Herzlichen Glückwunsch: Vielleicht sind Sie eine neue Raumfahrtnation, die eine glänzende neue Nutzlast um den Planeten Erde platzieren möchte. Sie haben das technische Know-how zusammengestellt und versuchen, die mürrischen Bindungen zu lösen und einem exklusiven Club beizutreten, der bislang nur 14 Nationen umfasst, die zur indigenen Raumfahrt fähig sind. Nun zur großen Frage: Welche Umlaufbahn sollten Sie wählen?
Willkommen in der wundervollen Welt der Orbitalmechanik. Sicher, Satelliten im Orbit müssen Newtons Bewegungsgesetzen folgen, da sie ständig um die Erde „fallen“, ohne sie zu treffen. Das Erreichen verschiedener Arten von Umlaufbahnen kostet Sie jedoch Kraftstoff und technische Komplexität. Verschiedene Arten von Umlaufbahnen können jedoch verwendet werden, um unterschiedliche Ziele zu erreichen.
Der erste künstliche Mond, der in eine erdnahe Umlaufbahn gebracht wurde, war Sputnik 1, der am 4. Oktober gestartet wurdeth, 1957. Doch schon vor Beginn des Weltraumzeitalters erkannten Visionäre wie der Futurist und Science-Fiction-Autor Arthur C. Clarke den Wert, einen Satelliten in einer geosynchronen Umlaufbahn etwa 35.786 Kilometer über der Erdoberfläche zu platzieren. Wenn Sie einen Satelliten in eine solche Umlaufbahn bringen, bleibt er im Gleichschritt, und die Erde dreht sich alle vierundzwanzig Stunden darunter.
Hier sind einige der häufigsten Umlaufbahnen, auf die moderne Satelliten abzielen, und ihre Verwendung:
Low-Earth Orbit (LEO): Wenn ein Satellit 700 km über der Erdoberfläche platziert wird und sich 27.500 km pro Stunde bewegt, umkreist er die Erde alle 90 Minuten. Die Internationale Raumstation befindet sich in einer solchen Umlaufbahn. Satelliten in LEO unterliegen ebenfalls einem Luftwiderstand und müssen regelmäßig verstärkt werden. Wenn Sie vom Erdäquator aus starten, erhalten Sie einen anfänglichen freien Schub von maximal 1.670 km / h in die Umlaufbahn nach Osten. Übrigens ist die Umlaufbahn der ISS mit einer Neigung von 52 Grad ein Kompromiss, der sicherstellt, dass sie von verschiedenen Startplätzen weltweit aus erreichbar ist.
Die erdnahe Umlaufbahn wird auch mit Weltraummüll überfüllt, und Vorfälle wie der erfolgreiche Antisatelliten-Raketentest 2007 von China und die Kollision von Iridium 33 2009 und dem nicht mehr existierenden Satelliten Kosmos-2251 überschütteten die erdnahe Umlaufbahn mit Tausenden von zusätzlichen Teilen von Trümmern und half der Situation nicht viel. Es wurde gefordert, die Wiedereintrittstechnologie für zukünftige Satelliten zum Standard zu machen, und dies wird mit dem Aufkommen von Herden von Nano- und CubeSats in LEO von größter Bedeutung sein.
Sonnensynchrone Umlaufbahn: Dies ist eine stark geneigte retrograde Umlaufbahn, die sicherstellt, dass der Beleuchtungswinkel der Erde unter mehreren Durchgängen konsistent ist. Obwohl eine angemessene Menge an Energie erforderlich ist, um eine sonnensynchrone Umlaufbahn zu erreichen, sowie ein komplexes Einsatzmanöver, das als „Hundebein“ bezeichnet wird, ist diese Art der Umlaufbahn für Erdbeobachtungsmissionen wünschenswert. Es ist auch ein Favorit für Spionagesatelliten, und Sie werden feststellen, dass viele Nationen, die ihre ersten Satelliten aufstellen wollen, das erklärte Ziel der "Erdbeobachtung" verwenden, um eigene Spionagesatelliten aufzustellen.
Molyina-Umlaufbahn: Eine von den Russen entworfene stark geneigte elliptische Umlaufbahn. Eine Molyina-Umlaufbahn dauert 12 Stunden. Der Satellit wird 2/3 seiner Umlaufbahn über einer Halbkugel platziert und alle 24 Stunden über denselben geografischen Punkt zurückgebracht.
Eine halbsynchrone Umlaufbahn: Eine 12-stündige elliptische Umlaufbahn ähnlich einer Molyina-Umlaufbahn, eine halbsynchrone Umlaufbahn, wird von Global Positioning Satellites bevorzugt.
Geosynchrone Umlaufbahn: Der oben genannte Punkt 35.786 km über der Erdoberfläche, an dem ein Satellit über einen bestimmten Längengrad fixiert bleibt.
Geostationäre Umlaufbahn: Platzieren Sie einen GEO-Satelliten in einer Umlaufbahn mit einer Umlaufbahn von null Grad, die als geostationär betrachtet wird. Dieser Ort wird manchmal auch als Clarke-Umlaufbahn bezeichnet und ist äußerst stabil. Dort platzierte Satelliten können Millionen von Jahren in der Umlaufbahn bleiben.
2012 wurde der Satellit EchoStar XVI mit der Zeitkapselscheibe auf dem Weg zu GEO gestartet Die letzten Bilder aus genau diesem Grund. Es ist durchaus möglich, dass GEO-Sats in Millionen von Jahren die Hauptartefakte der Zivilisation des frühen 20./21. Jahrhunderts sind.
Umlaufbahnen von Lagrange-Punkten: Der Mathematiker Joseph-Louis Lagrange aus dem 18. Jahrhundert stellte fest, dass in jedem Drei-Körper-System mehrere stabile Punkte existieren. Diese als Lagrange-Punkte bezeichneten Orte dienen als hervorragende stabile Positionen für die Platzierung von Observatorien. Das Solar Heliospheric Observatory (SOHO) befindet sich am L1-Punkt, um einen kontinuierlichen Blick auf die Sonne zu ermöglichen. Das James Webb-Weltraumteleskop wird 2018 für den L2-Punkt jenseits des Mondes eingesetzt. Um in der Nähe eines LaGrange-Punkts auf der Station zu bleiben, muss ein Satellit in eine Lissajous- oder Halo-Umlaufbahn um den imaginären Lagrange-Punkt im Weltraum eintreten.
Alle diese Umlaufbahnen haben Vor- und Nachteile. Zum Beispiel ist der Luftwiderstand im geosynchronen Orbit kein Problem, obwohl mehrere Boosts und Transfer-Orbit-Manöver erforderlich sind, um ihn zu erreichen. Und wie bei jedem Plan erhöht die Komplexität auch die Wahrscheinlichkeit, dass Dinge versagen, und bringt einen Satelliten in die falsche Umlaufbahn. Russlands Phobos-Grunt-Mission erlitt nach dem Start im Jahr 2011 ein solches Schicksal, als die Fregat-Oberstufe nicht ordnungsgemäß funktionierte und das interplanetare Raumschiff in der Erdumlaufbahn festsaß. Phobos-Grunt stürzte am 15. Januar über dem Südpazifik auf die Erde zurückth, 2012.
Der Weltraum ist ein hartes Geschäft und es ist unerlässlich, die Dinge in die richtige Umlaufbahn zu bringen!
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