Geozentrische Umlaufbahn - Geocentric orbit

Eine geozentrische Umlaufbahn oder Erdumlaufbahn umfasst jedes Objekt , das die Erde umkreist , wie zum Beispiel der Mond oder künstliche Satelliten . 1997 schätzte die NASA, dass ungefähr 2.465 künstliche Satellitennutzlasten die Erde umkreisten und 6.216 Weltraumschrottstücke, die vom Goddard Space Flight Center verfolgt wurden . Mehr als 16.291 bereits eingeleiteten Gegenstände zerfallen in der die Erde Atmosphäre .

Ein Raumfahrzeug eintritt , wenn seine Umlaufbahn zentripetale Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft kleiner oder gleich die zentrifugalen Beschleunigung aufgrund der horizontalen Komponente der Geschwindigkeit. Für eine niedrige Erdumlaufbahn beträgt diese Geschwindigkeit etwa 7.800 m/s (28.100 km/h; 17.400 mph); Im Gegensatz dazu betrug die schnellste jemals erreichte Geschwindigkeit eines bemannten Flugzeugs (ohne Geschwindigkeiten, die durch das Deorbitieren von Raumfahrzeugen erreicht wurden) 2.200 m/s (7.900 km/h; 4.900 mph) im Jahr 1967 von der nordamerikanischen X-15 . Die Energie, die erforderlich ist, um die Erdumlaufgeschwindigkeit in einer Höhe von 600 km (370 mi) zu erreichen, beträgt etwa 36  MJ / kg, was dem Sechsfachen der Energie entspricht, die nur für den Aufstieg auf die entsprechende Höhe benötigt wird.

Raumfahrzeuge mit einem Perigäum unter etwa 2.000 km (1.200 Meilen) unterliegen dem Luftwiderstand der Erdatmosphäre, der die Umlaufbahnhöhe verringert. Die Geschwindigkeit des Orbitalzerfalls hängt von der Querschnittsfläche und Masse des Satelliten sowie von Schwankungen der Luftdichte der oberen Atmosphäre ab. Unterhalb von etwa 300 km (190 Meilen) wird der Zerfall mit einer in Tagen gemessenen Lebensdauer schneller. Sobald ein Satellit auf 180 km (110 Meilen) absinkt, hat er nur noch Stunden, bevor er in der Atmosphäre verdampft. Die Fluchtgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um sich vollständig aus dem Schwerefeld der Erde zu befreien und in den interplanetaren Raum zu gelangen, beträgt etwa 11.200 m/s (40.300 km/h; 25.100 mph).

Liste der Begriffe und Konzepte

Höhe
wie hier verwendet, die Höhe eines Objekts über der durchschnittlichen Oberfläche der Ozeane der Erde.
Analemma
Ein Begriff in der Astronomie, der verwendet wird, um die Position der Sonne auf der Himmelssphäre während eines Jahres zu beschreiben. Ähnelt stark einer Acht.
Höhepunkt
ist der am weitesten entfernte Punkt, den ein Satellit oder ein Himmelskörper von der Erde entfernen kann, an dem die Umlaufgeschwindigkeit am geringsten ist.
Exzentrizität
ein Maß dafür, wie stark eine Bahn von einem perfekten Kreis abweicht. Die Exzentrizität ist für alle kreisförmigen und elliptischen Bahnen sowie für parabolische und hyperbolische Bahnen streng definiert .
Äquatorialebene
wie hier verwendet, eine imaginäre Ebene, die sich vom Äquator auf der Erde bis zur Himmelssphäre erstreckt .
Fluchtgeschwindigkeit
wie hier verwendet, die minimale Geschwindigkeit, die ein Objekt ohne Antrieb haben muss, um sich auf unbestimmte Zeit von der Erde zu entfernen. Ein Objekt mit dieser Geschwindigkeit wird eine parabolische Flugbahn erreichen ; oberhalb dieser Geschwindigkeit wird es eine hyperbolische Flugbahn einschlagen .
Impuls
das Integral einer Kraft über die Zeit, während der sie wirkt. Gemessen in ( N · s oder lb * s).
Neigung
der Winkel zwischen einer Referenzebene und einer anderen Ebene oder Achse . Im hier diskutierten Sinne ist die Bezugsebene die Äquatorebene der Erde .
Orbitale Eigenschaften
die sechs Parameter der Keplerschen Elemente, die benötigt werden, um diese Umlaufbahn eindeutig zu spezifizieren.
Umlaufzeit
wie hier definiert, die Zeit, die ein Satellit braucht, um eine volle Umlaufbahn um die Erde zu machen.
Perigäum
ist der nächste Annäherungspunkt eines Satelliten oder Himmelskörpers von der Erde, an dem die Umlaufgeschwindigkeit maximal ist.
Sterntag
die Zeit, die ein Himmelsobjekt benötigt, um sich um 360° zu drehen. Für die Erde sind dies: 23 Stunden, 56 Minuten, 4,091 Sekunden.
Sonnenzeit
wie hier verwendet, die Ortszeit, gemessen mit einer Sonnenuhr .
Geschwindigkeit
die Geschwindigkeit eines Objekts in eine bestimmte Richtung. Da Geschwindigkeit als Vektor definiert ist , sind sowohl Geschwindigkeit als auch Richtung erforderlich, um sie zu definieren.

Geozentrische Umlaufbahntypen

Im Folgenden finden Sie eine Liste verschiedener geozentrischer Orbitklassifikationen.

Höhenklassifizierungen

Niedrige (cyan) und mittlere (gelbe) Erdumlaufbahnregionen maßstabsgetreu. Die schwarze gestrichelte Linie ist die geosynchrone Umlaufbahn. Die grün gestrichelte Linie ist die Bahn von 20.230 km, die für GPS- Satelliten verwendet wird.
Niedrige Erdumlaufbahn (LEO)
Geozentrische Umlaufbahnen mit Höhen von 160 Kilometern (100 Statut Meilen) bis 2.000 Kilometer (1.200 Meilen) über dem mittleren Meeresspiegel . Bei 160 km dauert eine Umdrehung etwa 90 Minuten und die Umlaufgeschwindigkeit beträgt 8.000 Meter pro Sekunde (26.000 ft/s).
Mittlere Erdumlaufbahn (MEO)
Geozentrische Umlaufbahnen mit Höhen im Apogäum zwischen 2.000 Kilometern (1.200 Meilen) und denen der geosynchronen Umlaufbahn bei 35.786 Kilometern (22.236 Meilen).
Geosynchrone Umlaufbahn (GEO)
Geozentrische Kreisbahn mit einer Höhe von 35.786 Kilometern (22.236 Meilen). Die Umlaufdauer entspricht einem Sterntag und fällt mit der Erdumlaufperiode zusammen. Die Geschwindigkeit beträgt ungefähr 3.000 Meter pro Sekunde (9.800 ft/s).
Hohe Erdumlaufbahn (HEO)
Geozentrische Umlaufbahnen mit Höhen im Apogäum, die höher sind als die der geosynchronen Umlaufbahn. Ein Sonderfall der hohen Erdumlaufbahn ist die stark elliptische Umlaufbahn , bei der die Höhe am Perigäum weniger als 2.000 Kilometer beträgt.

Neigungsklassifizierungen

Schräge Umlaufbahn
Eine Umlaufbahn, deren Neigung in Bezug auf die Äquatorialebene nicht 0 ist.
Polare Umlaufbahn
Ein Satellit, der bei jeder Umdrehung über oder fast über beiden Polen des Planeten vorbeifliegt. Daher hat es eine Neigung von (oder sehr nahe) 90 Grad .
Synchrone Umlaufbahn der Polarsonne
Eine fast polare Umlaufbahn , die den Äquator bei jedem Durchgang zur gleichen Ortszeit passiert . Nützlich für Satelliten, die Bilder aufnehmen, da die Schatten bei jedem Durchgang gleich sind.

Exzentrizitätsklassifizierungen

Kreisbahn
Eine Bahn, die eine Exzentrizität von 0 hat und deren Bahn einem Kreis folgt.
Elliptische Umlaufbahn
Eine Umlaufbahn mit einer Exzentrizität größer als 0 und kleiner als 1, deren Umlaufbahn der Bahn einer Ellipse folgt .
Hohmann-Transferbahn
Ein orbitales Manöver , das ein Raumschiff von einem verschiebt Kreisbahn zum anderen zwei Engine Impulsen . Dieses Manöver wurde nach Walter Hohmann benannt .
Geosynchrone Transferbahn (GTO)
Eine geozentrisch- elliptische Umlaufbahn, bei der sich das Perigäum auf der Höhe einer Low Earth Orbit (LEO) und das Apogäum auf der Höhe einer geosynchronen Umlaufbahn befindet .
Hochelliptische Umlaufbahn (HEO)
Geozentrische Umlaufbahn mit Apogäum über 35.786 km und niedrigem Perigäum (ca. 1.000 km), was zu langen Verweilzeiten in der Nähe des Apogäums führt.
Molniya-Umlaufbahn
Eine stark elliptische Umlaufbahn mit einer Neigung von 63,4° und einer Umlaufdauer von einem halben Sterntag (ungefähr 12 Stunden). Ein solcher Satellit verbringt die meiste Zeit über einem bestimmten Gebiet der Erde.
Tundra-Umlaufbahn
Eine stark elliptische Umlaufbahn mit einer Neigung von 63,4° und einer Umlaufdauer von einem Sterntag (ungefähr 24 Stunden). Ein solcher Satellit verbringt die meiste Zeit über einem bestimmten Gebiet der Erde.
Hyperbolische Flugbahn
Eine "Umlaufbahn" mit einer Exzentrizität von mehr als 1. Die Geschwindigkeit des Objekts erreicht einen Wert über der Fluchtgeschwindigkeit , daher wird es der Anziehungskraft der Erde entkommen und sich unendlich fortbewegen mit einer Geschwindigkeit (relativ zur Erde), die sich auf ein endliches Maß verlangsamt Wert, der als hyperbolische Übergeschwindigkeit bekannt ist .
Fluchtweg
Diese Flugbahn muss verwendet werden, um eine interplanetare Sonde von der Erde wegzuwerfen, da die Überschreitung der Fluchtgeschwindigkeit ihre heliozentrische Umlaufbahn von der der Erde ändert .
Flugbahn erfassen
Dies ist das Spiegelbild der Fluchtbahn; ein Objekt, das sich mit ausreichender Geschwindigkeit bewegt und nicht direkt auf die Erde gerichtet ist, bewegt sich darauf zu und beschleunigt. In Ermangelung eines verlangsamenden Triebwerksimpulses, um es in die Umlaufbahn zu bringen, folgt es der Fluchtbahn nach der Periapsis.
Parabolische Flugbahn
Eine "Umlaufbahn" mit einer Exzentrizität von genau 1. Die Geschwindigkeit des Objekts entspricht der Fluchtgeschwindigkeit , daher entkommt es der Anziehungskraft der Erde und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit (relativ zur Erde) weiter, die auf 0 abbremst. Ein von der Erde gestartetes Raumfahrzeug mit dieser Geschwindigkeit würde eine gewisse Entfernung von ihr zurücklegen, ihr aber auf derselben heliozentrischen Umlaufbahn um die Sonne folgen . Es ist möglich, aber nicht wahrscheinlich, dass ein Objekt, das sich der Erde nähert, einer parabolischen Flugbahn folgen könnte, aber Geschwindigkeit und Richtung müssten präzise sein.

Richtungsbezogene Klassifizierungen

Prograde Umlaufbahn
eine Umlaufbahn, bei der sich die Projektion des Objekts auf die Äquatorebene in der gleichen Richtung wie die Erdrotation um die Erde dreht.
Retrograde Umlaufbahn
eine Umlaufbahn, bei der die Projektion des Objekts auf die Äquatorebene die Erde in der der Erdrotation entgegengesetzten Richtung umkreist.

Geosynchrone Klassifikationen

Halbsynchrone Umlaufbahn (SSO)
Eine Umlaufbahn mit einer Höhe von ungefähr 20.200 km (12.600 Meilen) und einer Umlaufzeit von ungefähr 12 Stunden
Geosynchrone Umlaufbahn (GEO)
Umlaufbahnen mit einer Höhe von ungefähr 35.786 km (22.236 Meilen). Ein solcher Satellit würde ein Analemma (Abbildung 8) am Himmel verfolgen .
Geostationäre Umlaufbahn (GSO)
Eine geosynchrone Umlaufbahn mit einer Neigung von Null. Für einen Beobachter am Boden würde dieser Satellit als Fixpunkt am Himmel erscheinen.
Clarke-Umlaufbahn
Ein anderer Name für eine geostationäre Umlaufbahn. Benannt nach dem Schriftsteller Arthur C. Clarke .
Librationspunkte der Erdumlaufbahn
Die Librationspunkte für Objekte, die die Erde umkreisen, liegen bei 105 Grad West und 75 Grad Ost. An diesen beiden Punkten sind mehr als 160 Satelliten versammelt.
Supersynchroner Orbit
Eine Entsorgungs-/Speicherbahn über GSO/GEO. Satelliten werden nach Westen driften.
Subsynchrone Umlaufbahn
Eine Driftbahn nahe aber unterhalb von GSO/GEO. Satelliten werden nach Osten driften.
Friedhofsbahn , Entsorgungsbahn, Schrottbahn
Eine Umlaufbahn einige hundert Kilometer über geosynchron , in die Satelliten am Ende ihres Betriebs bewegt werden.

Sonderklassifizierungen

Sonnensynchrone Umlaufbahn
Eine Umlaufbahn, die Höhe und Neigung so kombiniert , dass der Satellit jeden beliebigen Punkt der Planetenoberfläche zur gleichen lokalen Sonnenzeit überfliegt . Eine solche Umlaufbahn kann einen Satelliten konstantem Sonnenlicht aussetzen und ist nützlich für Bild-, Spionage- und Wettersatelliten .
Mondumlaufbahn
Die Bahneigenschaften des Erdmondes. Durchschnittliche Höhe von 384.403 Kilometern (238.857 Meilen), elliptischegeneigte Umlaufbahn .

Nicht-geozentrische Klassifikationen

Hufeisenbahn
Eine Umlaufbahn, die für einen Bodenbeobachter einen Planeten zu umkreisen scheint, sich aber tatsächlich mit ihm in einer Umlaufbahn befindet . Siehe Asteroiden 3753 (Cruithne) und 2002 AA 29 .
Suborbitaler Flug
Ein Start, bei dem sich ein Raumfahrzeug der Höhe der Umlaufbahn nähert, aber nicht die Geschwindigkeit hat , um es aufrechtzuerhalten.

Tangentialgeschwindigkeiten in der Höhe

Orbit Mitte-zu-Mitte-
Abstand
Höhe über
der Erdoberfläche
Geschwindigkeit Umlaufzeit Spezifische Bahnenergie
Eigenrotation der Erde an der Oberfläche (zum Vergleich – keine Umlaufbahn) 6.378  km 0  km 465,1  m/s (1.674  km/h oder 1.040  mph) 23  Std. 56  Min. 4,09  Sek. −62,6  MJ/kg
Umlaufen um die Erdoberfläche (Äquator) theoretisch 6.378  km 0  km 7,9  km/s (28.440  km/h oder 17.672  mph) 1  Std. 24  Min. 18  Sek. −31,2  MJ/kg
Niedrige Erdumlaufbahn 6.600–8.400  km 200–2.000  km 1  Std. 29  Min. – 2  Std. 8  Min. −29,8  MJ/kg
Molniya-Umlaufbahn 6.900–46.300  km 500–39.900  km 1,5–10,0  km/s (5.400–36.000  km/h bzw. 3.335–22.370  mph) 11  Std. 58  Min −4,7  MJ/kg
Geostationär 42.000  km 35.786  km 3,1  km/s (11.600  km/h oder 6.935  mph) 23  Std. 56  Min. 4,09  Sek. −4,6  MJ/kg
Umlaufbahn des Mondes 363.000–406.000  km 357.000–399.000  km 0,97–1,08  km/s (3.492–3.888  km/h bzw. 2.170–2.416  mph) 27,27  Tage −0,5  MJ/kg
Die untere Achse gibt die Umlaufgeschwindigkeiten einiger Umlaufbahnen an

Siehe auch

Verweise

Externe Links