Orbitalne drogi: Orbity silnie eliptyczne typu Mołnia i Tundra

Mołnia 1-01 – pierwszy cywilny operacyjny radziecki satelita telekomunikacyjny- od niego swoją nazwę wzięła orbity silnie eliptyczna typu Mołnia (ang. Highly Elliptical Orbits – HEO)

Satelita Mołnia-  od niego swoją nazwę wzięła orbita silnie eliptyczna typu Mołnia (ang. Highly Elliptical Orbits – HEO)

autor: Orland Krzyżanowski

         Pytając się przeciętnego kierowcy korzystającego z samochodu o trasę jaką wybrał do pokonania wybranego odcinka najpewniej będzie on umiał scharakteryzować rodzaj drogi jaką się poruszał- Autostrada, droga krajowa…albo wewnętrzna bo daleko nie było do osiedlowego sklepu. Nie rzadziej niż ze swojego samochodu korzystamy na co dzień z satelitów choćby oglądając telewizję za pośrednictwem anteny satelitarnej czy korzystając z nawigacji samochodowej. Co zaskakujące użytkownik wspomnianych urządzeń o satelicie, z którego korzysta wie najwyżej tyle, że „jest w kosmosie” dając dowód wielkiej pustej przestrzeni informacyjnej, która tkwi gdzieś między obszarami pozostałych pojęć, o których jakieś wyobrażenie może posiadać…w najlepszym wypadku będzie to informacja o pozostałych typach dróg w kraju- w gorszym, znanie się na polityce i sporcie w stopniu eksperckim.

Satelity „w kosmosie” nie wiszą nad nami nieruchomo zawieszone na niewidzialnej nici podobnie jak samochody na drogach nie stają po wjechaniu na nie. Poruszają się po dokładnie zaprojektowanych ścieżkach, które mają służyć konkretnemu celowi nawet jeżeli nam wydaje się inaczej.

Od fantastyki do rzeczywistości- orbita Clarka

Artur C. Clark znany jest większości jako pisarz fantastycznonaukowy. Autor doskonale zekranizowanej przez Kubricka Odysei Kosmicznej 2001 i kultowych kilkudziesięciu innych pozycji. Mało osób wie, że jest autorem „fantastycznej” wizji, która stała się rzeczywistością każdego z nas w mniejszym lub większym stopniu. Zaprojektował on orbitę geostacjonarną z której korzysta grom satelitów telekomunikacyjnych takich jak znany większości Hotbird. Na znanej zapewne ze słyszenia czy widzenia w kultowym tygodniku telewizyjnym „To & Owo” pozycji 13°E znajdują się trzy aktywne satelity. Są to: Hot Bird 6 (Eutelsat Hot Bird 13A), Hot Bird 8 (Eutelsat Hot Bird 13B) i Hot Bird 9 (Eutelsat Hot Bird 13C). Większość polskojęzycznych satelitarnych stacji telewizyjnych i radiowych jest nadawana z tych satelitów. Poza tą ciekawostką początkowo fantastyczna wizja jest dzisiaj zapchana „pod korek”. Stare satelity są usuwane na tak zwaną Orbitę Cmentarną, żeby nie blokować miejsca nowym.

Satelity telekomunikacyjne aktualnie znajdującej się na orbicie geostacjonarnej- pełny wykaz https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_satellites_in_geosynchronous_orbit

Satelity telekomunikacyjne aktualnie znajdującej się na orbicie geostacjonarnej- pełny wykaz https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_satellites_in_geosynchronous_orbit

Dlaczego to miejsce „w kosmosie” jest lepsze od innych? Otóż nie jest „lepsze” ale dosyć specyficzne. Orbita geostacjonarna jest „drogą” na której prędkość ciała wynosi około 3,08 km/s, a czas okrążenia przez niego Ziemi jest równy 23 godziny 56 minut i 4 sekundy, czyli tyle ile doba gwiazdowa. W praktyce oznacza to, że dla obserwatora z Ziemi satelita na niej umieszczony „wisi” nad nami cały czas pozornie nieruchomo. I to jest rzecz, która jest nie do przecenienia przy wykorzystywaniu satelitów do przesyłania informacji. Odbiorca wystarczy, że będzie miał antenę satelitarną na stałe celującą w jeden punkt nieba, żeby odbierać sygnał przez umieszczonego tam satelitę. Mało tego Wysokość tej orbity nad Ziemią (równikiem) wynosząca 35 786 km powoduje, że w zasięgu satelity jest 1/3 globu. Przy użyciu 3 urządzeń można uzyskać zasięg globalny…i tak się to też czyni.

Nie wszystko złoto co się świeci

Tytuł tego tekstu jasno mówi, że tematem mają być nic nie mówiące większości orbity wysoko eliptyczne Mołnia i Tundra a tymczasem czytelnik dostał opis orbity kołowej- geostacjonarnej. Jak powiązać tematycznie orbity zilustrowane na poniższej grafice?

Orbita "zielona" to orbita geostacjonarna. Orbita "biała" to wysoko eliptyczna orbita Mołnia oraz bardzo podobna Tundra.

Orbita „zielona” to orbita geostacjonarna. Orbita „biała” to wysoko eliptyczna orbita Mołnia oraz bardzo podobna Tundra.

Satelity umieszczone na orbicie mołnia były pierwszą siecią w historii do nadawania ciągłego programów telewizyjnych w historii. Sygnał zaczął być nadawany w październiku 1967 roku w ramach sytemu nadawania Orbita (rus: орбита). Żeby sygnał był nadawany w sposób ciągły konstelacja musiała składać się z minimum trzech satelitów.

Gdyby Rosjanie zdecydowali się  użycie orbity geostacjonarnej do tego samego celu (zasięg krajowy) wystarczyłby jeden satelita. Dlaczego więc zdecydowano się na pierwsze rozwiązanie? Atrakcyjność orbity Mołnia i bliźniaczej Tundra polega na dużo łatwiejszym umieszczeniu na niej satelitów. Orbity te wymagają mniejszej energii a co za tym idzie użycia lżejszych rakiet nośnych co przekłada się też na koszt.

W wypadku Rosji jak i innych krajów leżących na dużych wysokościach geograficznych (jak chociażby duża część Kanady) satelity na orbitach Mołnia i Tundra przelatują bezpośrednio nad obszarem nadawania więc nie muszą mieć aż tak mocnego sygnału nadawczego jak te znajdujące się na orbicie geostacjonarnej. Za sprawą wysokiej inklinacji wynoszącej dokładnie 63.4°. Ich sygnał dochodzi do regionów polarnych, które są nieobsługiwane przez satelity geostacjonarne.

Jak widać satelity geostacjonarne mają też swoje ograniczenia. Ich sygnał nie dociera na duże wysokości geograficzne.

Jak widać satelity geostacjonarne mają też swoje ograniczenia. Ich sygnał nie dociera na duże wysokości geograficzne.

satellite-orbit-geostationary-coverage

Tutaj właśnie wygrywają orbity silnie eliptyczne. Ze względu na swoją architekturę jak wspomniałem wcześniej użyć trzeba minimum trzech satelitów, żeby sieć nadawała ciągle. Jak widać na grafice poniżej satelita się porusza po elipsie. Z godnie z prawem Keplera w najwyższym punkcie orbity satelita będzie poruszał się najwolniej (w rzeczywistości niemal staje w miejscu) 3 godziny przed osiągnięciem apogeum i 3 godziny po jest możliwość nadawania nad wybranym regionem. Gdy schodzi on ze szczytu orbity zaczyna przyspieszać i „tracić z oczu” swój obszar. W tym momencie w 6 godzinne „okienko” powinien wejść następny satelita z konstelacji przejmując zadanie poprzednika.

 NASA_molniya_obliquemoj

mol347

Orbity Mołnia są orbitami 12 godzinnymi. Orbita tundra jest orbitą podobną ale tak jak orbita geostacjonarna ma charakter geosynchroniczny i jest 24 godzinna.

Różnica pomiędzy orbitą Mołnia i Tundra w odniesieniu do innych orbit.

Różnica pomiędzy orbitą Mołnia i Tundra w odniesieniu do innych orbit.

Po opisie zalet warto zwrócić uwagę na wady tych orbit. Po pierwsze satelity na orbitach eliptycznych przechodzą kilka razy na dobę przez pasy radiacyjne van Allena. Mówiąc krótko to nie dobrze dla elektroniki. Po drugie znajdują się w nieustannym ruchu względem stacji odbiorczych. Powoduje to, że anteny tych stacji muszą być ruchome, żeby śledzić takiego satelitę. Wyobrażacie sobie antenę satelitarną, która cały czas za waszym oknem musiała by się obracać? Rozwiązanie skomplikowane i kosztowne. Dlatego też system Orbita miał skomplikowane stacje odbiorcze i z nich dopiero sygnał wysyłany był do indywidualnych odbiorców. W wypadku Rosji zmieniło się to w 1976 roku gdy nadawanie zaczęły satelity konstelacji Ekran w systemie „bezpośrednio do domu” już z orbity geostacjonarnej.

Bohater tego tekstu- satelita Mołnia na ekspozycji w muzeum.

Bohater tego tekstu- satelita Mołnia na ekspozycji w muzeum.

Podsumowanie

Podsumowując ważne jest, żeby nie dzielić rozwiązań technologicznych na lepsze i gorsze. Obydwa typy orbit jak pokazałem wyżej mają swoje plusy i minusy. Orbity mołnia świetnie wypełniają lukę funkcyjną orbit geostacjonarnych. Są też na przyszłość alternatywą gdy orbita geostacjonarna będzie tak zatłoczona, że nie do wykorzystania a całkiem możliwe, że czas ten nie jest tak odległy. Dostęp do nich jest też możliwy przez podmioty nie dysponujące ciężkimi rakietami nośnymi.

rosyjski Znaczek pocztowy poświęcony konstelacji Mołnia.

rosyjski Znaczek pocztowy poświęcony konstelacji Mołnia.

Reklamy

Informacje Orland Krzyżanowski
Witam na blogu tematycznym poświęconemu historii załogowej astronautyki. Wpisy będą miały charakter artykułów z zachowaniem poprawności formalnej w postaci podania źródeł bądź przypisów w wypadku korzystania z czyjejś pracy. W polskojęzycznym internecie nie ma wielu stron traktujących wybrane zagadnienia szczegółowo a dotyczących mniej znanych zagadnień w postaci koncepcji i różnych studiów dotyczących eksploracji przestrzeni kosmicznej w przeszłości.

4 Responses to Orbitalne drogi: Orbity silnie eliptyczne typu Mołnia i Tundra

  1. adam8888 says:

    Czy pierwszy obrazek to nie przypadkiem screen z kerbal space program?

    • Zgadza się:) Kerbale to najlepszy sposób popularyzacji astronautycznego tematu od lat. Polecam spróbowanie umieszczenia swojej konstrukcji na opisanych orbitach. Geostacjonarna dla Kerbinu to 2868.75km nad równikiem planety.

      • adam8888 says:

        Konstelacji typu mołnia nigdy nie próbowałem, natomiast kiedyś zrobiłem sobie konstelację 4 satelitek geostacjonarnych (keostacjonarnych) gdyż grałem z modem remot tech – i potrzebny był mi nie ustający kontakt z kerbinem za pomocą sieci przekaźników. Użyłem 4 zamiast 3 ponieważ zawsze po pewnym czasie orbity się rozsynchroniowały i pojawiały się luki.

        Zresztą nie gram już od roku, czekam na jakieś rewolucjne zmiany w stylu nowych planet.

  2. Jak w życiu. „nasza” geostacjonarna też nie jest orbitą stabilną. Wpływ księżyca powoduje degradację nie poprawianej orbity więc satelity mają pewien zapas paliwa i żyją tak długo jak im go starczy- zasadniczo dłużej bo elektronika działa ale schodzą z geostacjonarnej.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: