Способ формирования системы локального обзора поверхности планеты

 

Изобретение относится к космической технике и может быть применено при создании космических систем наблюдения отдельных районов поверхности Земли. Сущность изобретения: искусственные спутники с аппаратурой наблюдения выводят на кратно-синхронные эллиптические орбиты с нулевой скоростью орбитального движения в апогее (относительно вращающейся Земли), что позволяет увеличить длительность сеансов наблюдения заданных пунктов поверхности планеты. Представлены аналитические и графические зависимости для выбора параметров орбит спутников, исходя из заданных условий наблюдения планеты. 2 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть применено при создании космических систем наблюдения отдельных районов поверхности Земли.

Все известные в настоящее время спутниковые системы локального обзора поверхности Земли по способу их построения можно условно разделить на две группы: 1) спутниковые системы, построенные на круговых геосинхронных орбитах таким образом, что все спутники имеют одну общую трассу на поверхности Земли, замыкающуюся через некоторый конечный промежуток времени, называемый периодом повторяемости трассы и соответствующий m витков спутника или n суток; 2) спутниковые системы, в которых используются эллиптические орбиты: обзор поверхности Земли в этом случае осуществляется на апогейных участках траекторий спутников.

Недостатком спутниковых систем 1 группы при m=n=1 (высота Н ≈36000 км) является большое расстояние спутника от наблюдаемого района, сложность выведения спутников. Системы на более низких круговых геосинхронных орбитах (m/n≠1) характеризуются малой длительностью сеанса наблюдения и плохими условиями наблюдения (обусловленными малыми углами места). К недостатка спутниковых систем 2 группы можно отнести отсутствие синхронизации между движением спутников и вращением Земли, что может привести к большим перерывам между сеансами.

Наиболее близким аналогом из числа известных является способ формирования системы локального обзора поверхности планеты, включающий выведение искусственных спутников на эллиптические кратно-синхронные с периодом вращения планеты орбиты, апоцентры которых размещают над заданным пунктом поверхности планеты.

Для него характерно, что большая полуось а эллиптических орбит выбирается по заданным значениям эксцентриситета и наклонения i из условия геосинхронности движения, которое для нормального гравитационного поля имеет вид (Эльясберг П. Е. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли//М. Наука, 1965).

Т_t=m T_ΩnT_эф, (1) где m,n взаимно простые числа, характеризующие кратность (m/n) геосинхронной орбиты и численно равные соответственно числу витков спутника и числу суток в периоде Т_t повторяемости трассы; T_Ω= 2π 1- 3 sin e cosω·(1-5 sin) (2) T_Ω драконический период обращения спутника; T_эф= (3) эффективный период вращения Земли (интервал времени между двумя последовательными прохождениями фиксированной точки экватора через восходящий узел орбиты); δΩ · · cos (4) угловое смещение восходящего узла орбиты за один виток;
ω аргумент широты перигея;
μ398602 км³/c²; ε2,634 ^.10¹⁰ гравитационные постоянные Земли;
ω₃=7,29211 ^.10^-5 с^-1 угловая скорость вращения Земли.

Несмотря на очевидные преимущества по сравнению с аналогами, способ (1) не лишен недостатков. К основному из них относится то, что при его реализации длительность сеансов наблюдения заданного района может быть неоправданно занижена, так как форма орбиты в прототипе выбирается независимо от расположения наблюдаемого района и высоты спутника, с которой осуществляется наблюдение.

Техническим результатом изобретения является увеличение длительности сеансов наблюдения заданного пункта поверхности планеты.

Этот результат достигается тем, что в известном способе формирования системы локального обзора поверхности планеты (1) спутники выводят на орбиты с нулевой скоростью движения в апоцентре в системе отсчета, жестко связанной с вращающейся планетой.

Последнее условие выполняется в том случае, если апогей орбиты совпадает с точкой вертекса (точка орбиты, соответствующая подступниковой точке максимальной широты) или точкой апекса (точка орбиты, соответствующая подспутниковой точке минимальной широты) в зависимости от того, в северном или южном полушарии находится заданный пункт наблюдения. В связи с этим наклонение i<90<SUP>о_n|, где ϕ_n широта заданного пункта наблюдения.

На фиг. 1 показаны зависимости скорости V_кр спутника на круговой орбите вокруг Земли от высоты Н_кр этой орбиты: V_кр(Н_кр);
зависимости скорости V_a спутника в апогее эллиптической орбиты от высоты Н_а апогея при фиксированных значениях высоты Н_п перигея:
V_a(H_a/H_п)= для Н_п=2000 км; 5000 км; 15000 км} (где R= 6371 км средний радиус Земли);
зависимости скорости V_i точки, которая является концом радиус-вектора из центра Земли длины (R+H), расположенного под углом i к плоскости экватора, жестко связанного и вращающегося вместе с Землей, от высоты Н при фиксированных значениях угла i
V_i(H/i)=ω (R+H)cosi;
i=0,30^o, 45^o, 60^o}
На этом чертеже по заданным значениям Н_а и i находим точку пересечения прямой Н= Н_а с зависимостью V_i(H/i) и проводим через эту точку зависимость вида V_a(H_a/H_п) до пересечения ее с графиком функции V_кр(Н_кр). Абсцисса последней точки пересечения есть искомое значение высоты Н_п перигея, соответствующее выбранным Н_а и i).

На фиг. 2 представлены графики зависимостей величин а и е от радиуса апогея r_a орбиты при значениях наклонения i=0,30^o, 45^o, 60^o, 90^o}
Способ согласно изобретению осуществляется путем выведения спутников на кратно-синхронные орбиты при обеспечении необходимого фазирования на этих орбитах.

Определение геометрических характеристик орбит, для которых реализуется способ, осуществляет по заданным значениям кратности m/n и наклонения i геосинхронных орбит согласно существующим зависимостям между элементами орбит, отраженным на графиках фиг. 1 и 2. При этом высота орбиты Н_кр однозначно задается ее кратностью, а условие стационарности спутника (в апогее его орбиты) приводит к некоторому нелинейному алгебраическому уравнению относительно радиуса апогея орбиты спутника (r_a).

Использование предлагаемого способа возможно при наличии того же объема средств выведения и обслуживания спутников, что и при реализации прототипа. Предлагаемый способ обеспечивает решение задачи видеонаблюдения локального района поверхности Земли при лучших условиях обзора, чем в случае реализации известных способов.

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНОГО ОБЗОРА ПОВЕРХНОСТИ ПЛАНЕТЫ, включающий выведение искусственных спутников на эллиптические кратно-синхронные с периодом вращения планеты орбиты, апоцентры которых размещают над заданным пунктом поверхности планеты, отличающийся тем, что, с целью увеличения длительности сеансов наблюдения заданного пункта поверхности планеты, спутники выводят на орбиты с нулевой скоростью движения в апоцентре - в системе отсчета, жестко связанной с вращающейся планетой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2