Skip to main content
DIABASTE DWREAN DIG 182
Στιγμιότυπο οθόνης 2023 12 07 110741
SECURITY REPORT 145
satpraxis 2022
now 33 2022

ΡΟΗ ΕΙΔΗΣΕΩΝ

8 Δεκεμβρίου 2023 09:43
26 Νοεμβρίου 2010 03:00

Τα μυστικά της γεωστατικής τροχιάς στη ζώνη Clarke

Γράφει: Αργύρης Νομικός
admin ajax.php?action=kernel&p=image&src=%7B%22file%22%3A%22wp content%2Fuploads%2F2022%2F05%2F476eba9d929b1cb34e564553caccb241 XL

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

  • Δορυφορικά κάτοπτρα Kathrein για σκληρές καιρικές συνθήκες

    Δορυφορικά κάτοπτρα Kathrein για σκληρές καιρικές συνθήκες

    Τα δορυφορικά κάτοπτρα της Kathrein, έκτος από τα υψηλής ποιότητας τεχνικά χαρακτηριστικά που διαθέτουν (αντοχή σε ισχυρές ανεμοπιέσεις – μέχρι 190 km/h) και τα κορυφαίας κατασκευής υλικά τους, έρ...
  • TP-LINK ER706W

    TP-LINK ER706W

    Η TP-Link παρουσιάζει το νέο ER706W, ένα ασύρματο router διπλής ζώνης εταιρικής ποιότητας. Είναι ιδανικό για απομακρυσμένη διαχείριση που απαιτεί υψηλή απόδοση, χάρη στον επαναστατικό συνδυασμό τω...
  • Prolink PF352

    Prolink PF352

    Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή του νέου εξαρτήματος PF352 της Prolink. Πρόκειται για έναν μετατροπέα σήματος από Mini DisplayPort σε HDMI 1.4 θηλυκό, μήκους 0,1 μέτρου. Συνδέε...
  • PROMAX PD-350, PD-351, PD-352

    PROMAX PD-350, PD-351, PD-352

    Η PROMAX, εκτός από επαγγελματικά πεδιόμετρα, παράγει μία ευρεία γκάμα ηλεκτρονικών στους τομείς διανομής σήματος, RFR, οπτικών και ηλεκτρολογικών προϊόντων. Η σειρά ψηφιακών πολυμέτρων PD-350, PD...
  • Amiko FTP/UTP

    Amiko FTP/UTP

    Η εταιρεία AstraSat ανακοινώνει νέα παραλαβή καλωδίων δικτύου της Amiko. Περιλαμβάνει τα καλώδια FTP CAT5, FTP CAT5 Outdoor (μαύρο), FTP CAT6 και UTP CAT5, τα οποία διατίθενται σε συσκευασία στροφ...
  • SONORA TERRA DIGITAL

    SONORA TERRA DIGITAL

    Η Sonora Terra Digital είναι μια κεραία με συμπαγή και μοντέρνο σχεδιασμό, κατάλληλη για χρήση σε εξωτερικούς χώρους, ώστε να απολαμβάνετε σταθερή σύνδεση και εικόνα υψηλής ποιότητας! Είναι κατάλλ...
  • TVIP S-Box v.705

    TVIP S-Box v.705

    Με τον νέο δέκτη IP TVIP S-Box v.705 μπορείτε εύκολα να απολαύσετε περιεχόμενο υψηλής ποιότητας στη μεγάλη οθόνη της τηλεόρασης. Ο δέκτης διατίθεται στην ελληνική αγορά από την εταιρεία Tronix και...
  • Prolink PF485A-0050 & PF485A-0150

    Prolink PF485A-0050 & PF485A-0150

    Η εταιρεία KAL Electronics ανακοινώνει την παραλαβή των νέων καλωδίων PF485A-0050 και PF485A-0150 της Prolink. Πρόκειται για υψηλής ποιότητας καλώδια USB Type-C σε USB-A version 3.0, με διαστάσεις...
  • Kathrein UFOpro Lite

    Kathrein UFOpro Lite

    Τα Νέα Ψηφιακά Compact Headend της Kathrein με την ονομασία UFOpro Lite είναι τα νέα οικονομικά, all in one Headend για εφαρμογές τηλεόρασης σε ξενοδοχεία, σκάφη, στάδια, συγκροτήματα κατοικιών κα...
  • FRITZ!Fon X6

    FRITZ!Fon X6

    Το νέο FRITZ!Fon X6 εντυπωσιάζει με τη μοντέρνα σχεδίασή του σε κομψή λευκή και μαύρη έκδοση, ενώ διαθέτει μεγάλη έγχρωμη οθόνη 2,4″ υψηλής αντίθεσης για τέλεια αναγνωσιμότητα. Ο χρήστης μπορεί να...
  • TP-Link EAP783

    TP-Link EAP783

    Η TP-Link ανακοινώνει την είσοδο ενός νέου access point στην οικογένεια συσκευών Omada. Πρόκειται για το EAP783, ένα BE19000 access point οροφής τριπλής μπάντας Wi-Fi 7, που χαρακτηρίζεται από υψη...
  • YouTube PROMAX Hellas

    YouTube PROMAX Hellas

    Η PROMAX έχει δημιουργήσει μία σειρά εκπαιδευτικών video για τα κορυφαία μοντέλα αναλυτών φάσματος RANGER Neo, HD RANGER και φυσικά για την ναυαρχίδα ATLaS NG. Στο YouTube κανάλι της PROMAX Hellas...

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

  • Ψηφιακή Τηλεόραση, τεύχος Δεκεμβρίου 2023

    Ψηφιακή Τηλεόραση, τεύχος Δεκεμβρίου 2023

    Το νέο τεύχος Δεκεμβρίου 2023 του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδικό «Security Report», που ηγείται στην αγορά των ηλεκτρονικών συστημάτων ασφαλείας. Τηλεχειρι...
  • Τηλεχειριστήρια αντικατάστασης

    Τηλεχειριστήρια αντικατάστασης

    Η συνεχής χρήση και οι ανεπιθύμητες πτώσεις των πάσης φύσης τηλεχειριστηρίων προκαλούν τη φυσική φθορά τους, που όπως είναι λογικό μειώνει τον κύκλο ζωής τους και κάποια στιγμή τα καθιστά μη λειτο...
  • Opticum T-Box

    Opticum T-Box

    Έναν επίγειο ψηφιακό δέκτη, που ξεχωρίζει από τα περισσότερα μοντέλα αυτής της κατηγορίας, δοκιμάσαμε για να παρουσιάσουμε στο τεύχος αυτού του μήνα. Πρόκειται για τον OpticumT-Box, έναν δέκτη συμ...