Skip to main content
26 Νοεμβρίου 2010 03:00

Τα μυστικά της γεωστατικής τροχιάς στη ζώνη Clarke

Γράφει: Αργύρης Νομικός
476eba9d929b1cb34e564553caccb241 XL 6ec6e386

Featured | Σε απόσταση 36.000km πάνω από τη Γη, κινούνται σε τροχιά οι δορυφόροι στη ζώνης Clarke, χωρίς να αλλάζουν θέση σε σχέση με τη Γη. Πώς όμως προέκυψε αυτή η απόσταση των 36.000km; Πώς γίνεται ο δορυφόρος να παραμένει «στατικός» σε αυτό το ύψος και τι αρχική ταχύτητα χρειάζεται κατά την εκτόξευση;

Γεωσύγχρονες και γεωστατικές τροχιές
Μπορεί οι παραπάνω έννοιες να χρησιμοποιούνται συχνά για να περιγράψουν την τροχιά των δορυφόρων, σαν να είναι το ίδιο πράγμα, όμως, όπως όλοι οι ορισμοί στη Φυσική, δηλώνουν κάτι απόλυτα συγκεκριμένο, πράγμα που αυτόματα σημαίνει ότι οι δύο τροχιές είναι διαφορετικές.
Γεωσύγχρονη ονομάζεται οποιαδήποτε τροχιά δορυφόρου, που έχει την ίδια περίοδο με την τροχιά της Γης. Η γεωσύγχρονη τροχιά μπορεί να είναι ελλειπτική και να γίνεται σε οποιοδήποτε σημείο πάνω από την επιφάνεια της Γης. Αντίθετα, η γεωστατική τροχιά είναι μια γεωσύγχρονη τροχιά, η οποία γίνεται κυκλικά, μόνο πάνω από τον Ισημερινό και αυτή είναι η τροχιά που περιγράφει την κίνηση των δορυφόρων. Στην πραγματικότητα, η αρχική τροχιά όλων των δορυφόρων είναι αρκετά  ελλειπτική και η μεγαλύτερη απόσταση από την επιφάνεια της Γης ονομάζεται «απόγειο», ενώ η κοντινότερη «περίγειο». Ο σταθμός ελέγχου του δορυφόρου, υπολογίζει τη μέση απόσταση των δύο αυτών θέσεων και προσπαθεί με διορθωτικές κινήσεις να φέρει το δορυφόρο σε όσο το δυνατόν καλύτερη γεωστατική τροχιά.

Το ύψος της γεωστατικής τροχιάς
Για να μπορέσει οποιοδήποτε σώμα να εκτελέσει ομαλή κυκλική κίνηση (άρα και ο δορυφόρος), θα πρέπει η συνισταμένη των δυνάμεων που δέχεται, να έχει φορά και διεύθυνση προς το κέντρο της τροχιάς (κεντρομόλος) και να ικανοποιεί την εξίσωση ΣF=2/R, όπου m είναι η μάζα του σώματος, R η ακτίνα της τροχιάς και υ η γραμμική του ταχύτητα.
Η μόνη δύναμη που δέχεται φυσικά ο δορυφόρος, είναι η βαρυτική έλξη της Γης, που δίνεται από το νόμο του Νεύτωνα. Άρα, ΣF= G Mm/R2 , όπου Μ η μάζα της Γης (Μ=5,976×1024 kg)και G η παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας (G=6,67300 x 10-11 m3 kg-1 s-2).
Αν εξισώσουμε τις δύο παραπάνω εξισώσεις, αφού τα πρώτα μέλη είναι ίσα, έχουμε: 2/R = G Mm/R2. Αν απλοποιήσουμε την παραπάνω σχέση, παρατηρούμε ότι η μάζα του δορυφόρου εξαλείφεται, όπως και το τετράγωνο της ακτίνας, με αποτέλεσμα να έχουμε τη σχέση: υ2=GM/R.

Αν τώρα αντικαταστήσουμε τη γραμμική ταχύτητα με τη σχέση υ=ωR=2πR/Τ (Τ η περίοδος της Γης), παίρνουμε τελικά  4 π2 R2/T2 = G M/R2, από την οποία παίρνουμε ότι R3=GMT2/4π2. Λύνοντας στη συνέχεια την εξίσωση ως προς R, παίρνουμε ότι R = (G M T2/4 π2)1/3. Αυτή είναι και η ακτίνα της τροχιάς ενός σώματος, που εκτελεί γεωστατική τροχιά και είναι ανεξάρτητη της μάζας του σώματος. Η εξίσωση αυτή δεν είναι τίποτα άλλο, από τον τρίτο νόμο του Kepler. Φυσικά, οι εξισώσεις υπολογίστηκαν από το κέντρο της Γης (που είναι και το κέντρο της τροχιάς), επομένως, αν επιθυμούμε να υπολογίσουμε το ύψος, θα πρέπει να αφαιρέσουμε από το νούμερο αυτό την ακτίνα της Γης, δηλαδή  Η=R-. Αντικαθιστώντας τις τιμές των σταθερών στις εξισώσεις, παίρνουμε ότι Η= 35.786km και αυτό είναι το ακριβές ύψος που πρέπει να βρεθεί οποιοδήποτε σώμα, για να εκτελέσει γεωστατική τροχιά γύρω από τη Γη ή, αν προτιμάτε, μαζί με τη Γη, αφού σε αυτήν την απόσταση, το σώμα δεν θα αλλάζει θέση, σε σχέση με την επιφάνεια της Γης.

Ταχύτητα διαφυγής και τροχιακή ταχύτητα
Όλοι γνωρίζουμε ότι με όση ανθρώπινη δύναμη κι αν ρίξουμε μια πέτρα προς τα επάνω, αυτή θα γυρίσει στην επιφάνεια της Γης. Έχουμε όμως καταφέρει να εκτοξεύσουμε αρκετά σώματα, τα οποία μπόρεσαν να ξεφύγουν από το βαρυτικό πεδίο της Γης και να βγουν στο διάστημα. Για να συμβεί αυτό, θα πρέπει η κινητική ενέργεια του σώματος που εκτοξεύουμε, να είναι μεγαλύτερη ή το πολύ ίση, με τη δυναμική ενέργεια του βαρυτικού πεδίου της Γης, στην επιφάνεια της γης, δηλαδή, θα πρέπει Εκ=Εδ (τουλάχιστον ίση), άρα 2/2 = GMm/Rγ. Κι εδώ απλοποιείται η μάζα κι αν λύσουμε ως προς υ παίρνουμε:

Η ταχύτητα αυτή, ονομάζεται ταχύτητα διαφυγής και ισούται με 11,1km/sec (40.200km/h) και είναι η ελάχιστη ταχύτητα που πρέπει να έχει ένα σώμα, για να ξεφύγει από τη βαρυτική επίδραση της Γης.

Εμείς όμως, δεν θέλουμε να δώσουμε ταχύτητα διαφυγής στους δορυφόρους, αλλά αρκετά μικρότερη, αφού πρέπει απλά να «ισορροπήσουν» σε ένα συγκεκριμένο ύψος. Αυτή η ταχύτητα ονομάζεται τροχιακή ταχύτητα και είναι, φυσικά, η γραμμική ταχύτητα που θα έχει ο δορυφόρος κατά την περιστροφή. Στην πραγματικότητα, όταν το διάνυσμα αυτής της ταχύτητας γίνει κάθετο με το διάνυσμα της κεντρομόλου, τότε το σώμα θα αρχίσει να εκτελεί κυκλική τροχιά, στο συγκεκριμένο ύψος. Αφού όμως τώρα, ξέρουμε το ύψος, αν λύσουμε την εξίσωση της προηγούμενης παραγράφου mu2/R = G Mm/R2. ως προς υ, παίρνουμε την απάντησή μας . H ταχύτητα αυτή υπολογίζεται στα 3,07km/sec, περίπου 4 φορές μικρότερη από την ταχύτητα διαφυγής. Αυτή είναι λοιπόν περίπου η ταχύτητα εκτόξευσης, που χρειάστηκαν ο Hotbird, o Astra και ο Hellas Sat, για να τοποθετηθούν στις τροχιακές θέσεις 13Ε, 19,2Ε και 39Ε αντίστοιχα. Και λέμε περίπου, γιατί στους υπολογισμούς μας δεν συνυπολογίσαμε την απώλεια λόγω τριβών στην ατμόσφαιρα, τις διορθωτικές κινήσεις των δορυφόρων και θεωρήσαμε σαν παραδοχή μια τέλεια γεωστατική τροχιά.

Εκτιμούμε όμως, ότι σήμερα δεν είναι η μέρα όπου σκοπεύετε να εκτοξεύσετε το δορυφόρο σας, οπότε μπορείτε να αρκεστείτε στους λειψούς αυτούς υπολογισμούς…

ΑΛΛΑ ΑΡΘΡΑ ΣΕ ΑΥΤΗ ΤΗΝ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ

Η ΑΓΟΡΑ ΣΗΜΕΡΑ

Τα νέα της Mistral: Οδηγίες για μια καλή εγκατάσταση: Ενισχυτής γραμμής L1x112
Συνεχίζοντας την περιγραφή των προϊόντων της Mistral, μετά τους ενισχυτές κεραίας θα γίνει περιγραφή των ενισχυτών γραμμής. Οι ενισχυτές γραμμής διατίθενται σε τέσσερις κατηγορίες. Ο κάθε ένας έχει…
PROMAX ATLaS NG
Έχει προστεθεί μία τέταρτη ομάδα εκπαιδευτικών video με ελληνική περιγραφή για το πεδιόμετρο - ναυαρχίδα PROMAX ATLaS NG. Τα συγκεκριμένα video έχουν προστεθεί στην Playlist Promax ATLaS NG - Εκπαιδ…
EDISION CAM-100
Νέος κεντρικός ενισχυτής από την EDISION, με σύγχρονα τεχνικά χαρακτηριστικά και υψηλή αισθητική! Πρόκειται για το μοντέλο CAM-100, έναν ενισχυτή επίγειων ψηφιακών καναλιών DVB-T/T2, για μεγάλες εγκ…
TP-Link EAP653
Το EAP653 είναι ένα AX3000 Access Point οροφής με συμπαγή σχεδιασμό, ιδανικό για επαγγελματικά σενάρια που απαιτούν υψηλή απόδοση, όπως ξενοδοχεία, γραφεία, εμπορικά πολυκαταστήματα, αίθουσες συσκέψ…
Audien DAMP5
Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή του νέου ενισχυτή Hi-Fi, Audien DAMP5. Πρόκειται για έναν ψηφιακό ενισχυτή υψηλής απόδοσης (CLASS D), με τεχνολογία DAC. Διαθέτει πανέμορφο σχεδια…
Έτοιμα επαγγελματικά πακέτα IKUSI IKUGaF και IDComs Linear
Η αναμετάδοση των επίγειων τηλεοπτικών προγραμμάτων αποτελεί για την Ελλάδα ένα ιδιαίτερα σημαντικό πρόβλημα για αρκετές περιοχές, οι οποίες έχουν ονομαστεί «λευκές περιοχές» λόγω αδυναμίας λήψης κυ…
TP-Link EAP653
Το EAP653 είναι ένα AX3000 Access Point οροφής με συμπαγή σχεδιασμό, ιδανικό για επαγγελματικά σενάρια που απαιτούν υψηλή απόδοση, όπως ξενοδοχεία, γραφεία, εμπορικά πολυκαταστήματα, αίθουσες συσκέψ…
Τα νέα της Mistral: Οδηγίες για μια καλή εγκατάσταση: Ενισχυτής γραμμής L1x112
Συνεχίζοντας την περιγραφή των προϊόντων της Mistral, μετά τους ενισχυτές κεραίας θα γίνει περιγραφή των ενισχυτών γραμμής. Οι ενισχυτές γραμμής διατίθενται σε τέσσερις κατηγορίες. Ο κάθε ένας έχει…
PROMAX ATLaS NG
Έχει προστεθεί μία τέταρτη ομάδα εκπαιδευτικών video με ελληνική περιγραφή για το πεδιόμετρο - ναυαρχίδα PROMAX ATLaS NG. Τα συγκεκριμένα video έχουν προστεθεί στην Playlist Promax ATLaS NG - Εκπαιδ…
EDISION CAM-100
Νέος κεντρικός ενισχυτής από την EDISION, με σύγχρονα τεχνικά χαρακτηριστικά και υψηλή αισθητική! Πρόκειται για το μοντέλο CAM-100, έναν ενισχυτή επίγειων ψηφιακών καναλιών DVB-T/T2, για μεγάλες εγκ…
Audien DAMP5
Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή του νέου ενισχυτή Hi-Fi, Audien DAMP5. Πρόκειται για έναν ψηφιακό ενισχυτή υψηλής απόδοσης (CLASS D), με τεχνολογία DAC. Διαθέτει πανέμορφο σχεδια…
Έτοιμα επαγγελματικά πακέτα IKUSI IKUGaF και IDComs Linear
Η αναμετάδοση των επίγειων τηλεοπτικών προγραμμάτων αποτελεί για την Ελλάδα ένα ιδιαίτερα σημαντικό πρόβλημα για αρκετές περιοχές, οι οποίες έχουν ονομαστεί «λευκές περιοχές» λόγω αδυναμίας λήψης κυ…

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

Ψηφιακή Τηλεόραση, Ιούνιος 2025
Κυκλοφορεί το νέο τεύχος Ιουνίου 2025 του περιοδικού “Ψηφιακή Τηλεόραση” μαζί με το “Security Report”. Το νέο τεύχος Ιουνίου του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδι…
Wi-Fi & AI
Η εποχή που ζούμε περιλαμβάνει έναν εξαιρετικά συνδεδεμένο κόσμο, έναν κόσμο που εξαρτάται ολοένα και περισσότερο από τις ασύρματες τεχνολογίες για ευκολία και κινητικότητα. Το σημερινό Wi-Fi έχει ε…
EDISION Κεντρικός Ενισχυτής CAM-300
Ένας νέος κεντρικός ενισχυτής της EDISION κυκλοφόρησε πρόσφατα στην ελληνική αγορά, προσαρμοσμένος στις σύγχρονες ανάγκες που έχουν διαμορφωθεί από την απόδοση του φάσματος των 700MHz στην κινητή τη…
Audien DJ-1001UFB
Ένα νέο σύστημα ήχου επαγγελματικών προδιαγραφών κυκλοφόρησε πρόσφατα στην ελληνική αγορά. Πρόκειται για το Audien DJ-1001UFB, μία κονσόλα - μίκτης DJ 5x καναλιών, με πολλαπλές δυνατότητες σύνδεσης…
Sat & Zap, Ιούνιος 2025
Γερμανικό το ενδιαφέρον αυτόν τον μήνα με τα νέα ελεύθερα κανάλια της Wedo, που όμως υποπτευόμαστε ότι θα κλειδώσουν σύντομα. Ενδιαφέροντα και τα αγγλικά μουσικά κανάλια της Now στις 28.2 Ανατολικά…
Επισκόπηση απορρήτου

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί cookie ώστε να μπορούμε να σας παρέχουμε την καλύτερη δυνατή εμπειρία χρήστη. Οι πληροφορίες cookie αποθηκεύονται στο πρόγραμμα περιήγησης σας και εκτελούν λειτουργίες όπως η ανάγνωση σας όταν επιστρέφετε στον ιστότοπο μας και η βοήθεια της ομάδας μας να κατανοήσει ποιες ενότητες του ιστοτόπου θεωρείτε πιο ενδιαφέρουσες και χρήσιμες.