कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों की कक्षाएँ। उपग्रह कक्षाओं के प्रकार और उनकी परिभाषाएँ उपग्रह कक्षा क्या है
पृथ्वी के ऊपर बाह्य अंतरिक्ष में, उपग्रह कुछ निश्चित प्रक्षेपपथों पर चलते हैं जिन्हें कहा जाता है कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों की कक्षाएँ. एक कक्षा किसी भी भौतिक वस्तु (हमारे मामले में, एक उपग्रह) की गति का प्रक्षेपवक्र है (या लैटिन "पथ, सड़क" से अनुवादित) जो स्थानिक निर्देशांक की एक पूर्व निर्धारित प्रणाली के साथ आगे बढ़ती है, जिस पर कार्य करने वाले बल क्षेत्रों के विन्यास को ध्यान में रखा जाता है। यह।
कृत्रिम पृथ्वी उपग्रह (एईएस) तीन कक्षाओं में चलते हैं: ध्रुवीय, झुके हुए और भूमध्यरेखीय (जियोस्टेशनरी)।
भूमध्यरेखीय तल के सापेक्ष ध्रुवीय कक्षा का कोणीय झुकाव 90° (अंग्रेजी झुकाव के अक्षर "i" से दर्शाया गया) है। यह कोण मिनट और सेकंड में भी मापा जाता है। ध्रुवीय कक्षा समकालिक या अर्ध-समकालिक हो सकती है।
एक झुकी हुई कक्षा ध्रुवीय और विषुवतीय के बीच स्थित होती है कृत्रिम पृथ्वी उपग्रहों की कक्षाएँ, एक विस्थापित न्यून कोण बनाता है।
ध्रुवीय और झुकी हुई कक्षा का मुख्य और महत्वपूर्ण नुकसान यह है कि उपग्रह लगातार अपनी कक्षा में घूम रहा है, इसलिए इसकी स्थिति को ट्रैक करने के लिए, उपग्रह सिग्नल प्राप्त करने के लिए एंटीना को लगातार समायोजित किया जाना चाहिए। एंटीना को उपग्रह स्थिति में स्वचालित रूप से समायोजित करने के लिए, विशेष महंगे उपकरण होते हैं जिन्हें स्थापित करना और बाद में रखरखाव करना बहुत मुश्किल होता है।
भूस्थैतिक कक्षा (जिसे भूमध्यरेखीय भी कहा जाता है) में शून्य विचलन है और यह हमारे ग्रह के भूमध्यरेखीय तल में स्थित है। एक उपग्रह अपने साथ चलते हुए पृथ्वी को अपनी धुरी पर घूमने में लगने वाले समय के बराबर एक पूर्ण क्रांति करता है। अर्थात्, जमीनी पर्यवेक्षक के संबंध में ऐसा उपग्रह एक बिंदु पर गतिहीन दिखाई देगा।
1-जियोस्टेशनरी कक्षा (जीएसओ) या भूमध्यरेखीय कक्षा।
2-झुकी हुई कक्षा।
3-ध्रुवीय कक्षा.
भूस्थैतिक कक्षा की पृथ्वी की सतह से ऊँचाई ( जीएसओ) 35876 किमी के बराबर है, त्रिज्या 42241 किमी है, और इसकी लंबाई (लंबाई) 265409 किमी है। उपग्रह प्रक्षेपित करते समय इन मापदंडों को ध्यान में रखना आवश्यक है जीएसओऔर तब पृथ्वी पर स्थित पर्यवेक्षक के संबंध में ऐसी गतिहीनता प्राप्त करना संभव होगा।
यह भूस्थैतिक कक्षा है जिसका उपयोग अधिकांश वाणिज्यिक उपग्रहों को लॉन्च करने के लिए किया जाता है। उपग्रह की गति जीएसओलगभग 3000 मीटर/सेकेंड के बराबर।
अपनी शक्तियों के अलावा, भूस्थैतिक कक्षा का एक कमजोर पक्ष भी है: पृथ्वी के परिध्रुवीय क्षेत्रों में, इलाके का कोण बहुत छोटा है, इसलिए सिग्नल ट्रांसमिशन असंभव हो जाता है - भूस्थैतिक कक्षा की अतिसंतृप्ति के कारण, जो इसके कारण होता है एक दूसरे से कम दूरी पर कई उपग्रहों का संचय।
उपग्रह टेलीविजन के लिए, उपग्रह स्थित हैं जीएसओ, इसलिए उपयोगकर्ता का एंटीना स्थिर है। अक्षांश उत्तर के जितना निकट होगा, आप उतने ही कम उपग्रह प्राप्त कर सकेंगे।
आम तौर पर, एक उपग्रह डिश को दो निर्देशांक के अनुसार समायोजित किया जाता है: अज़ीमुथ ("उत्तर" और क्षितिज तल की दिशा से उपग्रह का विचलन, दक्षिणावर्त निर्धारित होता है) और ऊंचाई (क्षितिज तल और उपग्रह की दिशा के बीच का कोण) ).
भूस्थैतिक कक्षा क्या है? यह एक गोलाकार क्षेत्र है, जो पृथ्वी के भूमध्य रेखा के ऊपर स्थित है, जिसके साथ एक कृत्रिम उपग्रह अपनी धुरी के चारों ओर ग्रह के घूमने के कोणीय वेग से घूमता है। यह क्षैतिज समन्वय प्रणाली में अपनी दिशा नहीं बदलता है, बल्कि आकाश में गतिहीन लटका रहता है। जियोस्टेशनरी अर्थ ऑर्बिट (जीईओ) एक प्रकार का जियोसिंक्रोनस क्षेत्र है और इसका उपयोग संचार, टेलीविजन प्रसारण और अन्य उपग्रहों को स्थापित करने के लिए किया जाता है।
कृत्रिम उपकरणों का उपयोग करने का विचार
भूस्थैतिक कक्षा की अवधारणा रूसी आविष्कारक के.ई. त्सोल्कोव्स्की द्वारा शुरू की गई थी। अपने कार्यों में, उन्होंने कक्षीय स्टेशनों की सहायता से अंतरिक्ष को आबाद करने का प्रस्ताव रखा। विदेशी वैज्ञानिकों ने भी ब्रह्मांडीय क्षेत्रों के कार्य का वर्णन किया, उदाहरण के लिए, जी. ओबर्थ। वह व्यक्ति जिसने संचार के लिए कक्षा का उपयोग करने की अवधारणा विकसित की, वह आर्थर सी. क्लार्क है। 1945 में, उन्होंने वायरलेस वर्ल्ड पत्रिका में एक लेख प्रकाशित किया, जहाँ उन्होंने भूस्थैतिक क्षेत्र के फायदों का वर्णन किया। इस क्षेत्र में उनके सक्रिय कार्य के लिए, वैज्ञानिक के सम्मान में, कक्षा को उसका दूसरा नाम - "क्लार्क बेल्ट" मिला। कई सिद्धांतकारों ने उच्च गुणवत्ता वाले संचार को लागू करने की समस्या के बारे में सोचा है। इस प्रकार, 1928 में हरमन पोटोचनिक ने यह विचार व्यक्त किया कि भूस्थैतिक उपग्रहों का उपयोग कैसे किया जा सकता है।
"क्लार्क बेल्ट" की विशेषताएं
किसी कक्षा को भूस्थिर कहलाने के लिए, उसे कई मापदंडों को पूरा करना होगा:
1. जियोसिंक्रोनी। इस विशेषता में एक ऐसा क्षेत्र शामिल है जिसकी अवधि पृथ्वी की घूर्णन अवधि के अनुरूप है। एक भू-तुल्यकालिक उपग्रह ग्रह के चारों ओर अपनी कक्षा एक नाक्षत्र दिन में पूरी करता है, जो 23 घंटे, 56 मिनट और 4 सेकंड है। पृथ्वी को एक निश्चित स्थान में एक चक्कर पूरा करने में उतना ही समय लगता है।
2. किसी उपग्रह को एक निश्चित बिंदु पर बनाए रखने के लिए, भूस्थैतिक कक्षा शून्य झुकाव के साथ गोलाकार होनी चाहिए। एक अण्डाकार क्षेत्र के परिणामस्वरूप या तो पूर्व या पश्चिम में विस्थापन होगा, क्योंकि यान अपनी कक्षा में कुछ बिंदुओं पर अलग-अलग गति से चलता है।
3. अंतरिक्ष तंत्र का "मँडरा बिंदु" भूमध्य रेखा पर होना चाहिए।
4. भूस्थैतिक कक्षा में उपग्रहों का स्थान ऐसा होना चाहिए कि संचार के लिए इच्छित आवृत्तियों की छोटी संख्या के कारण रिसेप्शन और ट्रांसमिशन के दौरान विभिन्न उपकरणों की आवृत्तियों का ओवरलैप न हो, साथ ही उनकी टक्कर से बचा जा सके।
5. अंतरिक्ष तंत्र की स्थिर स्थिति बनाए रखने के लिए पर्याप्त मात्रा में ईंधन।
उपग्रह की भूस्थैतिक कक्षा इस मायने में अद्वितीय है कि केवल इसके मापदंडों को मिलाकर ही उपकरण स्थिर रह सकता है। एक अन्य विशेषता अंतरिक्ष क्षेत्र में स्थित उपग्रहों से पृथ्वी को सत्रह डिग्री के कोण पर देखने की क्षमता है। प्रत्येक उपकरण कक्षीय सतह के लगभग एक-तिहाई हिस्से पर कब्जा कर लेता है, इसलिए तीन तंत्र लगभग पूरे ग्रह को कवर करने में सक्षम हैं।
कृत्रिम उपग्रह
कई देशों और कंपनियों द्वारा उपग्रह लॉन्च किए गए हैं। दुनिया का पहला कृत्रिम उपकरण यूएसएसआर में बनाया गया था और 4 अक्टूबर, 1957 को अंतरिक्ष में उड़ाया गया था। इसे स्पुतनिक 1 नाम दिया गया. 1958 में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने दूसरा अंतरिक्ष यान, एक्सप्लोरर 1 लॉन्च किया। पहला उपग्रह, जिसे 1964 में NASA द्वारा लॉन्च किया गया था, का नाम Syncom-3 था। कृत्रिम उपकरण अधिकतर गैर-वापसी योग्य होते हैं, लेकिन ऐसे भी होते हैं जो आंशिक रूप से या पूरी तरह से वापस कर दिए जाते हैं। इनका उपयोग वैज्ञानिक अनुसंधान करने और विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए किया जाता है। तो, सैन्य, अनुसंधान, नेविगेशन उपग्रह और अन्य हैं। विश्वविद्यालय के कर्मचारियों या रेडियो शौकीनों द्वारा बनाए गए उपकरण भी लॉन्च किए गए हैं।
"स्थायी बिंदु"
भूस्थैतिक उपग्रह समुद्र तल से 35,786 किलोमीटर की ऊंचाई पर स्थित हैं। यह ऊंचाई एक कक्षीय अवधि प्रदान करती है जो तारों के सापेक्ष पृथ्वी की घूर्णन अवधि से मेल खाती है। कृत्रिम यान स्थिर है, इसलिए भूस्थैतिक कक्षा में इसके स्थान को "स्थायी बिंदु" कहा जाता है। होवरिंग निरंतर दीर्घकालिक संचार सुनिश्चित करता है, एक बार उन्मुख होने पर एंटीना हमेशा वांछित उपग्रह पर इंगित किया जाएगा।
आंदोलन
जियोट्रांसफर फ़ील्ड का उपयोग करके उपग्रहों को कम ऊंचाई वाली कक्षा से भूस्थैतिक कक्षा में स्थानांतरित किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध एक अण्डाकार पथ है जिसमें कम ऊंचाई पर एक बिंदु होता है और ऊंचाई पर एक शिखर होता है जो भूस्थैतिक सर्कल के करीब होता है। एक उपग्रह जो आगे के काम के लिए अनुपयुक्त हो गया है उसे GEO से 200-300 किलोमीटर ऊपर स्थित निपटान कक्षा में भेजा जाता है।
भूस्थैतिक कक्षा की ऊंचाई
किसी दिए गए क्षेत्र में एक उपग्रह पृथ्वी से एक निश्चित दूरी बनाए रखता है, न तो पृथ्वी के करीब आता है और न ही दूर जाता है। यह हमेशा भूमध्य रेखा पर किसी बिंदु से ऊपर स्थित होता है। इन विशेषताओं के आधार पर, यह निष्कर्ष निकलता है कि गुरुत्वाकर्षण बल और केन्द्रापसारक बल एक दूसरे को संतुलित करते हैं। भूस्थैतिक कक्षा की ऊंचाई की गणना शास्त्रीय यांत्रिकी पर आधारित विधियों का उपयोग करके की जाती है। इस मामले में, गुरुत्वाकर्षण और केन्द्रापसारक बलों के पत्राचार को ध्यान में रखा जाता है। पहली मात्रा का मान न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। केन्द्रापसारक बल संकेतक की गणना उपग्रह के द्रव्यमान को अभिकेन्द्रीय त्वरण से गुणा करके की जाती है। गुरुत्वाकर्षण और जड़त्व द्रव्यमान की समानता के परिणाम से यह निष्कर्ष निकलता है कि कक्षीय ऊंचाई उपग्रह के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करती है। इसलिए, भूस्थैतिक कक्षा केवल उस ऊंचाई से निर्धारित होती है जिस पर केन्द्रापसारक बल परिमाण में बराबर होता है और एक निश्चित ऊंचाई पर पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण द्वारा बनाए गए गुरुत्वाकर्षण बल की दिशा के विपरीत होता है।
अभिकेन्द्रीय त्वरण की गणना के सूत्र से, आप कोणीय वेग ज्ञात कर सकते हैं। भूस्थैतिक कक्षा की त्रिज्या भी इस सूत्र द्वारा या कोणीय वेग वर्ग द्वारा भूकेन्द्रित गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को विभाजित करके निर्धारित की जाती है। यह 42,164 किलोमीटर लंबा है। पृथ्वी की भूमध्यरेखीय त्रिज्या को ध्यान में रखते हुए, हमें 35,786 किलोमीटर के बराबर ऊँचाई प्राप्त होती है।
गणना दूसरे तरीके से की जा सकती है, इस कथन के आधार पर कि कक्षीय ऊंचाई, जो पृथ्वी के केंद्र से दूरी है, उपग्रह के कोणीय वेग के साथ ग्रह की घूर्णन गति के साथ मेल खाती है, एक रैखिक को जन्म देती है वेग जो किसी दी गई ऊंचाई पर पहले ब्रह्मांडीय वेग के बराबर है।
भूस्थैतिक कक्षा में गति. लंबाई
इस सूचक की गणना कोणीय वेग को क्षेत्र त्रिज्या से गुणा करके की जाती है। कक्षा में गति का मान 3.07 किलोमीटर प्रति सेकंड है, जो निकट-पृथ्वी पथ पर पहली ब्रह्मांडीय गति से बहुत कम है। दर को कम करने के लिए कक्षीय त्रिज्या को छह गुना से अधिक बढ़ाना आवश्यक है। लंबाई की गणना संख्या पाई और त्रिज्या को दो से गुणा करके की जाती है। यह 264924 किलोमीटर है। उपग्रहों के "स्थायी बिंदु" की गणना करते समय संकेतक को ध्यान में रखा जाता है।
शक्तियों का प्रभाव
कक्षा के पैरामीटर जिसके साथ कृत्रिम तंत्र घूमता है, गुरुत्वाकर्षण चंद्र-सौर गड़बड़ी, पृथ्वी के क्षेत्र की अमानवीयता और भूमध्य रेखा की अण्डाकारता के प्रभाव में बदल सकता है। क्षेत्र का परिवर्तन इस प्रकार की घटनाओं में व्यक्त किया जाता है:
- उपग्रह का कक्षा में अपनी स्थिति से स्थिर संतुलन के बिंदुओं की ओर विस्थापन, जिन्हें भूस्थैतिक कक्षा में संभावित छिद्र कहा जाता है।
- भूमध्य रेखा पर क्षेत्र के झुकाव का कोण एक निश्चित गति से बढ़ता है और हर 26 साल और 5 महीने में एक बार 15 डिग्री तक पहुंच जाता है।
उपग्रह को वांछित "स्थायी बिंदु" पर रखने के लिए, यह एक प्रणोदन प्रणाली से सुसज्जित है, जिसे हर 10-15 दिनों में कई बार चालू किया जाता है। इस प्रकार, कक्षीय झुकाव में वृद्धि की भरपाई के लिए, "उत्तर-दक्षिण" सुधार का उपयोग किया जाता है, और क्षेत्र के साथ बहाव की भरपाई के लिए, "पश्चिम-पूर्व" सुधार का उपयोग किया जाता है। अपने पूरे जीवन काल में उपग्रह के पथ को विनियमित करने के लिए, बोर्ड पर ईंधन की एक बड़ी आपूर्ति की आवश्यकता होती है।
प्रणोदन प्रणाली
उपकरण का चुनाव उपग्रह की व्यक्तिगत तकनीकी विशेषताओं द्वारा निर्धारित किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक रासायनिक रॉकेट इंजन में विस्थापन ईंधन की आपूर्ति होती है और यह लंबे समय से संग्रहित उच्च-उबलते घटकों (डायनाइट्रोजन टेट्रोक्साइड, अनसिमेट्रिकल डाइमिथाइलहाइड्रेज़िन) पर काम करता है। प्लाज्मा उपकरणों में काफी कम जोर होता है, लेकिन लंबे समय तक संचालन के कारण, जिसे एक ही आंदोलन के लिए दसियों मिनट में मापा जाता है, वे बोर्ड पर खपत होने वाले ईंधन की मात्रा को काफी कम कर सकते हैं। इस प्रकार की प्रणोदन प्रणाली का उपयोग उपग्रह को किसी अन्य कक्षीय स्थिति में ले जाने के लिए किया जाता है। डिवाइस के सेवा जीवन में मुख्य सीमित कारक भूस्थैतिक कक्षा में ईंधन की आपूर्ति है।
कृत्रिम क्षेत्र के नुकसान
भूस्थैतिक उपग्रहों के साथ संपर्क में एक महत्वपूर्ण कमी सिग्नल प्रसार में बड़ी देरी है। इस प्रकार, 300 हजार किलोमीटर प्रति सेकंड की प्रकाश की गति और 35,786 किलोमीटर की कक्षीय ऊंचाई पर, पृथ्वी-उपग्रह किरण की गति में लगभग 0.12 सेकंड लगते हैं, और पृथ्वी-उपग्रह-पृथ्वी किरण की गति में 0.24 सेकंड लगते हैं। स्थलीय सेवाओं के उपकरण और केबल ट्रांसमिशन सिस्टम में सिग्नल देरी को ध्यान में रखते हुए, "स्रोत-उपग्रह-रिसीवर" सिग्नल की कुल देरी लगभग 2-4 सेकंड तक पहुंच जाती है। यह संकेतक टेलीफोनी के लिए कक्षा में उपकरणों के उपयोग को काफी जटिल बनाता है और वास्तविक समय प्रणालियों में उपग्रह संचार का उपयोग करना असंभव बनाता है।
एक और नुकसान उच्च अक्षांशों से भूस्थैतिक कक्षा की अदृश्यता है, जो आर्कटिक और अंटार्कटिक क्षेत्रों में संचार और टेलीविजन प्रसारण में हस्तक्षेप करता है। ऐसी स्थितियों में जहां सूर्य और संचारण उपग्रह प्राप्त करने वाले एंटीना के अनुरूप होते हैं, सिग्नल में कमी होती है, और कभी-कभी पूर्ण अनुपस्थिति भी होती है। भूस्थैतिक कक्षाओं में उपग्रह की गतिहीनता के कारण यह घटना विशेष रूप से स्पष्ट रूप से प्रकट होती है।
डॉपलर प्रभाव
इस घटना में ट्रांसमीटर और रिसीवर के पारस्परिक आंदोलन के साथ विद्युत चुम्बकीय कंपन की आवृत्तियों में परिवर्तन शामिल है। यह घटना समय के साथ दूरी में बदलाव के साथ-साथ कक्षा में कृत्रिम वाहनों की आवाजाही से व्यक्त होती है। इसका प्रभाव उपग्रह की वाहक आवृत्ति की कम स्थिरता के रूप में प्रकट होता है, जो ऑनबोर्ड पुनरावर्तक और पृथ्वी स्टेशन की आवृत्ति की हार्डवेयर अस्थिरता में जोड़ा जाता है, जो संकेतों के स्वागत को जटिल बनाता है। डॉपलर प्रभाव मॉड्यूलेटिंग कंपन की आवृत्ति में बदलाव में योगदान देता है, जिसे नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। ऐसे मामले में जब संचार उपग्रहों और प्रत्यक्ष टेलीविजन प्रसारण का उपयोग कक्षा में किया जाता है, तो यह घटना व्यावहारिक रूप से समाप्त हो जाती है, अर्थात, प्राप्त बिंदु पर सिग्नल स्तर में कोई बदलाव नहीं होता है।
भूस्थैतिक क्षेत्रों के प्रति विश्व का दृष्टिकोण
अंतरिक्ष कक्षा के जन्म ने कई प्रश्न और अंतर्राष्ट्रीय कानूनी समस्याएं पैदा की हैं। कई समितियाँ, विशेष रूप से संयुक्त राष्ट्र, उनके समाधान में शामिल हैं। भूमध्य रेखा पर स्थित कुछ देशों ने अपने क्षेत्र के ऊपर स्थित अंतरिक्ष क्षेत्र के हिस्से तक अपनी संप्रभुता के विस्तार का दावा किया। राज्यों ने कहा कि भूस्थिर कक्षा एक भौतिक कारक है जो ग्रह के अस्तित्व से जुड़ा है और पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र पर निर्भर करता है, इसलिए क्षेत्र खंड उनके देशों के क्षेत्र का विस्तार हैं। लेकिन ऐसे दावों को खारिज कर दिया गया, क्योंकि दुनिया में बाहरी अंतरिक्ष के गैर-विनियोजन का सिद्धांत है। कक्षाओं और उपग्रहों के संचालन से संबंधित सभी समस्याओं का समाधान वैश्विक स्तर पर किया जाता है।
इस अनुभाग में हम उपग्रह कक्षाओं के प्रकारों पर विचार करेंगे। सभी उपग्रह दीर्घवृत्त में चलते हैं, जिनमें से एक केंद्र पर पृथ्वी होती है। परिणामस्वरूप, सभी प्रकार की कक्षाएँ अण्डाकार होती हैं। कक्षाओं का मुख्य विभाजन झुकाव के आधार पर किया जाता है "मैं"कक्षा और अर्ध-प्रमुख अक्ष मान "ए". इसके अलावा, विलक्षणता के परिमाण के अनुसार एक विभाजन को प्रतिष्ठित किया जा सकता है "इ"- निम्न-अण्डाकार और अत्यधिक अण्डाकार कक्षाएँ। विलक्षणता के विभिन्न मूल्यों पर कक्षा की उपस्थिति में परिवर्तन का एक दृश्य प्रतिनिधित्व दिया गया है .झुकाव के आधार पर उपग्रह कक्षाओं का वर्गीकरण
सामान्य तौर पर, उपग्रह की कक्षा का झुकाव 0° "i" की सीमा में होता है। 12). पृथ्वी की सतह के ऊपर उपग्रह के झुकाव और ऊंचाई के आधार पर, इसकी दृश्यता वाले क्षेत्रों की स्थिति के आधार पर अलग-अलग अक्षांश सीमाएँ होती हैं, और सतह से ऊपर की ऊँचाई के आधार पर, इन क्षेत्रों की अलग-अलग त्रिज्याएँ होती हैं। झुकाव जितना अधिक होगा, उपग्रह उतने ही अधिक उत्तरी अक्षांशों को देख सकता है, और यह जितना अधिक होगा, दृश्यता क्षेत्र उतना ही व्यापक होगा। तो झुकाव "मैं"और प्रमुख धुरी "ए"पृथ्वी की सतह पर उपग्रह के दृश्यता बैंड की गति और उसकी चौड़ाई निर्धारित करें।सामान्य तौर पर, झुकाव के आधार पर कक्षीय पैरामीटर विकसित होंगे "मैं", सेमीमेजर एक्सिस "ए"और विलक्षणता "इ".
भूमध्यरेखीय कक्षाएँ
भूमध्यरेखीय कक्षा उस कक्षा का एक चरम मामला है जहां झुकाव होता है "मैं"= 0° (देखें ). इस मामले में, कक्षा की प्रगति और घूर्णन अधिकतम होगा - क्रमशः 10°/दिन और 20°/दिन तक। उपग्रह के दृश्यता बैंड की चौड़ाई, जो भूमध्य रेखा के साथ स्थित है, पृथ्वी की सतह से इसकी ऊंचाई से निर्धारित होती है। कम झुकाव वाली कक्षाएँ "मैं"अक्सर "भूमध्यरेखीय के निकट" कहा जाता है।ध्रुवीय कक्षाएँ
ध्रुवीय कक्षा कक्षा का दूसरा चरम मामला है, जब झुकाव होता है "मैं"= 90° (देखें ). इस मामले में, कक्षा की कोई पूर्वगति नहीं होती है, और कक्षा का घूर्णन उपग्रह के घूर्णन के विपरीत दिशा में होता है, और 5°/दिन से अधिक नहीं होता है। एक समान ध्रुवीय उपग्रह क्रमिक रूप से पृथ्वी की सतह के सभी क्षेत्रों से होकर गुजरता है। किसी उपग्रह के दृश्यता बैंड की चौड़ाई पृथ्वी की सतह से उसकी ऊंचाई से निर्धारित होती है, लेकिन देर-सबेर उपग्रह को किसी भी बिंदु से देखा जा सकता है। झुकाव के साथ परिक्रमा करता है "मैं", 90° के करीब, "उपध्रुवीय" कहलाते हैं।सूर्य-समकालिक कक्षाएँ
सूर्य-समकालिक कक्षा ( एमटीआर) एक विशेष प्रकार की कक्षा है जिसका उपयोग अक्सर उपग्रहों द्वारा किया जाता है जो पृथ्वी की सतह की तस्वीरें लेते हैं। यह ऐसे मापदंडों वाली कक्षा है कि उपग्रह लगभग समान स्थानीय सौर समय पर पृथ्वी की सतह पर किसी भी बिंदु से गुजरता है। ऐसे उपग्रह की गति पृथ्वी की सतह के साथ टर्मिनेटर लाइन की गति के साथ सिंक्रनाइज़ होती है - इसके कारण, उपग्रह हमेशा रोशनी वाले और अप्रकाशित क्षेत्रों की सीमा पर, या हमेशा रोशनी वाले क्षेत्र में, या इसके विपरीत उड़ सकता है। - हमेशा रात में, और पृथ्वी के समान बिंदुओं पर उड़ान भरते समय प्रकाश की स्थिति हमेशा समान होती है। इस प्रभाव को प्राप्त करने के लिए, सूर्य के चारों ओर पृथ्वी के घूमने की भरपाई के लिए कक्षा को पृथ्वी के घूर्णन की विपरीत दिशा (अर्थात्, पूर्व) में प्रति वर्ष 360° आगे बढ़ना चाहिए। ऐसी स्थितियाँ केवल कक्षीय ऊँचाई और झुकाव की एक निश्चित सीमा के लिए ही पूरी होती हैं - एक नियम के रूप में, ये 600-800 किमी की ऊँचाई और झुकाव हैं "मैं"लगभग 98° होना चाहिए, यानी। सूर्य-समकालिक कक्षाओं में एईएस की विपरीत गति होती है (देखें)। चावल। 15). जैसे-जैसे उपग्रह की उड़ान की ऊंचाई बढ़ती है, झुकाव भी बढ़ना चाहिए, यही कारण है कि यह ध्रुवीय क्षेत्रों के ऊपर से उड़ान नहीं भरेगा। एक नियम के रूप में, सूर्य-समकालिक कक्षाएँ गोलाकार के करीब होती हैं, लेकिन उल्लेखनीय रूप से अण्डाकार भी हो सकती हैं।
सामान्य तौर पर, सौर-तुल्यकालिक कक्षा के लिए आवश्यक झुकाव होता है मैं एस एससूत्र का उपयोग करके गणना की जा सकती है:
जहां "ई" उपग्रह की कक्षा की विलक्षणता है, "ए" किलोमीटर में उपग्रह की कक्षा की अर्ध-प्रमुख धुरी है (ए = एच + आर डब्ल्यू, "एच" पृथ्वी की सतह से उपभू दूरी है, "आर डब्ल्यू" = 6371 किमी (पृथ्वी की त्रिज्या है)
पर चावल। 16उपग्रह की कक्षा के सूर्य-तुल्यकालिक होने के लिए आवश्यक झुकाव का एक ग्राफ दिखाता है - पृथ्वी की सतह के ऊपर उपग्रह की विलक्षणता "ई" और उपभू ऊंचाई "एच" के विभिन्न मूल्यों के लिए।
गड़बड़ी के प्रभाव के कारण, उपग्रह धीरे-धीरे सिंक्रोनाइज़ेशन मोड से बाहर हो जाता है, और इसलिए इसे समय-समय पर इंजनों का उपयोग करके अपनी कक्षा को सही करने की आवश्यकता होती है।
अर्धप्रमुख अक्ष द्वारा उपग्रह कक्षाओं का वर्गीकरण
दूसरा वर्गीकरण अर्धप्रमुख अक्ष के आकार पर, और अधिक सटीक रूप से, पृथ्वी की सतह से ऊपर की ऊंचाई पर आधारित है।निम्न पृथ्वी कक्षा (LEO) उपग्रह
निम्न-कक्षा उपग्रह ( नाक(रूसी) चावल। 17, एसुनो)) आमतौर पर पृथ्वी की सतह से 160 किमी और 2000 किमी के बीच की ऊंचाई वाले उपग्रह माने जाते हैं। अंग्रेजी भाषा के साहित्य में ऐसी कक्षाओं (और उपग्रहों) को LEO कहा जाता है (अंग्रेजी से " एलओउ इअर्थ हे rbit")। LEO कक्षाएँ पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र और उसके ऊपरी वायुमंडल से अधिकतम गड़बड़ी के अधीन हैं। LEO उपग्रहों का कोणीय वेग अधिकतम है - 0.2°/s से 2.8°/s, कक्षीय अवधि 87.6 मिनट से 127 तक। मिनट ।मध्यम-कक्षा उपग्रह (एमईओ)
मध्य-कक्षा उपग्रह ( मुसीबत का इशारा(रूसी), या "एमईओ"- अंग्रेज़ी से " एम edium इअर्थ हेआरबिट") को आमतौर पर पृथ्वी की सतह से 2000 किमी से 35786 किमी तक की ऊंचाई वाले उपग्रह माना जाता है ( चावल। 17, बी). निचली सीमा LEO सीमा द्वारा निर्धारित की जाती है, और ऊपरी सीमा भूस्थैतिक उपग्रहों की कक्षा द्वारा निर्धारित की जाती है (नीचे देखें)। यह क्षेत्र मुख्य रूप से नेविगेशन उपग्रहों (जीपीएस प्रणाली के NAVSTAR उपग्रह 20,200 किमी की ऊंचाई पर उड़ते हैं, ग्लोनास प्रणाली के उपग्रह - 19,100 किमी की ऊंचाई पर उड़ते हैं) और संचार जो पृथ्वी के ध्रुवों को कवर करते हैं, द्वारा "आबादी" है। प्रसार अवधि 127 मिनट से 24 घंटे तक है। कोणीय वेग - प्रति सेकंड चाप मिनट की इकाइयाँ और अंश।भूस्थिर एवं भूतुल्यकाली उपग्रह कक्षाएँ
भूस्थैतिक उपग्रह ( जीएसएस(रूसी), या "जीएसओ"- अंग्रेज़ी से " जीईओ एसएक समय का हे rbit") ऐसे उपग्रह माने जाते हैं जिनकी पृथ्वी के चारों ओर परिक्रमण अवधि एक नाक्षत्र (नाक्षत्र) दिन के बराबर होती है - 23 घंटे 56 मीटर 4.09 सेकंड। यदि झुकाव हो "मैं"कक्षाएँ शून्य होती हैं, तो ऐसी कक्षाओं को भूस्थैतिक कहा जाता है (देखें)। चावल। 18, ए). भूस्थैतिक उपग्रह पृथ्वी की सतह से 35,786 किमी की ऊँचाई पर उड़ते हैं। क्योंकि चूँकि उनके घूमने की अवधि पृथ्वी के अपनी धुरी पर घूमने की अवधि के साथ मेल खाती है, ऐसे उपग्रह एक ही स्थान पर आकाश में "लटके" रहते हैं (चित्र देखें)। चावल। 19). यदि झुकाव "मैं"शून्य के बराबर नहीं है, तो ऐसे उपग्रहों को जियोसिंक्रोनस कहा जाता है (देखें)। चावल। 18, बी). वास्तव में, कई भूस्थैतिक उपग्रहों का झुकाव थोड़ा सा होता है और वे चंद्रमा और सूर्य से होने वाली गड़बड़ी के अधीन होते हैं, जिसके कारण वे उत्तर-दक्षिण दिशा में लम्बी "आठ" के रूप में आकाश में आकृतियों का वर्णन करते हैं।
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चावल। 18. जियोस्टेशनरी (ए) और जियोसिंक्रोनस (बी) उपग्रह। |
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चावल। चित्र 19. आकाश घूर्णन की पृष्ठभूमि में स्थिर GEO की छवि: 1 - यूटेलसैट W4 (NORAD नंबर 26369), 2 - यूटेलसैट W7 (NORAD नंबर 36101)। स्ट्रोक सितारों के ट्रैक हैं. 06/06/2010 को अवलोकन बिंदु से लिया गया आर.एस. जुपिटर 36बी लेंस और कैनन 30डी डीएसएलआर कैमरे पर, प्रत्येक 30 सेकेंड की शटर गति के साथ 12 फ्रेम लगाए गए थे। © वी. पोवालिशेव, वी. मेकिंस्की। |
यदि हम जीएसएस प्रक्षेपवक्र के प्रकार के बारे में बात करते हैं, तो यह उपग्रह कक्षा के झुकाव झुकाव "आई", विलक्षणता "ई" और उपभू तर्क "डब्ल्यू पी" के मूल्य से निर्धारित होता है। ). यदि कक्षा की विलक्षणता और झुकाव शून्य है, तो उपउपग्रह बिंदु गतिहीन है और पृथ्वी की सतह पर एक विशिष्ट बिंदु पर प्रक्षेपित होता है। गैर-शून्य विलक्षणता और शून्य झुकाव के साथ, जीएसएस सतह पर एक खंड "खींचता" है, जो पूर्व से पश्चिम और पीछे की ओर बढ़ता है, शून्य स्थिति से ΔL अधिकतम = 114.6° ई से अधिक नहीं बदलता है, यानी। विलक्षणता e=0.01 पर विस्थापन 1.2° से अधिक नहीं होगा। यदि झुकाव गैर-शून्य है और विलक्षणता शून्य है, तो जीएसएस क्लासिक "आठ" को "खींचता है" - आकृति की कोणीय ऊंचाई 2Θ कक्षा के झुकाव के मूल्य के दोगुने के बराबर है, अधिकतम चौड़ाई ΔL अधिकतम की गणना सूत्र 0.044 i 2 द्वारा की जाती है (झुकाव "i" डिग्री में दिया गया है)। सबसे सामान्य मामले में, गैर-शून्य "i" और "e" के साथ, पृथ्वी की सतह पर GSS ट्रैक एक "झुका हुआ आंकड़ा आठ" है, कोणीय ऊंचाई 2Θ = i, अधिकतम चौड़ाई ΔL अधिकतम = 114.6° e, और "आंकड़ा आठ" केवल उस स्थिति में प्राप्त होता है, यदि कक्षा का उपभू तर्क "डब्ल्यू पी" 0° और 180° के बराबर है, अन्य मामलों में एक अधिक जटिल आंकड़ा प्राप्त होता है - एक अंडाकार और एक आकृति आठ के बीच कुछ।
जैसा कि पहले से ही स्पष्ट हो रहा है, लोकप्रिय धारणा के विपरीत, जीएसएस बिल्कुल एक बिंदु पर आकाश में "लटकता" नहीं है - उपग्रह की कक्षा का झुकाव, विलक्षणता और उपभू तर्क जीएसएस प्रक्षेपवक्र के जटिल आंकड़ों के प्रकार और आकार को निर्धारित करते हैं। आकाश। इसके अलावा, यदि उपग्रह सक्रिय नहीं है, अर्थात। अपनी कक्षा को समायोजित नहीं करता है, यह तारों की पृष्ठभूमि के विरुद्ध काफी महत्वपूर्ण गति से स्थानांतरित होना शुरू कर देता है। आइए उद्धृत करते हैं: “स्थिर उपग्रहों पर एक सुधारात्मक प्रणोदन प्रणाली की आवश्यकता एक स्थिर कक्षा में प्रवेश के कार्यों और इस तथ्य के कारण होती है कि, इसमें रहते हुए, यह लगातार कई गड़बड़ी से गुजरता है इसमें पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की विषमता के कारण होने वाली गड़बड़ी, चंद्रमा और सूर्य के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों की क्रिया में गड़बड़ी और यहां तक कि प्रकाश का दबाव भी शामिल है, उदाहरण के लिए, प्रकाश का दबाव एक कक्षा के साथ IS3 की लंबी अवधि की गतिविधियों का कारण बनता है अपेक्षाकृत हल्के लेकिन बड़े IS3 के लिए 100 किमी तक और ऊंचाई कई दस किलोमीटर तक होती है (IS3 का द्रव्यमान जितना अधिक होगा और इसके आयाम जितने छोटे होंगे, इसकी कक्षा पर प्रकाश दबाव का प्रभाव उतना ही कम होगा)। ध्रुवों पर पृथ्वी IS3 को प्रति वर्ष लगभग 9.8 o तक स्थिर कक्षा में घूमने का कारण बनती है, जिससे 3 किमी तक के आयाम के साथ ऊंचाई और झुकाव में आवधिक गड़बड़ी होती है और विचलन के परिणामस्वरूप अन्य कक्षीय मापदंडों में परिवर्तन होता है। एक आदर्श वृत्त से पृथ्वी की भूमध्य रेखा ( नीचे चित्र देखें - एक प्रकार का वृक्ष ) स्थिर IS3 केवल 2 महीनों में कक्षा के साथ लगभग 3.3° स्थानांतरित हो जाता है, और इसकी ऊंचाई की स्थिति में 8 किमी से अधिक का उतार-चढ़ाव होता है। इसके अलावा, भूमध्यरेखीय संपीड़न के कारण अधिकतम अशांति 30° और 20° के "खड़े" बिंदुओं के पास प्राप्त होती है। डी., 60 ओ और 150 ओ डब्ल्यू। डी. और इसके विपरीत, स्थिर IS3 के "खड़े होने" के सबसे स्थिर बिंदु उत्तर में 75° और पश्चिम में 105° हैं। आदि (स्थायी बिंदुओं के बारे में अधिक जानकारी के लिए, नीचे देखें)।
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चित्र 21. जीओसीई उपग्रह डेटा के अनुसार पृथ्वी के भू-आकृति का आकार। |
और उसी स्थान से: "एक स्थिर कक्षा में IS3 की स्थिति की कई धर्मनिरपेक्ष गड़बड़ी को IS3 के कक्षा में लॉन्च होने के बाद किए गए सुधार द्वारा समाप्त किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, कक्षीय विमान में स्थिति की धर्मनिरपेक्ष गड़बड़ी। ध्रुवीय संपीड़न के प्रभाव के कारण, कक्षीय ऊंचाई में वृद्धि और गति में इसी वृद्धि से मुआवजा दिया जा सकता है, हालांकि, अन्य परेशान करने वाले कारकों का प्रभाव अनसुलझा रहता है (विशेष रूप से पृथ्वी के भूमध्यरेखीय संपीड़न के कारण), जो, विशेष रूप से , लगभग हमेशा स्थिर IS3 के "स्थायी" बिंदु के देशांतर में परिवर्तन होता है, इसलिए, स्थिर IS3 की गति का एपिसोडिक सुधार आवश्यक है, इसकी कक्षा को सही करना। सुधार की संख्या स्थिर IS3 के अनुमेय विस्थापन पर निर्भर करती है प्रति वर्ष देशांतर में। सामान्य स्थिति में, यदि IS3 का अनुमेय विस्थापन 1 o -4 o से अधिक नहीं होना चाहिए, तो स्थिर IS3 समायोजन के बिंदुओं पर प्रति वर्ष 6 सुधार करना आवश्यक है प्रति वर्ष।"
यह पता चला है कि अनिवार्य कक्षा सुधार के बिना, जीएसएस भूस्थैतिक कक्षा में नहीं रह पाएगा - आवधिक सुधार की आवश्यकता है। इसलिए, प्रत्येक जीएसएस में सुधार के लिए ईंधन का भंडार होता है, और जब यह समाप्त हो जाता है, तो जीएसएस को एक निपटान कक्षा में स्थानांतरित कर दिया जाता है और एक नए उपग्रह के लिए करीबी कक्षा को मुक्त करने के लिए बंद कर दिया जाता है (नीचे देखें), और नहीं बहाव के दौरान मौजूदा जीएसएस से टकराव का खतरा पैदा होता है।
वर्तमान में, कृत्रिम उत्पत्ति की 16,000 से अधिक अंतरिक्ष वस्तुओं को निकट-पृथ्वी और भूस्थैतिक कक्षाओं में सूचीबद्ध किया गया है। इनमें से केवल 6% ही "सक्रिय" हैं, अर्थात्। कामकाज. जीएसओ कई वैज्ञानिक, आर्थिक, सैन्य, नेविगेशन, वाणिज्यिक और अन्य समस्याओं को हल करने के लिए सबसे आकर्षक और फायदेमंद है। लगभग 80% सक्रिय, कार्यशील उपग्रह भूस्थैतिक कक्षा में तैनात हैं। सामान्य तौर पर यह एक विशेष कक्षा है जिसमें कोई भी उपग्रह लगातार पृथ्वी की सतह पर एक बिंदु से ऊपर लटका रहेगा।
भौतिकी और आकाशीय यांत्रिकी के दृष्टिकोण से, GEO की उपस्थिति को दो कारणों से समझाया जा सकता है:
एक खगोलीय पिंड (हमारे मामले में, जीएसएस) पर कार्य करने वाले सभी बलों का परिणाम शून्य के बराबर है।
पृथ्वी और उपग्रह की घूर्णन की कोणीय गति बराबर है।
, (**)
जहाँ m उपग्रह का द्रव्यमान है, M ⊕ पृथ्वी का द्रव्यमान है, G गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है, और r उपग्रह से पृथ्वी के केंद्र की दूरी या कक्षा की त्रिज्या है। केन्द्रापसारक बल का परिमाण बराबर है:
. (***)
समीकरण (**) और (***) से हम गोलाकार कक्षा में उपग्रह की गति निर्धारित कर सकते हैं:
.
जब पृथ्वी और उपग्रह की घूर्णन की कोणीय गति बराबर होती है, तो अद्वितीय गुणों वाला एक क्षेत्र प्रकट होता है। ऐसी समानता केवल आकाशीय भूमध्य रेखा के तल में ही संभव है। जब उपग्रह भूमध्यरेखीय तल में नहीं घूमता है, तो पृथ्वी और उपग्रह के घूर्णन का सिंक्रनाइज़ेशन सुनिश्चित करना असंभव है। पृथ्वी T के चारों ओर एक उपग्रह की कक्षीय अवधि उपग्रह की गति v से विभाजित कक्षीय लंबाई 2πr के बराबर है:
.
जब उपग्रह की कक्षीय अवधि T पृथ्वी के अपनी धुरी के चारों ओर घूमने की अवधि (23 घंटे 56 मीटर 04 सेकंड) के बराबर होती है, तो उपग्रह पृथ्वी के उसी क्षेत्र पर "लटका" रहेगा, और वृत्ताकार कक्षा में स्थित होगा इस क्षेत्र को भूस्थैतिक कहा जाता है।
भूस्थैतिक कक्षा आकार में सीमित है और पृथ्वी के भूमध्य रेखा के तल में स्थित है। इसकी त्रिज्या पृथ्वी के केंद्र से 42164 किमी है। भूस्थिर कक्षा में भूस्थैतिक उपग्रह के खगोलीय निर्देशांक सैद्धांतिक रूप से स्थिर रहेंगे। एक निष्क्रिय भूस्थैतिक उपग्रह की केप्लरियन गति को विकृत करने वाले मुख्य कारण गुरुत्वाकर्षण गड़बड़ी (गैर-गोलाकार भू-क्षमता, चंद्र-सौर गड़बड़ी) हैं, और सतह क्षेत्र के द्रव्यमान के बड़े अनुपात वाले जीएसएस के लिए - एक गैर-गुरुत्वाकर्षण (हल्का दबाव) भी है ) कारक। परेशान करने वाली ताकतों की कार्रवाई के परिणामस्वरूप, उपग्रह का एक बहाव दिखाई देता है, जिससे पृथ्वी के चारों ओर घूमने की अवधि बदल जाती है। जीएसएस की घूर्णन अवधि और सैद्धांतिक के बीच का अंतर इस तथ्य की ओर ले जाता है कि जीएसएस का औसत देशांतर समय के साथ बदलता है: उपग्रह धीरे-धीरे पश्चिम से पूर्व की ओर बढ़ता है यदि पृथ्वी के चारों ओर इसकी क्रांति की अवधि एक नक्षत्र दिवस से कम है , और पूर्व से पश्चिम तक अन्यथा। विलक्षणता "ई" और शून्य के बीच का अंतर इस तथ्य की ओर भी ले जाता है कि जीएसएस का उप-उपग्रह देशांतर बदल जाता है। देशांतर (लगभग 12 घंटे की अवधि और कक्षीय झुकाव कोण के वर्ग के समानुपाती आयाम के साथ) और अक्षांश (24 घंटे की अवधि और झुकाव "i" के बराबर आयाम के साथ) में थोड़ा बदलाव होता है। परिणामस्वरूप, उप-उपग्रह बिंदु पृथ्वी की सतह पर सुप्रसिद्ध "आकृति आठ" का वर्णन करता है (चित्र देखें)। ).
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चावल। 22. जीएसएस "रागुगा 22" का दैनिक प्रक्षेपवक्र (एससीएन: 19596)। |
पृथ्वी की भू-क्षमता (पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की विषमता) के विस्तार में अनुदैर्ध्य शब्दों का गुंजायमान प्रभाव इस तथ्य की ओर ले जाता है कि भूस्थैतिक कक्षा में 75° पूर्व के देशांतर के साथ संतुलन की दो स्थिर स्थिति (बिंदु) हैं। (लाइब्रेशन बिंदु एल 1 ) और 255°ई. (लाइब्रेशन बिंदुएल 2 ) . और दो अस्थिर, स्थिर बिंदुओं से लगभग 90° की दूरी पर। "एन" बॉडी समस्या को हल करते समय जीईओ पर इन लाइब्रेशन बिंदुओं को आकाशीय यांत्रिकी में लाइब्रेशन बिंदुओं के साथ नहीं पहचाना जाना चाहिए।
पृथ्वी के चारों ओर केवल एक भूस्थैतिक कक्षा है। GEO के लिए उपग्रह प्रक्षेपण 1963 में शुरू हुआ। 21वीं सदी की शुरुआत में, ग्रह पर 40 से अधिक देशों के पास अपने स्वयं के भूस्थिर उपग्रह हैं। हर साल दर्जनों उपग्रहों को GEO में प्रक्षेपित किया जाता है, और कक्षा भी धीरे-धीरे निष्क्रिय उपग्रहों से भर जाती है। जीएसओ में निष्क्रिय वाहनों और उनके प्रक्षेपण वाहनों के विस्फोट लगातार होते रहते हैं। ये विस्फोट दसियों या सैकड़ों अंतरिक्ष टुकड़े उत्पन्न करते हैं जो ऑपरेटिंग उपकरणों को अक्षम कर सकते हैं। इस कक्षा को अंतरिक्ष मलबे से अवरुद्ध करने से अपरिवर्तनीय परिणाम हो सकते हैं - उपग्रहों के स्थिर संचालन की असंभवता। GEO में अंतरिक्ष मलबा, पृथ्वी की करीबी कक्षाओं के विपरीत, सहस्राब्दियों तक पृथ्वी के चारों ओर घूम सकता है, जिससे ऑपरेटिंग अंतरिक्ष यान से टकराने का खतरा हो सकता है। 20वीं सदी के अंत के बाद से, जीएसओ प्रदूषण की समस्या एक ग्रहीय, बड़े पैमाने पर पर्यावरणीय समस्या बन गई है।
संयुक्त राष्ट्र में बाहरी अंतरिक्ष के शांतिपूर्ण उपयोग पर अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन और अंतर्राष्ट्रीय रेडियो समिति की आवश्यकताओं (पड़ोसी जीएसएस के साथ रेडियो हस्तक्षेप से बचने के लिए) के अनुसार, जीएसएस के बीच कोणीय दूरी 0.5° से कम नहीं होनी चाहिए। इस प्रकार, सैद्धांतिक रूप से, जीएसओ पर सुरक्षित दूरी पर स्थित जीएसएस की संख्या 720 टुकड़ों से अधिक नहीं होनी चाहिए। पिछले एक दशक में जीएसएस के बीच यह दूरी बरकरार नहीं रखी गई है। 2011 तक, सूचीबद्ध जीएसएस की संख्या पहले ही 1,500 से अधिक हो चुकी है।
भूस्थिर उपग्रहों को आम तौर पर 22 घंटे से 26 घंटे की अवधि वाले उपग्रहों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, विलक्षणता "ई" 0.3 से अधिक नहीं होती है और कक्षीय विमान का झुकाव भूमध्यरेखीय विमान "आई" से 15 डिग्री तक होता है, लेकिन कुछ स्रोतों में आप पा सकते हैं अधिक विस्तृत वर्गीकरण और अधिक कठोर सीमाएँ।
जीएसएस का वर्गीकरण कई मानदंडों के अनुसार किया जा सकता है: "गतिविधि" की डिग्री से, कार्यात्मक उद्देश्य से, कक्षीय गति से। पहले संकेत के आधार पर सभी जीएसएस को 2 वर्गों में विभाजित किया जा सकता है:
"सक्रिय" - एक ऊर्जा संसाधन होना और पृथ्वी से आदेशों द्वारा नियंत्रित होना।
"निष्क्रिय" पृथ्वी से अनियंत्रित कृत्रिम वस्तुएं हैं जिनका रॉकेट ईंधन समाप्त हो गया है और उन्हें अंतरिक्ष मलबे के रूप में वर्गीकृत किया गया है। ये प्रक्षेपण यान हैं, चरणों के टुकड़े जो उपग्रहों को कक्षा में स्थापित करते हैं, प्रक्षेपण के साथ आने वाले कई हिस्से, कक्षा में किसी उपकरण के विस्फोट के बाद बने उपग्रहों के टुकड़े, या एक दूसरे के साथ या उल्कापिंड पिंडों के साथ टकराव।
वैज्ञानिक।
जियोडेटिक.
मौसम संबंधी।
नेविगेशनल.
सैन्य उद्देश्य, जिन्हें कई उपवर्गों (ऑप्टिकल, रेडियो, रडार टोही, परमाणु मिसाइल हमले की चेतावनी - प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली) में विभाजित किया गया है।
रेडियो-दूरसंचार उपग्रह (वाणिज्यिक सहित)।
अभियांत्रिकी।
उच्च पृथ्वी कक्षा (HEO) उपग्रह
उच्च-कक्षा उपग्रह ( आप ऐसा(रूसी), या "हेओ"- अंग्रेज़ी से " एच igh इअर्थ हेआरबिट") को पृथ्वी की सतह से 35,786 किमी से अधिक की ऊंचाई तक पहुंचने वाले उपग्रह माना जाता है, यानी भूस्थैतिक उपग्रहों के ऊपर उड़ना (देखें)। चित्र.23). कक्षाओं में महत्वपूर्ण विलक्षणता हो सकती है (उदाहरण के लिए, मेरिडियन और मोलनिया श्रृंखला के उपग्रह) - इस मामले में उन्हें अत्यधिक अण्डाकार कहा जाता है ( डब्ल्यूपीपी), और लगभग गोलाकार हो (उदाहरण के लिए, वेला उपग्रह (वही उपग्रह जिन पर बीसवीं सदी के 60 के दशक के अंत में गामा-किरण विस्फोट की खोज की गई थी))।
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चावल। 23. पवन ऊर्जा स्टेशन कक्षा। |
प्रत्येक जीएसएस उपग्रह के लिए, दफन कक्षा की गणना अलग से की जाती है, और न्यूनतम उपभू ΔH इसके बराबर है:
, (1)
कहाँ "सी आर " - प्रकाश दबाव गुणांक), "एस"- उपग्रह क्षेत्र, "एम"- इसका द्रव्यमान.
परमाणु रिएक्टरों वाले निम्न-कक्षा उपग्रहों की दफन कक्षा की ऊंचाई लगभग 1000 किमी है, जहां परमाणु रिएक्टर कोर को इसके संचालन के पूरा होने के बाद स्थानांतरित किया जाता है।
किसी अंतरिक्ष यान की कक्षा (चित्र 2.7) केंद्रीय बल के क्षेत्र में उसका पथ है, जो गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव से निर्धारित होती है, जबकि अंतरिक्ष यान को स्वयं एक अतिसूक्ष्म पिंड माना जाता है, जिसका द्रव्यमान उसके द्रव्यमान की तुलना में बहुत छोटा होता है। केंद्रीय निकाय को केंद्रीय निकाय द्वारा आकर्षित माना जा सकता है, लेकिन बाद वाले को आकर्षित नहीं किया जा सकता है। आकर्षक बल के क्षेत्र को आमतौर पर एक सजातीय और गोलाकार पिंड द्वारा निर्मित गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया जाता है। कृत्रिम उपग्रहों के संबंध में, ऐसा पिंड पृथ्वी अपने गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के साथ है।
चावल। 2.7. केंद्रीय निकाय के क्षेत्र में अंतरिक्ष यान की कक्षाएँ:
1 - केंद्रीय निकाय;
2- केंद्रीय शरीर का बल क्षेत्र;
3- वृत्ताकार कक्षा;
4 - अण्डाकार कक्षा;
5 - परवलयिक कक्षा; 6- अतिशयोक्तिपूर्ण कक्षा
केंद्रीय बल का बल क्षेत्र गोलाकार रूप से सममित होता है और इसके प्रत्येक बिंदु पर आकर्षण बल रेडियल रूप से आकर्षण केंद्र की ओर निर्देशित होता है (चित्र 2.7, तीर का आकार केंद्र के निकट आने पर गुरुत्वाकर्षण बल में वृद्धि दर्शाता है) केंद्रीय पिंड के द्रव्यमान का दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती नियम के अनुसार)।
व्याख्यान 1 की सामग्री से, हम जानते हैं कि एक पिंड दूसरे पिंड के चारों ओर एक कक्षा में घूम रहा है जो केप्लर के तीन नियमों के अधीन है। इस मामले में, हमें उनमें से केवल दो में दिलचस्पी होगी - पहला और तीसरा।
के अनुसार केप्लर का प्रथम नियम, पृथ्वी के चारों ओर घूमने वाला एक पिंड (हमारे मामले में) एक दीर्घवृत्त के साथ चलता है, जिसके एक केंद्र पर पृथ्वी का केंद्र है (चित्र 2.8)। हमने यहां विशेष रूप से यह उल्लेख नहीं किया है कि एक पिंड तीन प्रकार की कक्षाओं में घूम सकता है - दीर्घवृत्त, अतिपरवलय और परवलय। हम केवल आवधिक कक्षाओं में रुचि रखते हैं, और उनमें से एक सूचीबद्ध है दीर्घवृत्त।
चावल। 2.8. उपग्रह कक्षा
दीर्घवृत्त के तत्व चित्र में दिखाए गए हैं। 2.9. F1 और F2 दीर्घवृत्त की नाभियाँ हैं; ए- सेमीमेजर एक्सिस; बी- अर्ध-लघु अक्ष; इ– दीर्घवृत्त की विलक्षणता, जो निम्नानुसार निर्धारित की जाती है:
इस प्रकार, पहला महत्वपूर्ण बिंदु यह है कि उपग्रह पृथ्वी के चारों ओर दीर्घवृत्त में घूमते हैं।
के अनुसार केप्लर का तीसरा नियम, क्रांति की अवधि के वर्ग टीउपग्रह अपने अर्धवृक्ष अक्षों के घनों के रूप में संबंधित होते हैं
चावल। 2.9. दीर्घवृत्तीय तत्व
सबसे सामान्य मामले में, एक अंतरिक्ष यान के प्रक्षेपवक्र का समीकरण एक केंद्रीय बल के क्षेत्र में एक मुक्त शरीर की गति का समीकरण है, जो ध्रुवीय निर्देशांक में एक शंकु खंड के समीकरण का रूप रखता है (चित्र 2.10) :
शंकु अनुभाग का पैरामीटर कहां है;
इ =पीसी 1 - शंक्वाकार खंड की विलक्षणता;
साथऔर साथ 1 - एकीकरण स्थिरांक.
चावल। 2.10. पृथ्वी के केंद्रीय बल के क्षेत्र में अंतरिक्ष यान की गति:
1 - केंद्रीय निकाय (पृथ्वी); 2 - अंतरिक्ष यान की कक्षा;
3 - सीए; 4 - उपभू कक्षा; आर-अंतरिक्ष यान त्रिज्या वेक्टर;
वीकुल गति; वी आर -रेडियल गति;
वी φ - अनुप्रस्थ गति
समीकरण (2.1) एक दूसरे क्रम का वक्र समीकरण है जिसके लिए विशिष्ट आकार विलक्षणता के मूल्य से निर्धारित होता है इ= वृत्त के लिए 0, इ< एक दीर्घवृत्त के लिए 1 (चित्र 2.11), ई = 1 परवलय के लिए, इ> अतिपरवलय के लिए 1.
चावल। 2.11. मान बढ़ने पर अण्डाकार कक्षा का स्वरूप बदलना
सनक
प्रक्षेपण यान की उड़ान का अंतिम चरण अंतरिक्ष यान को कक्षा में लॉन्च करना है, जिसका आकार प्रक्षेपण यान द्वारा अंतरिक्ष यान को प्रदान की गई गतिज ऊर्जा की मात्रा से निर्धारित होता है, अर्थात, बाद की अंतिम गति का मूल्य। इस मामले में, अंतरिक्ष यान द्वारा प्रेषित गतिज ऊर्जा का परिमाण केंद्रीय पिंड की क्षेत्र ऊर्जा के परिमाण के एक निश्चित अनुपात में होना चाहिए, जो एक निश्चित दूरी पर मौजूद है आरइसके केंद्र से. यह रिश्ता निरंतर ऊर्जा की विशेषता है एच, केंद्रीय पिंड के क्षेत्र की ऊर्जा और अंतरिक्ष यान की गतिज ऊर्जा के बीच अंतर का प्रतिनिधित्व करता है, जो इस क्षेत्र में कुछ दूरी पर मुक्त गति में है आरइसके केंद्र से, यानी
विलक्षणता के परिमाण पर निर्भर करता है इएक वृत्त के लिए स्थिरांक, एच< 0 для эллипса, एच= परवलय के लिए 0 और एच> अतिपरवलय के लिए 0.
प्रक्षेपण यान की अंतिम गति, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में कक्षा में अंतरिक्ष यान के प्रक्षेपण को सुनिश्चित करती है,
निरंतर ऊर्जा मात्राओं का विश्लेषण एच, अंतरिक्ष यान की कक्षा के विभिन्न रूपों के अनुरूप, और निर्भरता (2.3) हमें प्रक्षेपण यान के अंतिम वेगों के मूल्यों को स्थापित करने की अनुमति देती है, जो एक विशेष कक्षा में गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में अंतरिक्ष यान की उड़ान सुनिश्चित करती है।
अंतरिक्ष यान को वृत्ताकार कक्षा में प्रक्षेपित करने के लिए प्रक्षेपण यान की अंतिम गति बराबर होनी चाहिए, - अण्डाकार करने के लिए, - परवलयिक और - अतिशयोक्तिपूर्ण करने के लिए.
मानों के साथ वृत्ताकार कक्षाओं पर लागू किया गया आर,पृथ्वी की त्रिज्या के करीब आर= 6,371 किमी, अंतरिक्ष यान को गोलाकार कक्षा में प्रक्षेपित करने के लिए प्रक्षेपण यान की अंतिम गति वी 0 ~ 7900 मी/से. यह तथाकथित प्रथम पलायन वेग है। अण्डाकार कक्षाओं के लिए, टर्मिनल वेग वीउह = 7,900 ... 11,200 मी/से.
गोलाकार और अण्डाकार कक्षाओं में घूमने वाले अंतरिक्ष यान गुरुत्वाकर्षण के क्षेत्र में होते हैं और उनका जीवनकाल सीमित होता है। वायुमंडलीय अवशेषों और पदार्थ के अन्य कणों की उपस्थिति समय के साथ प्रक्षेपण यान द्वारा उन्हें प्रदान की गई अंतरिक्ष यान की गति में कमी लाती है, और पृथ्वी के बल क्षेत्र में ब्रेक लगाने से वायुमंडल की घनी परतों में उनका प्रवेश होता है और विनाश होता है। गोलाकार और अण्डाकार कक्षाओं में अंतरिक्ष यान के जीवनकाल का निर्धारण करने वाला मुख्य कारक पहले की ऊंचाई और दूसरे की उपभू ऊंचाई है, जहां मुख्य मंदी होती है।
ऊर्जा के दृष्टिकोण से, एक परवलय के साथ एक अंतरिक्ष यान की उड़ान तथाकथित दूसरे पलायन वेग की विशेषता है, जो के बराबर है वीपी ≈ 11,200 मी/से, जो आपको गुरुत्वाकर्षण पर काबू पाने की अनुमति देता है। पृथ्वी के सापेक्ष परवलय के अनुदिश गति केवल गुरुत्वाकर्षण बल के अलावा किसी अन्य प्रभाव बल की अनुपस्थिति में ही संभव है।
अतिशयोक्तिपूर्ण कक्षाओं की विशेषता वेग हैं वीजी > 11,200 मीटर/सेकेंड, जिसके बीच तथाकथित तीसरा पलायन वेग दिलचस्प है, के बराबर वीजी ≈ 16,700 मी/से, सबसे कम प्रारंभिक गति है जिस पर अंतरिक्ष यान न केवल सांसारिक, बल्कि सौर गुरुत्वाकर्षण को भी पार कर सकता है और सौर मंडल छोड़ सकता है।
अंतरिक्ष उड़ानों के सिद्धांत में अतिपरवलयिक कक्षाएँ तब घटित होती हैं जब एक अंतरिक्ष यान एक केंद्रीय पिंड के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से दूसरे के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में संक्रमण करता है, जबकि अंतरिक्ष यान एक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से बाहर निकलकर दूसरे में प्रवेश करता प्रतीत होता है।
एक नियम के रूप में, लॉन्च वाहन अंतरिक्ष यान को केवल पहला पलायन वेग प्रदान करते हैं और इसे एक गोलाकार या अण्डाकार कक्षा में लॉन्च करते हैं। दूसरे और तीसरे ब्रह्मांडीय वेग को प्राप्त करना अंतरिक्ष यान की ऊर्जा के कारण अधिक लाभदायक है, जो इस मामले में उपग्रह की संदर्भ कक्षा से शुरू होता है।
परवलयिक प्रक्षेपवक्र- खगोलगतिकी और आकाशीय यांत्रिकी में, केप्लरियन कक्षा, जिसकी विलक्षणता 1 के बराबर होती है। यदि पिंड आकर्षण केंद्र से दूर चला जाता है, तो ऐसी कक्षा को पलायन कक्षा कहा जाता है, यदि वह निकट आती है, तो उसे कैप्चर कक्षा कहा जाता है; कभी-कभी ऐसी कक्षा को कक्षा कहा जाता है सी 3 = 0(विशेषता ऊर्जा देखें)।
मानक मान्यताओं के तहत, भागने की कक्षा में घूमने वाला एक पिंड परवलय में अनंत तक चलेगा, जबकि केंद्रीय शरीर के सापेक्ष वेग शून्य हो जाएगा। इस प्रकार, घूमता हुआ पिंड केंद्रीय पिंड पर वापस नहीं आएगा। परवलयिक प्रक्षेप पथ न्यूनतम ऊर्जा भागने वाली कक्षाएँ हैं, जो अतिपरवलयिक प्रक्षेप पथ को अण्डाकार कक्षाओं से अलग करती हैं।
रफ़्तार
मानक मान्यताओं के तहत, कक्षीय वेग ( वी (\डिस्प्लेस्टाइल वी\,)) एक परवलयिक प्रक्षेपवक्र के साथ गतिमान पिंड की गणना इस प्रकार की जा सकती है
v = 2 μ r , (\displaystyle v=(\sqrt (2\mu \over (r))),)परवलयिक प्रक्षेपवक्र के किसी भी बिंदु पर, पिंड किसी दिए गए बिंदु के लिए पलायन वेग से चलता है।
यदि किसी पिंड में पृथ्वी के सापेक्ष पलायन वेग है, तो यह गति सौर मंडल छोड़ने के लिए पर्याप्त नहीं होगी, इसलिए, हालांकि पृथ्वी के पास की कक्षा में एक परवलयिक उपस्थिति होगी, लेकिन पृथ्वी से अधिक दूरी पर कक्षा होगी सूर्य के चारों ओर एक अण्डाकार कक्षा में बदल जाता है।
शरीर की गति ( वी (\डिस्प्लेस्टाइल वी\,)) एक परवलयिक कक्षा में एक वृत्ताकार कक्षा में गति से संबंधित है, जिसकी त्रिज्या कक्षा में पिंड को केंद्रीय पिंड से जोड़ने वाले त्रिज्या वेक्टर की लंबाई के बराबर है:
v = 2 ⋅ v o , (\displaystyle v=(\sqrt (2))\cdot v_(o),)कहाँ v o (\displaystyle v_(o)\,)- वृत्ताकार कक्षा में पिंड की कक्षीय गति।
गति का समीकरण
मानक मान्यताओं के तहत, परवलयिक कक्षा में घूम रहे किसी पिंड के लिए, कक्षीय समीकरण का रूप लेता है
r = h 2 μ 1 1 + cos ν , (\displaystyle r=((h^(2)) \over (\mu ))((1) \over (1+\cos \nu )),)ऊर्जा
परवलयिक प्रक्षेपवक्र पर किसी पिंड की ऊर्जा ( ϵ (\displaystyle \एप्सिलॉन \,)), किसी दिए गए पिंड का प्रति इकाई द्रव्यमान शून्य के बराबर है, इसलिए किसी दिए गए कक्षा के लिए ऊर्जा के संरक्षण का नियम इस प्रकार है
ϵ = v 2 2 − μ r = 0 , (\displaystyle \epsilon =(v^(2) \over 2)-(\mu \over (r))=0,)यह समानता पूरी तरह से शून्य विशेषता ऊर्जा के बराबर है:
सी 3 = 0. (\displaystyle सी_(3)=0.)बार्कर का समीकरण
बार्कर का समीकरण गति के समय को परवलयिक प्रक्षेपवक्र पर एक बिंदु की वास्तविक विसंगति से जोड़ता है:
T - T = 1 2 p 3 μ (D + 1 3 D 3) , (\displaystyle t-T=(\frac (1)(2))(\sqrt (\frac (p^(3))(\mu ) ))\left(D+(\frac (1)(3))D^(3)\right),)
अधिक सामान्यतः, कक्षा में किसी पिंड की दो स्थितियों के बीच का समय अंतराल इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है: टी एफ - टी 0 = 1 2 पी 3 μ (डी एफ + 1 3 डी एफ 3 - डी 0 - 1 3 डी 0 3)। (\displaystyle t_(f)-t_(0)=(\frac (1)(2))(\sqrt (\frac (p^(3))(\mu )))\left(D_(f)+ (\frac (1)(3))D_(f)^(3)-D_(0)-(\frac (1)(3))D_(0)^(3)\right).)
परवलयिक प्रक्षेपवक्र r p = p/2 के मामले में, समीकरण को पेरीसेंट्रिक दूरी के संदर्भ में अलग-अलग तरीके से लिखा जा सकता है:
टी - टी = 2 आर पी 3 μ (डी + 1 3 डी 3)। (\displaystyle t-T=(\sqrt (\frac (2r_(p)^(3))(\mu )))\left(D+(\frac (1)(3))D^(3)\right). )
A = 3 2 μ 2 r p 3 (t − T) , (\displaystyle A=(\frac (3)(2))(\sqrt (\frac (\mu )(2r_(p)^(3))) )(टी-टी),)एक रेडियल प्रक्षेपवक्र जिसमें दो वस्तुओं का सापेक्ष वेग हमेशा पलायन वेग के बराबर होता है। दो स्थितियाँ हैं: शरीर एक दूसरे से दूर चले जाते हैं या एक दूसरे के पास आ जाते हैं।
समय पर स्थिति की निर्भरता का काफी सरल रूप है:
r = (4.5 μ t 2) 1 / 3 , (\displaystyle r=(4.5\mu t^(2))^(1/3)\!\,)किसी भी समय, औसत गति वर्तमान गति से 1.5 गुना है।
पल बनाने के लिए t = 0 (\displaystyle t=0\!\,)केंद्रीय पिंड की सतह के साथ परिक्रमा करने वाले पिंड के संपर्क के अनुरूप, एक समय बदलाव लागू किया जा सकता है; उदाहरण के लिए, केंद्रीय पिंड के रूप में पृथ्वी (और समान औसत घनत्व वाले अन्य गोलाकार सममित पिंडों) के लिए, आपको 6 मिनट 20 सेकंड के बराबर समय बदलाव लागू करने की आवश्यकता है।