На какой высоте летают спутники

Касательные скорости на высоте

На нижней оси указаны орбитальные скорости некоторых орбит.

История

Первый спутник GOES, GOES-1, был запущен в октябре 1975 года. За ним последовали еще два, с разницей в две минуты с разницей в год, 16 июня 1977 и 1978 годов соответственно. До спутников GOES были запущены два синхронных метеорологических спутника (SMS); SMS-1 в мае 1974 г. и SMS-2 в феврале 1975 г. Спутники, полученные с помощью SMS, представляли собой космические аппараты со стабилизацией вращения, которые обеспечивали получение изображений с помощью радиометра спинового сканирования в видимой и инфракрасной области спектра (VISSR). Первые три спутника GOES использовали автобус Philco-Ford, разработанный для более раннего поколения синхронных метеорологических спутников (SMS).

После трех космических аппаратов SMS GOES у компании Hughes было закуплено пять спутников , которые стали спутниками GOES первого поколения. Четыре из них достигли орбиты, при этом GOES-G был потерян в результате неудачного запуска.

Спутник GOES первого поколения

Следующие пять спутников GOES были построены Space Systems / Loral по контракту с НАСА. Тепловизор и эхолот были произведены ITT Aerospace / Communication Division. GOES-8 и -9 были спроектированы для работы в течение трех лет, в то время как -10, -11 и -12 рассчитаны на срок службы пять лет. GOES-11 и -12 были спущены на воду с достаточным запасом топлива на десять лет эксплуатации в случае, если они переживут свой ожидаемый срок службы.

Контракт на разработку четырех спутников GOES третьего поколения был присужден Hughes Corporation , запуск спутников на ракетах Delta III запланирован в период с 2002 по 2010 год. После слияния с Hughes, Boeing взял на себя контракты на разработку, а запуски были перенесены в Delta. IV , после выхода на пенсию Delta III. Контракт на четвертый спутник, GOES-Q, был позже аннулирован, и этот спутник будет завершен только в том случае, если другой спутник третьего поколения будет потерян в результате неудачного запуска или выйдет из строя вскоре после запуска. Первый спутник третьего поколения, GOES-13, был запущен в мае 2006 года и первоначально служил резервным на орбите. Однако в апреле 2010 года GOES-12 был переведен в зону покрытия Южной Америки, а GOES-13 был переведен на роль GOES-East. Ожидаемый срок службы спутников третьего поколения — семь лет, но они будут нести излишки топлива, чтобы они могли работать дольше, если это возможно, как и в случае со спутниками последнего двухсекундного поколения.

Спутники четвертого поколения, серия GOES-R, строятся компанией Lockheed Martin с использованием спутниковой шины A2100 . Серия GOES-R представляет собой программу из четырех спутников (GOES-R, -S, -T и -U), которая продлит доступность действующей спутниковой системы GOES до 2036 года. Первый спутник серии, одноименный GOES- R был запущен 19 ноября 2016 года. После выхода на орбиту он был переименован в GOES-16 . Второй спутник серии, одноименный GOES-S, был запущен 1 марта 2018 года. После выхода на орбиту он был переименован в GOES-17 .

Кто определяет идеальную высоту?

Помимо того, что высота полета во многом определяется возможностями конкретной модели самолета, крейсерская высота для конкретного места задается такими факторами, как занятость воздушного коридора и погодные условия. Эти условия заблаговременно определяются диспетчерами.

Однако когда самолет набирает высоту и выходит в горизонтальный полет, ситуация может измениться. Если погода резко меняется или на пути следования судна встает грозовой фронт, пилот должен сообщить диспетчеру о смене условий. Также при возникновении технических неполадок и других непредвиденных ситуаций пилот также может менять уровень движения, руководствуясь безопасностью пассажиров.

Таким образом, идеальная высота следования определяется авиаконструкторами, диспетчером и пилотом.

Понятие идеальной высоты

Многие считают, что самолеты летают на высоте в 10 тысяч метров. Но на самом деле это не так. Крупные пассажирские лайнеры ходят в коридоре от 9 до 12 тысяч. Все зависит от модели самолета — у каждой есть своя “идеальная” высота, на которой он расходует минимальное количество топлива и испытывает совсем небольшое сопротивление.

Большинство пассажирских самолетов-лайнеров летят на высоте 9-12 километров

Пилоты выбирают эффективную высоту именно исходя из технических особенностей своего воздушного судна, подбирая золотую середину между скоростью и расходом топлива. Кстати, больше всего керосина расходуется, когда самолет поднимается на высоту: именно поэтому подъем происходит максимально плавно, но быстро. После того как судно выходит на рекомендованные диспетчером значения, в салоне отключается лампочка ремня безопасности — теперь его можно расстегнуть.

На какую высоту поднимаются самолеты?

Вид из окна самолета 10 км высоты – это средний показатель. Как правило, речь идет о диапазоне в рамках 9-12 километров, где прокладываются курсы самолетов, которые перевозят пассажиров. Причем выбирает высоту не пилот. Вопрос решается диспетчером, именно он производит расчет высоты для каждого отдельно взятого рейса. Пилот же обязан слушать все руководства диспетчера и в точности выполнять их. В противном случае возникает риск столкновения с другими бортами – такое крайне редко, но случается.Интересный факт: самолеты могут подниматься на высоту более 37 километров. Но речь идет не о гражданских бортах, а об истребителях-перехватчиках. У них совершенно другие технические показатели.

Заявление [ править ]

По состоянию на октябрь 2018 года насчитывалось около 446 активных геосинхронных спутников, некоторые из которых не работают.

Геостационарный спутник находится на орбите вокруг Земли на высоте, на которой он вращается с той же скоростью, что и Земля. Наблюдатель в любом месте, где виден спутник, всегда будет видеть его в одном и том же месте на небе, в отличие от звезд и планет, которые постоянно движутся.

Геостационарные спутники, по-видимому, закреплены в одной точке над экватором. Приемные и передающие антенны на Земле не нуждаются в отслеживании такого спутника. Эти антенны можно закрепить на месте, и они намного дешевле, чем антенны слежения. Эти спутники произвели революцию в глобальной связи , телевещании и прогнозировании погоды и имеют ряд важных оборонных и разведывательных приложений.

Преимущества геостационарных спутников:

• Получите данные с высоким временным разрешением.
• Упрощается слежение за спутником его земными станциями.
• Спутник всегда в одном и том же положении.

Недостатком геостационарных спутников является неполное географическое покрытие, поскольку наземные станции, расположенные выше примерно 60 градусов широты, испытывают трудности с надежным приемом сигналов на малых высотах. Спутниковые антенны в таких высоких широтах нужно было бы направлять почти прямо на горизонт. Сигналы должны проходить через большую часть атмосферы и даже могут быть заблокированы рельефом местности, растительностью или зданиями. В СССР было разработано практическое решение этой проблемы с созданием специальных спутниковых сетей с наклонной трассой и эллиптическими орбитами « Молния» / « Орбита» . Подобные эллиптические орбиты используются для Радио Сириус. спутники.

Высота геостационарной орбиты

Спутник на данном поле держится на определенном расстоянии от Земли, не приближаясь и не удаляясь. Он всегда находится над какой-либо точкой экватора. Исходя из данных особенностей следует вывод, что силы гравитации и центробежная сила уравновешивают друг друга. Высота геостационарной орбиты рассчитывается методами, в основе которых лежит классическая механика. При этом учитывается соответствие гравитационных и центробежных сил. Значение первой величины определяется с помощью закона всемирного тяготения Ньютона. Показатель центробежной силы рассчитывается путем произведения массы спутника на центростремительное ускорение. Итогом равенства гравитационной и инертной массы является заключение о том, что высота орбиты не зависит от массы спутника. Поэтому геостационарная орбита определяется только высотой, при которой центробежная сила равна по модулю и противоположна по направлению гравитационной силе, создающейся притяжением Земли на данной высоте.

Из формулы расчета центростремительного ускорения можно найти угловую скорость. Радиус геостационарной орбиты определяется также по этой формуле либо путем деления геоцентрической гравитационной постоянной на угловую скорость в квадрате. Он составляет 42164 километра. Учитывая экваториальный радиус Земли, получаем высоту, равную 35786 километрам.

Вычисления можно провести другим путем, основываясь на утверждении, что высота орбиты, представляющая собой удаление от центра Земли, с угловой скоростью спутника, совпадающей с движением вращения планеты, рождает линейную скорость, которая равна первой космической на данной высоте.

Рекорды высоты, достигаемые пассажирскими самолетами

Несмотря на то что высотные самолеты теоретически могут достигать больше 13 000 метров над землей, крейсерская высота пассажирских лайнеров практически никогда не превышает 12 000 метров. Это наиболее комфортный вариант для экипажа, пилота, пассажиров и самой техники: так она расходует наименьшее количество топлива и не подвергается преждевременному износу.

Ту-144

Однако авиастроение пыталось однажды «прыгнуть выше головы», выпустив сверхзвуковые пассажирские судна, способные побить рекорд высоты самолета гражданского назначения. Это были российский Ту-144 и французский Concorde. Они способны были перемещаться на уровне около 18 000 метров, а предельный показатель достигал 20 000 метров. Такие самолеты позволяли вдвое сократить время привычных воздушных маршрутов.

Concorde

Однако эти машины были сняты с эксплуатации по ряду причин. Во-первых, они были сложны и дорого обходились в плане технического обслуживания. Во-вторых, в ходе использования этих машин случались инциденты, повлекшие за собой гибель многих людей. В связи с этим самолеты были признаны ненадежными и выведены из использования.

История [ править ]

Эта концепция была впервые предложена Германом Поточником в 1928 году и популяризирована писателем-фантастом Артуром Кларком в статье в Wireless World в 1945 году. Работая до появления твердотельной электроники, Кларк представлял себе трио больших , пилотируемые космические станции расположены в треугольнике вокруг планеты. Современные спутники многочисленны, не имеют экипажа и часто не больше автомобиля.

Широко известный как «отец геосинхронного спутника» Гарольд Розен , инженер компании Hughes Aircraft Company, изобрел первый действующий геосинхронный спутник Syncom 2 . Он был запущен ракетой- носителем Delta B с мыса Канаверал 26 июля 1963 года.

Первым геостационарным спутником связи был Syncom 3 , запущенный 19 августа 1964 года ракетой-носителем Delta D с мыса Канаверал. Спутник, находящийся на орбите примерно над международной линией перемены дат , использовался для телетрансляции летних Олимпийских игр 1964 года в Токио в США.

Westar 1 был первым в Америке коммерческим геостационарным спутником связи, запущенным Western Union и НАСА 13 апреля 1974 года.

Орбитальная скорость и высота

Ракета должна набрать скорость в 40 320 километров в час, чтобы полностью сбежать от земной гравитации и улететь в космос. Космическая скорость куда больше, чем нужно спутнику на орбите. Они не избегают земной гравитации, а находятся в состоянии баланса. Орбитальная скорость — это скорость, необходимая для поддержания баланса между гравитационным притяжением и инерциальным движением спутника. Это примерно 27 359 километров в час на высоте 242 километра. Без гравитации инерция унесла бы спутник в космос. Даже с гравитацией, если спутник будет двигаться слишком быстро, его унесет в космос. Если спутник будет двигаться слишком медленно, гравитация притянет его обратно к Земле.

Орбитальная скорость спутника зависит от его высоты над Землей. Чем ближе к Земле, тем быстрее скорость. На высоте в 200 километров орбитальная скорость составляет 27 400 километров в час. Для поддержания орбиты на высоте 35 786 километров спутник должен обращаться со скорость 11 300 километров в час. Эта орбитальная скорость позволяет спутнику делать один облет в 24 часа. Поскольку Земля также вращается 24 часа, спутник на высоте в 35 786 километров находится в фиксированной позиции относительно поверхности Земли. Эта позиция называется геостационарной. Геостационарная орбита идеально подходит для метеорологических спутников и спутников связи.

В целом, чем выше орбита, тем дольше спутник может оставаться на ней. На низкой высоте спутник находится в земной атмосфере, которая создает сопротивление. На большой высоте нет практически никакого сопротивления, и спутник, как луна, может находиться на орбите веками.

Цель

Схема ретрансляции данных GOES.

Спроектированный для работы на геостационарной орбите на высоте 35 790 километров (22 240 миль) над Землей, космический корабль GOES непрерывно обозревает континентальную часть США , Тихий и Атлантический океаны, Центральную Америку , Южную Америку и юг Канады. Трехосная конструкция, стабилизированная телом, позволяет датчикам «пристально смотреть» на Землю и, таким образом, чаще отображать облака, контролировать температуру поверхности Земли и поля водяного пара , а также измерять вертикальные тепловые и паровые структуры атмосферы. Можно отслеживать эволюцию атмосферных явлений , обеспечивая освещение в реальном времени таких метеорологических явлений, как сильные местные штормы и тропические циклоны

Важность этой способности была доказана во время ураганов Хьюго (1989) и Эндрю (1992).

Космические аппараты GOES также улучшают эксплуатационные услуги и улучшают поддержку исследований в области атмосферных наук, численных моделей прогнозирования погоды , а также проектирования и разработки датчиков окружающей среды.

Спутниковые данные передаются в L-диапазоне и принимаются наземной станцией управления и сбора данных NOAA на острове Уоллопс, штат Вирджиния, откуда они распространяются среди пользователей. Кроме того, любой может получать данные прямо со спутников, используя небольшую тарелку и обрабатывая данные с помощью специального программного обеспечения.

Спутники GOES управляются из Центра управления операциями спутников в Сьютленде, штат Мэриленд. Во время значительных погодных условий или других событий обычное расписание может быть изменено, чтобы обеспечить покрытие, требуемое NWS и другими агентствами.

Космическая погода — март 2012 г.

GOES-12 и выше также предоставили платформу для солнечного рентгеновского тепловизора (SXI) и инструментов мониторинга космической среды (SEM).

SXI обеспечивает высокочастотный мониторинг крупномасштабных солнечных структур для поддержки миссии Центра космических услуг (SESC). Однако блок SXI на GOES-13 был поврежден солнечной вспышкой в ​​2006 году. SESC, как национальная служба «космической погоды», принимает, отслеживает и интерпретирует широкий спектр солнечно-земных данных. Он также выпускает отчеты, предупреждения и прогнозы для особых событий, таких как солнечные вспышки или геомагнитные бури. Эта информация важна для работы военных и гражданских систем радиоволн, спутниковой связи и навигации. Информация также важна для электрических сетей, миссий геофизиков, космонавтов космической станции, высотных авиаторов и научных исследователей.

SEM измеряет влияние Солнца на околоземную солнечно-земную электромагнитную среду, предоставляя данные в реальном времени в SESC.

Небесные дороги: могут ли столкнуться самолеты, идущие по одному маршруту

Многих людей интересует вопрос о том, могут ли столкнуться два лайнера, использующие одинаковый маршрут. Чтобы ответить на него, необходимо рассмотреть правила гражданской авиации. Согласно им, все лайнеры, летящие на восток, должны подниматься на девять или одиннадцать тысяч метров над землей. Авиалайнеры, летящие на запад, летят на десяти или двенадцати тысячах метров над землей. Соблюдение этих правил минимизирует риск столкновения.

Помимо этого, специалисты диспетчерской службы постоянно корректируют курс движения каждого судна. При угрозе столкновения диспетчер требует от пилота изменения курса. Система воздушных коридоров позволяет снизить риск столкновения самолетов, летящих навстречу друг другу практически до нуля.

Каждый самолет имеет свой эффективный коридор, где достигается лучшее соотношение сопротивления воздуха и сжигания авиакеросина

Снижение орбиты

Орбита спутника вокруг Земли нестабильна. Он подвергается воздействию сил, которые постепенно его видоизменяют. В частности, на низкой околоземной орбите остаточная атмосфера, хотя и очень тонкая, действует на космический аппарат, создавая аэродинамическую силу, состоящую из двух компонентов: подъемной силы , перпендикулярной вектору скорости, величиной которой можно пренебречь до тех пор, пока плотные слои достигаются атмосфера (на высоте около 200 км и ниже) и сопротивление, которое снижает скорость и, таким образом, вызывает уменьшение высоты. Значение сопротивления увеличивается, когда высота уменьшается, потому что атмосфера становится более плотной. Когда солнечная активность более интенсивна, плотность атмосферы на большой высоте увеличивается, что увеличивает сопротивление. Наконец, сопротивление также зависит от баллистического коэффициента космического корабля, то есть от соотношения между его поперечным сечением в направлении смещения и его массой. Из-за этой силы космический корабль, летящий на высоте 200 километров, будет оставаться на орбите всего несколько дней, прежде чем проникнет в толстые слои атмосферы и будет уничтожен (или приземлится, если он был спроектирован так, чтобы выдерживать высокие температуры). Если он путешествует на высоте 1500 километров, это событие произойдет только примерно через 10 000 лет (см. Таблицу).

Когда высота спутника заставляет его проникать в более плотные слои атмосферы, тепло, создаваемое сопротивлением из-за его скорости порядка 8 км / с, достигает нескольких тысяч градусов. Если космический корабль не был спроектирован так, чтобы выдержать вход в атмосферу, он сгорит, разлетевшись на несколько частей, некоторые из которых могут достичь земли. Из — за сопротивлением атмосферы, то низкая высота над Землей , при которой объект в круговой орбите может сделать , по меньшей мере , один полный оборот без толчка составляет около 150  км , а самый низкий перигей из эллиптической орбиты составляет около 90  км .

Высота орбиты и полета спутников

Движение аппаратов осуществляется по заданной орбите. Высота полета спутников зависит, как уже отмечалось, от назначения агрегата и траектории, которая была ему задана. На практике используется несколько разновидностей орбит:

околоземная (низкая) орбита – расположение в этом случае является максимально приближенным и составляет 300-500 км над уровнем моря (именно на такой дистанции летали первые устройства, зондировавшие земную поверхность и атмосферный слой);
полярная орбита находится в области полярных земных полюсов и имеет угол наклона почти в 90 градусов;
геостационарная – высота орбиты спутников в этом случае составляет минимум 35 000 км, расположение – экваториальная плоскость, есть всего две устойчивые точки, поэтому она является наиболее дорогой и важной;
сильноэллиптическая орбита с контуром в виде эллипса, высота полета спутников по ней меняется, в зависимости от точки траектории, имеет большой размер, используется для исследований и обеспечения связи;
круглая (высота является постоянной практически в любой промежуток времени), она применима в системах глобального позиционирования.

Движение искусственного спутника Земли по геостационарной орбите

Так, выбор орбиты и ее точной высоты зависит от поставленной цели и определяется индивидуально.

На какой высоте летают истребители?

Крейсерская высота конкретного истребителя зависит не столько от его характеристик, сколько от поставленной военной задачи. Набор высоты происходит аналогично гражданским самолетам: эшелон перехода определяется согласно отправной точке, а затем меняется при пересечении границ воздушного пространства, чтобы избежать столкновения с другими судами в одном эшелоне.

Уровень полета истребителя зависит от его поколения. Сверхзвуковые воздушные судна, к которым относятся практически все современные истребители, обычно следуют на высоте 18–20 км. Однако высота полета может меняться, в зависимости от возможностей самолета. Например, в 1977 году был установлен мировой рекорд высоты, покоренной истребителем: Александр Федотов на МиГ-25 достиг отметки в 37650 метров.

Высота орбиты и полета спутников

Движение аппаратов осуществляется по заданной орбите. Высота полета спутников зависит, как уже отмечалось, от назначения агрегата и траектории, которая была ему задана. На практике используется несколько разновидностей орбит:

околоземная (низкая) орбита – расположение в этом случае является максимально приближенным и составляет 300-500 км над уровнем моря (именно на такой дистанции летали первые устройства, зондировавшие земную поверхность и атмосферный слой);
полярная орбита находится в области полярных земных полюсов и имеет угол наклона почти в 90 градусов;
геостационарная – высота орбиты спутников в этом случае составляет минимум 35 000 км, расположение – экваториальная плоскость, есть всего две устойчивые точки, поэтому она является наиболее дорогой и важной;
сильноэллиптическая орбита с контуром в виде эллипса, высота полета спутников по ней меняется, в зависимости от точки траектории, имеет большой размер, используется для исследований и обеспечения связи;
круглая (высота является постоянной практически в любой промежуток времени), она применима в системах глобального позиционирования.

Движение искусственного спутника Земли по геостационарной орбите

Так, выбор орбиты и ее точной высоты зависит от поставленной цели и определяется индивидуально.

Определение

Термин « геосинхронный» относится к периоду обращения спутника, который позволяет ему соответствовать вращению Земли («гео-»). Наряду с этим требованием орбитального периода, чтобы спутник также был геостационарным , он должен быть помещен на орбиту, которая помещает его в непосредственной близости от экватора. Эти два требования заставляют спутник появляться в неизменной зоне видимости при наблюдении с поверхности Земли, обеспечивая непрерывную работу из одной точки на земле. Частный случай геостационарной орбиты — наиболее распространенный тип орбиты для спутников связи.

Если орбита геосинхронного спутника не совсем выровнена с экватором Земли , орбита называется наклонной . Он будет казаться (при просмотре кем-то на земле) ежедневно колебаться вокруг фиксированной точки. По мере уменьшения угла между орбитой и экватором величина этого колебания становится меньше; когда орбита полностью проходит над экватором по круговой орбите, спутник остается неподвижным относительно поверхности Земли — он считается геостационарным .