Güneş-senkron yörünge - Sun-synchronous orbit

Yıl içinde dört noktada bir Güneş-eşzamanlı yörüngenin (yeşil) yönünü gösteren diyagram. Referans için Sun ile senkronize olmayan bir yörünge (macenta) da gösterilmiştir. Tarihler beyaz olarak gösterilir: gün/ay.

Bir Sun-senkron yörünge ( TOA ), aynı zamanda bir adlandırılan heliosynchronous yörünge , neredeyse bir kutupsal yörünge uydu aynı yerel de gezegenin yüzeyini verilen herhangi bir noktanın üzerine geçtiği bir gezegen, etrafında ortalama güneş zamanda . Daha teknik olarak, o kadar düzenlenmiş bir yörüngede tam o eksenden sapmasıdır hep Güneş'ten ile aynı ilişkiyi korur, böylece tam bir dönüşün her yıl aracılığıyla Güneşle senkronize bir yörünge, görüntüleme , keşif uydusu ve hava durumu uyduları için kullanışlıdır , çünkü uydu her tepede olduğunda, yüzey aydınlatma açısı altındaki gezegende hemen hemen aynı olacaktır.

Uygulamalar

Güneşle senkronize bir yörünge, görüntüleme , keşif uydusu ve hava durumu uyduları için kullanışlıdır , çünkü uydu her tepedeyken, altındaki gezegendeki yüzey aydınlatma açısı hemen hemen aynı olacaktır. Bu tutarlı aydınlatma, hava ve casus uydular gibi Dünya yüzeyini görünür veya kızılötesi dalga boylarında görüntüleyen uydular için kullanışlı bir özelliktir ; ve güneş ışığı gerektiren okyanus ve atmosferik uzaktan algılama araçlarını taşıyanlar gibi diğer uzaktan algılama uyduları için. Örneğin, Güneş ile eşzamanlı yörüngedeki bir uydu, ekvator boyunca her seferinde yaklaşık yerel saatle yaklaşık 15:00'te günde on iki kez yükselebilir.

Referans için Yerel Güneş Saati (LST) bölgeleri ve sabah 10:30'da alçalan bir düğüm ile ekliptik düzlemin üstten görünümünden Güneş ile eşzamanlı bir yörüngeyi gösteren diyagram . LST bölgeleri, uydunun altındaki yerel saatin yörüngesindeki farklı enlemlerde ve farklı noktalarda nasıl değiştiğini gösterir.

Güneş eşzamanlı yörüngenin özel durumları, ekvator enlemleri için yerel ortalama güneş geçiş zamanının öğlen veya gece yarısı civarında olduğu öğle/gece yarısı yörüngesi ve ekvator enlemleri için yerel ortalama güneş geçiş zamanının olduğu şafak/alacakaranlık yörüngesidir. gün doğumu veya gün batımı civarındadır, böylece uydu sonlandırıcıyı gündüz ve gece arasında kullanır. Sonlandırıcıya binmek, uyduların güneş panelleri Dünya tarafından gölgelenmeden Güneş'i her zaman görebildiğinden, aktif radar uyduları için yararlıdır. Aletleri her zaman Dünya'nın gece tarafına yönlendirmek mümkün olduğundan, ölçümler üzerinde Güneş'in etkisini sınırlaması gereken pasif aletlere sahip bazı uydular için de yararlıdır. Şafak/alacakaranlık yörüngesi, Yohkoh , TRACE , Hinode ve PROBA-2 gibi güneşi gözlemleyen bilimsel uydular için kullanıldı ve onlara Güneş'in neredeyse kesintisiz bir görüntüsünü sağladı.

yörüngesel presesyon

Bir Sun-senkron yörünge olması sayesinde elde edilir öskülatör yörünge düzlemi planktonlarda göre yaklaşık bir derece her gün doğuya (çevirme) gök kürenin etrafında Dünya'nın hareketi ayak uydurmak için Sun . Bu presesyon, yörüngenin yüksekliğine eğimi ayarlayarak (bkz. Teknik ayrıntılar ) elde edilir, öyle ki , eğik yörüngeleri bozan Dünya'nın ekvator çıkıntısı , uzay aracının yörünge düzleminin istenen oranda ilerlemesine neden olur. Yörünge düzlemi, uzak yıldızlara göre uzayda sabit değildir, ancak Dünya'nın ekseni etrafında yavaşça döner.

Dünya etrafındaki tipik Güneş-eş zamanlı yörüngeler, 96-100 dakikalık aralıktaki periyotlarla ve yaklaşık 98° eğimle , yaklaşık 600-800 km yüksekliktedir . Bu, Dünya'nın dönüş yönüne kıyasla biraz geriye dönüktür : 0° ekvator yörüngesini ve 90° kutup yörüngesini temsil eder.

Mars gibi diğer yassı gezegenlerin çevresinde güneşle eş zamanlı yörüngeler mümkündür . Neredeyse küresel olan Venüs gibi bir gezegenin yörüngesinde dönen bir uydu , Güneş ile eşzamanlı bir yörüngeyi sürdürmek için dışarıdan bir itmeye ihtiyaç duyacaktır.

Teknik detaylar

Dünya yörüngesindeki bir uydu için yörünge başına açısal presesyon şu şekilde verilir:

\Delta \Omega =-3\pi {\frac {J_{2}R_{E}^{2}}{p^{2}}}\cos i,

nerede

J 2

, ikinci bölge terimi için katsayıdır (1.082 63 × 10 ⁻³ ) Dünya'nın basıklığıyla ilgili

R E

, kabaca 6378 Dünya'nın ortalama yarıçapı km

p

olan yarı latus rektum yörüngesinin

i

yörüngenin ekvatora eğimidir

Presesyon oranı $ρ$ , Dünya'nın Güneş etrafındaki ortalama hareketine ( yıldız yılı başına 360 ° olan) eşit olduğunda, bir yörünge Güneş ile eşzamanlı olacaktır (1.990 968 71 × 10 ⁻⁷ rad /s ), yani $.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .sfrac.tion,.mw-parser-output .sfrac .tion{display:inline-block;vertical-align:-0.5em;font-size:85%;text-align:center}.mw-parser-output .sfrac .num,.mw-parser-output .sfrac .den{display:block;line-height:1em;margin:0 0.1em}.mw-parser-output .sfrac .den{border-top:1px solid}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px} Í Ê/T= ρ$ , burada $T$ yörünge periyodudur.

Bir uzay aracının yörünge periyodu olarak

2\pi {\sqrt {\frac {a^{3}}{\mu }}}

burada $bir$ bir yarı-büyük eksene yörünge ve $μ$ olan standart yerçekimi parametre (gezegenDünya için 398 600 .440 km ³ /s ² ); dairesel veya neredeyse dairesel bir yörünge için $p \approx a$ olarak , şu şekildedir:

{\begin{hizalanmış}\rho &\yaklaşık -{\frac {3J_{2}R_{\text{E}}^{2}{\sqrt {\mu }}\cos i}{2a^ {\frac {7}{2}}}}&=-\left(360^{\circ }{\text{ yıllık}}\right)\times \left({\frac {a}{12\, 352{\text{ km}}}}\sağ)^{-{\frac {7}{2}}}\cos i&=-\left(360^{\circ }{\text{ yıllık}}}\ sağ)\times \left({\frac {T}{3.795{\text{ h}}}}\sağ)^{-{\frac {7}{3}}}\cos i,\end{hizalı} }

veya $ρ$ yılda 360° olduğunda ,

\cos i\yaklaşık -{\frac {2\rho }{3J_{2}R_{\text{E}}^{2}{\sqrt {\mu }}}}a^{\frac { 7}{2}}=-\left({\frac {a}{12\,352{\text{ km}}}}\sağ)^{\frac {7}{2}}=-\left( {\frac {T}{3.795{\text{ h}}}}\sağ)^{\frac {7}{3}}

Örnek olarak, $a$ = için7200 km (Dünya yüzeyinden yaklaşık 800 km yükseklikteki uzay aracı) bu formülle Güneş-eşzamanlı 98.696° eğim elde edilir.

Bu yaklaşıma göre , yarı ana eksen eşit olduğunda $cos i'nin$ -1'e eşit olduğuna dikkat edin.12 352 km , bu da yalnızca daha küçük yörüngelerin Güneş ile eşzamanlı olabileceği anlamına gelir. Periyot, çok düşük bir yörünge için 88 dakika aralığında olabilir ( $a$ =6554 km , $ben$ = 96°) ila 3,8 saat ( $a$ =12 352 km , ancak bu yörünge $i$ = 180° ile ekvatoral olacaktır ). $p$ < ile eksantrik bir yörünge kullanılarak 3,8 saatten daha uzun bir süre mümkün olabilir.12 352 km ancak $bir$ >12 352 km .

Bir uydu, her gün aynı saatte Dünya üzerinde belirli bir nokta üzerinde uçmak isterse, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi günde 7 ila 16 yörünge yapabilir. (Tablo verilen periyotlar varsayılarak hesaplanmıştır. Kullanılması gereken yörünge periyodu aslında biraz daha uzundur. Örneğin, aynı noktadan 24 saat sonra geçen bir retrograd ekvator yörüngesinin yaklaşık bir gerçek periyodu vardır.365/364≈ Üst geçitler arasındaki süreden 1.0027 kat daha uzun. Ekvator olmayan yörüngeler için faktör 1'e yakındır.)

Günlük yörünge sayısı	Dönem ( h )		Rakım (km)	maksimum enlem	Inclin- tirme
16	1+1/2	= 1:30	000274	83.4°	096.6°
15	1+3/5	= 1:36	000567	82.3°	097.7°
14	1+5/7	≈ 1:43	000894	81.0°	099.0°
13	1+11/13	≈ 1:51	001262	79.3°	100,7°
12	2		001681	77.0°	103.0°
11	2+2/11	≈ 2:11	002162	74.0°	106.0°
10	2+2/5	= 2:24	002722	69.9°	110.1°
09	2+2/3	= 2:40	003385	64.0°	116.0°
08	3		004182	54.7°	125.3°
07	3+3/7	≈ 3:26	005165	37.9°	142.1°

Güneşle eş zamanlı bir yörüngenin Dünya üzerindeki bir nokta üzerinden her seferinde aynı yerel saatte geçtiği söylendiğinde , bu görünen güneş zamanını değil, ortalama güneş zamanını ifade eder . Güneş yıl boyunca gökyüzünde tam olarak aynı konumda olmayacaktır (bkz . Zaman Denklemi ve Analemma ).

Güneşle eş zamanlı yörüngeler çoğunlukla Dünya gözlem uyduları için seçilir ve rakımı tipik olarak 600 ile 600 arasındadır.Dünya yüzeyinden 1000 km . Bununla birlikte, bir yörünge Güneş ile eşzamanlı kalsa bile , Dünya'nın yerçekimi alanındaki daha yüksek dereceli düzensizlikler, güneş ışığının basıncı ve diğer nedenlerden dolayı periapsis argümanı ve yörünge eksantrikliği gibi diğer yörünge parametreleri gelişecektir. Özellikle yer gözlem uyduları, aynı noktadan geçerken sabit irtifalı yörüngeleri tercih ederler. Dikkatli eksantriklik ve yerberi konumu seçimi, pertürbasyonların büyük ölçüde iptal olduğu ve dolayısıyla yörüngenin nispeten kararlı olduğu belirli kombinasyonları ortaya çıkarır - donmuş bir yörünge . ERS-1, ERS-2 ve Envisat ait Avrupa Uzay Ajansı yanı sıra Metop ait uzay aracı EUMETSAT ve RADARSAT-2 arasında Kanada Uzay Ajansı , bu tür tüm Sun-senkron dondurulmuş yörüngelerde çalıştırılır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Sandwell, David T., Dünyanın Yerçekimi Alanı - Bölüm 1 (2002) (s. 8)
ABD Centennial of Flight Commission'dan Sun-Synchronous Orbit sözlük girişi ,
NASA Soru-Cevap
Boain, Ronald J. (Şubat 2004). "Güneş Eşzamanlı Yörünge Tasarımının AB-C'leri" (PDF) . Uzay Uçuş Mekaniği Konferansı. Arşivlenmiş orijinal (PDF) 25 Ekim 2007 tarihinde.

Dış bağlantılar

Güneş-senkron yörüngedeki uyduların listesi

Languages

In other projects