Órbita elíptica alta

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Una órbita elíptica alta (también High Elliptical Orbit , HEO ) es un tipo de órbita elíptica cuya altura de apogeo es muchas veces la altura del perigeo [1] .

Propósito

Según las leyes de Kepler , los satélites que utilizan órbitas elípticas altas viajan a velocidades muy altas en el perigeo y luego se ralentizan fuertemente en el apogeo . Cuando una nave espacial (SC) está cerca de su apogeo, un observador en tierra tiene la impresión de que el satélite apenas se mueve durante varias horas, es decir, su órbita se vuelve casi geoestacionaria . En 3,5 horas, la señal puede recibirse en una antena con un diámetro de 0,6 m sin usar un dispositivo giratorio. Por otro lado, un punto cuasi-geoestacionario puede ubicarse sobre cualquier punto del globo, y no solo sobre el ecuador, como ocurre con los satélites geoestacionarios. Esta propiedad se utiliza en latitudes norte y sur alejadas del ecuador (por encima de 76-78° N/S), donde el ángulo de elevación de los satélites geoestacionarios puede ser muy bajo o incluso negativo.[2] . En estas áreas, la recepción de un satélite geoestacionario es muy difícil o imposible, y los satélites en órbitas altamente elípticas son la única forma de brindar servicio. Los ángulos de elevación para satélites altamente elípticos superan los 40° en los bordes del área de servicio y alcanzan los 90° en su centro.

Las órbitas HEO pueden tener cualquier inclinación , pero a menudo tienen una inclinación cercana a cero debido a la perturbación causada por la forma irregular de la Tierra, similar a un elipsoide achatado . Al usar esta inclinación, la órbita se estabiliza.

Para órbitas elípticas , un argumento de perigeo entre 180° y 360° significa que el apogeo está sobre el hemisferio norte . Por el contrario, un argumento de perigeo entre 0° y 180° significa que el apogeo está sobre el hemisferio sur . El apogeo de una órbita con argumento de perigeo de 0° o 180° estará situado exactamente encima del ecuador , lo que desde un punto de vista práctico no tiene sentido, ya que en este caso es más barato y sencillo utilizar una nave espacial en geoestacionario. órbita (solo se necesita un satélite en lugar de tres).

Ventajas y desventajas

Los satélites HEO tienen las siguientes ventajas:

• Capacidad para servir a un área muy grande. Entonces, por ejemplo, dicho sistema puede servir a todo el territorio de Rusia ;
• servicio en latitudes altas. El ángulo de elevación en estas zonas para los sistemas HEO es mucho mayor que para los satélites geoestacionarios; [2]
• Uso generalizado de varios rangos de frecuencia en HEO sin registro (a diferencia de la órbita geoestacionaria, donde prácticamente no queda espacio ni frecuencias libres);
• lanzamiento más barato en órbita (alrededor de 1,8 veces) [3] .

Al mismo tiempo, en la actualidad, los sistemas en órbitas altamente elípticas tienen más desventajas que ventajas. Las desventajas incluyen:

• la necesidad de tener al menos tres satélites en órbita (en lugar de uno geoestacionario) para crear un sistema cuasi-geoestacionario. En el caso de proporcionar transmisión continua las 24 horas , el número de naves espaciales aumenta a siete [3] ;
• la antena receptora debe tener una función de seguimiento (turn drive). Por lo tanto, el costo inicial de dicha antena y el costo de su mantenimiento serán más altos que los de una antena fija simple;
• en latitudes altas , la densidad de población es mucho más baja que en las regiones medias, por lo que la cuestión del retorno de la inversión de tal sistema es muy dudosa;
• el apogeo de los satélites en el HEO es mayor que el del GSO, por lo que la potencia de los transmisores debe ser mayor, hasta 400-500 watts . Esto encarece los satélites; [2]
• la órbita de los satélites HEO suele cruzar los cinturones de radiación , lo que reduce considerablemente la vida útil de la nave espacial. Para librarse de este problema, es necesario tener una órbita con un apogeo de unos 50 mil km y un perigeo de unos 20 mil km [3] , es decir, utilizar la órbita Tundra ;
• dado que las naves espaciales se mueven en órbita, el efecto Doppler crea dificultades adicionales para los receptores en la Tierra [4] ;
• debido al largo tiempo de propagación de la señal, surgen dificultades al utilizar aplicaciones en tiempo real como la telefonía [4] .

Ejemplos de uso

Hay varios sistemas conocidos que usan órbitas altamente elípticas.

Ejemplos de órbitas altamente elípticas
Sistemas que utilizan HEO	nombre de la órbita	objetivo	Argumento de latitud del perigeo	Estado animico	Período orbital SC	Altura en el perigeo	Altitud en el apogeo.
" Relámpago-1T ", " -3 ", " -3K ", " Meridiano "	Relámpago	Conexión satelital	280°	62,8°	11 horas 57 minutos. 45 seg.	unos 500 kilómetros	unos 40.000 kilometros
" Radio Sirius XM " [4]	Tundra	radio por satelite	269°	62.1538°	23 horas 56 minutos 04 seg.	24.475 kilometros	47.093 kilometros
Integral [4] [5] [6]		observatorio espacial	300°	51,6° (al comienzo de la misión)	4309,6 min.	9743.2 kilometros	152.963,8 kilometros
Grupo [4]		Nave espacial científica		101,5°	3427,6 min.	8585.9 kilometros	129.281,5 kilometros
Observatorio Geofísico Orbital		observatorio espacial		101,5°	3839 minutos	unos 300 kilómetros	unos 150.000 kilometros
explorador de composición avanzado		Nave espacial científica		28,7°	1398 horas (58,25 días)	145.700.000 kilometros	150.550.000 kilometros
Sistema satelital Quazi-Zenith	Tundra	Sistema satelital para corrección diferencial de la señal GPS	270°	40°	23 horas 56 minutos 04 seg.	unos 32.000 kilometros	unos 40.000 kilometros
GLONASS -V	Tundra	Sistema de corrección diferencial de satélite		64,8°	23 horas 56 minutos 04 seg.

Órbita del rayo

La órbita Molniya lleva el nombre de la serie Molniya de satélites de comunicaciones de doble propósito soviéticos y rusos , que fueron los primeros en utilizar este tipo de órbita en su trabajo. Sus parámetros son:

• el argumento de la latitud del perigeo es 280°;
• inclinación - 62,8 °;
• período de circulación draconiano - 11 horas 57 minutos. 45 seg.;
• altitud: desde 500 km en el perigeo hasta 40 000 km en el apogeo.

El agrupamiento completo de la nave espacial Molniya estaba formado por ocho vehículos en órbitas altamente elípticas con apogeo en el hemisferio norte , cuyo tiempo de rotación era igual a medio día sideral (es decir, poco menos de 12 horas). La nave espacial se dividió en cuatro pares, en cada uno de los cuales los satélites se movieron a lo largo de un camino terrestre con un intervalo de 6 horas uno tras otro. Los caminos de los pares se desplazaron entre sí en 90 ° de longitud , es decir, ocho satélites proporcionaron cobertura en todo el mundo. Los apogeos de las órbitas diarias de las naves espaciales del primer grupo se ubicaron sobre el territorio de Siberia Central y sobre América del Norte , y para las naves espaciales del segundo grupo, sobre Europa Occidental y el Océano Pacífico .

Se suponía que los satélites proporcionarían sesiones de comunicación con una duración total de hasta 13 horas por día y hasta 7,5 horas por órbita [7] .

Corrientemente[ ¿cuándo? ] la constelación de satélites " Molniya-1T " y " Molniya-3 " es reemplazada por la constelación de naves espaciales " Meridian ".

Órbita "Tundra"

• período de circulación - 23 horas 56 minutos. 04 seg. (1 día estrellado );
• semieje mayor ( ): 42.164 km;
• excentricidad ( ): 0,25 a 0,4;
• altitud en el perigeo: , donde (radio medio de la Tierra) - de 18 900 a 25 240 km;
• altura en el apogeo:  - de 46 330 a 52 660 km;
• inclinación ( ): 62,15° [4]  - 63,4°;

La órbita de Tundra es conceptualmente similar a la órbita de Molniya, pero es geosíncrona : en lugar de 12 horas, los satélites hacen una revolución completa en un día sideral (23 horas 56 minutos). El apogeo de esta órbita suele ser mucho más alto que el de Molniya, en la región de 46.000-52.000 km. En teoría, esto puede parecer mejor, ya que la eficiencia del uso de satélites en la órbita Tundra aumenta significativamente: pueden servir al territorio seleccionado durante más de 12 horas en cada órbita, y dos dispositivos son suficientes para organizar la comunicación las 24 horas. . Sin embargo, la potencia de los transmisores en una nave espacial de este tipo debería ser mucho mayor, ya que se encuentra mucho más lejos de la Tierra.

Corrientemente[ ¿cuándo? ] dicha órbita es utilizada por la compañía Sirius XM Radio, que opera el sistema Sirius XM en esta órbita , que consta de tres naves espaciales, así como el sistema de navegación japonés QZSS .

Véase también

Satélites de comunicaciones en órbitas altamente elípticas:

• Meridiano
• relámpago-1
• Rayo-1+
• Rayo-1T
• relámpago-2
• relámpago-3
• Rayo-3K

Notas

1. ↑ Somov AM Tipos de órbitas. Definiciones basicas. Composición y finalidad de los sistemas de comunicación por satélite // Propagación de ondas de radio y antenas de sistemas de comunicación por satélite . - Línea Directa - Telecomunicaciones, 2015. - ISBN 978-5-9912-0416-3 . (Ruso)
2. ↑ 1 2 3 Sobre la transmisión por satélite desde órbitas altamente elípticas . radiodifusión.ru. Fecha de acceso: 17 de febrero de 2011. Archivado desde el original el 13 de julio de 2012. (indefinido)
3. ↑ 1 2 3 Órbita altamente elíptica . radiogalaxia. Consultado el 5 de febrero de 2011. Archivado desde el original el 13 de julio de 2012. (indefinido)
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Tipos de órbitas. Constelaciones de satélites . Universidad Politécnica de Madrid. Consultado el 5 de febrero de 2011. Archivado desde el original el 31 de mayo de 2012. (indefinido)
5. ↑ Bajo el signo de "Integral" . Revista "Actualidad Cosmonáutica", 12.2002. Fecha de acceso: 20 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2012. (indefinido)
6. ↑ ESAIntegral . ESA. Consultado el 20 de septiembre de 2011. Archivado desde el original el 13 de julio de 2012. (indefinido)
7. ↑ Nuevo "Relámpago" de Krasnoyarsk . Revista "Noticias de Cosmonáutica", 09.2001. Fecha de acceso: 21 de enero de 2011. Archivado desde el original el 13 de marzo de 2012. (indefinido)

Enlaces

• Órbita altamente elíptica Archivado el 13 de julio de 2012.
• Acerca de la radiodifusión por satélite desde órbitas muy elípticas

órbitas
Tipos Principal Órbita de caja Órbita de captura órbita circular Órbita elíptica / Órbita elíptica alta Cuidado de la órbita Órbita de entierro Trayectoria hiperbólica Órbita inclinada / Órbita no inclinada Órbita osculadora trayectoria parabolica Órbita de referencia (incluida la baja ) órbita síncrona ( Semi-síncrono subsincrónico ) órbita estacionaria Geocéntrico órbita geosíncrona órbita geoestacionaria Órbita heliosíncrona Orbita terrestre baja Órbita terrestre media Órbita terrestre alta Órbita "Relámpago" órbita ecuatorial órbita lunar órbita polar Órbita "Tundra" TLE Alrededor de otros cuerpos celestes y puntos Órbita areosincrónica Órbita areoestacionaria órbita de halo Órbita Lissajous órbita lunar Órbita heliocéntrica Órbita heliosíncrona
Opciones Clásico  Estado animico  Longitud del nodo ascendente  Excentricidad  argumento periapsis  eje mayor  Anomalía promedio por época Otro  verdadera anomalía  eje menor  Anomalía excéntrica  Longitud media  longitud verdadera  Período de circulación
maniobras orbitales Órbita de transferencia bielíptica Margen de velocidad característica órbita de geotransferencia maniobra de gravedad giro de gravedad órbita de Hohmann Ruta de transición de bajo costo efecto Oberth Cambio de inclinación orbital fase orbital Unión cósmica Transposición, acoplamiento y extracción maniobra de retirada
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