Skip to main content
TM24
SEC 176 COVER
satpraxis 2022
now 33 2022
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…

Η ΑΓΟΡΑ ΣΗΜΕΡΑ

Τα νέα της Mistral: Ενισχυτής κεραίας VeSat VS_VZ16
Όπως είχε γραφτεί στο προηγούμενο τεύχος, κάποια από τα προϊόντα VeSat που αφορούν ενισχυτές κεραίας και ενισχυτές κεντρικής κεραίας, από τώρα και στο εξής θα παράγονται στις εγκαταστάσεις της Mistr…
EDISION Talos 13dB / 15dB / 18dB
Οι τριπλές κεραίες EDISION Talos 13dB / 15dB / 18dB 5G 21-48 είναι για λήψη επίγειων ψηφιακών τηλεοπτικών καναλιών 21 έως και 48 UHF. Με τη διάταξη τριπλού κατευθυντήρα, παρέχουν αντίστοιχη απολαβή…
TP-Link Omada Network 6.2
Η TP-Link παρουσιάζει το Omada Network 6.2, μια σημαντική ενημέρωση που βελτιώνει την επιχειρησιακή αποδοτικότητα και την ευελιξία διαμόρφωσης. Αυτή η έκδοση επιτρέπει ανώτερη απόδοση δικτύου με λιγ…
Solray LED
Η εταιρεία KAL Electronics διαθέτει πλήρη γκάμα ηλιακών προβολέων της Solray. Πρόκειται για αυτόνομους ηλιακούς προβολείς LED με φωτοβολταϊκό panel και χειριστήριο σε ψυχρό λευκό φωτισμό. Είναι πλήρ…
Kathrein CAS 90ws
Η CAS 90ws είναι μια υψηλής ποιότητας δορυφορική κεραία της Kathrein με διάμετρο 90 εκατοστών. Κατασκευασμένη από αλουμίνιο με ηλεκτροστατική βαφή λευκού χρώματος, η κεραία συνδυάζει ένα συμπαγές φυ…
Ruijie-Reyee RG-RAP72
Σε έναν επαγγελματικό χώρο, ένα boutique hotel, ένα μικρό γραφείο ή μια σύγχρονη κατοικία, το Wi-Fi δεν πρέπει απλώς να υπάρχει. Πρέπει να λειτουργεί σταθερά, να καλύπτει σωστά τον χώρο και να ενσωμ…
Rexer X-POWER
Η EDISION ανακοινώνει νέες παραλαβές μπαταριών EXTRA POWER της Rexer. Πρόκειται για μπαταρίες αλκαλικές και λιθίου που σας παρέχουν σταθερή και αξιόπιστη φορητή ενέργεια, την οποία μπορείτε να εμπισ…
Kathrein KAZ 10
Το Kathrein KAZ 10 είναι ένα συμπαγές προστατευτικό υπερτάσεων, το οποίο έχει σχεδιαστεί για εγκαταστάσεις κεραιών. Παρέχει προστασία από υπερτάσεις 5 κατευθύνσεων (4x DVB-S/S2 & 1x DVB-T/T2/C)…
Σημάνσεις καλωδίων στο Β2Β της EDISION
Διαθέσιμα στο Β2Β της EDISION κλιπ σήμανσης για καλώδια με διάμετρο 5,6-7,4 mm. Αυτά τα κλιπ καλωδίων αποτρέπουν σφάλματα εφαρμογής και αυξάνουν την ασφάλεια κατά τη συντήρηση, την εγκατάσταση και τ…
TELEVES Keystone Jacks
Διαθέσιμη στο Β2Β της EDISION μεγάλη γκάμα Keystone Jack RJ45 της TELEVES. Πρόκειται για θηλυκά βύσματα 180° που είναι συμβατά με την τεχνολογία PoE / PoE+ / PoE++ (Power over Ethernet), επιτρέποντα…
Καμπάνια για τα επαγγελματικά πακέτα IKUHot / IKUGaF για ξενοδοχεία και Gap Fillers
Μία νέα καμπάνια από την IDComs βρίσκεται σε ισχύ για το διάστημα 1/5/26 έως 30/6/26, η οποία αφορά τα επαγγελματικά πακέτα IKUHot / IKUGaF για ξενοδοχεία και Gap Fillers, όπου περιλαμβάνεται το HTI…
Τα νέα της Mistral: Παραγωγή διακλαδωτήρων και ενισχυτών κεραίας VeSat
Κάποια από τα προϊόντα VeSat που αφορούν ενισχυτές κεραίας και ενισχυτές κεντρικής κεραίας από τώρα και στο εξής θα παράγονται στις εγκαταστάσεις της Mistral στον Γέρακα Αττικής. Για να γίνει αυτό…

ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΤΕΥΧΟΣ

Ψηφιακή Τηλεόραση, Ιούλιος 2026
Το νέο τεύχος Ιουλίου 2026 του περιοδικού «Ψηφιακή Τηλεόραση» κυκλοφορεί πάντα μαζί με το περιοδικό «Security Report», που ηγείται στην αγορά των ηλεκτρονικών συστημάτων ασφαλείας. Θέματα τεύχους…
FIFA World Cup 2026
Η ώρα για τη μεγαλύτερη ποδοσφαιρική γιορτή του κόσμου, που κάθε 4 χρόνια περιμένουν με ανυπομονησία οι φίλαθλοι σε κάθε γωνιά του πλανήτη, έφτασε! Το 23ο Παγκόσμιο Κύπελλο Ποδοσφαίρου ξεκίνησε στις…
Sat & Zap, Ιούλιος 2026
Λίγα τα αξιόλογα ελεύθερα δορυφορικά κανάλια του μήνα. Για τους Έλληνες του εξωτερικού, το ERT Cosmos που αντικατέστησε το ERT World διαθέτει πλέον και αγγλικό υποτιτλισμό. 0 Sifir TV Turksat 4A…
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.