Ми рідко замислюємося, як організовано рух у навколоземному просторі. Наприклад, про те, що від Землі до космічної станції рукою подати, менше ніж від Москви до Пітера, а прийнятий супутниковою тарілкою сигнал пройшов більший шлях, ніж середній автомобіль минає за п'ять років. До того ж кожному запуску передує ретельне проектування орбіти, якою апарат рухатиметься у космічному просторі. Орбіти, які ми вибираємо

Коли у 1961 році фахівці королівського ОКБ-1 розпочали створення першого радянського супутника зв'язку «Блискавка-1» для телевізійної системи «Орбіта», перед ними постала проблема вибору цільової орбіти для свого дітища. Найефективнішою, на перший погляд, видавалась геостаціонарна орбіта заввишки 36 тисяч кілометрів. Супутник, що знаходиться на ній, цілодобово перебуває в прямій видимості приблизно для 1/3 поверхні Землі. Однак з такої орбіти неможливо забезпечити зв'язок у високих широтах та телемовлення в районах Крайньої Півночі. Крім того, Радянський Союз не мав тоді носіїв для виведення важких супутників на геостаціонарну орбіту.

Вихід знайшли балістики, що вигадали орбіту, на яку супутник зв'язку можна було виводити ракетою, що вже була в розробці. Це була сильно витягнута орбіта з мінімальною висотою (перигеєм) 500 кілометрів, а максимальною (апогеєм) – 40 000 кілометрів. Період звернення становив 12 годин, причому відповідно до законів небесної механіки більшу частину часу супутник проводив у районі апогею. Нахилення орбіти (63,4°) було обрано так, щоб у цей період супутник було видно з більшої частини території СРСР. Сприятливі умови для зв'язку тривали вісім годин, після чого супутник йшов на інший бік Землі, а наступного витку проходив апогей над Північною Америкою. Знову він ставав доступним для ретрансляції телебачення лише за 16 годин.

Успішно вивести на цю орбіту супутник зв'язку "Блискавка-1" вдалося з третьої спроби 23 квітня 1965 року, і вже наступного дня відбувся перший у Радянському Союзі сеанс космічного зв'язку між Москвою та Владивостоком. Для цілодобового телемовлення доводилося тримати в космосі одночасно три супутники «Блискавка», а на Землі будувати складні антени. Великі параболічні «дзеркала» відстежували хитромудру траєкторію супутника в небі: він швидко сходив на заході, піднімався в зеніт, перевалював через нього, потім починав рухатися у зворотний бік, знову розвертався і, прискорюючись, спускався до східного горизонту. Ще одним ускладнюючим фактором були значні зміни швидкості при русі по витягнутій орбіті, внаслідок чого через ефект Доплера постійно змінювалася частота сигналу, що приймається на Землі.

Траєкторія, обрана для першого радянського супутника зв'язку, пізніше отримала назву орбіта "Блискавка". Її розвитком з появою потужніших ракет стала високоеліптична орбіта «Тундра» з перигеєм 500 кілометрів, апогеєм 71 000 та періодом обігу 24 години. Орбіти з таким періодом називають геосинхронними, оскільки, рухаючись ними, космічний апарат завжди проходить апогей над одним і тим же районом Землі. Ефективність використання супутників на орбіті «Тундра» значно підвищується, оскільки можуть обслуговувати обрану територію понад 12 годин кожному витку, а організації цілодобового зв'язку досить двох апаратів. Однак наземне обладнання, як і раніше, залишається складним, адже геосинхронні супутники постійно змінюють своє становище на небі, і за ними доводиться стежити.

Ті, що зависли в небі

Прийомне обладнання радикально спрощується, якщо супутник залишається нерухомим щодо Землі. З усієї множини геосинхронних орбіт це досягається тільки на одній круговій, розташованій строго над екватором (нахилення 0 °). Ця орбіта називається геостаціонарною, оскільки на ній супутник ніби зависає над обраною точкою екватора на висоті 35 786 кілометрів.

Американці першими запустили геостаціонарний супутник, але вдалося їм це не одразу. Перші дві спроби 1963 року закінчилися невдачею, і лише 10 вересня 1964 року на ДСО вийшов супутник «Сінком-3». Цікаво, що в космос він стартував ще 19 серпня, і майже місяць за допомогою власного двигуна підкрадався до обраної для нього точки стояння. Перший вітчизняний геостаціонарний супутник «Райдуга-1» було запущено лише 22 грудня 1975 року. З того часу ДСО постійно поповнюється, і сьогодні на ній розташовано понад 400 супутників і ще 600 апаратів рухаються поблизу неї.

Строго кажучи, через різні обурення та похибки виведення геостаціонарний супутник не «висить» зовсім нерухомо над екватором, а здійснює коливальний рух щодо своєї точки стояння. У проекції на земну поверхню траєкторія нагадує невелику вісімку. До того ж через гравітаційні збурення апарат може «дрейфувати» вздовж орбіти. Щоб утриматися у вибраній точці стояння і вийти зі створа наземних антен, апарат повинен регулярно коригувати свою орбіту. Для цього на борту є запас палива. Саме від нього часом залежить термін служби геостаціонарного супутника.

Нескладні геометричні побудови показують, що на широтах вище 81 ° геостаціонарні супутники знаходяться під горизонтом, а отже, зв'язок з їх допомогою в полярних районах неможливий. Насправді мобільний зв'язок через геостаціонарний супутник обмежується широтою 65-70°, а фіксований - 70-75°. Зв'язок через ДСО має ще один серйозний недолік. По дорозі до супутника і назад радіо сигнал долає понад 70 тисяч кілометрів, витрачаючи на це чверть секунди. З урахуванням часу на обробку сигналу та його передачу наземними лініями зв'язку затримка може помітно перевищувати півсекунди. В результаті інтернет-сервіси через супутник відгукуються повільно, а телефонне спілкування стає некомфортним, оскільки навіть сучасні засоби «еходавлення» не завжди справляються з великими затримками. Щоб позбавитися цих недоліків, доводиться зменшувати висоту супутників.

Елементи орбіти

Слово «орбіта» латиною означає «колія» або «шлях». Навколоземну орбіту характеризує ряд параметрів: найменша і найбільша висота (перигей і апогей, які також визначають період обігу), спосіб (кут між площиною орбіти і площиною земного екватора), довгота висхідного вузла, що задає, «у яку сторону» (навколо якої лінії в площині екватора) нахилена орбіта, і аргумент перигею, що вказує, як повернена еліптична орбіта у власній площині. Гравітаційні збурення з боку інших планет, тиск сонячного випромінювання, несферична форма Землі, її магнітне поле та атмосфера призводять до того, що орбіти супутників можуть помітно змінюватись у часі. Тому в ході експлуатації супутника регулярно проводяться траєкторні виміри і при необхідності його орбіта коригується.

Сузір'я Iridium

На порівняно низьких орбітах формуються комерційні та урядові системи супутників зв'язку. Технічно ці траєкторії не можна назвати зручними для зв'язку, оскільки супутники на них більшу частину часу видно низько над горизонтом, що негативно позначається на якості прийому, а при гористому рельєфі може зробити його неможливим. Тому що нижче орбіта, то більше супутників має бути у системі. Якщо глобальної системи зв'язку на ДСО достатньо трьох супутників, то орбітах середньої висоти (5000-15 000 кілометрів) потрібно вже від 8 до 12 космічних апаратів. А для висот 500-2000 кілометрів потрібно понад півсотні супутників.

І все-таки до кінця 1980-х років склалися передумови для реалізації низькоорбітальних систем зв'язку. По-перше, на ДСО супутникам ставало дедалі тісніше. «Паркувальні місця» на цій орбіті підлягають міжнародній реєстрації, причому супутники, які розташовані по сусідству, не повинні працювати на одних і тих же радіочастотах, щоб не створювати один одному перешкод. По-друге, прогрес у галузі радіоелектроніки дозволив створювати недорогі (а головне – легкі) супутники з досить широкими можливостями. Ракета, здатна вивести на ДСО лише один великий супутник зв'язку, могла закинути на низьку орбіту цілу «пачку» таких апаратів. По-третє, завершення «холодної війни» та процес роззброєння вивільняли сотні міжконтинентальних балістичних ракет, які могли за «непрямими цінами» використовуватися для запуску невеликих супутників. І нарешті, саме в ці роки став швидко зростати попит на мобільний зв'язок, для якого характерно використання малопотужних ненаправлених антен, які «не домагаються» до ДСО. Всі ці фактори робили запуск навіть дуже великої кількості недорогих низькоорбітальних супутників, вигідніше створення угруповання з кількох важких геостаціонарних апаратів.

Серед перших низькоорбітальних систем зв'язку були Orbcomm (США) та «Гонець» (Росія). Вони не забезпечували передачу голосу, а призначалися для надсилання текстових повідомлень та збору інформації з різних датчиків, наприклад, метеорологічних. На сьогодні Orbcomm включає 29 супутників масою 42 кілограми на орбітах висотою 775 кілометрів. Система «Гонець» спочатку містила лише 6 супутників, через що час доставки повідомлень міг затягуватися на кілька годин. Зараз у ній змінюється вже третє покоління супутників, кількість працюючих апаратів досягла дев'яти, але у перспективі має бути доведено до 45 - по дев'ять штук на п'яти майже полярних орбітах (нахилення 82,5°) заввишки 1500 кілометрів.

Полярними називають орбіти, які проходять над Північним та Південним полюсами Землі, тобто розташовуються перпендикулярно до екватора. У поле зору супутника на полярній орбіті періодично потрапляє будь-яка ділянка земної поверхні. Якщо використовувати кілька таких орбіт, повернутих під кутом один до одного, і по кожній з рівними інтервалами запустити кілька супутників, можна безперервно оглядати всю поверхню Землі. Саме так працює мережа супутникової телефонії Iridium. У ній використовуються полярні орбіти з нахилом 86,4 ° та висотою 780 кілометрів. Спочатку на них розміщувалося 77 супутників, звідки виникла назва системи: іридій - 77-й елемент Періодичної системи Менделєєва. Однак через дев'ять місяців після запуску, у листопаді 1998 року, компанія Iridium збанкрутувала. Ціна розмови, що сягала семи доларів на хвилину, виявилася занадто високою для споживачів, частково через те, що система Iridium забезпечила по-справжньому глобальний зв'язок - від полюса до полюса. Система GlobalStar, яка стартувала трохи пізніше, задля економії використовує замість полярних орбіти з нахилом 52°, що обмежує зв'язок 70-ою паралеллю (приблизно на широті Ямала). Натомість для роботи вистачає 48 супутників (плюс чотири запасні), а вартість зв'язку в тому ж 1999 році становила не більше двох доларів за хвилину.

Супутники Iridium вже готувалися звести з орбіти та спалити у щільних шарах атмосфери, коли всю систему викупило американське міністерство оборони. Досі Iridium залишається єдиною супутниковою системою зв'язку, яка безперервно забезпечує телефонний зв'язок по всій земній кулі. Наприклад, через неї із 2006 року забезпечується постійне підключення до Інтернету полярної станції Амундсен-Скотт на Південному полюсі. Швидкість з'єднання становить 28,8 кілобіт на секунду, як у старому телефонному модемі.

Використання навколоземного простору

У першому наближенні орбіти супутників діляться на низькі (до 2000 кілометрів від Землі), середні (нижче за геостаціонарну орбіту) і високі. Пілотовані польоти здійснюються не вище 600 кілометрів, оскільки космічні кораблі не повинні входити в радіаційні пояси, що оточують нашу планету. Енергійні протони внутрішнього радіаційного поясу створюють небезпеку життя космонавтів. Максимальна інтенсивність опромінення досягається на висоті близько 3000 кілометрів, якою уникають усі космічні апарати. Зовнішній електронний пояс не такий небезпечний. Його максимум лежить десь між зонами навігаційних та геостаціонарних супутників. Ще вище зазвичай піднімаються супутники, які працюють на сильно витягнутих еліптичних орбітах. Такі, наприклад, рентгенівська обсерваторія «Чандра» (США), яка, щоб уникнути перешкод спостерігає далеко від радіаційних поясів, і майбутня російська обсерваторія «Радіоастрон», дані якої тим точніше, чим більша відстань від земних радіотелескопів, що працюють з нею. Найвищі навколоземні орбіти, які однаково можна вважати навколосонячними, лежать на висоті 1,5 мільйона кілометрів поблизу так званих точок Лагранжа.

Разом із сонцем

До полярних близький ще один важливий клас орбіт, які називаються сонячносинхронними (ССО), які завжди мають постійну орієнтацію щодо Сонця. На перший погляд здається, що це суперечить законам небесної механіки, згідно з якими площина орбіти залишається постійною, а значить, у ході руху Землі навколо Сонця вона має повертатися до нього то однією, то іншою стороною. Але якщо врахувати, що Земля має плескату форму, то виявляється, що площина орбіти відчуває прецесію, тобто трохи повертається від витка до витка. Правильно підібравши висоту і спосіб, можна домогтися того, щоб поворот площини орбіти якраз відповідав дузі, пройденій Землею навколо Сонця. Наприклад, для висоти орбіти 200 кілометрів нахилення має становити трохи більше 96 градусів, а для 1000 кілометрів - вже більше 99 ° (цифри більше 90 ° відповідають руху по орбіті проти добового обертання Землі).

Цінність СЗГ полягає в тому, що, рухаючись нею, супутник пролітає над земними об'єктами завжди в один і той же час доби, що важливо для проведення космічної зйомки. Крім того, завдяки близькості СЗГ до полярних орбіт з них можна стежити за всією земною поверхнею, що важливо для метеорологічних, картографічних та розвідувальних супутників, які збирально називаються супутниками дистанційного зондування Землі (ДЗЗ). Певний вибір параметрів СЗГ дозволяє супутникові ніколи не йти в тінь Землі, завжди залишаючись на сонці поблизу межі дня і ночі. Супутник при цьому не зазнає перепадів температури, а сонячні батареї безперервно забезпечують його енергією. Такі орбіти зручні для картарування радарного земної поверхні.

Громадянські супутники ДЗЗ, від яких потрібно розрізняти предмети розміром близько метра, працюють на висотах 500-600 кілометрів. Для військових супутників-розвідників з дозволом зйомки 10-30 сантиметрів такі висоти надто великі. Тому їх орбіти часто вибирають те щоб перигей лежав над точкою зйомки. Якщо «об'єкт уваги» не один, розвіднику доводиться змінювати форму орбіти за допомогою двигуна, іноді здійснюючи «пірки» до верхніх шарів атмосфери, знижуючись до висот близько 150 кілометрів. Необхідність «підбиратися» якомога ближче до Землі має суттєвий недолік – опір атмосфери різко скорочує термін перебування супутника у космосі. Трохи позіхаєш - і атмосфера потягне супутник у свою безодню, де він неминуче згорить. Через це на борту низькоорбітальних «шпигунів» доводиться тримати великі запаси палива для корекції орбіти та періодичного підйому висоти. Наприклад, із 18 тонн стартової маси американського фоторозвідника KH-11 на паливо припадає приблизно 40%. Таким чином, обрана орбіта може безпосередньо впливати на конструкцію, інколи ж і на зовнішній вигляд апарата.

Особливо яскраво ця залежність виявилася у конструкції європейського наукового апарату GOCE, запущеного нещодавно з російського космодрому Плесецьк. Він має незвичайну стрілоподібну форму, несхожу на незграбні контури більшості сучасних супутників, і навіть викликає асоціації зі швидкісним літаком. Справа в тому, що для супутника, що вивчає гравітаційне поле Землі, вибрано низьку ССО заввишки 240-250 кілометрів. Вона оптимальна з точки зору точності вимірювань, але щоб протистояти гальмівній дії атмосфери, супутнику надали форму з мінімальним поперечним перерізом. Крім того, в кормовій частині апарату встановлені іонні електроракетні двигуни для корекції траєкторії.

«Орбіта Кларка»

Ймовірно, першими про можливість геостаціонарних супутників заговорили Костянтин Едуардович Ціолковський та Герман Поточник, теоретик космонавтики зі Словенії, відоміший як Герман Ноордунг. Проте стала вельми поширеною ідея їх використання зв'язку отримала з подачі відомого британського вченого та письменника-фантаста Артура Кларка. 1945 року він опублікував у журналі Wireless World науково-популярну статтю з описом супутників зв'язку на геостаціонарній орбіті (ДСО), яку тепер нерідко називають «Орбітою Кларка».

Глобальний погляд

Але не всім супутникам ДЗЗ потрібен високий дозвіл. Що користі від можливості виявити об'єкт розміром 30 сантиметрів, якщо завдання апарату - відстежувати регіональні чи глобальні переміщення повітряних мас та теплові режими великих регіонів. Для її здійснення набагато важливіше широта охоплення. При глобальному метеорологічному моніторингу супутники зазвичай розміщують на ДСО або високій СЗГ, а при регіональному - на орбіті порівняно невеликої висоти (500-1000 кілометрів) з нахилом, що дозволяє регулярно проводити зйомку обраного району. Наприклад, перспективний російський супутник

«Метеор-М» має проводити моніторинг гідрометеорологічної ситуації у глобальному масштабі із СЗГ заввишки 830 кілометрів. А для апарату «Електро-Л» було обрано ДСО, оскільки його основним призначенням буде зйомка всього диска Землі у видимому та інфрачервоному діапазонах. Крім того, ДСО в даному випадку оптимальна для отримання інформації про глобальні атмосферні процеси, що протікають у приекваторіальній зоні.

Саме тому, що з ДСО можна оглядати значну частину земної поверхні, її «заселяють» не лише апарати зв'язку та метеосупутники, а й системи попередження про ракетний напад. Їхнє основне завдання - виявляти пуски балістичних ракет, для чого до складу апаратури включається інфрачервоний телескоп, здатний засікти смолоскип працюючого двигуна. Недоліки ДСО в цьому випадку ролі не грають - адже супутникові не треба передавати інформацію на Північний або Південний полюс, зате третина земної поверхні як на долоні.

Непростим виявився вибір параметрів орбіти для супутників глобальних навігаційних систем GPS і ГЛОНАСС. Хоча сама ідея (щодо затримки сигналу вимірювати відстань до супутників з добре відомими координатами) була очевидною, її реалізація затяглася на десятиліття. У СРСР дослідження у цьому напрямі почалися ще 1958 року. За п'ять років стартувала робота над першою супутниковою навігаційною системою «Цікада», яку здали в експлуатацію лише через 16 років. Чотири її навігаційні супутники працювали на низьких кругових орбітах висотою 1000 кілометрів з нахилом 83°. Площини їх орбіт були рівномірно розподілені вздовж екватора. Приблизно раз на півтори-дві години споживач міг увійти в радіоконтакт з одним із супутників «Цікада» і після 5-6 хвилин зв'язку визначити свої широту та довготу. Зрозуміло, військових замовників супутникової навігації такий режим роботи не влаштовував. Їм потрібно в довільний момент і в будь-якій точці Землі визначати три просторові координати, вектор швидкості та точний час. Для цього необхідно одночасно приймати сигнали щонайменше чотирьох супутників. На низьких орбітах для цього потрібно було б розмістити сотні космічних апаратів, що було б не тільки дуже дорого, а й просто неможливо. Справа в тому, що термін експлуатації радянських супутників не перевищував одного-двох років (а частіше – кількох місяців), і вийшло б, що вся ракетно-космічна промисловість працювала б виключно на виготовлення та запуск навігаційних супутників. Також низькоорбітальні супутники зазнають значних збурень через вплив земної атмосфери, що позначається на точності визначених по них координат.

Дослідження показали, що необхідні параметри навігаційної системи забезпечуються при розміщенні супутників на кругових траєкторіях заввишки 19 000-20 000 кілометрів (для ГЛОНАСС обрано висоту 19 100 кілометрів) з нахилом близько 64°. Вплив атмосфери тут вже незначний, а гравітаційні обурення з боку Місяця та Сонця ще не призводять до швидких змін орбіти.

Цвинтар супутників

В останні 20 років дедалі більше країн обзаводилися власними телекомунікаційними, метеорологічними та військовими супутниками на геостаціонарній орбіті. У результаті ДСО стало тісно. Середня відстань між супутниками становить близько 500 кілометрів, а на деяких її ділянках важкі апарати «висять» лише за кілька десятків кілометрів один від одного. Це може викликати перешкоди при зв'язку і навіть спричинити зіткнення. Повертати супутники із високої орбіти на Землю надто дорого. Тому для розчищення ДСО було вирішено, що після завершення активної експлуатації вони мають на залишках палива переводитись на «орбіту поховання», розташовану на 200-300 кілометрів вище. Цей «цвинтар супутників» поки що набагато вільніший від робочої орбіти.

Теоретично на такій висоті достатньо 18 супутників у трьох орбітальних площинах, щоб із будь-якої точки на Землі було видно не менше чотирьох апаратів одночасно. Але насправді для підвищення точності визначення розташування самих космічних апаратів угруповання ГЛОНАСС доведеться розширити до 24 супутників, що працюють, а з урахуванням резерву в системі треба мати 27-30 супутників. Приблизно таких самих принципах будуються та інші навігаційні системи - GPS (США), Galileo (Європа) і «Бейдоу» (Китай). Їхні супутникові угруповання розташовуються на кругових орбітах висотою 20 000-23 500 кілометрів з нахилом 55-56 °.

Траси для пілотів

Орбіти пілотованих апаратів вибираються особливо. Так, під час будівництва Міжнародної космічної станції (МКС) враховувалися зручність запуску до неї нових модулів та космічних кораблів, безпека екіпажу, витрата палива на підтримку висоти. В результаті станцію було виведено на орбіту висотою близько 400 кілометрів. Це трохи нижче за межі радіаційного поясу Землі, в якому під дією магнітного поля нашої планети накопичуються заряджені частинки сонячного вітру. Тривале перебування всередині радіаційного поясу піддавало б екіпаж небезпечного опромінення або потребувало б потужних засобів радіаційного захисту орбітальної станції. Істотно нижче опустити орбіту теж не можна, інакше через значний аеродинамічний опір станція гальмуватиметься і знадобиться багато палива для підтримки її висоти. Нахилення орбітальної площини (51,6°) визначається умовами запусків з Байконура, найпівнічнішого космодрому, звідки здійснюються пілотовані польоти.

Подібними міркуваннями продиктовано вибір орбіти для космічного телескопа Хаббла, оскільки від початку передбачалося, що його періодично відвідуватимуть астронавти. Тому спосіб орбіти 28,5° було обрано за широтою американського космодрому Канаверал. В результаті орбіти МКС і телескопа розташовані під значним кутом один до одного, і космічний човник не може відвідати їх в одному польоті, адже зміна площини орбіти - один із найдорожчих маневрів, у шатла для нього просто недостатньо палива. Через це робота космічного телескопа ледь не завершилася передчасно. Після катастрофи шатла «Колумбія» у 2003 році було вирішено, що астронавти повинні мати можливість сховатися на МКС, якщо у польоті будуть виявлені серйозні пошкодження корабля. Політ до телескопа Хаббла виключав таку можливість і мало скасовано. У результаті його таки схвалили, і після серйозної модернізації в 2009 році «Хаббл», який перебував на межі виходу з ладу, зможе пропрацювати ще років зо п'ять, поки йому на зміну не прийде новий телескоп імені Джеймса Вебба. Щоправда, той буде запущений вже не на навколоземну орбіту, а набагато далі - в точку Лагранжа на висоті 1,5 мільйона кілометрів, де період обертання точно дорівнює році, і телескоп постійно ховатиметься від Сонця позаду Землі. Туди пілотовані польоти поки що не здійснюються.

Ми описали цілу низку різних орбіт, але на цьому їх різноманіття аж ніяк не вичерпується. Для будь-якого типу орбіт існують варіації, покликані посилити їх позитивні та послабити негативні властивості. Наприклад, деякі супутники рухаються поблизу геостаціонарної орбіти із нахилом до 10°. Це дозволяє їм періодично "заглядати" у високі широти, але наземним антенам при цьому потрібне вміння нахилятися вгору-вниз, відстежуючи коливання супутника. Важливу роль грають різні перехідні траєкторії, що з'єднують дві орбіти. Із поширенням іонних двигунів малої тяги в навколоземному просторі стали використовуватися складні спіральні шляхи. Вибір траєкторії космічного апарату займаються балістики. Є навіть термін «балістичне проектування», що означає спільну розробку оптимальної траєкторії польоту апарату, його зовнішності та основних проектних параметрів. Інакше кажучи, орбіта розробляється разом із супутником та ракетою, яка його виводить.

Геостаціонарна орбіта з нульовим способом і висотою в 35756 км і до сьогодні залишається стратегічно важливою орбітою для штучних супутників Землі. Супутники, що розміщені на цій орбіті, звертаються навколо центру Землі з тією ж кутовою швидкістю, як і земна поверхня. Завдяки цьому, для супутникових антен відсутня необхідність стеження за геостаціонарними супутниками – геостаціонарний супутник для певного місця поверхні Землі завжди розташований в одній точці неба.

Приклад угруповання російських геостаціонарних супутників зв'язку у 2005 році:

Але перевірка останнього графіка за допомогою сайту Гюнтера показує, що у 2017 році було запущено не більше 40 геостаціонарних супутників, навіть якщо до цього числа включати запуски супутників на ДПО (геоперехідну орбіту)і орбіти типу Блискавка (Космос-2518). У зв'язку з цим різночитанням я спробував самостійно оцінити динаміку щорічних запусків на геостаціонарну орбіту і динаміку зміни загальної маси геостаціонарних супутників, що запускаються, за допомогою того ж сайту Гюнтера.

Більшість геостаціонарних супутників запускаються на геоперехідні орбіти (ДПО), і потім вже здійснюють за допомогою власних двигунів підйом перигелію та вихід на геостаціонарну орбіту. Це викликано прагненням мінімізувати засмічення стратегічно важливої ​​геостаціонарної орбіти (розгінні блоки РН на ДПЗ згоряють набагато швидше, ніж на ДСО через низьке перигелі орбіт). У зв'язку з цим найчастіше вказується стартова маса геостаціонарних супутників при початковому виведенні ДПО. Тому я вирішив підраховувати масу геостаціонарних супутників на ДПО, а також включати до розрахунку супутники, які були спочатку призначені для роботи на ДПО або інших еліптичних орбітах, що знаходяться між низькими та геостаціонарними орбітами (в основному це орбіти типу Блискавка). З іншого боку в деяких випадках здійснюється прямий виведення супутників на геостаціонарну орбіту (наприклад, у разі радянських, російських та американських військових супутників), крім того для військових супутників маса часто просто невідома (у цьому випадку доводиться вказувати верхню межу можливостей РН при запусках на ДПО). У зв'язку з цим розрахунки є лише попередніми. На даний момент вдалося обробити 35 років з 60 років космічної ери, і має місце наступна ситуація за роками:

1) За виведеною масою на ДПО та Блискавка орбіти у 2017 році дійсно було встановлено новий рекорд (192 тонни):

2) За кількістю апаратів, що запускаються, на ці типи орбіт особливого зростання не спостерігається (чорна лінія - це лінія тренду):

3) Схожа ситуація спостерігається і з кількістю запусків:

У цілому нині спостерігається тенденція стабільного збільшення вантажопотоку на високоеліптичні високі орбіти. Середні значення десятиліття:

По середній площі космічних об'єктів ( cumulative cross sectional area, Вимірюється в квадратних метрах) геостаціонарні супутники ще більше перевершують низькоорбітальні апарати (навіть якщо враховувати розгінні блоки - RB):

Ймовірно, це пов'язано з великою кількістю конструкцій, що розгортаються, у геостаціонарних супутників (антенн, сонячних батарей і батарей терморегуляції).

З роками безперервно зростає і кількість супутників, що працюють на геостаціонарній орбіті. Тільки нинішнього десятиліття їх кількість зросла з чотирьох до п'яти сотень:

Згідно з базою даних супутників, що діють, найстарішим діючим супутником на ДСО є супутник-ретранслятор. TDRS-3, запущений у 1988 році. Усього зараз на ДСО працюють 40 апаратів, вік яких перевищив 20 років.

Загальна кількість геостаціонарних супутників з урахуванням орбіт поховання вже перевищує тисячу апаратів (за мінімальної кількості розгінних блоків ( RB) ракет цих орбітах):

Приклади геостаціонарних угруповань супутників:

Зростаюча переповненість геостаціонарної орбіти призводить до продовження тенденції обтяження геостаціонарних супутників. Якщо перші ДСОсупутники важили всього 68 кг, то у 2017 році Китайспробував запустити 7.6-тонний апарат. Очевидно, що переповненість геостаціонарної орбіти, що зростає, призведе в майбутньому до створення там великих геостаціонарних платформ з елементами багаторазового використання. Ймовірно, подібні платформи вирішуватимуть відразу кілька завдань: зв'язок та спостереження за поверхнею Землі для метеорології, оборонних потреб тощо.

Геостаціонарний супутник зв'язку масою 7.6 тонн, створений на базі нової китайської платформи DFH-5

: 23 години 56 хвилин 4,091 секунди).

Ідея використання геостаціонарних супутників для зв'язку висловлювалася ще словенським теоретиком космонавтики Германом-Поточником в 1928 році.

Переваги геостаціонарної орбіти здобули широку популярність після виходу у світ науково-популярної статті Артура-Кларка в журналі «Wireless World» у 1945 році, тому на Заході геостаціонарна і геосинхронні орбіти іноді називаються « орбітами Кларка», а « поясом Кларканазивають область космічного простору на відстані 36000 км над рівнем моря в площині земного екватора, де параметри орбіт близькі до геостаціонарної. Першим супутником, успішно виведеним на ДСО, був Syncom-3, запущений NASA у серпні 1964 року .

Енциклопедичний YouTube

1 / 5

Урок 64. Штучні супутники Землі. Перша космічна швидкість. Геостаціонарна орбіта

Супутниковий зв'язок. Геостаціонарна орбіта

Стрім із проектувальником геостаціонарних супутників зв'язку

Супутники геостаціонарні / Geostationary Satellites

Розрахунок параметрів геостаціонарної орбіти

Субтитри

Точка стояння

Геостаціонарна орбіта може бути точно забезпечена тільки на колі, розташованому прямо над екватором, з висотою, дуже близькою до 35 786 км.

Якби геостаціонарні супутники було видно на небі неозброєним оком, то лінія, де вони були б видно, збігалася з «поясом Кларка» даної місцевості. Геостаціонарні супутники завдяки наявним точкам стояння зручно використовувати для супутникового зв'язку: одного разу зорієнтована антена завжди буде спрямована на обраний супутник (якщо він не змінить позицію).

Для переведення супутників з низьковисотної орбіти на геостаціонарну використовуються перехідні геостаціонарні (геоперехідні) орбіти (ГПО) - еліптичні орбіти з перигеєм на низькій висоті та апогеєм на висоті, близькій до геостаціонарної орбіти.

Після завершення активної експлуатації на залишках палива супутник повинен бути переведений на орбіту, поховану на 200-300 км вище ДСО.

Обчислення параметрів геостаціонарної орбіти

Радіус орбіти та висота орбіти

На геостаціонарній орбіті супутник не наближається до Землі і не віддаляється від неї, і крім того, обертаючись разом із Землею, постійно перебуває над якоюсь точкою на екваторі. Отже, сили, що діють на супутник, гравітації та відцентрова, сила повинні врівноважувати один одного. Для обчислення висоти геостаціонарної орбіти можна скористатися методами класичної механіки та, перейшовши в систему відліку супутника, виходити з наступного рівняння:

F u = F Γ (\displaystyle F_(u)=F_(\Gamma )),

де F u (\displaystyle F_(u))- сила інерції, а в даному випадку відцентрова сила; F Γ (\displaystyle F_(\Gamma ))- гравітаційна сила. Величину гравітаційної сили, що діє на супутник, можна визначити за законом всесвітнього тяжіння Ньютона:

F Γ = G ⋅ M 3 ⋅ m c R 2 (\displaystyle F_(\Gamma )=G\cdot (\frac (M_(3)\cdot m_(c))(R^(2)))),

де - маса супутника, M 3 (\displaystyle M_(3))- маса Землі в кілограмах, G (\displaystyle G)- гравітаційна постійна , а R (\displaystyle R)- відстань за метри від супутника до центру Землі чи, у разі, радіус орбіти.

Величина відцентрової сили дорівнює:

F u = m c ⋅ a (\displaystyle F_(u)=m_(c)\cdot a),

де a (\displaystyle a)- доцентрове прискорення, що виникає при круговому русі по орбіті.

Як можна бачити, маса супутника m c (\displaystyle m_(c))присутній як множник у виразах для відцентрової сили та для гравітаційної сили, тобто висота орбіти не залежить від маси супутника, що справедливо для будь-яких орбіт і є наслідком рівності гравітаційної та інертної маси. Отже, геостаціонарна орбіта визначається лише висотою, у яких відцентрова сила дорівнюватиме модулю і протилежна у напрямку гравітаційної силі, створюваної тяжінням Землі даної висоті.

Центрошвидке прискорення дорівнює:

a = ω 2 ⋅ R (\displaystyle a=\omega ^(2)\cdot R),

де - кутова - швидкість обертання супутника, в радіанах в секунду.

Зробимо одне важливе уточнення. Насправді, відцентрове прискорення має фізичний сенс лише в інерційній системі відліку, тоді як відцентрова сила є так званою уявною силою і має місце виключно в системах відліку (координат), які пов'язані з тілами, що обертаються. Відцентрова сила (в даному випадку - сила гравітації) викликає доцентрове прискорення. По модулю доцентрове прискорення в інерційній системі відліку дорівнює відцентровому в системі відліку, пов'язаної в нашому випадку з супутником. Тому далі, з урахуванням зробленого зауваження, ми можемо вживати термін «відцентрове прискорення» разом із терміном «відцентрова сила».

Зрівнюючи вирази для гравітаційної та відцентрової сил з підстановкою доцентрового прискорення, отримуємо:

m c ⋅ ω 2 ⋅ R = G ⋅ M 3 ⋅ m c R 2 ))(R^(2)))).

Скорочуючи m c (\displaystyle m_(c)), перекладаючи R 2 (\displaystyle R^(2))вліво, а ω 2 (\displaystyle \omega ^(2))праворуч, отримуємо:

R 3 = G ⋅ M 3 ω 2 (\displaystyle R^(3)=G\cdot (\frac (M_(3))(\omega ^(2)))) R = G ⋅ M 3 ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)]).

Можна записати цей вираз інакше, замінивши G ⋅ M 3 (\displaystyle G\cdot M_(3))на μ (\displaystyle \mu)- геоцентричну гравітаційну постійну:

R = μ ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)](\frac (\mu )(\omega ^(2)))))

Кутова швидкість ω (\displaystyle \omega)обчислюється розподілом кута, пройденого за один оборот ( 360 ∘ = 2 ⋅ π (\displaystyle 360^(\circ )=2\cdot \pi )радіан) на період звернення (час, за який відбувається один повний оборот по орбіті: один сидеричний, або 86 164 секунди). Отримуємо:

ω = 2 ⋅ π 86164 = 7 , 29 ⋅ 10 − 5 радий/с

Отриманий радіус орбіти становить 42164 км. Віднімаючи екваторіальний радіус Землі, 6378 км, отримуємо висоту 35786 км.

Можна зробити обчислення та інакше. Висота геостаціонарної орбіти - це таке віддалення від центру Землі, де кутова швидкість супутника, що збігається з кутовою швидкістю обертання Землі, породжує орбітальну (лінійну) швидкість, рівну першій космічної швидкості (для забезпечення кругової орбіти) на цій висоті.

Лінійна швидкість супутника, що рухається з кутовою швидкістю ω (\displaystyle \omega)на відстані R (\displaystyle R)від центру обертання дорівнює

v l = ω ⋅ R (\displaystyle v_(l)=\omega \cdot R)

Перша космічна швидкість на відстані R (\displaystyle R)від об'єкта масою M (\displaystyle M)дорівнює

v k = G M R; (\displaystyle v_(k)=(\sqrt (G(\frac(M)(R)))));)

Прирівнявши праві частини рівнянь один до одного, приходимо до отриманого раніше виразу радіусуДСО:

R = G M ω 2 3 (\displaystyle R=(\sqrt[(3)]

Орбітальна швидкість

Швидкість руху геостаціонарною орбітою обчислюється множенням кутової швидкості на радіус орбіти:

v = ω ⋅ R = 3 , 07 (displaystyle v = omega \ cdot R = 3 (,) 07) км/с

Це приблизно в 2.5 рази менше, ніж перша, космічна швидкість, що дорівнює 8 км/с на навколоземній орбіті (з радіусом 6400 км). Так як квадрат швидкості для кругової орбіти обернено пропорційний її радіусу,

v = G M R; (\displaystyle v=(\sqrt (G(\frac(M)(R)))));)

то зменшення швидкості по відношенню до першої космічної досягається збільшенням радіусу орбіти більш ніж у 6 разів.

R ≈ 6400 ⋅ (8 3 , 07) 2 ≈ 43000 (\displaystyle R\approx \,\!(6400\cdot \left((\frac (8)(3(,)07))\right)^(2) )) \ approx \, \! 43000)

Довжина орбіти

Довжина геостаціонарної орбіти: 2 ⋅ π ⋅ R (\displaystyle (2\cdot \pi \cdot R)). При радіусі орбіти 42164 км отримуємо довжину орбіти 264924 км.

Довжина орбіти вкрай важлива для обчислення «точок стояння» супутників.

Утримання супутника в орбітальній позиції на геостаціонарній орбіті

Супутник, що звертається на геостаціонарній орбіті, перебуває під впливом низки сил (обурень), які змінюють параметри цієї орбіти. Зокрема, до таких обурень відносяться гравітаційні місячно-сонячні обурення, вплив неоднорідності гравітаційного поля Землі, еліптичність екватора тощо. Деградація орбіти виражається у двох основних явищах:

1) Супутник зміщується вздовж орбіти від своєї первісної орбітальної позиції у бік однієї з чотирьох точок стабільної рівноваги, т.з. «потенційних ям геостаціонарної орбіти» (їх довготи 75,3°E, 104,7°W, 165,3°E, та 14,7°W) над екватором Землі;

2) Нахилення орбіти до екватора збільшується (від первісного 0) зі швидкістю близько 0,85 градусів на рік і досягає максимального значення 15 градусів за 26,5 років.

Для компенсації цих збурень та утримання супутника у призначеній точці стояння супутник оснащується руховою установкою (хімічною або електроракетною). Періодичними включеннями двигунів малої тяги (корекція "північ-південь" для компенсації зростання способу орбіти і "захід-схід" для компенсації дрейфу вздовж орбіти) супутник утримується у призначеній точці стояння. Такі включення виробляються кілька разів на кілька (10-15) діб. Істотно, що з корекції «північ-юг» потрібно значно більше збільшення характеристичної швидкості (близько 45-50 м/с на рік), ніж для довготривалої корекції (близько 2 м/с на рік). Для забезпечення корекції орбіти супутника протягом усього терміну його експлуатації (12-15 років для сучасних телевізійних супутників) потрібен значний запас палива на борту (сотні кілограмів у разі застосування хімічного двигуна). Хімічний ракетний двигун супутника має витіснювальну подачу палива (газ наддува-гелій), працює на довгоохоронних висококиплячих компонентах (зазвичай несиметричний диметилгідразин і діазотний тетраоксид). На низці супутників встановлюються плазмові двигуни. Їхня тяга істотно менша по відношенню до хімічних, проте велика ефективність дозволяє (за рахунок тривалої роботи, що вимірюється десятками хвилин для одиничного маневру) радикально знизити потрібну масу палива на борту. Вибір типу рухової установки визначається конкретними технічними особливостями апарату.

Ця ж рухова установка використовується при необхідності для маневру переведення супутника в іншу орбітальну позицію. У деяких випадках - як правило, наприкінці терміну експлуатації супутника, для скорочення витрати палива корекція орбіти "північ-південь" припиняється, а залишок палива використовується тільки для корекції "захід-схід".

Запас палива є основним фактором, що лімітує термін служби супутника на геостаціонарній орбіті.

Недоліки геостаціонарної орбіти

Затримка сигналу

Зв'язок через геостаціонарні супутники характеризується великими затримками поширення сигналу. При висоті орбіти 35 786 км і швидкості світла близько 300 000 км/с хід променя «Земля-супутник» вимагає близько 0,12 с. Хід променя «Земля (передавач) → супутник → Земля (приймач)» ≈0,24 с. Повна затримка (вимірювана утилітою Ping) при використанні супутникового зв'язку для прийому та передачі даних становитиме майже півсекунди. З урахуванням затримки сигналу в апаратурі ШСЗ, в апаратурі та кабельних системах передач наземних служб загальна затримка сигналу на маршруті «джерело сигналу → супутник → приймач» може досягати 2-4 секунд. Така затримка ускладнює застосування супутників на ДСО в телефонії і унеможливлює застосування супутникового зв'язку з використанням ДСО у різних сервісах реального часу (наприклад в онлайн-іграх).

Невидимість ДСО з високих широт

Так як геостаціонарна орбіта не видно з високих широт (приблизно від 81 ° до полюсів), а на широтах вище 75 ° спостерігається дуже низько над горизонтом (в реальних умовах супутники просто ховаються об'єктами, що виступають, і рельєфом місцевості) і видно лише невелику ділянку орбіти ( див. таблицю), то неможлива зв'язок і телетрансляція з використанням ДСО у високоширотних районах Крайньої Півночі (Арктики) та Антарктиди

«Супутник був виведений на геостаціонарну орбіту»… скільки разів ми чули цю фразу в новинах телебачення! Що ж слід розуміти – де знаходиться, точніше – де обертається такий супутник?

Почнемо з того, що супутник, хоч би яким він був, повинен тримати зв'язок із Землею (інакше і запускати його нема чого). Але ж супутник переміщається щодо Землі, обертаючись навколо неї, а антена, яку треба на нього налаштувати, щодо Землі нерухома… як вирішити це протиріччя? Та дуже просто: супутник має стати нерухомим щодо тієї точки, де розташована антена… як це можливо?

Коли ми говоримо, що якийсь предмет залишається нерухомим щодо іншого предмета, який у цей час рухається, насправді маємо на увазі, що згадані предмети рухаються з однаковою швидкістю щодо якогось третього предмета. Ось ви перебуваєте в нерухомості щодо автомобіля, але якщо розглядати окремо ваш рух та рух машини щодо дороги – вийде, що ви рухаєтеся з однаковою швидкістю. І неважливо, чи знаходитесь ви в автомобілі чи ні: якби ви летіли над ним повітрям з такою ж швидкістю, як автомобіль (уявимо на хвилину таку фантастичну ситуацію) – ви теж були б нерухомі щодо автомобіля.

Таким чином, щоб супутник був нерухомий щодо антени, що знаходиться на Землі, він повинен обертатися навколо нашої планети з такою ж швидкістю, як вона обертається навколо своєї осі. Саме це і відбувається на геостаціонарній орбіті! Його становище на орбіті називається «точкою стояння», оскільки з погляду спостерігача, що є Землі, такий супутник не «летить», а нерухомо «висить» у небі.

На геостаціонарній орбіті супутник, з одного боку, не наближається до Землі, з іншого – не віддаляється від неї. Щоб таке було можливо, відцентрова сила, яка «відносить» супутник від Землі, повинна врівноважувати силу гравітації, яка «притягує» його до планети. Таке стає можливим, коли супутник обертається по орбіті, що розташовується вздовж екватора, а висота орбіти над поверхнею Землі становить 35 786 км.

Втім, утримати супутник на геостаціонарній орбіті не так просто: адже на нього впливає не лише гравітація Землі – гравітація Місяця та Сонця теж нікуди не подінеться, гравітаційне поле Землі не цілком однорідне, та й екватор у нас не ідеально круглий. Через всі ці обставини виникають т.зв. «потенційні ями геостаціонарної орбіти» – це точки над екватором у районі 75,3 і 165,3 градусів східної довготи та 14,7 та 104,7 градусів західної довготи, в яких відбувається зміщення супутника щодо його початкової орбіти. Загалом орбіта відхиляється на 0,85 градуси на рік і через 26 з половиною років вона вже нахилена на 15 градусів щодо площини екватора! Щоб подолати такі обурення, супутник забезпечує рухову установку, для якої доводиться завантажувати сотні кілограмів палива – і саме його запас обмежує термін служби супутника (наприклад, сучасні телевізійні супутники працюють від 12 до 15 років).

За всіх своїх переваг, геостаціонарна орбіта не завжди застосовна: адже вона пов'язана з екватором, отже, чим далі від екватора, тим важче такий супутник «дістати» – скажімо, забезпечити зв'язок на Крайній Півночі за допомогою такого супутника вже не можна. Крім того, сигнал може послаблюватися і навіть пропадати, коли Сонце, супутник та антена виявляються на одній лінії. Це явище (т.зв. сонячна інтерференція) трапляється у північній півкулі (точніше, у його середніх широтах) 22 лютого-11 березня та 3 – 21 жовтня періодами до 10 хвилин. Отже, геостаціонарна орбіта не завжди застосовна – є супутники, які виводяться на інші орбіти.

Перший штучний супутник Землі було запущено 1957 року. З того часу людство зробило величезний технологічний прорив. На даний момент на навколоземній орбіті знаходиться кількадесят тисяч супутників. Вони забезпечують жителів планети стільниковим зв'язком, інтернетом, GPS-даними, телебаченням, беруть активну участь у науково-дослідній роботі. Також вони використовуються для військових цілей. Залежно від цільового призначення вибирається на якій висоті літають супутники. Усе це значно полегшило життя, дозволило підняти рівень зв'язку. Найбільший внесок вони зробили в науку – вивчення будови атмосфери Землі, погодних змін, космосу, небесних тіл.

Які види супутників трапляються на орбіті?

До штучних супутників Землі відносяться всі тіла, які було виведено на орбіту з допомогою ракети носія. Сюди можна віднести шатли, космічні станції, дослідні лабораторії, автономні апарати. Саме непілотовані супутники є головними постачальниками зв'язку та наукових даних. Такі апарати вимагають наявності екіпажу, обслуговування, спеціальних відсіків задля забезпечення життєдіяльності. Класифікуються штучні супутники Землі за своїм прямим призначенням:

• Науково-дослідні. Застосовуються з вивчення будови атмосфери, космосу. Можуть нести телескоп на своєму борту для вивчення віддалених планет;
• Прикладні. Призначені задоволення потреб населення, випробування устаткування, систем зв'язку.

Супутники виконують функції автономно, не використовують паливо. Моніторинг стану та необхідне маневрування виконується з командних центрів Землі. Залежно від свого призначення, супутники мають необхідне обладнання та систему зв'язку.

Об'єм апарата безпосередньо залежить від його функціональності та призначення. Зустрічаються супутники з масою від 20 кг до кількох сотень тонн. Перший апарат, запущений СРСР, важив всього 28 кілограм і ніс на борту лише систему радіопередачі.

На якій висоті літають супутники?

Виведення на орбіту супутника здійснюється за допомогою багатоступінчастої ракети. Принцип дії простий - апарат виштовхується з атмосфери з такою силою, якої вистачить для траєкторії польоту. Рухається навколо планети за рахунок сили тяжіння. Комплектацією передбачено встановлення маневрових двигунів для коригування траєкторії. Вони дозволяють уникати зіткнення з космічним сміттям та іншими супутниками.

Рух складає заданої орбіті. Відстань від планети залежить від призначення апарату, заданої траєкторії. Використовується кілька видів орбіт:

• Навколоземна або низька. Забезпечує найбільш наближене розташування. Висота складає 300-500 км. над рівнем моря. Використовувалась для роботи перших космічних апаратів, зараз там знаходяться апарати для дистанційного зондування земної поверхні та атмосфери;
• Полярний. Розташована у площині полярних полюсів Землі. Кут нахилу близький до 90 градусів. Через сплюснутість планети, можна досягти різної швидкості обертання, яка дозволить проходити супутникові одну і ту ж широту в однаковий час;
• Геостаціонарна. Висота на ній становить від 35 000 км, розташована у площині екватора. Стійких точок всього дві, на іншому шляху необхідно підтримувати траєкторію штучно;
• Сильноеліптична. Контур орбіти є еліпс. Висота змінюється залежно від точки траєкторії. Завдяки великому розміру дозволяє підтримувати необхідну кількість супутників одночасно над однією країною. Використовується переважно у телекомунікаційних цілях. Також тут працюють апарати з телескопами вивчення віддалених об'єктів;
• Кругла. Перетин орбіти є коло. Показник висоти близький до постійного часу.

Висота польоту супутників над Землею визначається на підставі їх цільового призначення та обраної орбіти. Геостаціонарна орбіта є найважливішою і найдорожчою. Тому апарати, які виробили свій ресурс, видаляються із неї. Використовується переважно у наукових цілях.

Для систем глобального позиціонування використовують круглі орбіти з постійною висотою. Така траєкторія є оптимальною передачі сигналу. Висота орбіти супутників GPS складає 20 тисяч кілометрів. Один апарат за добу робить два витки навколо планети. Швидкість дозволяє використовувати 4 супутники в одній площині для забезпечення постійної передачі даних.

На якій висоті літають космічні кораблі?

Головна відмінність пілотованих апаратів – необхідність підтримання життєдіяльності та повернення екіпажу. Тому висота польоту кораблів значно нижча. Пілотовані станції використовують для проведення наукових досліджень, вивчення впливу невагомості, відкритого космосу, спостереження за космічними тілами.

Перший пілотований космічний корабель був запущений у 1961 році. Рух здійснювався еліптичною орбітою. Перігей складав 175 км, а апогей – 320 км. над рівнем моря. За минулі півстоліття досліджень висота значно збільшилася через наявність великої кількості космічного сміття на навколоземній орбіті. На даний момент використовується орбіта з перигеєм 400 км. Зумовлено це також відсутністю впливу атмосфери на траєкторію руху.