Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Для использования в других целях, см Молния (значения) .
Рисунок 1: Орбита "Молния". Обычно период от перигея +2 часа до перигея +10 часов используется для передачи в северное полушарие.
Рисунок 2: Созвездие SDS , использующее спутники на геостационарной орбите и орбите "Молния". Созвездие спутников на орбите "Молния" использует три спутника на разных орбитальных плоскостях с апогеями, сопоставимыми с апогеями геостационарных спутников.

Molniya орбита (русский: Молния , IPA:  [molnʲɪjə] ( слушать )Об этом звуке , «Молния») представляет собой тип спутниковой орбиты предназначена для обеспечения связи и охвата дистанционного зондирования более высоких широт . Это высокоэллиптическая орбита с наклонением 63,4 градуса , аргументом перигея 270 градусов и периодом обращения около половины звездных суток . [1] Название происходит от спутников " Молния" , серии советских /Российские гражданские и военные спутники связи, которые используют этот тип орбиты с середины 1960-х годов.

Орбита "Молния" имеет долгое время пребывания над интересующим полушарием , при этом очень быстро перемещаясь по другому. На практике это помещает его над Россией или Канадой на большей части своей орбиты, обеспечивая высокий угол обзора для спутников связи и наблюдения, покрывающих эти высокоширотные районы. Геостационарные орбиты , которые обязательно наклонены над экватором , могут видеть эти регионы только под небольшим углом, что снижает производительность. На практике спутник на орбите "Молния" служит той же цели для высоких широт, что и геостационарный спутник для экваториальных регионов, за исключением того, что для непрерывного покрытия требуется несколько спутников. [2]

Спутники, размещенные на орбитах "Молния", использовались для телевещания, телекоммуникаций, военной связи, ретрансляции, мониторинга погоды, систем раннего предупреждения и некоторых секретных целей.

История [ править ]

Орбита «Молния» была открыта советскими учеными в 1960-х годах как альтернатива высокоширотной связи геостационарным орбитам , которые требуют больших энергий запуска для достижения высокого перигея и изменения угла наклона орбиты над экватором (особенно при запуске из российских широт). В результате ОКБ-1 искало менее энергоемкую орбиту. [3] Исследования показали, что этого можно достичь, используя высокоэллиптическую орбиту с апогеем над территорией России. [4] Название орбиты указывает на «молниеносную» скорость, с которой спутник проходит через перигей. [5]

Первое использование орбиты Молнии было по спутниковой связи серии с одноименным названием . После двух неудачных запусков и отказа одного спутника в 1964 году 23 апреля 1965 года был запущен первый успешный спутник, вышедший на эту орбиту, "Молния-1-1". [4] [6] Первые спутники "Молния-1" использовались для гражданского телевидения. телекоммуникации и военная связь дальнего действия, но они также были оснащены камерами, используемыми для наблюдения за погодой и, возможно, для оценки чистых зон для спутников-шпионов «Зенит» . [3] [7] Первые спутники "Молния" имели срок службы около 1,5 года, так как их орбиты были нарушены из-за возмущений., и их приходилось постоянно менять. [1]

Последующий сериал «Молния-2» обеспечивал как военное, так и гражданское вещание и использовался для создания телевизионной сети « Орбита » , охватывающей весь Советский Союз. Их, в свою очередь, заменила конструкция «Молния-3». [4] Спутник «Маяк» был разработан для дополнения и замены спутников «Молния» в 1997 г., но проект был отменен [8], а спутник «Молния-3» был заменен спутниками « Меридиан », первый из которых был запущен в 2006 г. [9] ] Советские спутники раннего предупреждения US-K , которые следят за запусками американских ракет, были запущены на орбиты "Молния" с 1967 года как часть системы " Око" . [10] [11][12]

С 1971 года американские военные спутники Jumpseat и Trumpet были выведены на орбиты «Молния» (и, возможно, использовались для перехвата советских сообщений со спутников «Молния»). Подробная информация по обоим проектам остается засекреченной по состоянию на 2019 год . [13] За этим последовала американская группировка SDS , которая работает со смесью Молния и геостационарных орбит. Эти спутники используются для ретрансляции сигналов от низколетящих спутников обратно на наземные станции в Соединенных Штатах и ​​в определенной степени активны с 1976 года [14].Созвездие российских спутников "Тюльпан" было разработано в 1994 году для поддержки связи в высоких широтах, но не прошло стадии планирования. [8]

В 2015 и 2017 годах Россия запустила два спутника « Тундра » на орбиту «Молния», несмотря на их название, в рамках своей системы раннего предупреждения EKS . [15] [16] [17]

Анимация ЭКС
Полярный вид
Фиксированная рамка Земля , вид спереди
Фиксированная рама земли , вид сбоку
   Космос 2510  ·    Космос 2518  ·    Космос 2541  ·    Космос 2546  ·   земной шар

Использует [ редактировать ]

Рисунок 3: Маршрут по орбите "Молния". В оперативной части орбиты (по четыре часа с каждой стороны от апогея) спутник находится севернее 55,5 ° с.ш. (широта, например, центральной Шотландии, Москвы и южной части Гудзонова залива). Спутник на этой орбите большую часть времени проводит над северным полушарием и быстро проходит над южным полушарием.

Большая часть территории бывшего Советского Союза , в частности России , расположена в высоких северных широтах. Для вещания на эти широты с геостационарной орбиты (выше экватора Земли ) требуется значительная мощность из-за малых углов места , а также связанного с этим дополнительного расстояния и атмосферного ослабления. Сайты, расположенные выше 81 ° широты, вообще не могут видеть геостационарные спутники, и, как правило, углы возвышения менее 10 ° могут вызвать проблемы в зависимости от частоты связи. [2] : 499 [18]

Спутник на орбите "Молния" лучше подходит для связи в этих регионах, потому что на больших участках своей орбиты он смотрит прямо на них сверху вниз. Имея высоту апогея до 40 000 километров (25 000 миль) и подспутниковую точку апогея 63,4 градуса северной широты, он проводит значительную часть своей орбиты с отличной видимостью в северном полушарии, как из России, так и из Северной Европы. Гренландия и Канада. [2]

Хотя спутники на орбитах "Молния" требуют значительно меньше энергии запуска, чем спутники на геостационарных орбитах (особенно для запуска с высоких широт), [4] их наземные станции нуждаются в управляемых антеннах для отслеживания космического корабля, связи между спутниками в группировке должны переключаться, и изменения дальности вызывают вариации амплитуды сигнала. Кроме того, существует большая потребность в станции учета , [19] [20] [21] , и космический аппарат будет проходить через радиационный пояс Ван Аллена четыре раза в день. [22]

Предложения Южного полушария [ править ]

Подобные орбиты с аргументом перигея 90 ° могут обеспечить покрытие высоких широт в южном полушарии. Предлагаемая группировка, Антарктическая широкополосная программа , использовала бы спутники на перевернутой орбите Молния для предоставления услуг широкополосного доступа в Интернет для объектов в Антарктике . [23] [24] Первоначально финансируемый ныне несуществующей Австралийской программой космических исследований , он не продвинулся дальше первоначальной разработки. [25] [26]

Созвездия Молния [ править ]

Постоянное высотное покрытие большой площади Земли (например, всей России, где некоторые части находятся на юге до 45 °  с.ш.) требует созвездия по крайней мере из трех космических аппаратов на орбитах Молния. Если используются три космических аппарата, то каждый космический аппарат будет активен в течение восьми часов на орбиту с центром вокруг апогея [2], как показано на рисунке 4. На рисунке 5 показано поле обзора спутника вокруг апогея.

Земля совершает половину оборота за двенадцать часов, поэтому апогеи последовательных орбит Молнии будут чередоваться между одной половиной северного полушария и другой. Для исходной орбиты «Молния» апогеи располагались над Россией и Северной Америкой, но, изменив прямое восхождение восходящего узла, это можно изменить . [19] Покрытие спутника на орбите "Молния" над Россией показано на рисунках с 6 по 8, а над Северной Америкой - на рисунках с 9 по 11.

В этом случае орбиты трех космических аппаратов должны иметь одинаковые орбитальные параметры, но разные прямые восхождения восходящих узлов, с их проходами над апогеями, разделенными 7,97 часа. [2] [27] Так как у каждого спутника период работы составляет приблизительно восемь часов, когда один космический корабль проходит через четыре часа после прохождения апогея (см. Рисунок 8 или рисунок 11), следующий спутник войдет в свой рабочий период с обзором земли, показанной на рисунке 6 (или рисунке 9), и переключение может иметь место. Обратите внимание, что два космических корабля во время переключения находятся на расстоянии около 1500 километров (930 миль), так что наземным станциям нужно только переместить свои антенны на несколько градусов, чтобы захватить новый космический корабль. [28]

Диаграммы [ править ]

  • Рис. 4. Созвездие из трех космических кораблей «Молния», обслуживающих Северное полушарие. P - период обращения. Зеленая линия соответствует обслуживанию для Азии и Европы с видимостью цифр 6–8. Красная линия соответствует обслуживанию в Северной Америке с видимостью цифр 9–11.

  • Рисунок 5: Зоны освещения (не менее 10 ° возвышения) с орбиты Молния. В апогее действует зона зеленой подсветки. За три часа до или после апогея применяется красная зона. За четыре часа до или после апогея применяется синяя зона. Плоскость рисунка - продольная плоскость апогея, вращающегося вместе с Землей. В восьмичасовом периоде с центром в прохождении апогея продольная плоскость практически фиксируется, долгота спутника изменяется всего на ± 2.7 °. Виды Земли с этих трех точек показаны на рисунках 6–11.

  • Рисунок 6: Вид Земли за четыре часа до апогея с орбиты Молния при предположении, что апогей имеет долготу 90 °  восточной долготы. Космический корабль находится на высоте 24043 км над точкой 92,65 °  восточной долготы 47,04 ° северной широты  .

  • Рисунок 7: Вид Земли с апогея орбиты Молния в предположении, что апогей имеет долготу 90 °  восточной долготы. Космический аппарат находится на высоте 39 867 км над точкой 90 °  восточной долготы 63,43 ° северной широты  .

  • Рисунок 8: Вид Земли через четыре часа после апогея с орбиты Молния при допущении, что апогей имеет долготу 90 ° восточной долготы. Космический корабль находится на высоте 24043 км над точкой 87,35 °  восточной долготы 47,04 °  северной широты.

  • Рисунок 9: Вид Земли за четыре часа до апогея с орбиты Молния при предположении, что долгота апогея составляет 90 °  з. Д. Космический корабль находится на высоте 24043 км над точкой 87,35 °  з. Д. 47,04 °  с. Ш.

  • Рисунок 10: Вид на Земле с апогея орбиты Молнии в предположении , что долгота апогея составляет 90 °  В. Космического корабля на высоту 39,867 км над точкой 90 °  W 63.43 °  N.

  • Рисунок 11: Вид на Землю через 4 часа после апогея от орбиты Молнии в предположении , что долгота апогея составляет 90 °  В. Космический корабля на высоту 24,043 км над точкой 92.65 °  W 47.04 °  N.

Сравнение Tundra орбиты , QZSS орбиты и Молния орбиты - экваториальный вид
Передний план
Вид сбоку
Фиксированная рамка Земля , вид спереди
Фиксированная рамка Земля , Вид сбоку
   Тундровая орбита  ·    QZSS орбита  ·   Молния орбита  ·   земной шар

Свойства [ править ]

Типичная орбита Молнии обладает следующими свойствами:

  • Аргумент перигея: 270 °
  • Наклонение: 63,4 ° [20]
  • Период: 718 минут [1]
  • Эксцентриситет: 0,74
  • Большая полуось : 26600 км (16500 миль)

Аргумент перигея [ править ]

Аргумент перигея установлен на 270 °, в результате чего спутник достигает апогея в самой северной точке своей орбиты. Для любых будущих применений над южным полушарием вместо этого он будет установлен на 90 °. [24]

Наклонение орбиты [ править ]

В общем, сплюснутость Земли возмущает в аргументе перигея ( ), так что она постепенно меняется со временем. Если мы будем рассматривать только коэффициент первого порядка , перигей будет изменяться в соответствии с уравнением 1 , если только он не будет постоянно корректироваться с помощью горящих двигателей малой тяги.

 

 

 

 

( 1 )

где - наклонение орбиты, - эксцентриситет, - среднее движение в градусах за день, - возмущающий фактор, - радиус Земли, - большая полуось, и выражается в градусах за день.

Чтобы избежать такого расхода топлива, на орбите "Молния" используется наклонение 63,4 °, для которого коэффициент равен нулю, так что положение перигея со временем не меняется. [20] [19] : 143 Созданная таким образом орбита называется замороженной орбитой .

Орбитальный период [ править ]

Чтобы обеспечить повторение геометрии относительно наземных станций каждые 24 часа, период должен составлять примерно половину звездных суток , при сохранении долготы апогеев постоянными.

Однако сжатие Земли также нарушает прямое восхождение восходящего узла ( ), изменяя узловой период и вызывая дрейф наземной линии пути со временем со скоростью, показанной в уравнении 2 .

 

 

 

 

( 2 )

где в градусах в день. [19] : 143

Поскольку наклонение орбиты Молнии фиксировано (как указано выше), это возмущение составляет градусы в сутки. Для компенсации орбитальный период регулируется таким образом, чтобы долгота апогея менялась достаточно, чтобы нейтрализовать этот эффект. [20]

Эксцентриситет [ править ]

Эксцентриситет орбиты основан на разнице высот ее апогея и перигея. Чтобы максимально увеличить время, в течение которого спутник проводит над апогеем, эксцентриситет следует установить как можно более высоким . Однако перигей должен быть достаточно высоким, чтобы спутник оставался существенно выше атмосферы, чтобы минимизировать сопротивление (~ 600 км), а период обращения по орбите должен составлять примерно половину звездных суток (как указано выше). Эти два фактора ограничивают эксцентриситет, который становится примерно 0,737. [20]

Большая полуось [ править ]

Точная высота спутника на орбите "Молния" варьируется в зависимости от миссии, но типичная орбита будет иметь перигей приблизительно 600 километров (370 миль) и апогей 39700 километров (24700 миль) для большой полуоси в 26600 километров. (16 500 миль). [20]

Моделирование [ править ]

Чтобы отслеживать спутники с помощью орбиты "Молния", ученые используют упрощенную модель возмущений SDP4 , которая рассчитывает местоположение спутника на основе формы орбиты, сопротивления, излучения, гравитационных эффектов от Солнца и Луны и условий земного резонанса. [29]

См. Также [ править ]

  • Список орбит
  • Тундровая орбита

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Колюка Ю. F .; Иванов, НМ; Афанасьева Т.И.; Гридчина, Т.А. (28 сентября 2009 г.). Исследование характеристик времени жизни, эволюции и повторного входа для орбит типа «Молния» (PDF) . 21-й Международный симпозиум по динамике космического полета. Тулуза, Франция: Центр управления полетами 4, Королев, Москва. п. 2 . Проверено 22 мая 2018 .
  2. ^ a b c d e Ильчев, Стойче Димов (2017). Теория глобальных спутниковых метеорологических наблюдений (GSMO) . 1 . Издательство Springer International. п. 57. ISBN 978-3-319-67119-2. Проверено 16 апреля 2019 года .
  3. ^ a b Исторический комитет Американского астронавтического общества (23 августа 2010 г.). Джонсон, Стивен Б. (ред.). Исследование космоса и человечество: историческая энциклопедия . 1 . Издательская группа «Гринвуд». п. 416. ISBN 978-1-85109-514-8. Проверено 17 апреля 2019 года .
  4. ^ a b c d Мартин, Дональд Х. (2000). Спутники связи (4-е изд.). Американский институт аэронавтики и астронавтики . С. 215–232. ISBN 978-1-884989-09-4. Проверено 17 апреля 2019 года .
  5. ^ Capderou Мишель (23 апреля 2014). Справочник по спутниковым орбитам: от Кеплера до GPS . Springer Science & Business. п. 393. Bibcode : 2014hso..book ..... C . ISBN 978-3-319-03416-4. Проверено 16 апреля 2019 года .
  6. ^ Предварительный анализ первого успешного советского спутника связи (PDF) (Отчет). ЦРУ : Управление научной разведки. 12 декабря 2003. с. 3 . Проверено 16 апреля 2016 года .
  7. ^ Хендрикс, Барт (2004). "История советских / российских метеорологических спутников" (PDF) . Журнал Британского межпланетного общества . 57 (Приложение 1): 66.
  8. ^ a b Хейман, Джос (декабрь 2015 г.). Хейман, Джос (ред.). Отмененные проекты: Российские спутники связи (PDF) (Отчет). 41 . МАК 2017: Бюллетень космической информации Тироса. п. 4. Архивировано из оригинального (PDF) 5 марта 2019 года . Проверено 16 апреля 2019 года . CS1 maint: location (link)
  9. ↑ Грэм, Уильям (4 мая 2011 г.). "Союз 2-1а запускает российский военный спутник" Меридиан 4 " . NASASpaceflight.com . Проверено 16 апреля 2019 года .
  10. ^ Форден, Джеффри (3 мая 2001 г.). «Снижение общей опасности: совершенствование российской системы раннего предупреждения» (PDF) . Анализ политики Катона № 399 : 5 . Проверено 16 апреля 2019 года .
  11. ^ Подвиг, Павел (2002). «История и современное состояние российской системы раннего предупреждения» (PDF) . Наука и глобальная безопасность . 10 (1): 21–60. Bibcode : 2002S & GS ... 10 ... 21P . CiteSeerX 10.1.1.692.6127 . DOI : 10.1080 / 08929880212328 . ISSN 0892-9882 . S2CID 122901563 . Архивировано из оригинального (PDF) 15 марта 2012 года.    
  12. ^ "Россия ослеплена потерей спутника обнаружения ракет" . Москва Таймс. 26 июня 2014 . Проверено 16 апреля 2019 года .
  13. ↑ Грэм, Уильям (23 сентября 2017 г.). «Атлас V запускает спутник-шпион НРОЛ-42» . NASASpaceflight.com . Проверено 16 апреля 2019 года .
  14. ^ Richelson, Jeffrey T (2002). Волшебники Лэнгли. Внутри Управления науки и технологий ЦРУ . Боулдер: Westview Press . ISBN 978-0-8133-4059-3. Проверено 17 апреля 2019 года .
  15. ↑ Tomasz Nowakowski (17 ноября 2015 г.). «Российская ракета« Союз-2.1б »успешно запускает спутник« Тундра » . Spaceflight Insider.
  16. ↑ Курт Годвин (25 мая 2017 г.). «Ракета« Союз »успешно выводит на редкую орбиту спутник дальнего обнаружения ЭКС-2» . Spaceflight Insider.
  17. Рианна Кларк, Стивен (25 мая 2017 г.). «Россия отправляет на орбиту военный спутник для предупреждения о ракетном нападении - Spaceflight Now» .
  18. ^ Солер, Томас; Эйсеманн, Дэвид В. (август 1994 г.). «Определение углов обзора на геостационарные спутники связи» (PDF) . Журнал геодезической инженерии . 120 (3): 123. DOI : 10.1061 / (ASCE) 0733-9453 (1994) 120: 3 (115) . ISSN 0733-9453 . Проверено 16 апреля 2019 года .  
  19. ^ a b c d Верц, Джеймс Ричард; Ларсон, Уайли Дж. (1999). Larson, Wiley J .; Верц, Джеймс Р. (ред.). Анализ и проектирование космических миссий . Microcosm Press и Kluwer Academic Publishers. Bibcode : 1999smad.book ..... W . ISBN 1-881883-10-8.
  20. ^ a b c d e f Киддер, Стэнли К.; Фондер Хаар, Томас Х. (18 августа 1989 г.). «Об использовании спутников на орбитах« Молния »для метеорологических наблюдений средних и высоких широт» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 7 (3): 517. DOI : 10,1175 / 1520-0426 (1990) 007 <0517: OTUOSI> 2.0.CO; 2 .
  21. ↑ King-Hele, DG (январь 1975 г.). «Время жизни спутников« Молния »на орбите» . Журнал Британского межпланетного общества . 28 : 783–796. Bibcode : 1975JBIS ... 28..783K .
  22. ^ ван дер Ха, Йозеф К., изд. (Ноябрь 1997 г.). Разработка и реализация спутниковых группировок: материалы международного семинара, прошедшего в Тулузе, Франция . Springer-Science. п. 67. ISBN 9401061378. Проверено 16 апреля 2019 года .
  23. ^ "Антарктическая широкополосная программа" . rsaa.anu.edu.au . Австралийский национальный университет . Проверено 12 апреля 2019 .
  24. ^ а б Бонин, Грант; Зи, Роберт; Бретт, Майкл; Король, Ян; Фабер, Даниэль (октябрь 2012 г.). Антарктический широкополосный доступ: быстрый Интернет для низов Земли . МАК 2012 . Проверено 12 апреля 2019 .
  25. ^ Птица, Кэмерон, изд. (17 ноября 2015 г.). Окончательная оценка Австралийской программы космических исследований (PDF) (Отчет). Департамент промышленности, инноваций и науки . Проверено 12 апреля 2019 .
  26. ^ Демпстер, Эндрю. «По мере того, как появляются подробности о новом космическом агентстве Австралии, мы (возможно), наконец, взлетим» . Разговор . Проверено 12 апреля 2019 .
  27. ^ Киддер, Стэнли Q .; Фондер Хаар, Томас Х. (июнь 1990 г.). «Об использовании спутников на орбитах Молния для метеорологических наблюдений средних и высоких широт» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 7 (3): 519. Bibcode : 1990JAtOT ... 7..517K . DOI : 10,1175 / 1520-0426 (1990) 007 <0517: OTUOSI> 2.0.CO; 2 .
  28. ^ Sturdivant, RL; Чон, ЭКП (2016). «Системное проектирование спутника на терабитной эллиптической орбите и наземной станции с фазированной решеткой для подключения к Интернету вещей и доступа в Интернет» . Доступ IEEE . 4 : 9947. DOI : 10,1109 / ACCESS.2016.2608929 .
  29. ^ Hoots, Felix R .; Рорич, Рональд Л. (31 декабря 1988 г.). Модели распространения наборов элементов NORAD (PDF) (Отчет). Отчет о космическом треке Министерства обороны США . Проверено 16 июня 2010 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Иллюстрация геометрии связи, обеспечиваемой спутниками на 12-часовой орбите "Молния" (видео)