Lintasan satelit bumi buatan (AES) disebut orbitnya.
Orbit adalah kurva bidang orde ke-2 (lingkaran atau elips), pada salah satu fokusnya terdapat pusat massa yang menarik benda. Satelit bergerak dalam bidang yang mempertahankan orientasi spasialnya.
Dua bidang (bidang orbit, bidang ekuator), elips
G adalah fokus sebenarnya, dimana pusat massa (Bumi) berada.
G' – fokus imajiner.
S – satelit (di suatu tempat di orbit)
r – vektor radius satelit (GS)
|r| - jarak geosentris (angka)
Sistem koordinat X,Y,Z adalah sistem koordinat absolut (bintang) - sistem koordinat Cartesius, tetap relatif terhadap bintang.
Sumbu Z diarahkan sepanjang sumbu rotasi bumi dan mengarah ke utara.
Bidang OXY berimpit dengan bidang ekuator.
P – perigee – titik orbit yang paling dekat dengan pusat tarik menarik massa.
A - apogee - titik terjauh orbit dari pusat gravitasi yang menarik.
AP adalah garis apses - garis yang melewati fokus dan menghubungkan apogee dan perigee
Sudut v adalah anomali sebenarnya - sudut antara garis apsidal dan vektor jari-jari
VN adalah garis simpul – garis perpotongan bidang orbit dengan bidang ekuator.
B - simpul orbit menaik adalah titik di mana orbit memotong bidang ekuator saat satelit mendekat dari selatan ke utara
H - simpul orbit menurun - ini adalah titik di mana orbit memotong bidang ekuator saat satelit mendekat dari utara ke selatan.
i – kemiringan orbit – sudut antara bidang orbit dan bidang ekuator.
omega – garis bujur titik menaik – sudut antara arah positif absis (sumbu x) dan garis sudut terhadap titik menaik.
u – argumen garis lintang satelit adalah sudut antara garis simpul dan vektor radius
omegasmall – argumen perigee adalah sudut antara garis simpul dan garis apses ke arah perigee.
O – membagi dua apse, tegak lurus terhadap orbit – C.
AO = a – sumbu semimayor elips.
CO = b – sumbu semiminor elips.
e – eksentrisitas elips – menunjukkan derajat kompresi elips.
e=sqrt(1-(a2/b2)) – rasio kompresi. 0=keliling.
T – periode orbit – waktu antara dua lintasan berturut-turut oleh satelit pada titik orbit yang sama.
Jenis orbit satelit
1. Orbit kutub, i~90o; satelit semacam itu dapat digunakan untuk memotret titik mana pun di planet ini, namun meluncurkan satelit ke orbit semacam itu adalah hal yang rumit dan sangat mahal
2. Orbit khatulistiwa i~0o; Bidang orbit dan ekuator praktis berhimpitan. Kutub dan garis lintang tengah tidak dapat dihilangkan.
3. Orbit melingkar. e=0. Ketinggian penerbangan yang sama akan memiliki skala yang sama.
4. Orbit stasioner. saya~0, e=0; Khatulistiwa dan melingkar. Periode revolusi satelit-satelit tersebut sama dengan periode revolusi bumi. Tetap relatif terhadap permukaan bumi.
5. Orbit sinkron matahari. Mereka cenderung memastikan penerangan yang sama di permukaan bumi di sepanjang jalur penerbangan pesawat ruang angkasa. Parameter orbital dipilih sedemikian rupa sehingga bidang orbit berputar mengelilingi sumbu bumi, dan sudut rotasi satelit sama tanda dan besarnya dengan perpindahan sudut bumi mengelilingi matahari.
6. Tidak tertutup, mis. parabola atau hiperbola, bukan elips. Digunakan untuk meluncurkan pesawat ruang angkasa.
Jenis gambar
Gambar adalah fungsi dari dua variabel f(x,y), yang didefinisikan di suatu wilayah C pada bidang Oxy dan mempunyai himpunan nilainya yang diketahui.
Fotografi hitam putih: f(x,y)>=0; 0<=x<=a; 0<=y<=b; где f(x,y) – яркость изображения в точке x,y; a – ширина кадра, b – высота.
Dengan mempertimbangkan kekhasan fungsi f, kelas gambar berikut dibagi:
1. Fotografi halftone (abu-abu) – B/W (grayscale) – himpunan nilai fungsi di area C dapat berupa diskrit f e (f0,f1,…,fn, n>1) atau kontinu (0<=f<=fmax}. Цветные изображения относятся сюда же, т.к. несколько монохромных цветовых компонент задают цвет (аналоговые, цифровые)
2. Gambar biner (dua tingkat). f e (0,1);
3. Linier - gambar mewakili satu kurva atau banyak kurva.
4. Gambar titik – gambar mewakili k titik dengan koordinat (xi,yi), dan kecerahan fi e ;
| 2 | | |
Saat ini, umat manusia menggunakan beberapa orbit berbeda untuk menempatkan satelit. Perhatian terbesar difokuskan pada orbit geostasioner, yang dapat digunakan untuk menempatkan satelit secara “stasioner” di suatu titik tertentu di Bumi. Orbit yang dipilih untuk beroperasinya satelit bergantung pada tujuannya. Misalnya, satelit yang digunakan untuk menyiarkan program televisi langsung ditempatkan di orbit geostasioner. Banyak satelit komunikasi juga berada di orbit geostasioner. Sistem satelit lainnya, terutama yang digunakan untuk berkomunikasi antar telepon satelit, mengorbit di orbit rendah Bumi. Begitu pula dengan sistem satelit yang digunakan untuk sistem navigasi seperti Navstar atau Global Positioning System (GPS) juga berada pada orbit Bumi yang relatif rendah. Ada banyak satelit lain - meteorologi, penelitian, dan sebagainya. Dan masing-masing dari mereka, tergantung pada tujuannya, menerima “registrasi” di orbit tertentu.
Baca juga:
Orbit spesifik yang dipilih untuk pengoperasian satelit bergantung pada banyak faktor, termasuk fungsi satelit, serta wilayah yang dilayaninya. Dalam beberapa kasus, ini mungkin terjadi di orbit Bumi yang sangat rendah (LEO), yang terletak di ketinggian hanya 160 kilometer di atas Bumi, dalam kasus lain, satelit berada di ketinggian lebih dari 36.000 kilometer di atas Bumi - yaitu, di orbit geostasioner GEO. Apalagi, sejumlah satelit tidak menggunakan orbit melingkar, melainkan elips.
Gravitasi bumi dan orbit satelit
Saat satelit mengorbit Bumi, mereka secara bertahap menjauh darinya karena tarikan gravitasi bumi. Jika satelit tidak berputar pada orbitnya, secara bertahap satelit tersebut akan jatuh ke bumi dan terbakar di lapisan atas atmosfer. Namun, rotasi satelit mengelilingi Bumi menciptakan kekuatan yang mendorong satelit menjauh dari planet kita. Setiap orbit memiliki kecepatan desainnya sendiri, yang memungkinkan Anda menyeimbangkan gaya gravitasi bumi dan gaya sentrifugal, menjaga perangkat tetap berada di orbit dan mencegahnya menambah atau kehilangan ketinggian.
Jelas terlihat bahwa semakin rendah orbit satelit, semakin kuat pengaruh gravitasi bumi dan semakin besar kecepatan yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya tersebut. Semakin besar jarak dari permukaan bumi ke satelit, maka semakin kecil kecepatan yang diperlukan untuk menjaganya agar tetap berada pada orbit yang konstan. Sebuah satelit yang mengorbit sekitar 160 km di atas permukaan bumi memerlukan kecepatan kurang lebih 28.164 km/jam, artinya satelit tersebut akan mengorbit Bumi dalam waktu sekitar 90 menit. Pada jarak 36.000 km di atas permukaan bumi, sebuah satelit memerlukan kecepatan sedikit di bawah 11.266 km/jam untuk tetap berada pada orbit yang konstan, yang memungkinkan satelit tersebut mengorbit Bumi dalam waktu kurang lebih 24 jam.
Definisi orbit lingkaran dan elips
Semua satelit mengorbit Bumi menggunakan salah satu dari dua tipe dasar orbit.
- Orbit satelit melingkar: Ketika pesawat ruang angkasa mengorbit Bumi dalam orbit melingkar, jaraknya di atas permukaan bumi selalu sama.
- Orbit Satelit Elips: Rotasi satelit dalam orbit elips berarti jarak ke permukaan bumi berubah pada waktu yang berbeda selama satu orbit.
Baca juga:
Orbit satelit
Ada banyak definisi berbeda yang terkait dengan berbagai jenis orbit satelit:
- Pusat Bumi: Ketika satelit mengorbit bumi – dalam orbit melingkar atau elips – orbit satelit membentuk bidang yang melewati pusat gravitasi, atau Pusat Bumi.
- Arah pergerakan mengelilingi bumi: Cara satelit mengorbit planet kita dapat dibagi menjadi dua kategori menurut arah orbitnya:
1. Orbit percepatan:
Revolusi satelit mengelilingi bumi disebut percepatan jika satelit berputar searah dengan rotasi bumi;
2. Orbit mundur:
Orbit satelit mengelilingi bumi disebut retrograde jika satelit berputar berlawanan arah dengan arah rotasi bumi.
- Rute orbit: Jalur orbit satelit adalah suatu titik di permukaan bumi yang dilalui satelit tepat di atasnya saat mengorbit Bumi. Rutenya membentuk lingkaran, yang di tengahnya terdapat Pusat Bumi. Perlu dicatat bahwa satelit geostasioner adalah kasus khusus karena mereka selalu berada pada titik yang sama di atas permukaan bumi. Artinya jalur orbitnya terdiri dari satu titik yang terletak di ekuator bumi. Kita juga dapat menambahkan bahwa jalur orbit satelit yang mengorbit tepat di atas ekuator membentang di sepanjang ekuator ini.
Orbit ini biasanya memiliki jalur orbit masing-masing satelit yang bergeser ke arah barat seiring dengan rotasi Bumi di bawah satelit ke arah timur.
- Node orbital: Ini adalah titik-titik di mana jalur orbit berpindah dari satu belahan bumi ke belahan bumi lainnya. Untuk orbit non-khatulistiwa ada dua node:
1. Node menaik:
Ini adalah simpul di mana jalur orbit bertransisi dari belahan bumi selatan ke utara.
2. Node menurun:
Ini adalah simpul tempat transisi jalur orbit dari belahan bumi utara ke selatan.
- Ketinggian satelit: Saat menghitung banyak orbit, ketinggian satelit di atas pusat bumi harus diperhitungkan. Indikator ini mencakup jarak satelit ke permukaan bumi ditambah radius planet kita. Biasanya dianggap sama dengan 6370 kilometer.
- Kecepatan orbit: Untuk orbit melingkar selalu sama. Namun, dalam kasus orbit elips, semuanya berbeda: kecepatan orbit satelit berubah bergantung pada posisinya pada orbit yang sama. Ia mencapai maksimum ketika berada paling dekat dengan Bumi, di mana satelit menghadapi hambatan maksimum terhadap gaya gravitasi planet, dan menurun hingga minimum ketika mencapai titik jarak terjauh dari Bumi.
- Sudut angkat: Sudut elevasi satelit adalah sudut letak satelit di atas cakrawala. Jika sudutnya terlalu kecil, sinyal mungkin terhalang oleh benda di dekatnya jika antena penerima tidak dinaikkan cukup tinggi. Namun untuk antena yang ditinggikan di atas penghalang juga terdapat kendala saat menerima sinyal dari satelit yang memiliki sudut elevasi rendah. Alasannya adalah sinyal satelit harus menempuh jarak yang lebih jauh melalui atmosfer bumi dan, sebagai akibatnya, mengalami redaman yang lebih besar. Sudut elevasi minimum yang dapat diterima untuk penerimaan yang kurang lebih memuaskan adalah sudut lima derajat.
- Sudut kemiringan: Tidak semua orbit satelit mengikuti garis khatulistiwa—bahkan, sebagian besar orbit rendah Bumi tidak mengikuti garis ini. Oleh karena itu, perlu ditentukan sudut kemiringan orbit satelit. Diagram di bawah menggambarkan proses ini.
Sudut kemiringan orbit satelit Indikator lain terkait orbit satelit
Agar satelit dapat digunakan untuk menyediakan layanan komunikasi, stasiun bumi harus dapat “mengikuti” satelit tersebut untuk menerima sinyal darinya dan mengirimkan sinyal ke satelit tersebut. Jelas bahwa komunikasi dengan satelit hanya dimungkinkan jika satelit tersebut berada dalam jangkauan visibilitas stasiun bumi, dan, bergantung pada jenis orbitnya, satelit hanya dapat berada dalam jangkauan visibilitas untuk jangka waktu yang singkat. Untuk memastikan komunikasi dengan satelit dapat dilakukan dalam jangka waktu maksimum, ada beberapa opsi yang dapat digunakan:
- Pilihan pertama terdiri dari penggunaan orbit elips, yang titik apogeenya terletak tepat di atas lokasi stasiun bumi yang direncanakan, yang memungkinkan satelit tetap berada dalam bidang pandang stasiun ini untuk jangka waktu maksimum.
- Pilihan kedua terdiri dari peluncuran beberapa satelit ke dalam satu orbit, dan dengan demikian, pada saat salah satu dari satelit tersebut menghilang dari pandangan dan komunikasi dengannya terputus, satelit lain akan menggantikannya. Sebagai aturan, untuk mengatur komunikasi yang kurang lebih tidak terputus memerlukan peluncuran tiga satelit ke orbit. Namun, proses penggantian satu satelit “tugas” dengan satelit lain menimbulkan kompleksitas tambahan pada sistem, serta sejumlah persyaratan untuk setidaknya tiga satelit.
Definisi orbit melingkar
Orbit melingkar dapat diklasifikasikan menurut beberapa parameter. Istilah-istilah seperti Orbit Bumi Rendah, Orbit Geostasioner (dan sejenisnya) menunjukkan ciri khas dari orbit tertentu. Rangkuman pengertian orbit lingkaran disajikan pada tabel di bawah ini.
Parameter orbit
Kita juga menghadapi gaya ini hampir terus-menerus, karena bumi merupakan kerangka acuan yang berputar, dan segera setelah kita mulai bergerak di sepanjang permukaannya, F K . Namun karena kecepatan gerak kita dan kecepatan sudut rotasi bumi relatif kecil, kita tidak merasakannya secara fisik.
Gaya Coriolis juga menimbulkan efek fisik yang sangat menarik.
ü Saat benda jatuh bebas F K menyebabkan tubuh menyimpang ke timur garis tegak lurus. Gaya ini mencapai maksimum di ekuator dan hilang di kutub.
ü Sebuah proyektil yang terbang juga mengalami defleksi yang disebabkan oleh gaya inersia Coriolis. Ketika ditembakkan dari senjata yang diarahkan ke utara, proyektil akan membelok ke timur di belahan bumi utara dan ke barat di belahan bumi selatan. Saat memotret sepanjang meridian ke selatan, arah penyimpangannya akan berlawanan. Saat menembak di sepanjang ekuator, gaya Coriolis akan menekan proyektil ke arah Bumi jika tembakan ditembakkan ke arah barat, dan mengangkatnya ke atas; jika tembakan dilepaskan ke arah timur.
ü Dampak ini menyebabkan tepi kanan sungai selalu tersapu di belahan bumi utara dan tepi kiri sungai di belahan bumi selatan. Alasan yang sama menjelaskan keausan rel yang tidak merata selama lalu lintas jalur ganda.
ü Pergerakan massa udara di atmosfer dipengaruhi oleh gaya Coriolis dan oleh karena itu selalu berubah menjadi pusaran atmosfer yang berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam, tergantung di belahan bumi mana (utara atau selatan) massa udara tertentu bergerak dan berapa tekanan di zona pusaran atmosfer ini. Siklon, antisiklon, angin topan, topan - ini semua adalah pergerakan pusaran udara di atmosfer bumi.
ü Aksi gaya Coriolis juga menjelaskan terjadinya angin seperti angin pasat. Angin pasat (dari bahasa Spanyol viento de pasada - angin yang mendukung perjalanan, pergerakan) adalah angin yang bertiup di antara daerah tropis sepanjang tahun, di belahan bumi utara dari timur laut, di belahan bumi selatan - dari tenggara, dipisahkan satu sama lain oleh jalur yang tidak berangin. Karena aksi sinar matahari di zona khatulistiwa, lapisan bawah atmosfer, semakin memanas, naik ke atas dan cenderung ke arah kutub, sementara arus udara baru yang lebih dingin datang ke bawah dari utara dan selatan; Akibat perputaran harian bumi menurut gaya Coriolis, arus udara ini mengambil arah ke arah barat daya (angin pasat timur laut) di belahan bumi utara, dan arah barat laut (angin pasat tenggara) di belahan bumi selatan.
Parameter orbit
Setiap orbit sepenuhnya dicirikan oleh apa yang disebut elemen Keplerian, yang menentukan orientasi bidang orbit di ruang angkasa, ukuran dan bentuknya, serta posisi titik tertentu dalam orbit yang dilalui pesawat ruang angkasa pada titik tertentu. momen dalam waktu, atau momen waktu perjalanannya melalui titik tertentu ini.
Gambar 3.1. Elemen orbit satelit:
Saya- kemiringan orbit; A - sumbu semimayor orbital; Ω - garis bujur dari simpul menaik;
ω - jarak sudut perigee dari simpul menaik; 1 - arah ke titik balik musim semi; 2 - pusat orbit; 3 - garis simpul; simpul 4 menurun; 5 - Bumi;
6- perigee orbit (titik orbit yang paling dekat dengan permukaan bumi); 7 - bidang orbit; 8 - bidang ekuator bumi; 9 - simpul menaik; 10 - fokus orbit;
11 - puncak orbit (titik orbit terjauh dari permukaan bumi)
Elemen (parameter) orbit tersebut (Gbr. 3.1) adalah: kemiringan Saya, garis bujur titik menaik Ω, jarak sudut perigee dari titik menaik ω, sumbu semimayor A, keanehan e(perbandingan jarak antara pusat orbit dan fokusnya terhadap sumbu semimayor) dan momen melewati perigee T. Elemen Saya dan Ω mencirikan posisi bidang orbit (kemiringannya relatif terhadap bidang ekuator dan orientasi relatif terhadap arah konstan dalam ruang), elemen ω – posisi orbit (orientasinya) pada bidang lokasinya, elemen-elemen A Dan e - dimensi, bentuk (lingkaran, elips, parabola, hiperbola) dan periode revolusi (waktu yang diperlukan untuk melakukan revolusi penuh mengelilingi benda pusat dalam gerakan tanpa gangguan), elemen T - posisi benda di orbit pada momen waktu awal.
Ketika satelit bergerak dalam orbit elips, ketinggiannya di atas permukaan bumi adalah H perubahan. Jika ketinggian apogee dan perigee sama, maka orbitnya berbentuk lingkaran dan ketinggian satelit di atas permukaan bumi tetap konstan. Derajat pemanjangan orbit dapat dicirikan oleh eksentrisitasnya. Eksentrisitas - sumbu semimayor orbit, jarak perigee dan apogee dihubungkan satu sama lain melalui hubungan
Dari hubungan tersebut dapat disimpulkan bahwa sumbu semimayor sama dengan jarak rata-rata satelit dari pusat bumi
