Aloita vapaapudotuksesta
Vapaapudotus tarkoittaa liikettä painovoiman vaikutuksesta ilman tukipintaa, joka pitäisi sinut ylhäällä. Ihanteellisella kiertoradalla oleva satelliitti putoaa koko ajan. Sen sivuttaisliike kuljettaa sitä niin kauas, että Maan kaareva pinta loittonee sen radan alapuolelle. Tämä kuvaus on fyysinen selitys, ei väite siitä, että painovoima katoaisi korkealla.
Hyödyllinen ajatuskoe on heittää palloa yhä nopeammin hyvin korkealta vuorelta. Vertauskuva jättää ilmakehän huomiotta ja olettaa yksinkertaistetun Maan. Sen tarkoitus on näyttää, miten sivuttaisnopeus muuttaa putoavan kappaleen rataa. Todellisissa laukaisuissa on myös hallittava ilmanvastusta, rakenteellisia rajoja ja sitä tosiasiaa, ettei tällaista vuorta ole olemassa.
Avaruusaluksen massa ei määritä sen ihanteellista kiertoaikaa Maan ympärillä. Tietyssä paikassa ja nopeudessa pieni satelliitti ja suuri satelliitti seuraavat samaa gravitaatiorataa, kun muut voimat jätetään huomiotta. Niiden vaste ilmanvastukseen tai propulsioon voi kuitenkin olla hyvin erilainen.
Mitä kiertoradan kuvaus kertoo
Korkeus
Korkeus vertailupinnasta. Elliptisellä kiertoradalla korkeus muuttuu jatkuvasti; insinöörit erottavat alimman pisteen, perigeumin, korkeimmasta, apogeumista.
Kaltevuus
Kulma kiertoradan tason ja Maan päiväntasaajan tason välillä. Se auttaa määrittämään, minkä leveyspiirien yli avaruusalus voi kulkea.
Jakso
Aika, joka kuluu yhteen kierrokseen. Ihanteellisella ympyrämäisellä Maan kiertoradalla suurempi kiertosäde tarkoittaa pidempää jaksoa ja pienempää kiertonopeutta.
Nämä parametrit liittyvät toisiinsa. Et voi vaatia mitä tahansa korkeutta, nopeutta ja jaksoa itsenäisesti. Niiden on kuvattava fyysisesti mahdollista rataa. Käytännön ennusteissa otetaan huomioon myös Maan epätasainen painovoimakenttä, ilmakehän vaikutukset ja muiden taivaankappaleiden vaikutus.
Valitse näkymä, laske sitten kustannukset
Matala Maan kiertorata sopii yksityiskohtaisiin havaintoihin, koska anturi on suhteellisen lähellä maanpintaa. Kompromissi liittyy liikkeeseen: avaruusalus kulkee paikan ohi eikä leiju sen yläpuolella. Maayhteydet ovat rajallisia, ja Maa pyörii peräkkäisten ratojen alla. Tehtävän on suunniteltava, milloin se voi kerätä dataa ja milloin se voi lähettää datan kotiin.
Geostationaarinen satelliitti kulkee ympyräradalla päiväntasaajan tasolla Maan pyörimissuuntaan, ja sen jakso vastaa Maan siderista pyörimisaikaa. Maanpinnan havaitsijalle se näyttää taivaalla lähes paikallaan pysyvältä. Tämä on arvokasta jatkuvassa alueellisessa viestinnässä ja säähavainnoinnissa. Se ei ole napojen yläpuolella, ja sen suuri etäisyys asettaa erilaisia vaatimuksia antennille, resoluutiolle ja signaalin viiveelle.
Aurinkosynkroninen rata käyttää huolellisesti valittua kaltevuutta ja korkeutta, jotta radan taso kiertyy hyödyllisellä nopeudella. Monet maanhavainnointitehtävät käyttävät tätä pitääkseen paikallisen auringonajan lähes samana ohituksen aikana. Se ei tarkoita, että satelliitti pysyy yhden paikan yläpuolella tai saa keskeytymätöntä auringonvaloa.
Toistoaika ei ole hyödyllisen kuvan aika
Oletetaan, että kasvillisuustehtävämme palaa samaan havaintogeometriaan säännöllisesti. Pelkkä aikataulu ei vielä takaa selkeää kuvaa. Pilvipeite, laitteiden saatavuus, havaintokulma ja maanpäällisen käsittelyn viiveet vaikuttavat kaikki siihen, milloin käyttökelpoinen tuote saapuu.
Uudelleenhavaintoa voidaan parantaa leveämmällä anturin kuvauskaistalla, useilla satelliiteilla tai kallistetulla katselulla, eli katsomalla muualle kuin suoraan alas. Jokainen ratkaisu muuttaa jotain muuta. Leveämpi kuvauskaista voi vaikeuttaa optiikkaa; lisäsatelliitit lisäävät operointityötä; vinot katselukulmat muuttavat kuvan geometriaa ja voivat vaikuttaa mittauksen laatuun.
Esimerkki: nosta rataa ilman ”ajamista ylöspäin”
Yksinkertaistetulla ympyräradalla lyhyt eteenpäin suuntautuva työntö kasvattaa nopeutta siinä kohdassa ja luo elliptisen radan, jonka vastakkainen puoli on korkeampi. Toinen oikein ajoitettu poltto voi tehdä uudesta radasta pyöreän. Todellisessa tehtävän suunnittelussa on otettava huomioon propulsion rajoitukset, törmäysriski ja navigoinnin epävarmuus. Tämä on selitys, ei ohjeita manööverien tekemiseen.
Kiertoradoilla tarvitaan käyttöiän lopun suunnitelma
Ylempi ilmakehä on äärimmäisen ohut, mutta sen ilmanvastus voi silti vaikuttaa. Ilmanvastus poistaa radan energiaa ja laskee yleensä rataa ajan myötä. Auringon aktiivisuus muuttaa ilmakehän tiheyttä, joten laskeutumisen ennustaminen ei ole pelkkää nykyisen korkeuden lukemista.
Radan operaattorit ottavat huomioon myös lähestymiset eli ennustetut läheiset ohitukset kohteiden välillä. Seurantaarvioihin liittyy epävarmuutta, joten lähestymishälytys ei ole varma törmäysennuste. Päätöksissä yhdistetään arvioitu riski, manööverikyky, tehtävän vaikutukset ja yhteistyö muiden operaattoreiden kanssa.
Käytöstäpoistosuunnittelu kuuluu suunnittelun alkuun. Tehtävä voi varata polttoainetta hallittua paluuta varten, laskea rataansa lyhentääkseen jäljellä olevaa elinikää tai noudattaa muuta käytöstäpoistotapaa, joka sopii sen toiminta-alueelle. Sovellettavat vaatimukset riippuvat tehtävästä ja lupakontekstista; ei ole olemassa yhtä sääntöä, joka tekisi jokaisesta kiertoradasta kestävän.
Järjestelmäyhteys: kiertoradasi vaikuttaa auringonvaloon, akun tarpeeseen, viestintäikkunoihin, instrumenttien geometriaan ja käytöstäpoistoon. Se on koko tehtävää koskeva valinta, ei vain kartan viiva.
Jatka ketjua
Koska avaruusalus kulkee ennustettavien tilaisuuksien kautta, kysy, miten se vaihtaa tietoa näiden tilaisuuksien aikana.
Seuraa radiolinkkiä