Околуземска орбита

Околуземска орбита или геоцентрична орбита — орбита во која едно тело или предмет кружи околу Земјата. Такви се Месечината или вештачките сателити. Во 1997 г. НАСА проценила дека околу Земјата кружат околу 2.465 вештачки летала и 6.216 парчиња вселенски отпад според следењата на Вселенскиот центар „Годард“.^[1] Преку 16.291 претходно лансирани тела се распаднале во Земјината атмосфера.^[1]

Едно вселенско летало влегува во орбита кога неговото центрипетално забрзување под дејство на гравитација е помало или еднакво на центрифугалното заради хоризонталната составница на неговата брзина. За нискоземска орбита, оваа брзина изнесува околу 7.800 м/с (28.100 км/ч);^[2] за споредба, рекордната брзина на летало со пилот (не броејќи летала кои излегуваат од орбита) изнесува 2.200 м/с (7.900 км/ч), достигната во 1967 г. од хиперзвучниот авион „Норт американ X-15“.^[3] Енергијата потребна да се постигне орбитална брзина околу Земјата на висина од 600 км е 36 MJ/кг — шест пати повеќе од енергијата потребна за самото искачување на таа висина.^[4]

Вселенските летала со перигеј под 2.0000 км претрпуваат воздушен отпор од Земјината атмосфера,^[5] што ја намалува орбиталната висина. Стапката на орбитален распад зависи од пресекот и масата на сателитот, како и разликите во густината на воздухот во горната атмосфера. Под 300 км, распадот станува побрз и се мери во денови. Штом ќе се искачи на 180 км, сателитот има извесен број часови пред да испари во атмосферата.^[6] Брзината која му е потребна на леталото целосно да се ослободи од влечата на Земјината гравитација и да прејде во меѓупланетарниот простор изнесува 11.200 м/с (40.300 км/ч) и се нарекува втора космичка брзина (ослободителна брзина).^[7]

Список на поими и концепти

Следниве поими може да имаат повеќе дефиниции, но тука се задржуваме на нивното значење за Земјата и летот околу неа.

Надморска висина: Висина на телото над просечната површина на светските океани.
Аналема: Испишана крива на Сончевите положби на небесната сфера во текот на една година. Личи на бројката осум.
Апогеј: Најоддалечената точка во која може да се најде еден сателит или небесно тело околу Земјата, при која орбиталната брзина ќе биде најмала.
Занесување: Мерка со која се изразува колку една орбита отстапува од совршена кружница. Строго е дефинирана кај сите кружни и елиптични орбити, како и кај параболичните и хиперболичните траектории.
Екваторска рамнина: Замислена рамнина која се протега од Земјиниот екватор до небесната сфера.
Втора космичка брзина (ослободителна брзина): Најмалата брзина која му е потребна на тело без погон за трајно да се оддалечи од Земјата. Предметот со оваа брзина ќе влезе во параболична траекторија; над таа брзина би влегол во хиперболична траекторија.
Импулс: Интегралот на силата поделен со времето во кое таа делува. Се изразува во N· s (њутни по секунда).
Наклон: Аголот помеѓу појдовна рамнина и друга рамнина или оска. Во овој случај, појдовната рамнина е Земјината екваторска рамнина.
Орбитални особености: Шесте параметри од Кеплеровите елементи needed to specify that orbit uniquely.
Орбитален период: Времето кое му е потребно на еден сателит да ја обиколи Земјата (т.е. да исполни една орбита).
Перигеј: Најблиската точка во која може да се најде еден сателит или небесно тело околу Земјата, при која орбиталната брзина ќе биде најголема.
Ѕвезден ден: Времето кое му е потребно на едно небесно тело да се заврти за 360°. Во случајот на Земјата, тоа се 23 часа, 56 минути и 4,091 секунди.
Сончево време: Месното време, измерено со сончев часовник.
Брзина: Брзината на некое тело во даден правец. Бидејќи се дефинира како вектор, потребни се и самата брзина и правецот.

Видови на околуземски орбити

Ова се различни класификации на околуземските орбити.

Класификација според висината

Нискоземското (светлосино) и средноземското (жолто) орбитално подрачје. Црната испрекината кружница е геосинхроната орбита. Зелената испрекината кружница е орбитата во која кружат ГПС-сателити, на висина од 20.230 км.

Нискоземска орбита: Околузенски орбити на висина од 160 до 2.000 км над средното морско ниво. На 160 км, едно свртување трае 90 минути, а кружната орбитална брзина изнесува 8.000 м/с.
Средноземска орбита: Околузенски орбити на висина во апогеј од 2.000 км до онаа на геосинхроната орбита на 35.786 км.
Геосинхрона орбита: Околуземска кружна орбита со висина од 35.786 км. Периодот на орбитата е еднаков на еден ѕвезден ден, што се совпаѓа со вртежниот период на Земјата. Брзината е околу 3.000 м/с.
Високоземска орбита: Околуземски орбити со висини во апогеј повисок од геосинхроната орбита. Посебен случа на високоземска орбита е високоелиптичната орбита, каде висината во перигеј е помала од 2.000 км.^[8]

Класифијација според наклонот

Наклонета орбита

Орбита чиј наклон во однос на екваторската рамнина не е 0.

Поларна орбита: Сателит кој минува над (или речиси над) обата пола на планетата во секој направен круг. Затоа, има наклон од 90 степени или многу блиску до тоа.
Поларна сончевосинхрона орбита: Речиси поларна орбита која го минува по екваторот во исто месно време на секое поминување. Корисна е за правење на сатлиски снимки бидејќи сенките се исти при секое поминување.

Класификација според занесеноста

Кружна орбита

Орбита која има занесеност од 0 и чија патека опишува кружница.

Елиптична орбита

Орбита со занесеност поголема од 0, а помала од 1 чија патека опишува елипса.

Хоманова преносна орбита

Орбитален маневар кој пренесува летало од една кружна орбита во друга со помош на два погонски импулса. Наречен е по германскиот инженер Валтер Хоман.

Геосинхрона преносна орбита

Околуземско-елиптична орбита каде перигејот е на висина на нискоземска орбита, а апогејот е на вистина на геосинхрона орбита.

Високоелиптична орбита

Околуземска орбита со апогеј над 35.786 км и низок перигеј (околу 1.000 км), поради што леталото долго се задржува во апогејот.

Молњина обита: Високоелиптична орбита со наклон од 63,4° и орбитален период од ¹⁄₂ сончев ден (околу 12 часа). Ваквиот сателит проведува највеќе време над дадено подрачје на Земјата.
Тундрина орбита: Високоелиптична орбита with наклон од 63,4° и орбитален период од еден сончев ден (околу 24 часа). Ваквиот сателит проведува највеќе време над дадено подрачје на Земјата.

Хиперболична траекторија

„Орбита“ со занесеност поголема од 1. Телото достигнува брзина поголема од втората космичка брзина, затоа ќе се ослободи од гравитациската влеча на Земјата и ќе продолжи да патува бесконечно со брзина (во однос на Земјата) која ќе се забави до некоја конечна вредност, позната како хиперболичен вишок на брзината.

Ослободителна траекторија: Ова е траекторијата по која мора да се пушти меѓупланетарна сонда за да се оддалечи од Земјата, бидејќи вишокот на брзина е тој што му овозможува на леталото да ја надмине Земјината орбита и да ја достигне околусончевата.
Зафатна траекторија: Ова е спротивно на ослободителната траекторија; телотото патува со достатна брзина, и не е насочено право кон Земјата, тоа ќе се движи кон неа и ќе забрза. Во отсуство на забавувачки погонски импулс за кој би го ставил во орбита, леталото ќе ја следи ослободителната траекторија по периапсидата.

Параболична траекторија: „Орбита“ со занесеност од 1. Брзината на телото е еднаква на втората космичка брзина, па затоа тоа ќе се ослободи од гравитациската влеча на Земјата и ќе продолжи да патува со брзина (во однос на Земјата) која ќе се забави до 0. Леталото пуштено од Земјата со оваа брзина ќе пропатува извесно растојание од неа, но ќе ја следи околу Сонцето во истата околусончева орбита. Иако не е многу веројатно, можно е едно тело кое се наближува до Земјата да следи параболична зафатна траекторија, но брзината и правецот би требало да бидат многу точни.

Класификација според насоката

Напредна орбита: Орбита каде проекцијата на телото врз екваторската рамина се врти околу земјата во иста насока како нејзиното вртење.
Повратна орбита: Орбита каде проекцијата на телото врз екваторската рамина се врти околу земјата во насока спротивна на нејзиното вртење.

Класификација според синхроноста

Полусинхрона орбита

Орбита со висина од околу 20.200 км и орбитален период од околу 12 часа

Геосинхрона орбита

Орбити со висина од околу 35.786 км. Ваквиот сателит би опишал аналема (бројка 8) на небото.

Геостационарна орбита

Геосинхрона орбита со наклон од нула. Во очите на еден набљудувач од земското тло, сателитот ќе изгледа како неподвижна точка на небото.

Кларкова орбита

Друг назив за геостационарна орбита. Наречена е по писателот Артур Ч. Кларк.

Земјоорбитални либрациски точки: Либрациските точки за тела што кружат околу Земјата се 105 степени западно и 75 источно. Во овие две точки се насобрани преку 160 сателити.^[9]

Натсинхрона орбита: Oрбита за одлагање и складирање над геостационарната/геосинхроната орбита. Сателитите ќе поместуваат на запад.
Потсинхрона орбита: Заноснна орбита блиска на, но под геостационарната/геосинхроната орбита. Сателитите ќе поместуваат на исток.
Погребална орбита, отпадна орбита: Орбита неколку стотини километри над геосинхроната во која се преместуваат сателитите кога ќе им заврши работниот век.

Специјални класификации

Сончевосинхрона орбита: Орбита која ги здружува висината и наклонот така што сателитот минува над било која дадена точка на земската површина во исто месно сончево време. Ваквата орбита може да постави сателит во постојана сончева светлина и е корисна за правење снимки, извидувачки и метеоролошки сателити.
Месечева орбита: Орбиталните особености на нашата Месечина. Просечна висина од 384.403 км, елиптично–наклонета орбита.

Неоколуземски класификации

Потковичеста орбита: Орбита која на земскиот наљудувач му делува како да кружи околу планета, но впрочем е коорбитална на неа. За примери, погледајте ги астероидите 3753 (Круитне) и 2002 AA₂₉.
Подорбитален лет: Патување на вселенско летало каде тоа се доближува до висината на орбита но нема доволно брзина за да се задржи во орбита.

Тангентни брзини и висина

Орбита	Растојание (центар до центар)	Висина над Земјината површина	Брзина	Период	Специфична орбитална енергија
Вртење на Земјината површина (за споредба — не е орбита)	6.378 км	0 км	465,1 м/с (1.674 км/ч)	23 ч 56 м 4,09 с	−62,6 MJ/кг
Кружење на Земјината површина (екваторот) — теоретско	6.378 км	0 км	7,9 км/с (28.440 км/ч)	1 ч 24 м 18 с	−31,2 MJ/кг
Нискоземска	6.600–8.400 км	200–2.000 км	Кружна орбита: 6,9–7,8 км/с (24.840–28.080 км/ч) Елиптична орбита: 6,5–8,2 км/с	1 ч 29 м – 2 ч 8 м	−29,8 MJ/кг
Молњина	6.900–46.300 км	500–39.900 км	1,5–10,0 км/с (5.400–36.000 км/ч)	11 ч 58 м	−4,7 MJ/кг
Геостационарна	42.000 км	35.786 км	3,1 км/с (11,600 км/ч)	23 ч 56 м 4,09 с	−4,6 MJ/кг
Месечева	363.000–406.000 км	357.000–399.000 км	0,97–1,08 км/с (3.492–3.888 км/ч)	27,27 дена	−0,5 MJ/кг

Поврзано

Наводи

↑ ^1,0 ^1,1 „Satellite Situation Report, 1997“. NASA Goddard Space Flight Center. 1 февруари 2000. Архивирано од изворникот на 13 август 2006. Посетено на 10 септември 2006.
↑ Hill, James V. H. (април 1999), „Getting to Low Earth Orbit“, Space Future, Архивирано од изворникот на 19 март 2012, Посетено на 18 март 2012.
↑ Shiner, Linda (1 ноември 2007), X-15 Walkaround, Air & Space Magazine, Посетено на 19 јуни 2009.
↑ Dimotakis, P.; и др. (октомври 1999), 100 lbs to Low Earth Orbit (LEO): Small-Payload Launch Options, The Mitre Corporation, стр. 1–39, Архивирано од изворникот на 29 август 2017, Посетено на 21 јануари 2012.
↑ Ghosh, S. N. (2000), Atmospheric Science and Environment, Allied Publishers, стр. 47–48, ISBN 978-8177640434
↑ Kennewell, John; McDonald, Andrew (2011), Satellite Lifetimes and Solar Activity, Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch, Архивирано од изворникот 28 декември 2011, Посетено на 31 декември 2011.
↑ Williams, David R. (17 ноември 2010), „Earth Fact Sheet“, Lunar & Planetary Science, NASA, Архивирано од изворникот 30 октомври 2010, Посетено на 10 мај 2012.
↑ Definitions of geocentric orbits from the Goddard Space Flight Center Архивирано на 27 мај 2010.
↑ Out-of-Control Satellite Threatens Other Nearby Spacecraft, by Peter B. de Selding, SPACE.com, 5/3/10. Архивирано на 5 мај 2010.

Надворешни врски

Објаснување на орбиталните брзини од Џеф Рут (англиски)
Средноземска орбита (англиски)
Траектории и орбити Архивирано на 4 мај 2015 г. — НАСА (англиски)

[Goddard-1997-1] 1,0 ^1,1 „Satellite Situation Report, 1997“. NASA Goddard Space Flight Center. 1 февруари 2000. Архивирано од изворникот на 13 август 2006. Посетено на 10 септември 2006.

[hill1999-2] Hill, James V. H. (април 1999), „Getting to Low Earth Orbit“, Space Future, Архивирано од изворникот на 19 март 2012, Посетено на 18 март 2012.

[shiner20071101-3] Shiner, Linda (1 ноември 2007), X-15 Walkaround, Air & Space Magazine, Посетено на 19 јуни 2009.

[dimotakis1999-4] Dimotakis, P.; и др. (октомври 1999), 100 lbs to Low Earth Orbit (LEO): Small-Payload Launch Options, The Mitre Corporation, стр. 1–39, Архивирано од изворникот на 29 август 2017, Посетено на 21 јануари 2012.

[5] Ghosh, S. N. (2000), Atmospheric Science and Environment, Allied Publishers, стр. 47–48, ISBN 978-8177640434

[slsa-6] Kennewell, John; McDonald, Andrew (2011), Satellite Lifetimes and Solar Activity, Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch, Архивирано од изворникот 28 декември 2011, Посетено на 31 декември 2011.

[williams2010-7] Williams, David R. (17 ноември 2010), „Earth Fact Sheet“, Lunar & Planetary Science, NASA, Архивирано од изворникот 30 октомври 2010, Посетено на 10 мај 2012.

[nasa-8] Definitions of geocentric orbits from the Goddard Space Flight Center Архивирано на 27 мај 2010.

[9] Out-of-Control Satellite Threatens Other Nearby Spacecraft, by Peter B. de Selding, SPACE.com, 5/3/10. Архивирано на 5 мај 2010.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]