Obiti ya satelaiti maarufu sana ni obiti ya geostationary. Inatumika kupangisha aina nyingi za satelaiti, ikiwa ni pamoja na satelaiti za matangazo ya moja kwa moja, satelaiti za mawasiliano, na mifumo ya relay.

Faida ya obiti ya geostationary ni kwamba satelaiti iko ndani yake daima iko katika nafasi sawa, ambayo inaruhusu antenna fasta ya kituo cha chini ili kuelekezwa juu yake.

Soma pia:

Kipengele hiki ni muhimu sana kwa mifumo kama vile utangazaji wa moja kwa moja kupitia setilaiti, ambapo utumiaji wa antena inayosonga kila mara kufuata setilaiti hautawezekana sana.

Uangalifu lazima uchukuliwe wakati wa kutumia vifupisho vya obiti ya geostationary. Tunaweza kukutana na vifupisho GEO na GSO na zote mbili zinatumika kurejelea obiti ya kijiografia na ya kijiosynchronous.

Maendeleo ya obiti za geostationary

Mawazo kuhusu uwezekano wa kutumia obiti ya kijiografia ili kushughulikia satelaiti yamewekwa mbele kwa miaka mingi. Mwananadharia wa Kirusi na mwandishi wa hadithi za kisayansi Konstantin Tsiolkovsky mara nyingi hutajwa kama mwandishi anayewezekana wa vifungu vinavyotokana na wazo hili. Walakini, kwa mara ya kwanza, Hermann Oberth na Hermann Potochnik waliandika juu ya uwezekano wa kuweka vyombo vya angani kwenye mwinuko wa kilomita 35,900 juu ya Dunia na kipindi cha obiti cha masaa 24, na kuwapa fursa ya "kuelea" katika hatua moja juu ya ikweta. .

Hatua iliyofuata muhimu kuelekea kuzaliwa kwa Obiti ya Geostationary ilichukuliwa mnamo Oktoba 1945, wakati mwandishi wa hadithi za sayansi Arthur Charles Clarke aliandika makala nzito kwa Wireless World, uchapishaji unaoongoza wa Uingereza katika uwanja wa redio na umeme. Makala hayo yalikuwa na kichwa "Mawasiliano ya Upeanaji wa Mawimbi ya Nje: Je, Roketi za Angani Zinaweza Kutoa Mawimbi ya Mawimbi ya Ulimwenguni Pote?"

Clark alijaribu kufafanua kutoka kwa kile kilichowezekana tayari kwa kutumia teknolojia ya roketi iliyopo wakati huo iliyotengenezwa na wanasayansi wa Ujerumani kwa kile kinachowezekana katika siku zijazo. Alionyesha wazo la uwezekano wa kufunika Dunia nzima kwa ishara kwa kutumia satelaiti tatu za geostationary.

Katika karatasi yake, Clark alielezea sifa zinazohitajika za obiti, pamoja na viwango vya nguvu za transmita, uwezekano wa kuzalisha umeme kwa kutumia paneli za jua, na hata kuhesabu athari inayowezekana ya kupatwa kwa jua.

Nakala ya Clark ilikuwa mbele ya wakati wake. Ilikuwa tu mwaka wa 1963 ambapo NASA iliweza kurusha satelaiti kwenye anga ambayo inaweza kupima nadharia hii kwa vitendo. Satelaiti ya kwanza kamili yenye uwezo wa kuanzisha majaribio ya vitendo ya nadharia ya Clark ilikuwa setilaiti ya Syncom 2, iliyozinduliwa Julai 26, 1963 (kwa kweli, setilaiti ya Syncom 2 haikuweza kufanya hivyo kwa sababu haikuweza kuwasilishwa kwa obiti ya kijiografia inayohitajika) .

Misingi ya Nadharia ya Obiti ya Geostationary

Kadiri urefu wa obiti ambayo satelaiti iko inavyoongezeka, kipindi cha mapinduzi yake katika obiti hii pia huongezeka. Katika mwinuko wa kilomita 35,790 juu ya Dunia, setilaiti inachukua saa 24 kukamilisha mzunguko wake kuzunguka sayari. Obiti kama hiyo inajulikana kama geosynchronous kwa sababu inasawazishwa na kipindi cha kuzunguka kwa Dunia kwenye mhimili wake.

Kesi maalum ya obiti ya geosynchronous ni obiti ya geostationary. Wakati wa kutumia obiti kama hiyo, mwelekeo wa mwendo wa satelaiti kuzunguka Dunia unalingana na mwelekeo wa kuzunguka kwa sayari yenyewe, na kipindi cha obiti cha spacecraft ni takriban masaa 24. Hii ina maana kwamba satelaiti inazunguka kwa kasi ya angular sawa na Dunia, kwa mwelekeo sawa na, kwa hiyo, mara kwa mara iko kwenye hatua sawa na uso wa sayari.

Soma pia:

Ili kuhakikisha kuwa satelaiti inazunguka Dunia kwa kasi ile ile ambayo sayari yenyewe inazunguka mhimili wake, ni muhimu kuelewa wazi ni nini kipindi cha mapinduzi ya Dunia karibu na mhimili wake. Vifaa vingi vya kuweka muda hupima mzunguko wa Dunia kuhusiana na nafasi ya sasa ya Jua, na mzunguko wa Dunia kwenye mhimili wake pamoja na mzunguko wake kuzunguka Jua hutoa urefu wa siku. Walakini, hii sio wakati wote wa kuzunguka kwa Dunia ambayo inatuvutia kutoka kwa mtazamo wa kuhesabu obiti ya geostationary - wakati unaohitajika kwa mapinduzi moja kamili. Kipindi hiki cha wakati kinajulikana kama siku ya kando, ambayo huchukua masaa 23, dakika 56 na sekunde 4.

Sheria za jiometri zinatuambia kwamba njia pekee ya satelaiti kubaki kila wakati juu ya nukta moja kwenye uso wa dunia, na kufanya mapinduzi moja kwa siku, ni kuzunguka katika mwelekeo uleule ambao Dunia yenyewe inazunguka. Kwa kuongeza, satelaiti haipaswi kuhama katika obiti yake ama kaskazini au kusini. Haya yote yanaweza kupatikana tu ikiwa mzunguko wa satelaiti unapita juu ya ikweta.

Mchoro unaonyesha aina tofauti za obiti. Kwa kuwa ndege ya obiti yoyote lazima ipite katikati ya Dunia, takwimu inaonyesha chaguzi mbili zinazowezekana. Kwa kuongezea, hata ikiwa mzunguko wa spacecraft katika obiti zote mbili unafanywa kwa kasi sawa na kasi ya kuzunguka kwa Dunia kuzunguka mhimili wake, obiti iliyoteuliwa kama "geosynchronous" itahama kaskazini ikihusiana na ikweta kwa nusu siku, na kusini. kwa nusu iliyobaki ya siku na, kwa hiyo, haitakuwa stationary. Ili satelaiti isimame, lazima iwe iko juu ya ikweta.

Drift katika obiti ya kijiografia

Hata kama setilaiti iko katika obiti ya kijiografia, iko chini ya nguvu fulani ambazo zinaweza kubadilisha msimamo wake polepole kwa muda.

Mambo kama vile umbo la duaradufu la Dunia, uzito wa Jua na Mwezi, na baadhi ya mambo mengine huongeza uwezekano wa satelaiti kukengeuka kutoka kwenye obiti yake. Hasa, sura isiyo ya pande zote ya Dunia katika eneo la ikweta inaongoza kwa ukweli kwamba satelaiti inavutiwa na pointi mbili za usawa - moja yao iko juu ya Bahari ya Hindi, na ya pili ni takriban kwenye sehemu ya kinyume. dunia. Matokeo yake ni jambo linaloitwa uwasilishaji wa mashariki-magharibi, au kusonga mbele na nyuma.

Ili kuondokana na matokeo ya harakati kama hiyo, satelaiti ina usambazaji fulani wa mafuta kwenye bodi, ambayo inaruhusu kutekeleza "ujanja wa kusaidia" ambao unarudisha kifaa kwa usahihi kwenye nafasi inayohitajika ya obiti. Muda unaohitajika kati ya nyakati za "ujanja wa usaidizi" umedhamiriwa kwa mujibu wa kile kinachoitwa uvumilivu wa kupotoka kwa satelaiti, ambayo imewekwa hasa kwa kuzingatia urefu wa antenna ya kituo cha ardhi. Hii ina maana kwamba wakati wa operesheni ya kawaida ya satelaiti hakuna marekebisho ya antenna inahitajika.

Soma pia:

Mara nyingi sana, kipindi cha operesheni hai ya satelaiti huhesabiwa kutoka kwa kiasi cha mafuta kwenye bodi inayohitajika kudumisha satelaiti katika nafasi moja ya obiti. Mara nyingi kipindi hiki ni miaka kadhaa. Baada ya hapo, satelaiti huanza kuteleza kwa mwelekeo wa moja ya alama za usawa, baada ya hapo inawezekana kushuka na kuingia kwenye anga ya Dunia. Kwa hivyo, inashauriwa kutumia mafuta ya mwisho yanayopatikana kwenye ubao ili kuinua satelaiti kwenye obiti ya juu ili kuepusha athari yake mbaya juu ya uendeshaji wa vyombo vingine vya angani.

Chanjo kutoka kwa obiti ya geostationary

Ni dhahiri kabisa kwamba satelaiti moja ya kijiografia haina uwezo wa kutoa chanjo kamili ya mawimbi ya uso wa Dunia. Hata hivyo, kila setilaiti ya eneo "inaona" takriban 42% ya uso wa dunia, huku ufunikaji ukipungua kuelekea satelaiti ambayo haiwezi "kuona" uso. Hii hutokea karibu na ikweta na pia kuelekea mikoa ya polar.

Kwa kuweka kundi la satelaiti tatu kwa usawa kutoka kwa kila mmoja katika obiti ya geostationary, inawezekana kutoa chanjo ya ishara ya uso mzima wa Dunia kutoka ikweta na hadi 81 ° kaskazini na kusini latitudo.

Ukosefu wa chanjo katika mikoa ya polar sio tatizo kwa watumiaji wengi, lakini haja ya kutoa chanjo imara ya latitudo za polar inahitaji matumizi ya satelaiti zinazozunguka katika obiti nyingine.

Obiti ya geostationary
na urefu wa njia ya ishara

Moja ya matatizo yanayopatikana wakati wa kutumia satelaiti katika obiti ya geostationary ni kuchelewa kwa ishara kunakosababishwa na umbali wa kusafiri.

Umbali wa chini kwa satelaiti yoyote ya geostationary ni kilomita 35,790. Na hii ni tu ikiwa mtumiaji iko moja kwa moja chini ya satelaiti, na ishara inamfikia kwenye njia fupi zaidi. Kwa kweli, mtumiaji hawezi kuwa katika hatua hii, na kwa hivyo umbali ambao ishara italazimika kusafiri ni kubwa zaidi.

Kulingana na urefu wa umbali mfupi zaidi kutoka kituo cha ardhini hadi setilaiti, muda unaokadiriwa wa chini zaidi wa mawimbi kusafiri kwa njia moja—yaani, kutoka Duniani hadi kwa setilaiti au kutoka kwa satelaiti hadi Duniani—ni takriban milisekunde 120. Hii ina maana kwamba muda wa njia kamili ya mawimbi - kutoka Duniani hadi kwa satelaiti na kutoka kwa satelaiti kurudi Duniani - ni takriban robo ya sekunde.

Kwa hivyo, inachukua nusu ya pili kupokea jibu katika mazungumzo kupitia satelaiti, kwa kuwa ishara lazima ipite kupitia satelaiti mara mbili: mara moja inakwenda kwa msikilizaji wa mbali, na mara ya pili nyuma na jibu. Ucheleweshaji huu unatatiza mazungumzo ya simu yanayotumia kiungo cha setilaiti. Mwanahabari anayepokea swali kutoka kwa studio ya utangazaji huchukua muda kujibu. Uwepo wa athari hii ya kuchelewesha ni sababu kwamba mistari mingi ya mawasiliano ya umbali mrefu hutumia njia za cable badala ya njia za satelaiti, kwa sababu ucheleweshaji wa cable ni wa chini sana.

Manufaa na hasara za satelaiti,
iko katika obiti ya geostationary

Ingawa obiti ya kijiografia hutumiwa sana katika mazoezi kwa uwekaji wa teknolojia mbalimbali, bado haifai kwa hali zote. Wakati wa kufikiria juu ya utumiaji unaowezekana wa obiti hii, mtu anapaswa kuzingatia idadi ya faida na hasara zake:

Faida

Mapungufu

Satelaiti iko mara kwa mara katika hatua moja kuhusiana na Dunia - ipasavyo, uelekezaji wa antenna hauhitajiki

Ishara husafiri umbali mkubwa, na kwa hiyo kuna hasara kubwa ikilinganishwa na LEO au MEO. Gharama ya kuwasilisha na kuweka satelaiti katika obiti ya GEO ni ya juu zaidi kutokana na urefu wa juu zaidi wa Dunia. Umbali mrefu kutoka kwa Dunia hadi satelaiti husababisha ucheleweshaji wa ishara. Obiti ya satelaiti ya geostationary inaweza tu kulala juu ya ikweta, na kwa hiyo hakuna chanjo ya latitudo za polar.

Walakini, licha ya ubaya wote uliopo wa obiti ya geostationary, satelaiti ziko juu yake hutumiwa sana ulimwenguni kote kwa sababu ya faida yao kuu, ambayo inaweza kuzidi ubaya wote: satelaiti ya geostationary huwa katika nafasi sawa ya obiti kuhusiana na moja au. hatua nyingine duniani.

Siku hizi, ubinadamu hutumia obiti kadhaa tofauti kuweka satelaiti. Kipaumbele kikubwa kinalenga kwenye obiti ya geostationary, ambayo inaweza kutumika "stationary" kuweka satelaiti juu ya hatua fulani kwenye Dunia. Obiti iliyochaguliwa kwa satelaiti kufanya kazi inategemea kusudi lake. Kwa mfano, satelaiti zinazotumiwa kutangaza vipindi vya televisheni vya moja kwa moja huwekwa kwenye obiti ya geostationary. Satelaiti nyingi za mawasiliano pia ziko kwenye obiti ya geostationary. Mifumo mingine ya satelaiti, hasa ile inayotumiwa kuwasiliana kati ya simu za satelaiti, inazunguka katika obiti ya chini ya Dunia. Vilevile, mifumo ya setilaiti inayotumika kwa mifumo ya urambazaji kama vile Navstar au Global Positioning System (GPS) pia iko katika njia za chini za Dunia. Kuna setilaiti nyingine nyingi - hali ya hewa, utafiti na kadhalika. Na kila mmoja wao, kulingana na madhumuni yake, anapokea "usajili" katika obiti fulani.

Soma pia:

Obiti maalum iliyochaguliwa kwa ajili ya uendeshaji wa satelaiti inategemea mambo mengi, ikiwa ni pamoja na kazi za satelaiti, pamoja na eneo ambalo hutumikia. Katika hali nyingine, hii inaweza kuwa katika obiti ya chini sana ya Dunia (LEO), iliyoko kwenye mwinuko wa kilomita 160 tu juu ya Dunia, katika hali zingine, satelaiti iko kwenye mwinuko wa zaidi ya kilomita 36,000 juu ya Dunia - ambayo ni, katika obiti ya kijiografia GEO. Kwa kuongezea, idadi ya satelaiti haitumii obiti ya mviringo, lakini ya elliptical.

Mvuto wa dunia na obiti za satelaiti

Satelaiti zinapoizunguka Dunia, polepole husogea mbali nayo kutokana na mvuto wa Dunia. Ikiwa satelaiti hazingezunguka katika obiti, polepole zingeanza kuanguka Duniani na kuwaka katika anga ya juu. Hata hivyo, mzunguko wa satelaiti kuzunguka Dunia hutokeza nguvu inayozisukuma mbali na sayari yetu. Kwa kila obits kuna kasi yake ya kubuni, ambayo inakuwezesha kusawazisha nguvu ya mvuto wa Dunia na nguvu ya centrifugal, kuweka kifaa katika mzunguko wa mara kwa mara na kuizuia kupata au kupoteza urefu.

Ni wazi kabisa kwamba chini ya mzunguko wa satelaiti, ndivyo inavyoathiriwa kwa nguvu zaidi na mvuto wa Dunia na kasi kubwa zaidi inayohitajika kushinda nguvu hii. Umbali mkubwa zaidi kutoka kwa uso wa Dunia hadi kwa satelaiti, kasi ndogo sawa inahitajika ili kuiweka kwenye mzunguko wa kila wakati. Satelaiti inayozunguka takriban kilomita 160 juu ya uso wa Dunia inahitaji kasi ya takriban 28,164 km/h, kumaanisha kwamba setilaiti kama hiyo ingezunguka Dunia kwa takriban dakika 90. Katika umbali wa kilomita 36,000 juu ya uso wa Dunia, setilaiti inahitaji kasi ya chini ya 11,266 km/h ili kubaki katika obiti isiyobadilika, ambayo inaruhusu setilaiti hiyo kuzunguka Dunia kwa takriban saa 24.

Ufafanuzi wa obiti za mviringo na za mviringo

Satelaiti zote huzunguka Dunia kwa kutumia mojawapo ya aina mbili za msingi za obiti.

• Obiti ya satelaiti ya duara: Chombo cha anga za juu kinapozunguka Dunia katika mzingo wa duara, umbali wake juu ya uso wa Dunia daima hubaki vile vile.
• Mzunguko wa Satelaiti ya Mviringo: Mzunguko wa setilaiti katika obiti ya duaradufu unamaanisha umbali wa mabadiliko ya uso wa Dunia kwa nyakati tofauti wakati wa obiti moja.

Soma pia:

Mizunguko ya satelaiti

Kuna fasili nyingi tofauti zinazohusiana na aina tofauti za obiti za satelaiti:

• Katikati ya Dunia: Wakati satelaiti inapozunguka dunia - katika obiti ya mviringo au ya mviringo - obiti ya satelaiti huunda ndege ambayo inapita katikati ya mvuto, au Kituo cha Dunia.
• Mwelekeo wa harakati kuzunguka Dunia: Njia ambazo satelaiti inazunguka sayari yetu zinaweza kugawanywa katika vikundi viwili kulingana na mwelekeo wa obiti hii:

1. Obiti ya kuongeza kasi: Mapinduzi ya satelaiti kuzunguka Dunia inaitwa kuongeza kasi ikiwa satelaiti inazunguka katika mwelekeo sawa ambao Dunia inazunguka;
2. Retrograde obiti: Mzingo wa satelaiti kuzunguka Dunia unaitwa retrograde ikiwa setilaiti inazunguka katika mwelekeo ulio kinyume na mwelekeo wa mzunguko wa Dunia.

• Njia ya Orbital: Njia ya obiti ya setilaiti ni sehemu kwenye uso wa Dunia ambapo setilaiti hupita moja kwa moja juu inapoizunguka Dunia. Njia huunda mduara, katikati ambayo ni Kituo cha Dunia. Ikumbukwe kwamba satelaiti za geostationary ni kesi maalum kwa sababu daima hubakia juu ya hatua sawa juu ya uso wa Dunia. Hii inamaanisha kuwa njia yao ya obiti ina sehemu moja iliyo kwenye ikweta ya Dunia. Tunaweza pia kuongeza kuwa njia ya obiti ya satelaiti zinazozunguka kwa ukali juu ya ikweta huenea kwenye ikweta hii.

Mizunguko hii kwa kawaida huwa na njia ya obiti ya kila setilaiti inayosogea kuelekea magharibi wakati Dunia iliyo chini ya setilaiti inavyozunguka kuelekea mashariki.

• Nodi za Orbital: Hizi ni pointi ambazo njia ya obiti hupita kutoka hemisphere moja hadi nyingine. Kwa mizunguko isiyo ya ikweta kuna nodi mbili kama hizi:

1. Nodi ya kupanda: Hii ndio nodi ambayo njia ya obiti inapita kutoka ulimwengu wa kusini hadi kaskazini.
2. Nodi ya kushuka: Hii ni nodi ambayo njia ya obiti inapita kutoka kaskazini hadi nusu ya kusini.

• Urefu wa satelaiti: Wakati wa kuhesabu obiti nyingi, ni muhimu kuzingatia urefu wa satelaiti juu ya katikati ya Dunia. Kiashiria hiki ni pamoja na umbali kutoka kwa satelaiti hadi kwenye uso wa Dunia pamoja na radius ya sayari yetu. Kama sheria, inachukuliwa kuwa sawa na kilomita 6370.
• Kasi ya obiti: Kwa obiti za mviringo daima ni sawa. Hata hivyo, katika kesi ya obiti za mviringo, kila kitu ni tofauti: kasi ya mzunguko wa satelaiti hubadilika kulingana na nafasi yake katika obiti hii. Inafikia upeo wake wakati iko karibu zaidi na Dunia, ambapo satelaiti inakabiliwa na upinzani wa juu kwa nguvu ya uvutano ya sayari, na hupungua hadi kiwango cha chini inapofikia hatua ya umbali mkubwa zaidi kutoka kwa Dunia.
• Pembe ya kuinua: Pembe ya mwinuko wa setilaiti ni pembe ambayo satelaiti iko juu ya upeo wa macho. Ikiwa pembe ni ndogo sana, ishara inaweza kuzuiwa na vitu vilivyo karibu ikiwa antena inayopokea haijainuliwa juu ya kutosha. Hata hivyo, kwa antena ambazo zimeinuliwa juu ya kikwazo, pia kuna tatizo wakati wa kupokea ishara kutoka kwa satelaiti ambazo zina pembe ya chini ya mwinuko. Sababu ya hii ni kwamba ishara ya satelaiti basi lazima isafiri umbali mkubwa kupitia angahewa ya dunia na, kwa sababu hiyo, inakabiliwa na kupunguzwa zaidi. Pembe ya chini inayokubalika ya mwinuko kwa mapokezi zaidi au chini ya kuridhisha inachukuliwa kuwa pembe ya digrii tano.
• Pembe ya kuinamisha: Si njia zote za satelaiti zinazofuata mstari wa ikweta—kwa kweli, njia nyingi za chini ya Ardhi hazifuati mstari huu. Kwa hivyo, ni muhimu kuamua angle ya mwelekeo wa obiti ya satelaiti. Mchoro hapa chini unaonyesha mchakato huu.

Pembe ya mwelekeo wa obiti ya satelaiti

Viashiria vingine vinavyohusiana na obiti ya satelaiti

Ili satelaiti itumike kutoa huduma za mawasiliano, vituo vya ardhini lazima viweze "kuifuata" ili kupokea ishara kutoka kwake na kutuma ishara kwake. Ni wazi kwamba mawasiliano na satelaiti inawezekana tu wakati iko katika safu ya mwonekano wa vituo vya ardhini, na, kulingana na aina ya obiti, inaweza tu kuwa katika safu ya mwonekano kwa muda mfupi. Ili kuhakikisha kuwa mawasiliano na satelaiti yanawezekana kwa muda wa juu zaidi, kuna chaguzi kadhaa ambazo zinaweza kutumika:

• Chaguo la kwanza linajumuisha kutumia obiti ya mviringo, hatua ya apogee ambayo iko juu ya eneo lililopangwa la kituo cha ardhi, ambayo inaruhusu satelaiti kubaki katika uwanja wa mtazamo wa kituo hiki kwa muda wa juu.
• Chaguo la pili inajumuisha kuzindua satelaiti kadhaa kwenye obiti moja, na hivyo, wakati ambapo mmoja wao hupotea kutoka kwa macho na mawasiliano nayo hupotea, mwingine huchukua nafasi yake. Kama sheria, kupanga mawasiliano zaidi au chini ya kutoingiliwa inahitaji uzinduzi wa satelaiti tatu kwenye obiti. Walakini, mchakato wa kubadilisha satelaiti moja ya "wajibu" na mwingine huleta ugumu wa ziada kwenye mfumo, na vile vile mahitaji kadhaa ya angalau satelaiti tatu.

Ufafanuzi wa obiti za mviringo

Mizunguko ya mviringo inaweza kuainishwa kulingana na vigezo kadhaa. Masharti kama vile Obiti ya Chini ya Dunia, Obiti ya Geostationary (na mengineyo) yanaonyesha kipengele bainifu cha mzingo fulani. Muhtasari wa ufafanuzi wa obiti za mviringo umewasilishwa kwenye jedwali hapa chini.

Obiti ya Geostationary (Mchoro 13.7) ina sifa ya ukweli kwamba ikiwa satelaiti ziko juu yake zinasonga na kasi za angular sawa na kasi ya angular ya mzunguko wa Dunia kuzunguka mhimili wake, basi kutoka kwa uso wa Dunia huonekana bila kusonga, "kunyongwa" katika sehemu moja. , wakati mmoja. Kwa kuwa umbali kutoka kwa satelaiti inayotembea kwenye obiti ya kijiografia hadi Dunia ni mara tatu ya kipenyo cha Dunia, satelaiti "inaona" karibu 40% ya uso wa Dunia mara moja.

Kuweka satelaiti bandia kwenye obiti ya geostationary sio kazi rahisi. Hapo awali, hakukuwa na magari ya kuzindua yenye nguvu ya kutosha kuizindua, kwa hivyo satelaiti za kwanza za mawasiliano zilikuwa kwenye obiti ya duara, ya chini ya Dunia (kwa mfano, satelaiti ya kwanza ya relay ya Amerika ya Telstar).

Mchoro 13.7 - obiti ya Geostationary

Kudumisha mawasiliano na satelaiti katika obiti ya mviringo ni ngumu sana na ya gharama kubwa, kwa suala la maambukizi na mapokezi.

Kutokana na mabadiliko ya haraka katika eneo la satelaiti, ni muhimu kuwa na mfumo wa antenna ya kufuatilia simu. Satelaiti katika obiti hizo zinaweza kutumika kuunda mawasiliano ya kudumu tu wakati ziko juu ya upeo wa macho kuhusiana na vifaa vya kupitisha na kupokea, i.e. kwao, "kupanda" kwa satelaiti moja na "kuweka" kwa mwingine inapaswa kuonekana.

Ukuzaji wa teknolojia ya roketi na uundaji wa virusha roketi vyenye nguvu kumewezesha kutumia sana obiti ya geostationary "kusakinisha" satelaiti za relay juu yake. Mchoro 13.8 unaonyesha mbinu inayotumika sana kurusha satelaiti kwenye obiti ya kijiografia. Satelaiti ya bandia inazinduliwa kwanza kwenye obiti ya mviringo karibu na uso wa Dunia (250 ... km 300 kutoka kwenye uso), kisha, ikiongeza kasi yake, inahamishiwa kwenye obiti ya kati ya elliptical, hatua ya karibu ambayo, perigee, ni takriban kilomita 270 kutoka duniani, na hatua ya mbali ni apogee katika umbali wa kilomita 36,000, ambayo tayari inalingana na urefu wa obiti ya geostationary *.

Mchoro 13.8 - Mlolongo wa kurusha setilaiti kwenye obiti ya kijiografia:

1 - kutolewa kwa haki; 2 - kukamilika kwa ndege ya awali; 3 - kujitenga kamili kwa hatua ya mwisho; 4 - uamuzi wa nafasi kwa ajili ya uanzishaji wa kwanza wa injini mwenyewe (apogee); 5 - uanzishaji wa kwanza wa injini yake mwenyewe kuingia kwenye obiti ya kati (ya uhamisho); 6 - uamuzi wa nafasi katika obiti ya kati; 7 - uanzishaji wa pili wa injini yake mwenyewe kuingia obiti ya geostationary; 8 - urekebishaji wa ndege ya orbital ya satelaiti na marekebisho ya makosa; 9 - mwelekeo wa satelaiti perpendicular kwa ndege ya orbital na marekebisho ya makosa; 10-stop, kupelekwa kwa paneli za jua, undocking kamili; 11 - kupelekwa kwa antenna, uanzishaji wa vidhibiti; 12 - uimarishaji wa nafasi na kuanza kwa kazi

Wakati satelaiti ya bandia "inasimama" kwenye obiti ya kati ya mviringo (ya uhamishaji), na ikiwa kila kitu kinafanya kazi bila dosari, basi katika hatua ya apogee ndege yake mwenyewe, kinachojulikana kama injini za apogee huwashwa, ambayo huongeza haraka kasi ya mstari wa satelaiti. hadi 3.074 km / s. Kasi hii ni muhimu kuhamia obiti ya kijiografia na "kuacha" (kwa usahihi zaidi, kusonga kando yake), baada ya hapo satelaiti, kufuatia amri kutoka kwa Dunia, huhamishwa kando ya obiti ya geostationary hadi nafasi iliyopangwa kwenye hatua ya kusimama. Kisha paneli za jua zinatumwa, antena zinatumwa, zimeelekezwa kwa eneo fulani la Dunia, paneli za jua zinaelekezwa kwa Jua, na relay ya bodi ya transmitter imewashwa. Ufungaji sahihi wa satelaiti katika obiti ya geostationary unafanywa na injini zake za ndege zinazoendesha mafuta imara au kioevu. Baada ya satelaiti kuzinduliwa kwenye nafasi yake ya obiti, injini huzimwa na huenda katika obiti ya geostationary kama mwili wa mbinguni chini ya ushawishi wa inertia kwa kasi ya 3.074 km / s na nguvu za mvuto wa Dunia. Ni muhimu sana kwa satelaiti ya relay ambayo obiti yake inalingana kikamilifu na geostationary. Kwa hivyo, ikiwa satelaiti inasogea katika obiti ambayo ni ndogo kidogo kuliko ile ya kijiografia, basi inabadilika polepole kutoka kwa msimamo wake kuelekea magharibi, na ikiwa mzunguko wake unazidi ule wa kijiografia, basi uhamishaji hufanyika katika mwelekeo wa mashariki, i.e. mwelekeo wa harakati ya Dunia. Mabadiliko ya 1° katika obiti ya kijiografia inalingana na umbali wa takriban 750 km. Ikiwa kipokeaji cha ardhini kina antena ya kufuatilia inayozunguka, ni rahisi kuielekeza tena kwa usahihi kwenye satelaiti. Walakini, vifaa vingi vya msingi vya mtu binafsi vya kupokea kutoka kwa satelaiti vimeweka antena zilizo na mifumo nyembamba sana ya "umbo la sindano", na ni ngumu sana kurekebisha mwelekeo wa antenna kwa satelaiti kwa mikono, na kwa sababu ya usahihi. ya kuashiria kwake, picha ya televisheni iliyopokelewa inaharibika au kutoweka kabisa. Katika suala hili, ili kuhakikisha mapokezi ya kuaminika na ya kuaminika, ni muhimu kuhakikisha kwamba "nyayo" ya satelaiti ni mara kwa mara kwa muda na kwamba mionzi ya antenna zake za bodi ni imara tu katika eneo lililopangwa. Kwa hiyo, satellite inahitaji kurekebisha mara kwa mara nafasi yake na obiti, ambayo inafanya kwa kutumia injini zake na inaongoza kwa matumizi ya mafuta. Hii inathiri maisha yake ya huduma. Kwa kukosekana kwa mafuta kwa injini, satelaiti huanza kuhama kutoka kwa msimamo wake, ambayo husababisha muunganisho wa mara kwa mara wa satelaiti za jirani na, ipasavyo, kwa kuongezeka kwa kuingiliwa kwa pande zote, na kuongezeka kwa kuingiliwa kwa vifaa vya kupokea Duniani.

Kwa mtazamo wa maisha ya satelaiti, kiasi cha mafuta kinachotumiwa na injini zake za ndege (apogee) ni muhimu sana. Na, kwa wazi, mafuta zaidi ya kushoto baada ya ufungaji wa awali wa satelaiti katika obiti, marekebisho zaidi ya nafasi yanaweza kufanywa na, kwa hiyo, satellite itafanya kazi kwa muda mrefu. "Maisha" ya satelaiti katika obiti kawaida ni miaka 5 ... 7, na wengine - miaka 10 au zaidi, baada ya hapo inabadilishwa na mpya iliyowekwa katika nafasi sawa.

Faida za obiti ya geostationary. Obiti ya kijiografia (inayoitwa Ukanda wa Clark nchini Uingereza na baadhi ya nchi za Ulaya) ni ya kipekee na ina thamani kubwa ya uendeshaji. Majimbo kadhaa ya ikweta hapo awali yalitaka sehemu ya obiti iliyo juu ya eneo lao itumike tu kwa makubaliano nao. Nchi zisizo za Ikweta, kwa kawaida, hazikuweza kukubaliana na hili, kwa kuzingatia obiti ya geostationary kama urithi wa kawaida wa wanadamu. Mnamo 1988 tu iliwezekana kukubaliana juu ya mpango wa usambazaji wa nafasi za satelaiti kwa utangazaji katika bendi za 6/4 GHz na 14/11 GHz.

Faida za obiti ya kijiografia huhimiza idadi inayoongezeka ya watumiaji kuweka satelaiti kwa madhumuni mbalimbali juu yake. Kutoka bara la Ulaya unaweza "kuchunguza" dazeni kadhaa za satelaiti bandia zinazohamia kwenye obiti ya geostationary. Kupitia kwao, mawasiliano ya simu hufanywa kimsingi na nchi za bara la Amerika na nchi za Mashariki ya Kati. Kwa kuongeza, satelaiti nyingi hutumiwa kusambaza televisheni na matangazo ya sauti. Kutumia obiti ya kijiografia kwa madhumuni haya hutoa faida zifuatazo:

§ satelaiti husogea katika obiti ya kijiografia kutoka Magharibi hadi Mashariki kwa muda mrefu bila kutumia nguvu kwenye harakati hii (kama mwili wa mbinguni) kwa sababu ya mvuto wa Dunia na hali yake yenyewe, na kasi ya mstari wa 3.074 km / s. ;

§ kusonga katika obiti ya geostationary na kasi ya angular sawa na kasi ya angular ya mzunguko wa Dunia, satelaiti hufanya mapinduzi hasa kwa siku moja, kwa sababu hiyo inajikuta "inaning'inia" isiyo na mwendo juu ya uso wa dunia;

§ usambazaji wa nishati ya mifumo yake unafanywa kutoka kwa paneli za jua zinazoangazwa na Jua;

§ kwa kuwa satelaiti haivuka ukanda wa mionzi ya Dunia, lakini iko juu yake, uaminifu na maisha ya huduma ya vifaa vyake vya umeme na vyanzo vya nguvu - paneli za jua - huongezeka;

§ mawasiliano na kituo cha kupitisha hufanyika kwa kuendelea, bila kubadili kutoka kwa satelaiti moja "inayoingia" hadi nyingine - "juu", i.e. satelaiti moja tu inahitajika ili kuhakikisha mawasiliano ya mara kwa mara ya kuendelea;

§ katika kusambaza antena katika mfumo wa Satelaiti ya Dunia, vifaa vya kufuatilia satelaiti kiotomatiki vinaweza kurahisishwa au kuondolewa kabisa, na katika antena za kupokea msingi wa ardhini hakuna haja yao, ambayo inahakikisha unyenyekevu wa kupokea vifaa, gharama zao za chini, upatikanaji. na usambazaji wa wingi;

§ kwa kuwa umbali wa satelaiti katika obiti ya kijiografia huwa mara kwa mara, kupunguzwa kwa ishara wakati wa kupita kwenye njia ya Dunia-Satellite-Earth daima ni ya uhakika na haibadilika wakati satelaiti inasonga kwenye obiti, ambayo inafanya uwezekano wa kuhesabu kwa usahihi. nguvu ya transmitter yake onboard;

§ Mzunguko wa kijiografia ni wa kipekee - satelaiti zilizo kwenye obiti juu yake "huenda" kwenye anga ya juu, na zile ziko katika mizunguko chini yake hatua kwa hatua hukaribia Dunia. Na satelaiti tu ziko katika obiti ya geostationary huzunguka kwa usawa kwa umbali wa mara kwa mara kutoka kwa Dunia na hazina mwendo kuhusiana nayo;

§ baada ya mwisho wa maisha yake ya kufanya kazi, satelaiti huhamishiwa kwenye kinachojulikana kama "makaburi" obiti, ambayo ni kilomita 200 juu ya geostationary, na hatua kwa hatua huenda mbali na Dunia hadi anga ya nje.

Hata hivyo, nyota za obiti zinazojumuisha satelaiti za geostationary zina drawback moja kubwa: muda mrefu wa uenezi wa ishara za redio, ambayo husababisha kuchelewa kwa maambukizi ya ishara wakati wa mawasiliano ya redio. Kusubiri ishara ya majibu kufika kunaweza kusababisha kutoridhika kati ya watumiaji walio na subira.

Kwa sababu ya mali na faida zake za kipekee, obiti ya kijiografia katika maeneo rahisi zaidi (haswa juu ya Bahari ya Pasifiki na Hindi, na pia juu ya bara la Afrika) "imejaa" na satelaiti hadi kikomo. Kuna sehemu 425 za "kusimama" zilizotambuliwa katika obiti ya geostationary-nafasi za satelaiti. Neno "msimamo" huamua bila shaka nafasi ya satelaiti katika obiti ya geostationary na longitudo yake.

Uhesabuji wa vigezo vya obiti ya geostationary

Wakati wa mzunguko wa mzunguko wa satelaiti yenye wingi m inatekelezwa na nguvu ya uvutano ya Dunia (mvuto) F na nguvu ya centrifugal F c, wanasawazisha wao kwa wao.

Wapi v- kasi ya chombo cha anga (SV), m- wingi wa vyombo vya anga, R z- radius ya Dunia, h- urefu wa chombo juu ya uso wa Dunia.

Nguvu ya mvuto wa Dunia kutoka kwa sheria ya mvuto wa ulimwengu imedhamiriwa kama ifuatavyo:

Wapi G= 6.6729*10 -11 m 3 kg -1 s -2 - mvuto thabiti, M- wingi wa dunia, m- wingi wa vyombo vya anga, r = R з +h- umbali kutoka katikati ya Dunia hadi kwenye chombo.

Ili kukokotoa kigezo kikuu - radius ya obiti ya geostationary - ni muhimu kwamba kasi ya setilaiti ihakikishe muda wa mzunguko wa saa 24 kuzunguka Dunia.

Kasi ya satelaiti katika mzunguko wa mviringo inategemea radius na kipindi:

Wapi T=24 masaa

Kubadilisha v kwenye equation F c = F tunapata formula ya kuhesabu urefu wa obiti ya geostationary:

= 42241752.19 m

h= 35,870,452.1877312 m

Unaweza kuamua kasi ya mzunguko wa satelaiti v= 3071.906906 m/s = 11,058.86486 km/h.

1. Utangulizi.. 3

1.1. Hadithi fupi. 3

1.3. Televisheni. 5

1.4. Mifumo ya urambazaji... 5

1.4.2. GLONASS..7

1.4.3. GALILEO..8

1.4.4. BeiDou. 8

1.5. Simu ya satelaiti. 9

1.6. Mifumo ya uokoaji wa dharura.. 10

1.8. Matumizi ya anga za juu... 13

1.9. Mitindo ya ukuzaji wa mawasiliano ya satelaiti... 14

2. Uainishaji, mbinu za kupanga na kutumia rasilimali za mifumo ya mawasiliano ya satelaiti.. 17

2.1. Nyenzo ya masafa na sifa zake.. 18

2.2. Mbinu ya kutumia rasilimali ya masafa... 19

2.3. Mbinu za kupanga chaneli ya mawasiliano.. 19

2.4. Sifa za sehemu ya anga... 20

3. Vifaa vya mifumo ya mawasiliano ya satelaiti 27

3.1. Vyombo vya satelaiti.. 28

3.1.1. Uainishaji wa antena za satelaiti. 28

3.1.2. Hesabu iliyorahisishwa ya kipenyo cha antena inayopokea kimfano 33

3.1.3. Mbinu ya kuhesabu kusimamishwa kwa azimuthal. 36

3.1.4. Kusimamishwa kwa polar kwa sahani ya satelaiti na njia yake ya kuhesabu 39

3.1.5. Uhesabuji wa mwonekano wa satelaiti katika eneo fulani. 44

3.1.6. Mahesabu ya mzunguko wa ndege ya polarization. 44

3.1.7. Njia za kuboresha utendaji wa antena za satelaiti 45

3.2. Vifaa vya kuweka nafasi. 46

3.3. Vifaa vya mawasiliano. 47

3.3.1. Vigeuzi vya vipokezi vya satelaiti. 48

3.3.2. Vipokezi vya satelaiti (vipokezi) 52

3.3.3. Kadi za kompyuta.. 53

3.3.4. Swichi. 54

4. Viwango vya kusimamia mifumo ya antena na vifaa vingine vya mawasiliano... 56

Njia za spacecraft za bandia hutofautiana na obiti za miili ya asili ya mbinguni: ukweli ni kwamba katika kesi ya kwanza kuna kinachojulikana kama "sehemu za kazi". Haya ni maeneo njia za satelaiti, ambayo husogea kwa kuwasha injini ya ndege. Kwa hivyo, kuhesabu trajectory ya spacecraft ni kazi ngumu na inayowajibika, ambayo inashughulikiwa na wataalamu katika uwanja wa unajimu.

Kila mfumo wa satelaiti una hadhi fulani, kulingana na madhumuni ya satelaiti, uwekaji wake, chanjo ya eneo linalohudumiwa, na umiliki wa chombo chenyewe na kituo cha ardhini kinachopokea mawimbi yake. Kulingana na hali, mifumo ya satelaiti ni:

• Kimataifa (kikanda au kimataifa);
• Kitaifa;
• Idara.

Kwa kuongeza, obiti zote zimegawanywa juu geostationary na yasiyo ya geostationary (kwa upande wake, imegawanywa katika LEO - chini-orbital, MEO - kati-urefu na HEO - elliptical). Wacha tuangalie kwa karibu madarasa haya.

Geostationary njia za satelaiti

Aina hii ya obiti hutumiwa mara nyingi kuweka spacecraft, kwa sababu ina faida kubwa: mawasiliano ya mzunguko wa saa inawezekana, na hakuna mabadiliko ya mzunguko. Satelaiti za geostationary ziko kwenye urefu wa kilomita 36,000 juu ya uso wa Dunia na husogea kwa kasi ya kuzunguka kwake, kana kwamba "inaelea" juu ya sehemu fulani ya ikweta, "hatua ndogo ya satelaiti". Walakini, kwa kweli, msimamo wa satelaiti kama hiyo sio ya kusimama: inakabiliwa na "drift" fulani kwa sababu ya mambo kadhaa, kama matokeo - obiti hubadilika kidogo kwa wakati.

Kama ilivyobainishwa tayari, satelaiti ya kijiografia haihitaji usumbufu wowote katika operesheni, kwani hakuna harakati za pamoja za chombo na kituo chake cha ardhini. Mfumo unaojumuisha satelaiti tatu za aina hii una uwezo wa kutoa chanjo ya karibu uso wote wa dunia.

Wakati huo huo, mifumo hiyo sio bila hasara fulani, moja kuu ambayo ni kuchelewa kwa ishara. Kwa hiyo, satelaiti katika obiti za geostationary hutumiwa mara nyingi kwa utangazaji wa redio na televisheni, ambayo ucheleweshaji wa pande zote mbili za 250 ms hauathiri ubora wa ishara. Ucheleweshaji katika mfumo wa mawasiliano ya simu ya redio unaonekana zaidi (kwa kuzingatia usindikaji wa ishara katika mitandao ya dunia, muda wa jumla tayari ni takriban 600 ms). Kwa kuongezea, eneo la ufunikaji la satelaiti kama hizo halijumuishi maeneo ya latitudo ya juu (zaidi ya 76.50° N na S), yaani, ufikiaji wa kimataifa hauhakikishiwa.

Kutokana na maendeleo ya haraka ya mawasiliano ya satelaiti, katika miaka kumi iliyopita obiti ya geostationary imekuwa "iliyojaa", na matatizo hutokea kwa kuwekwa kwa vifaa vipya. Ukweli ni kwamba, kwa mujibu wa viwango vya kimataifa, si zaidi ya satelaiti 360 zinaweza kuwekwa kwenye obiti ya karibu ya ikweta, vinginevyo kuingilia kati kutatokea.

Urefu wa kati njia za satelaiti

Mifumo ya satelaiti ya aina hii ilianza kuendelezwa na makampuni ya awali yaliyohusika katika uzalishaji wa spacecraft ya geostationary. Obiti ya urefu wa kati hutoa utendaji bora wa mawasiliano kwa watumiaji wa simu, kwa kuwa kila mtumiaji wa mawasiliano ya simu anaweza kufikiwa na satelaiti kadhaa kwa wakati mmoja; kuchelewa kwa jumla - si zaidi ya 130 ms.

Eneo la satelaiti isiyo ya geostationary ni mdogo na kinachojulikana mikanda ya mionzi ya Van Allen, mikanda ya anga ya chembe za kushtakiwa ambazo "zimetekwa" na shamba la magnetic ya Dunia. Ya kwanza ya mikanda imara ya mionzi ya juu iko takriban katika urefu wa kilomita 1500 kutoka kwenye uso wa sayari, upeo wake ni kilomita elfu kadhaa. Ukanda wa pili, wenye nguvu sawa ya juu (10,000 pulses / s), iko ndani ya kilomita 13,000-19,000 kutoka duniani.

Aina ya "njia" ya satelaiti za urefu wa kati iko kati ya mikanda ya mionzi ya kwanza na ya pili, ambayo ni, kwa urefu wa kilomita 5000-15000. Vifaa hivi ni dhaifu zaidi kuliko vile vya geostationary, kwa hiyo, ili kufunika kabisa uso wa Dunia, kikundi cha orbital cha satelaiti 8-12 kinahitajika (kwa mfano, Spaceway NGSO, ICO, Rostelesat); kila satelaiti iko katika eneo la mwonekano wa redio ya kituo cha ardhini kwa muda mfupi, takriban masaa 1.5-2.

Mviringo wa chini njia za satelaiti

Satelaiti katika obiti za chini (km 700-1500) zina faida fulani juu ya vyombo vingine vya anga kwa suala la sifa za nishati, hata hivyo, hupoteza katika muda wa vikao vya mawasiliano, pamoja na maisha ya huduma kwa ujumla. Kipindi cha obiti cha satelaiti ni, kwa wastani, dakika 100, na takriban 30% ya wakati huu iliyobaki kwenye upande wa kivuli wa sayari. Betri za bodi zina uwezo wa kupata mzunguko wa malipo / kutokwa kwa takriban 5,000 kwa mwaka, na kwa sababu hiyo, maisha yao ya huduma hayazidi miaka 5-8.

Chaguo la safu hii ya mwinuko kwa mifumo ya satelaiti ya obiti ya chini sio bahati mbaya. Katika urefu wa chini ya kilomita 700, msongamano wa anga ni wa juu, ambayo husababisha "uharibifu" wa obiti - kupotoka kwa taratibu kutoka kwa kozi, ambayo inahitaji kuongezeka kwa matumizi ya mafuta ili kuitunza. Katika urefu wa kilomita 1500, ukanda wa kwanza wa Van Allen huanza, katika ukanda wa mionzi ambayo uendeshaji wa vifaa vya onboard haiwezekani.

Walakini, kwa sababu ya urefu wa chini wa obiti, kundinyota la obiti la angalau vyombo 48 vya angani inahitajika kufunika eneo lote la Dunia. Kipindi cha mzunguko katika obiti hizi ni 90 min-saa 2, wakati muda wa juu wa satelaiti kubaki katika eneo la mwonekano wa redio ni dakika 10-15 tu.

Mizunguko ya mviringo

Mviringo Mizunguko ya satelaiti ya dunia zinalingana, yaani, zinapowekwa kwenye obiti, zinazunguka kwa kasi ya sayari, na kipindi cha obiti ni nyingi ya siku. Hivi sasa, aina kadhaa za obiti kama hizo hutumiwa: Archi-medes, Borealis, "Tundra", "Molniya".

Kasi ya satelaiti ya duara kwenye apogee (wakati inafika juu ya "ellipse") ni ya chini kuliko ya perigee, kwa hivyo katika kipindi hiki kifaa kinaweza kuwa katika ukanda wa mwonekano wa redio wa eneo fulani kwa muda mrefu kuliko satelaiti iliyo na mzunguko wa mviringo. . Vikao vya mawasiliano, kwa mfano, na Molniya huchukua masaa 8-10, na mfumo wa satelaiti tatu una uwezo wa kudumisha mawasiliano ya kimataifa ya saa-saa.