Лекции Федосеевой Н.В. космическая метеорология / Подспутниковая трасса1
.pdf
ПОДСПУТНИКОВАЯ ТРАССА И СПУТНИКА
КОНСТАНТИН
ЭДУАРДОВИЧ
ЦИОЛКОВСКИЙ
(1857-1935)
Ученый, писатель, учитель, и мистик, Константин Эдуардович Циолковский отец - основатель ракетостроения и космонавтики. Его формула Циолковского, опубликованная в 1903 году, установила точные отношения между массой ракеты и ракетным топливом, скоростью газа на выходе, и скоростью ракеты. Кроме того, он предсказал многие аспекты космических путешествий с поразительной точностью, описывая многие из деталей скафандров, орбитальных космических станций, использование солнечной энергии, жизни в условиях низкой гравитации, а также необходимость в многоступенчатых ракет, для достижения второй космической скорости. Он даже предсказал преимущества ракетного топлива из жидкого водорода и жидкого кислорода.
СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ КОРОЛЁВ(1906-1966)
До своей смерти в 1966 году, Сергей Павлович Королев был главным ракетным конструктором, ответственным за достижения Советского Союза в освоении космоса, в том числе запуске первого искусственного спутника Земли.
Он создавал и тестировал первые советские ракеты в 1930-х годах и позже возглавил строительство ракеты Восток, используемой для первого полета человека в космос, космонавта Юрия Гагарина в
1961 году.
Королѐву приписывают много технологических открытий, которые широко использовались в освоении космоса и военной обороне.
SPUTNIK-1
История изменилась 4 октября 1957 года, когда Советский Союз успешно запустил Спутник I. Первый в мире искусственный спутник размером примерно с пляжный мяч (58 см. В диаметре), весил всего 83,6 кг. и имел орбитальный период обращения вокруг Земли около 98 минут по своей эллиптической траектории. Этот запуск положил начало новым политическим и военным условиям, технологическим и научным разработкам. Хотя запуск спутника был единичным действием, он ознаменовал собой начало космической эры.
Для размещения спутника на стабильной орбите, гравитационного притяжения Земли и
атмосферное сопротивление должны быть преодолены.
Это достигается с помощью ракеты, которая несет в себе все собственное топливо и получает прямую тягу от обратной высылки из продуктов сгорания.
Уравнение ракеты (игнорируя гравитацию и трение):∆V=Uln(Mi/ Mf)
где
∆V = изменение скорости ракеты
U = скорость выхлопных газов по отношению к ракете Mi = начальная масса ракеты и топлива
Mf = конечная масса ракеты
Для спутника в LEO, ∆V ≈ 7 km/s, где U ≈ 2.4 km /s, обычно
∆M = 0.95 Mi, или топливо должно быть 95 % от первоначальной массы.
Если брать гравитацию в счѐт, увеличивается до 97%, так что только 3% от общей массы доступно ракете и полезной нагрузке спутника. Следовательно, отдельные ракеты можно пустить на орбиту при малых массах.
ЗАПУСК
Запуск спутника или космического аппарата состоит из периода активного полета, во время которого машина поднимается выше атмосферы Земли и ускоряется до орбитальной скорости ракеты или ракетой-носителем. Полет заканчивается с выгоранием последней ступени ракеты в это время машина начинает свой свободный полет. Во время свободного полета предполагаемый космический аппарат должен подвергаться только гравитационным притяжениям Земли. Если машина движется далеко от Земли, ее траектория может быть под воздействием гравитационного влияния Солнца, Луны или другой планеты
Наземная трасса это след на поверхности Земли непосредственно под самолетом или спутником. В случае спутника, это проекция орбиты спутника на поверхность Земли. Подспутниковую наземную трассу можно рассматривать как путь вдоль земной поверхности, который отслеживает движение воображаемой линии между спутником и центром Земли. Другими словами, наземная трасса - это множество точек, в которых спутник будет проходить прямо над нами, или пересекать зенит, в рамках проведения наземного наблюдения.
ПОДСПУТНИКОВАЯ ТОЧКА И ПОДСПУТНИКОВАЯ ТРАССА
Подспутниковая точка - это точка на поверхности Земли непосредственно между спутником и центром Земли Земная( подспутниковый) трасса - это путь подспутниковой точки на поверхности
Земли. Эфемеридой спутника является список его положений относительно времени, т.е., широту, долготу, высоту в зависимости от времени.
ПОДСПУТНИКОВАЯ ТРАССА ГЕОСТАЦИОНАРНОГО СПУТНИКА
Особый случай геосинхронной орбиты, это геостационарная орбита, которая имеет эксцентриситет равный нулю (это означает, орбита круговая) в неподвижной системе координат (что означает, что плоскость орбиты не наклонена относительно экватора Земли). Наземной трасса в этом случае состоит из одной точки на экваторе Земли, над которой спутник находится все время. Отметим, что спутник все еще вращается вокруг Земли – его кажущееся отсутствие движения объясняется тем, что Земля вращается вокруг своего центра масс с той же скоростью, что и спутник.
ПОДСПУТНИКОВАЯ ТРАССА ГЕОСИНХРОННОГО СПУТНИКА
Геосинхронным называется спутник , чей орбитальный период равен периоду вращения Земли. Орбитальная трасса такого спутника описывает «цифру восемь» над фиксированным местом на поверхности Земли, пересекая экватор дважды в сутки. Трасса будет смещаться в восточном направлении, когда спутник находится вблизи перигея и в западном направлении, когда спутник вблизи апогея