Характеристики, классификация и применение наклона орбиты спутника.

Спутниковая орбита — это траектория, по которой искусственный спутник Земли движется по орбите вокруг Земли в космосе. Орбита лежит в плоскости и имеет эллиптическую форму, при этом её протяженность максимальна в апогее и минимальна в перигее. Согласно законам физики, с увеличением расстояния от Земли скорость спутника на орбите уменьшается.

Шесть орбитальных элементов (элементов) спутника включают в себя наклон (i), прямое восхождение восходящего узла (Ω) и аргумент перигея (w), которые определяют положение на орбите; эксцентриситет (e), длину большой полуоси (a) и время перигея (τ), которые определяют форму орбиты. На основе этих шести элементов можно определить положение спутника в пространстве в любой заданный момент времени.

Наклон орбиты спутника

Среди элементов орбиты спутника угол между плоскостью орбиты спутника и экваториальной плоскостью Земли называется наклоном орбиты. Он рассчитывается путем поворота спутника против часовой стрелки из экваториальной плоскости в плоскость орбиты во время фазы подъема. Это важнейший параметр для определения пространственного положения спутника. В зависимости от величины наклона орбиты спутника можно выделить несколько распространенных типов орбит.

Геостационарная орбита：Угол наклона 0 градусов

Геостационарная орбита — это круговая геосинхронная орбита с наклоном 0 градусов. Она относится к той же категории, что и геосинхронная орбита, что является её уникальной особенностью. Плоскость геостационарной орбиты совпадает с экваториальной плоскостью Земли, обеспечивая постоянное нахождение спутника над экватором.

Геостационарная орбита имеет высоту 35 786 километров над поверхностью Земли, при этом спутник вращается со скоростью 3,07 километра в секунду. Один спутник может покрыть приблизительно 40% поверхности Земли. Метеорологические спутники, спутники связи и спутники вещания обычно используют эту орбиту. Кроме того, некоторые спутники навигационной спутниковой системы BeiDou моей страны также используют эту орбиту.

Геосинхронная орбита：Угол наклона 0-90 градусов

Геосинхронная орбита — это прямое движение искусственных спутников Земли, период обращения которых равен периоду вращения Земли. Независимо от наклона орбиты, геосинхронная орбита остается синхронизированной с вращением Земли. Поскольку ее угловая скорость вокруг Земли совпадает с угловой скоростью вращения Земли, для наземных наблюдателей она кажется неподвижной.

Пятый спутник навигационной спутниковой системы BeiDou моей страны, запущенный в 5:30 утра 1 августа 2010 года, находился на геосинхронной орбите.

Полярная орбита：Наклон на 90 градусов

Полярная орбита имеет наклон 90 градусов, ее плоскость перпендикулярна экваториальной плоскости Земли, и она проходит над Северным и Южным полюсами. Спутники на этой орбите могут пролетать над любой широтой, а также над Северным и Южным полюсами за один оборот, совершая полный оборот примерно за полтора часа. Когда спутник выходит на свою орбиту, Земля вращается под ним.

Полярные спутники способны наблюдать всю поверхность Земли в течение 24 часов, что делает эту орбиту наиболее подходящей для наблюдения за всей планетой. Метеорологические спутники, спутники для поиска ресурсов и разведывательные спутники часто используют эту орбиту. Системы навигации околоземных спутников (такие как навигационная спутниковая система ВМС США) используют полярные орбиты для предоставления глобальных навигационных услуг, а некоторые научные спутники, изучающие физику полярных регионов, также используют полярные орбиты.

Солнечно-синхронная орбита：Наклон на 98 градусов

Солнечно-синхронная орбита — это довольно особый тип орбиты, естественным образом определяемый несферической формой Земли и неравномерным распределением массы. Солнечно-синхронная орбита возникает, когда угловая скорость плоскости орбиты совпадает со средней угловой скоростью вращения Земли вокруг Солнца. Относительное положение спутника относительно Солнца остается постоянным, и угол падения солнечного света одинаков для всех областей, через которые проходит спутник. Спутник проходит через точку на Земле почти в одно и то же время каждый раз. Поскольку Земля совершает один оборот вокруг Солнца в год, для поддержания постоянного угла в плоскости своей орбиты спутник должен вращаться или прецессировать на 360 градусов в год, то есть плоскость орбиты вращается на 0,9856 градуса в сутки.

Типичная солнечно-синхронная орбита имеет высоту приблизительно 600-800 километров, период обращения 96-100 минут и наклон около 98° в зависимости от эксцентриситета, что соответствует требованиям миссии. Выбор солнечно-синхронной орбиты гарантирует, что спутник будет проходить через заданную область в определенное время каждый день, то есть местное время (среднее местное солнечное время) будет одинаковым при прохождении через одну и ту же широту в одном и том же направлении. Именно поэтому метеорологические и ресурсные спутники обычно выбирают солнечно-синхронные орбиты.

Полусинхронная орбита：Угол наклона 0-180 градусов

Период обращения на этом типе орбиты равен половине периода вращения центрального небесного тела, вокруг которого она вращается, а направление движения космического аппарата на орбите совпадает с направлением вращения центрального небесного тела. Для Земли полусинхронная орбита — это орбита средней высоты с периодом приблизительно 12 часов (поскольку период вращения Земли составляет 23 ч 56 мин 4 с, фактический период полусинхронной орбиты Земли немного короче 12 часов) и высотой орбиты (круговая орбита) приблизительно 20 200 км. Это помещает их в диапазон орбит средней высоты, за пределами трех типов орбит. Эксцентриситет этих орбит близок к нулю, что означает, что они близки к круговым. Эксцентрическая орбита определяет протяженную орбиту. Чем ближе эксцентриситет к нулю, тем ближе орбита к кругу.

Полусинхронная орбита — это типичная орбита спутника GPS.

Обратный путь：Угол наклона 90-180 градусов

Орбита, наклоненная под углом более 90 градусов и менее 180 градусов, при которой направление движения спутника противоположно вращению Земли, называется ретроградной орбитой. Для вывода спутника на такую ​​орбиту ракета-носитель должна быть запущена в юго-западном направлении, что не только препятствует использованию части вращательной скорости Земли, но и требует дополнительной энергии для преодоления вращения Земли. Поэтому, за исключением солнечно-синхронных орбит, этот тип орбиты, как правило, не используется.

Сегодня, с развитием технологий, количество запускаемых искусственных спутников увеличивается с каждым годом. Каждый спутник имеет свою специфическую орбиту, а ресурсы негеостационарных орбит, используемых в целом, также ограничены. Для предотвращения столкновений спутников в космосе необходимо управлять и распределять спутниковые орбиты. С этой целью международные организации и отдельные страны разработали правила управления спутниковыми ресурсами, которые служат основой и руководством для координации, распределения и использования спутниковых ресурсов. Соблюдение этих правил является необходимым условием для рационального и упорядоченного управления спутниковыми ресурсами.