Eine geostationäre Bahn oder Geostationary Earth Orbit (GEO), ist eine kreisförmige Bahn 35,786 km (22,236 mi) über dem Äquator der Erde und im Anschluss an die Richtung der Folge der Erde. Ein Gegenstand in solch einer Bahn hat eine Augenhöhlenperiode, die der Rotationsperiode der Erde (ein Sterntag) gleich ist, und scheint so unbeweglich an einer festen Position im Himmel, um Beobachter niederzulegen. Nachrichtensatelliten und Wettersatelliten werden häufig geostationäre Bahnen gegeben, so dass sich die Satellitenantennen, die mit ihnen kommunizieren, nicht bewegen müssen, um sie zu verfolgen, aber dauerhaft an der Position im Himmel angespitzt werden können, wo sie bleiben. Eine geostationäre Bahn ist ein besonderer Typ der erdsynchronen Bahn.

Der Begriff eines erdsynchronen Satelliten zu Nachrichtenzwecken wurde zuerst 1928 (aber nicht weit so) von Herman Potočnik veröffentlicht. Die Idee von einer geostationären Bahn wurde zuerst auf einer breiten Skala in einer 1945-Zeitung betitelt "Außerirdische Relais verbreitet — können Rakete-Stationen Weltradioeinschluss Geben?" durch den britischen Sciencefictionsschriftsteller Arthur C. Clarke, der in der Zeitschrift Wireless World veröffentlicht ist. Die Bahn, die Clarke zuerst als nützlich für die Sendung und Relaisnachrichtensatelliten beschrieben hat, wird manchmal die Bahn von Clarke genannt. Ähnlich ist der Riemen von Clarke der Teil des Raums über den obengenannten Meeresspiegel im Flugzeug des Äquators, wo nah-geostationäre Bahnen durchgeführt werden können. Die Bahn von Clarke ist über lange.

Praktischer Gebrauch

Die meisten kommerziellen Nachrichtensatelliten, Rundfunksatelliten und SBAS Satelliten funktionieren in geostationären Bahnen. Eine geostationäre Übertragungsbahn wird verwendet, um einen Satelliten von der niedrigen Erdbahn (LEO) in eine geostationäre Bahn zu bewegen.

(Russische Fernsehsatelliten haben elliptische Bahnen von Molniya und Tundra wegen der hohen Breiten des Empfang-Publikums verwendet.) Der erste in eine geostationäre Bahn gelegte Satellit war der Syncom-3, der durch eine Rakete des Deltas-D 1964 gestartet ist.

Ein Weltnetz von betrieblichen geostationären meteorologischen Satelliten wird verwendet, um sichtbare und infrarote Images der Oberfläche und Atmosphäre der Erde zur Verfügung zu stellen. Diese Satellitensysteme schließen ein:

• die Vereinigten Staaten GEHEN
• Meteosat, der von der Europäischen Weltraumorganisation gestartet ist und von der europäischen Wettersatellitenorganisation, EUMETSAT bedient ist
• der japanische MTSAT
• Indiens INSAT Reihe

Ein statite, ein hypothetischer Satellit, der ein Sonnensegel verwendet, um seine Bahn zu modifizieren, konnte sich in einer geostationären "Bahn" mit der verschiedenen Höhe und/oder Neigung aus der "traditionellen" äquatorialen geostationären Bahn theoretisch halten.

Augenhöhlenstabilität

Eine geostationäre Bahn kann nur an einer Höhe sehr in der Nähe von, und direkt über dem Äquator erreicht werden. Das entspricht zu einer Augenhöhlengeschwindigkeit oder eine Periode von 1,436 Minuten, die zu fast genau einem Sterntag oder 23.934461223 Stunden entspricht. Das stellt sicher, dass der Satellit zur Rotationsperiode der Erde geschlossen wird und einen stationären Fußabdruck auf dem Boden hat. Alle geostationären Satelliten müssen auf diesem Ring gelegen werden.

Eine Kombination des Mondernstes, Sonnenernstes und des Flachdrückens der Erde an seinen Polen verursacht eine Vorzessionsbewegung des Augenhöhlenflugzeugs jedes geostationären Gegenstands, mit einer Periode von ungefähr 53 Jahren und einem anfänglichen Neigungsanstieg von ungefähr 0.85 Graden pro Jahr, eine maximale Neigung von 15 Graden nach 26.5 Jahren erreichend. Um für diese Augenhöhlenunruhe zu korrigieren, sind regelmäßige Augenhöhlenstationkeeping-Manöver notwendig, sich auf ein Delta-v von etwa 50 m/s pro Jahr belaufend.

Eine zweite Wirkung, in Betracht gezogen zu werden, ist der Länge-Antrieb, der durch die Asymmetrie der Erde verursacht ist - der Äquator ist ein bisschen elliptisch. Es gibt zwei stabile (an 75.3°E, und an 104.7°W) und zwei nicht stabile (an 165.3°E, und an 14.7°W) Gleichgewicht-Punkte. Jeder geostationäre zwischen den Gleichgewicht-Punkten gelegte Gegenstand würde (ohne jede Handlung), zur stabilen Gleichgewicht-Position langsam beschleunigt werden, eine periodische Länge-Schwankung verursachend. Die Korrektur dieser Wirkung verlangt Bahn-Kontrollmanöver mit einem maximalen Delta-v von ungefähr 2 m/s pro Jahr abhängig von der gewünschten Länge.

Sonnenwind und Strahlendruck üben auch kleine Kräfte auf Satelliten aus, die sie mit der Zeit veranlassen, weg von ihren vorgeschriebenen Bahnen langsam zu treiben.

Ohne Wartung von Missionen von der Erde oder einer erneuerbaren Antrieb-Methode legt der Verbrauch von Trägerrakete-Treibgas für das Stationshalten eine Beschränkung auf die Lebenszeit des Satelliten.

Kommunikationen

Satelliten in geostationären Bahnen sind weg von der Erde weit genug, dass Nachrichtenlatenz bedeutend - über ein Viertel einer Sekunde für eine Reise von einem Boden-basiertem Sender bis den Satelliten und zurück zu einem anderen Boden-basierten Sender wird; in der Nähe von einer halben Sekunde für eine Rückfahrkommunikation von einer Erdstation bis einen anderen und dann zurück zum ersten.

Zum Beispiel, für Boden-Stationen an Breiten von φ = ±45 ° auf demselben Meridian wie der Satellit, die für ein Signal genommene Zeit, von der Erde bis den Satelliten zu gehen, und kann zurück wieder mit der Kosinus-Regel, in Anbetracht des geostationären Augenhöhlenradius r (abgeleitet unten), der Radius der Erde R und die Geschwindigkeit des Lichtes c, als geschätzt werden

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(Bemerken Sie, dass r der Augenhöhlenradius, die Entfernung vom Zentrum der Erde, nicht die Höhe über dem Äquator ist.)

Diese Verzögerung wirft Probleme für mit der Latenz empfindliche Anwendungen wie Sprechverbindung oder das Online-Spielen auf.

Geostationäre Satelliten sind am Äquator direkt oberirdisch, und werden niedriger im Himmel der weitere Norden oder Süden man reist. An hohen Breiten (in der Nähe von den Polen der Erde) sind sie sehr niedrig, Kommunikation schwierig oder unmöglich wegen Faktoren wie atmosphärische Brechung, Thermalemission der Erde, Gesichtslinie-Hindernisse und Signalnachdenken vom Boden oder den nahe gelegenen Strukturen machend. An Breiten über ungefähr 81 ° sind geostationäre Satelliten unter dem Horizont und können überhaupt nicht gesehen werden.

Bahn-Zuteilung

Satelliten in der geostationären Bahn müssen alle einen einzelnen Ring über dem Äquator besetzen. Die Voraussetzung zum Raum diese Satelliten einzeln, um schädliche Radiofrequenz-Einmischung während Operationen zu vermeiden, bedeuten, dass es eine begrenzte Zahl von Augenhöhlen"Ablagefächern" verfügbar, so nur eine begrenzte Zahl von Satelliten gibt, kann in der geostationären Bahn bedient werden. Das hat geführt, um zwischen verschiedenen Ländern zu kollidieren, die Zugang zu denselben Augenhöhlenablagefächern (Länder in der Nähe von derselben Länge, aber sich unterscheidenden Breiten) und Radiofrequenzen wünschen. Diese Streite werden durch den Internationalen Fernmeldevereinigungszuteilungsmechanismus gerichtet. In der Bogotá 1976-Behauptung haben acht auf dem Äquator der Erde gelegene Länder Souveränität über die geostationären Bahnen über ihrem Territorium gefordert, aber die Ansprüche haben keine internationale Anerkennung gewonnen.

Wenn sie an Trägerrakete-Brennstoff knapp werden, sind die Satelliten am Ende ihres Dienstlebens, weil sie im Stande sind, in ihrer zugeteilten Augenhöhlenposition nicht mehr zu behalten. Der transponders und die anderen Systeme an Bord überleben allgemein den Trägerrakete-Brennstoff und, durch das Aufhören des N-S Stationshaltens, einige Satelliten können fortsetzen, in aufgelegten Bahnen verwendet zu werden (wo die Augenhöhlenspur scheint, einer Zahl acht Schleife zu folgen, die auf den Äquator in den Mittelpunkt gestellt ist), oder man zu einer "Kirchhof"-Verfügungsbahn erhoben wird.

Abstammung der geostationären Höhe

In jeder kreisförmigen Bahn wird die Zentripetalkraft, die erforderlich ist, die Bahn (F) aufrechtzuerhalten, durch die Gravitationskraft auf dem Satelliten (F) zur Verfügung gestellt. Um die geostationäre Bahn-Höhe zu berechnen, beginnt man mit dieser Gleichwertigkeit:

:

Nach dem zweiten Gesetz des Newtons der Bewegung können wir die Kräfte F durch die MassenM des Gegenstands ersetzen, der mit der Beschleunigung multipliziert ist, die durch den Gegenstand wegen dieser Kraft gefühlt ist:

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Wir bemerken, dass die Masse der SatellitenM an beiden Seiten erscheint — ist geostationäre Bahn der Masse des Satelliten unabhängig.

So das Rechnen der Höhe vereinfacht ins Rechnen des Punkts, wo die Umfänge der zentripetalen Beschleunigung, die für die Augenhöhlenbewegung und die durch den Ernst der Erde zur Verfügung gestellte Gravitationsbeschleunigung erforderlich ist, gleich sind.

Der Umfang der zentripetalen Beschleunigung ist:

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wo ω die winkelige Geschwindigkeit ist, und r der Augenhöhlenradius, wie gemessen, vom Zentrum der Erde der Masse ist.

Der Umfang der Gravitationsbeschleunigung ist:

:

wo M die Masse der Erde ist, und G die Gravitationskonstante, ist

.

Gleichstellung der zwei Beschleunigungen gibt:

:

Das Produkt GM ist mit der viel größeren Präzision bekannt als jeder Faktor allein; es ist als der geozentrische unveränderliche Gravitations-μ = bekannt:

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Die winkelige Geschwindigkeit ω wird durch das Teilen des Winkels gefunden, der in einer Revolution (360 ° = 2π rad) vor der Augenhöhlenperiode gereist ist (die Zeit, die man braucht, um eine volle Revolution zu machen). Im Fall von einer geostationären Bahn ist die Augenhöhlenperiode ein Sterntag oder Sekunden).

Das gibt:

:

Der resultierende Augenhöhlenradius ist. Den äquatorialen Radius der Erde Abstriche zu machen, gibt die Höhe dessen.

Augenhöhlengeschwindigkeit (wie schnell sich der Satellit durch den Raum bewegt) wird durch das Multiplizieren der winkeligen Geschwindigkeit durch den Augenhöhlenradius berechnet:

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Durch dieselbe Formel können wir die Bahn des geostationären Typs eines Gegenstands in Bezug auf Mars finden (dieser Typ der Bahn wird oben eine areostationary Bahn genannt, wenn es über Mars ist). Der geozentrische unveränderliche Gravitations-GM (der μ ist) für Mars hat den Wert von 42,828 kms, und die bekannte Rotationsperiode (T) Mars ist 88,642.66 Sekunden. Seitdem ω = 2π/T, mit der Formel oben, wie man findet, ist der Wert von ω ungefähr 7.088218×10 s. So, r = 8.5243×10 km, wessen Würfel-Wurzel 20,427 km ist; wenn wir den äquatorialen Radius des Mars (3396.2 km) abziehen, haben wir 17,031 km.

Siehe auch

• Geostationäre Übertragungsbahn
• Liste von Bahnen
• Liste von Satelliten in der erdsynchronen Bahn
• Augenhöhlenstationkeeping
• Raumaufzug

Zeichen und Verweisungen

Links

• Grafische Abstammung des geostationären Bahn-Radius für die Erde
• Augenhöhlenmechanik (Rakete und Raumtechnologie)
• Liste von Satelliten in der geostationären Bahn
• Riemen-Schnellschuss-Rechenmaschine von Clarke
• 3D-Echtzeitsatellit, der Verfolgt
• Geostationäre Satellitenbahn-Übersicht