
Тундровая орбита: А высокоэллиптическая орбита с склонность 63,4 ° и орбитальный период одного звездный день (примерно 24 часа). Такой спутник проводит большую часть времени над обозначенной областью Земли.

Гиперболическая траектория

"Орбита" с эксцентриситетом больше 1. Объект скорость достигает некоторого значения, превышающего скорость убегания, поэтому он выйдет из гравитационного поля Земли и продолжит движение бесконечно со скоростью (относительно Земли), замедляющейся до некоторого конечного значения, известного как гиперболическая избыточная скорость.

Траектория побега: Эта траектория должна использоваться для запуска межпланетного зонда вдали от Земли, потому что превышение космической скорости - это то, что меняет ее гелиоцентрическая орбита от Земли.
Траектория захвата: Это зеркальное отображение траектории ухода; объект, движущийся с достаточной скоростью, не направленный прямо на Землю, будет двигаться к ней и ускоряться. В отсутствие импульса замедляющего двигателя для вывода его на орбиту он будет следовать по траектории ухода после перицентра.

Параболическая траектория: "Орбита" с эксцентриситетом, точно равным единице. скорость равно скорость убегания, поэтому он выйдет из-под действия гравитационного притяжения Земли и продолжит движение со скоростью (относительно Земли), замедляющейся до 0. Космический корабль, запущенный с Земли с такой скоростью, пройдет некоторое расстояние от нее, но будет следовать за ней вокруг Солнца в одинаковый гелиоцентрическая орбита. Возможно, но маловероятно, что приближающийся к Земле объект может следовать по параболической траектории захвата, но скорость и направление должны быть точными.

Направленные классификации

Улучшить орбиту: орбита, на которой проекция объекта на экваториальную плоскость вращается вокруг Земли в том же направлении, что и вращение Земли.
Ретроградная орбита: орбита, на которой проекция объекта на экваториальную плоскость вращается вокруг Земли в направлении, противоположном направлению вращения Земли.

Геосинхронные классификации

Полусинхронная орбита (SSO)

Орбита с высотой примерно 20 200 км (12 600 миль) и орбитальный период примерно 12 часов

Геосинхронная орбита (ГЕО)

Орбиты с высотой примерно 35 786 км (22 236 миль). Такой спутник мог бы отслеживать аналемма (рисунок 8) в небе.

Геостационарная орбита (ГСО)

А геостационарная орбита с склонность нуля. Для наземного наблюдателя этот спутник мог бы показаться неподвижной точкой в небе.

Орбита Кларка

Другое название геостационарной орбиты. Назван в честь писателя Артур Кларк.

Околоземная орбиталь точки либрации: В точки либрации для объектов, вращающихся вокруг Земли, находятся под углом 105 градусов западной долготы и 75 градусов восточной долготы. В этих двух точках собрано более 160 спутников.^[9]

Суперсинхронная орбита: Орбита захоронения / хранения над ГСО / ГСО. Спутники дрейфуют на запад.
Подсинхронная орбита: Дрейфующая орбита близка к ГСО / ГСО, но ниже. Спутники будут дрейфовать на восток.
Орбита кладбища, орбита утилизации, орбита мусора: Орбита на несколько сотен километров выше геосинхронный что спутники перемещаются в конце их работы.

Особые классификации

Солнечно-синхронная орбита: Орбита, сочетающая высоту и склонность таким образом, что спутник проходит над любой заданной точкой планета поверхность в том же месте солнечное время. Такая орбита может поместить спутник в постоянный солнечный свет и полезна для получения изображений, шпион, и метеорологические спутники.
Орбита Луны: В орбитальные характеристики Луны Земли. Средняя высота 384 403 км (238 857 миль), эллиптический –наклонная орбита.

Негеоцентрические классификации

Подковообразная орбита: Орбита, которая кажется наземному наблюдателю вращающейся вокруг планеты, но на самом деле на орбите с этим. Увидеть астероиды 3753 (Cruithne) и 2002 AA₂₉.
Суборбитальный полет: Запуск, где космический корабль приближается к высоте орбиты, но не хватает скорость чтобы выдержать это.

Касательные скорости на высоте

Орбита	От центра к центру расстояние	Высота выше поверхность Земли	Скорость	Орбитальный период	Удельная орбитальная энергия
Собственное вращение Земли у поверхности (для сравнения - не по орбите)	6,378 км	0 км	465.1 РС (1,674 км / ч или 1040 миль / ч)	23 h 56 мин	−62.6 МДж / кг
Теоретическая орбита у поверхности Земли (экватора)	6,378 км	0 км	7.9 км / с (28,440 км / ч или 17 672 миль / ч)	1 ч 24 мин 18 сек	−31.2 МДж / кг
Низкая околоземная орбита	6,600–8,400 км	200–2,000 км	Круговая орбита: 6,9–7,8 км / с (24 840–28 080 км / ч или 14 430–17 450 миль / ч) соответственно Эллиптическая орбита: 6.5–8.2 км / с соответственно	1 h 29 мин - 2 h 8 мин	−29.8 МДж / кг
Молния орбита	6,900–46,300 км	500–39,900 км	1.5–10.0 км / с (5 400–36 000 км / ч или 3,335–22,370 миль / ч) соответственно	11 h 58 мин	−4.7 МДж / кг
Геостационарный	42,000 км	35,786 км	3.1 км / с (11,600 км / ч или 6,935 миль / ч)	23 h 56 мин	−4.6 МДж / кг
Орбита Луны	363,000–406,000 км	357,000–399,000 км	0.97–1.08 км / с (3,492–3,888 км / ч или 2 170–2 416 миль / ч) соответственно	27.3 дней	−0.5 МДж / кг

Смотрите также

внешняя ссылка

[Goddard-1997-1] а ^б "Отчет о ситуации со спутниками, 1997 г.". Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. 2000-02-01. Архивировано из оригинал на 2006-08-23. Получено 2006-09-10.

[hill1999-2] Хилл, Джеймс В. Х. (апрель 1999 г.), «Выход на низкую околоземную орбиту», Космическое будущее, заархивировано из оригинал на 2012-03-19, получено 2012-03-18.

[shiner20071101-3] Шайнер, Линда (1 ноября 2007 г.), X-15 Walkaround, Журнал Air & Space, получено 2009-06-19.

[dimotakis1999-4] Dimotakis, P .; и другие. (Октябрь 1999 г.), 100 фунтов на низкую околоземную орбиту (НОО): варианты запуска с малой полезной нагрузкой, The Mitre Corporation, стр. 1–39, заархивировано оригинал на 2017-08-29, получено 2012-01-21.

[5] Гош, С. Н. (2000), Атмосферные науки и окружающая среда, Allied Publishers, стр. 47–48, ISBN 978-8177640434

[slsa-6] Кенневелл, Джон; Макдональд, Эндрю (2011), Время жизни спутников и солнечная активность, Бюро погоды Содружества Австралии, Отделение космической погоды, в архиве из оригинала 28.12.2011, получено 2011-12-31.

[williams2010-7] Уильямс, Дэвид Р. (17 ноября 2010 г.), "Факты о Земле", Луна и планетология, НАСА, в архиве с оригинала 30 октября 2010 г., получено 2012-05-10.

[nasa-8] Определения геоцентрических орбит из Центра космических полетов Годдарда В архиве 27 мая 2010 г. Wayback Machine

[9] Неконтролируемый спутник угрожает другим близлежащим космическим кораблям, Питер Б. де Селдинг, SPACE.com, 5/3/10. В архиве 5 мая 2010 г. Wayback Machine

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]