Орбиты ИСЗ и их особенности

Орбита ИСЗ – это траектория его движения относительно центра Земли. Плоскость орбиты всегда проходит через центр Земли.

Орбиты ИСЗ классифицируются по 2-м признакам:

1. По наклонению плоскости орбиты относительно плоскости экватора:

· экваториальные (i = 0° или i = 180°);

· полярные (i = 90°);

· наклонные (0°< i < 90°; 90°< i < 180°).

2. По высоте орбиты над земной поверхностью:

· низкие (Н < 5.000 км);

· средние (5.000 км < Н < 22.000 км);

· высокие (Н > 22.000 км).

Синхронный суточный ИСЗ, выведенный на экваториальную орбиту, будет неподвижно «висеть» над определенной точкой земной поверхности. Такой ИСЗ – стационарный, так как его период Т = 23ч 56м 04с, то есть соответствует длительности звездных суток.

Малый круг на Земле, в пределах которого могут приниматься радиосигналы ИСЗ, называется зоной радиовидимости (рис. 23.2). Сферический диаметр (θ) этой зоны определяется по формуле:

(23.10)

Рис. 23.2. Зона радиовидимости ИСЗ

Для стационарного ИСЗ при Н = 35.870 км, R_З = 6.371 км, θ = 162°. Это означает, что такой ИСЗ на экваториальной орбите будет теоретически видим до широты 81°N ≥ φ ≤ 81°S.

Для надежного приема сигналов необходимо, чтобы ИСЗ имел высоту не <10° над горизонтом (при меньшей высоте – высок уровень помех и большое затухание радиоволн в атмосфере).

Стационарные ИСЗ пока не нашли применения в навигации (широко применяются для радиосвязи и телевидения).

Для низкоорбитального ИСЗ (Н = 1.000 км) диаметр зоны видимости составляет 3.630 миль (θ ≈ 60,5°).

При условии наблюдения такого ИСЗ при высоте >10° получаем диаметр зоны радиовидимости ≈ 3.000 миль, что соответствует ширине Атлантического океана в самой широкой его части. То есть один ИСЗ на полярной орбите, пролетая над серединой Атлантического океана, может наблюдаться во всех его точках.

Так как ИСЗ движется относительно Земли, то будет перемещаться и зона радиовидимости, образуя на поверхности Земли полосу радиовидимости.

Из-за вращения Земли полоса радиовидимости, соответствующая каждому последующему витку, будет смещаться к западу на расстояние, определяемое по формуле:

Для ИСЗ (Н = 1000 км, Т = 106 мин.) получим для φ = 0°, что d = 1.575 миль (для φ = 60° d = 788 миль). Смещение полосы радиовидимости меньше ширины полосы, то есть на каждом последующем витке будет иметь место перекрытие полос. Это перекрытие составляет: для φ = 0° ≈ 57%; для φ > 60° ≈ 78%; для φ = 90° = 100%.

Это означает, что один и тот же ИСЗ на полярной орбите может наблюдаться в одном и том же месте несколько раз подряд, то есть по одному ИСЗ в средних широтах можно определить место 4 раза в сутки.

При Н = 1000 км суточное число оборотов ИСЗ соответствует ≈ 14. Следовательно, один ИСЗ на полярной орбите может в течении суток обеспечить определение места во всех точках Земли, но таких обсерваций будет мало и они будут редки.

Для обеспечения дискретности определений места судна в 1 час необходимо 6 ИСЗ на полярной орбите (Н = 1000 км, Т = 106 мин., θ = 50°).

Большое значение для использования ИСЗ имеет продолжительность его наблюдения. Для неподвижного наблюдателя, находящегося в плоскости орбиты ИСЗ продолжительность его наблюдения максимальна.

(23.12)

Для ИСЗ с Н = 1.000 км и Т = 106 мин. ΔТ_Иmax = 18 мин. (не > 16 мин.).