Выбор орбит для дистанционного зондирования

Орбита КЛА для дистанционного исследования Земли должна удовлетворять следующим условиям:

· обеспечение одинаковой разрешающей способности и размеров участков исследуемых географических областей;

· достижение возможно большего обзора земной поверхности;

· незначительные слабые изменения солнечной освещенности по трассе;

· получение изображения всей земной поверхности за минимально возможное время.

Для выполнения первого условия орбита должна быть круговой. В этом случае, если пренебречь отклонениями формы геоида от идеальной сферы, высоту КА над поверхностью Земли можно считать практически постоянной. Второе условие можно выполнить на квазиполярной орбите, то есть орбите, плоскость которой составляет с плоскостью экватора угол, близкий к 90°.

Обеспечение минимальных различий в освещенности по трассе КА возможно только при солнечно-синхронной орбите аппарата. При такой орбите положение Солнца по отношению к плоскости орбиты мало меняется со временем, что обусловлено лишь сравнительно небольшими сезонными колебаниями и влиянием отклонения формы Земли от сферической. Важнейшей особенностью этой орбиты является то, что при прохождении КА над произвольной точкой Земли местное солнечное время всегда одно и то же и его конкретное значение зависит только от времени вывода КА на орбиту.

Плоскость солнечно-синхронных орбит прецессирует на восток с той же угловой скоростью, с какой Земля обращается вокруг Солнца, то есть в среднем 0,986° в сутки.

Период солнечно-синхронной орбиты рассчитывают по формуле

T_¤ , (1.40)

где d₀ = 1,0027379093 – коэффициент перехода от средних звездных к средним солнечным суткам; N – целое число, называемое порядком орбиты, 7 £ N £ 16; T_T = 365,2422 сут = 31556925,9747 с – длительность тропического года.

Наклонение солнечно-синхронной орбиты

. (1.41)

С помощью формулы (1.39) можно рассчитать необходимое наклонение J, которое всегда должно быть больше 90°, чтобы соблюдалась эта прецессия. Расчеты показывают, что предельная высота H, при которой еще могут существовать солнечно-синхронные орбиты, равна приблизительно 6000 км.

Для современных космических съемок большое значение имеет возможность прохождения КА по одним и тем же трассам через определенный промежуток времени. Этой возможностью обладают кратные геосинхронные орбиты, называемые иногда изомаршрутными. Кратность орбит определяется числом солнечных суток, через которые КА проходит по тому же маршруту (трассе).

Солнечно-синхронная (гелиосинхронная) орбита может быть также геосинхронной, если выполняется условие

T_КА/T_ДН = 1/N , (1.42)

где N – целое число, N < 17; T_ДН – средняя продолжительность суток.

Одновременное соблюдение условий гео- и гелиосинхронности обеспечивается большинством орбит ИСЗ для дистанционного зондирования.

Для систем связи и вещания необходимо, чтобы имелась прямая видимость между спутником и соответствующими земными станциями в течение сеанса связи достаточной длительности. Если сеанс не круглосуточный, то удобно, чтобы он повторялся ежесуточно в одно и то же время. Поэтому предпочтительны синхронные орбиты с периодом обращения, равным или кратным времени оборота Земли вокруг оси, т. е. звездным суткам (23 ч 56 мин 4 с).

Обслуживание всей территории России одним из ИСЗ возможно в течение не менее 8 ч, поэтому трех ИСЗ, сменяющих друг друга, достаточно для круглосуточной работы. В настоящее время ради исключения перерывов связи и вещания и других эксплуатационных преимуществ осуществлен переход на использование геостационарных орбит (ГСО) спутников Земли.

Орбиту ГСО еще в 1945 г. рассчитал и предложил использовать для спутников связи английский инженер Артур Кларк, известный впоследствии как писатель-фантаст. В Англии и многих других странах геостационарную орбиту называют «Пояс Кларка» (рисунок 4).

Рисунок 4

Орбита геостационарного ИСЗ имеет форму окружности, лежащей в плоскости земного экватора (наклонение J = 0°) с высотой над поверхностью Земли 35 786 км. Направление вращения ИСЗ совпадает с направлением суточного вращения Земли. Поэтому для земного наблюдателя спутник кажется неподвижным в определенной точке небесной полусферы.

Геостационарные орбиты являются перспективными и для дистанционных исследований Земли. С борта КА, находящегося на геостационарной орбите, Земля видна под углом 17,3°. Так как такой спутник практически неподвижен по отношению к земной поверхности, то для приема информации будут использоваться наземные станции с фиксированным положением антенн. С помощью приборов, выведенных на такие орбиты, можно контролировать почти половину поверхности Земли. С помощью трех геостационарных спутников, смещенных по отношению друг к другу на 120° вдоль экватора, можно достичь глобального обзора земной поверхности и создать непрерывно действующую систему для исследования Земли.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ РГР

Содержание работы

1. Исходные данные

2. Вычисление координат, и составляющих скорости ИСЗ в заданный момент съемки

3. Построение орбитального эллипса вокруг сферической Земли

4. Пересчет инерциальных координат в гринвичские и в криволинейные геодезические (широту, долготу, высоту)

5. Построение трассы спутника в координатах долгота-широта