Сонячно-синхронна орбіта

Сонячно-синхронна орбіта (іноді іменована геліосінхронной [1]) - геоцентрична орбіта з такими параметрами, що об'єкт, що знаходиться на ній, проходить над будь-якою точкою земної поверхні приблизно в один і той же місцевий сонячний час. Таким чином, кут освітлення земної поверхні буде приблизно однаковим на всіх проходах супутника. Такі постійні умови освітлення дуже добре підходять для супутників, які отримують зображення земної поверхні (в тому числі супутників дистанційного зондування землі. Метеосупутників). Однак присутні річні коливання сонячного часу. викликані еліптичності земної орбіти (див. Сонячна доба).

Наприклад, супутник LandSat-7. що знаходиться на сонячно-синхронній орбіті, може перетинати екватор п'ятнадцять разів на добу, кожен раз о 10:00 за місцевим часом.

Для досягнення подібних характеристик параметри орбіти вибираються таким чином, щоб орбіта прецессировать в східному напрямку на 360 градусів в рік (приблизно на 1 градус в день), компенсуючи обертання Землі навколо Сонця. Прецессия відбувається за рахунок взаємодії супутника із Землею, несферичність через полярного стиснення. Швидкість прецесії залежить від способу орбіти. Потрібної швидкості прецесії можна досягти лише для певного діапазону висот орбіт (як правило, вибираються значення 600-800 км, з періодами 96-100 хв.), Необхідне спосіб для згаданого діапазону висот близько 98 °. Для орбіт з великими висотами потрібні досить великі значення способу, через що в зону відвідувань супутника перестають потрапляти полярні області.

Даний тип орбіт може мати різні варіації. Наприклад, можливі сонячно-синхронні орбіти з великим ексцентриситетом. У цьому випадку сонячний час проходу буде зафіксовано тільки для однієї точки орбіти (як правило, перигею).

Період обертання вибирається відповідно до необхідного періодом повторних проходів над однією і тією ж точкою поверхні. Хоча супутник на круговій сонячно-синхронній орбіті перетинає екватор в один і той же місцевий час, це відбувається в різних точках екватора (на різній довготі) через те, що Земля обертається на деякий кут між проходами супутника. Припустимо, період обертання становить 96 хв. Це значення остачі ділить сонячні добу на п'ятнадцять. Таким чином, за добу супутник пройде над п'ятнадцятьма різними точками екватора на денній стороні орбіти (і ще над п'ятнадцятьма - на нічний). через добу повернувшись до першої точки. Підбором більш складних (нецілих) відносин, число відвідуваних точок може бути збільшено за рахунок збільшення періоду відвідин однієї і тієї ж точки.

Спеціальним випадком сонячно-синхронній орбіти є орбіта, на якій відвідування екватора відбувається в полудень / опівночі, а також орбіта, що лежить в площині термінатора. тобто в смузі заходів і сходів. Останній варіант не має сенсу для супутників, які здійснюють оптичну фотозйомку, але вдалий для радарних супутників, так як забезпечує відсутність ділянок орбіти, на яких супутник потрапляє в тінь Землі. Таким чином, на такій орбіті сонячні батареї супутника постійно висвітлюються Сонцем.

Деякі супутники, які використовують сонячно-синхронні орбіти

Для сонячно-синхронній орбіти прецесія повинна відбуватися в напрямку, протилежному обертанню Землі. Гарне наближення дає наступна формула:

ω p> - кутова швидкість прецесії (рад / с), a - екваторіальний радіус Землі (6 378 137 м), r - радіус орбіти супутника, ω - кутова частота (2 π радіан, поділене на період), i - нахил орбіти. J 2> - другий динамічний фактор форми Землі (1,08 · 10 -3).

Остання величина виражається через полярне стиснення наступним чином:

ε E> - полярне стиснення Землі, ω E> - кутова швидкість обертання Землі (7,292115 · 10 -5 рад / с), GME> - твір універсальної гравітаційної постійної і маси Землі (3,986004418 · 10 14 м³ / с?) .