Просмотр кода страницы Высокая эллиптическая орбита

[[Файл:NASA molniya oblique.png|thumb|right|350px|Типичная орбита КА «Молния». Красными точками отмечено время движения спутника по орбите в часах]]
'''Высокая эллиптическая орбита''' (также '''Высокоэллиптическая орбита''',  '''ВЭО''') — это тип [[эллиптическая орбита|эллиптической орбиты]], у которой высота в [[апогей|апогее]] во много раз превышает высоту в [[перигей|перигее]]<ref>{{книга|заглавие=Распространение радиоволн и антенны спутниковых систем связи|автор=Сомов А.М.|издательство=Горячая линия - Телеком|год=2015|isbn=978-5-9912-0416-3|часть=Виды орбит. Основные определения. Состав и назначение систем спутниковой связи|язык=ru}}</ref>.

== Предназначение ==
По [[Законы Кеплера|законам Кеплера]] спутники, использующие высокие эллиптические орбиты, двигаются с очень высокой скоростью в [[перигей|перигее]], а затем сильно замедляются в [[апогей|апогее]]. Когда [[космический аппарат]] (КА) находится вблизи апогея, у наземного наблюдателя создаётся впечатление, что спутник почти не двигается в течение нескольких часов, то есть его орбита становится квази-[[Геостационарная орбита|геостационарной]]. В течение 3,5 часов сигнал с него можно принимать на антенну диаметром 0,6 м без использования поворотного устройства. С другой стороны, точка квазигеостационара может быть расположена над любой точкой земного шара, а не только над экватором, как у геостационарных спутников. Это свойство используется в северных и южных [[Широта|широтах]], сильно удалённых от [[экватор]]а (выше 76—78° с.ш./ю.ш.), где [[угол места]] геостационарных спутников может быть очень низким, или даже отрицательным{{нет в источнике}}<ref name="broadcastingru">{{cite web|title=О спутниковом вещании с высокоэллиптических орбит|url=http://broadcasting.ru/articles2/Oborandteh/o-sputnikovom-veshsnii-s-vysokoellipticheskih-orbit|publisher=broadcasting.ru|accessdate=2011-02-17|archiveurl=https://www.webcitation.org/698YqO5Ld?url=http://broadcasting.ru/articles2/Oborandteh/o-sputnikovom-veshsnii-s-vysokoellipticheskih-orbit|archivedate=2012-07-13|deadlink=no}}</ref>. В этих зонах приём с геостационарного спутника сильно затруднён или вовсе невозможен, и спутники на высокоэллиптических орбитах являются единственной возможностью обеспечить обслуживание. Углы мест у высокоэллиптических спутников превышают 40° на краях зоны обслуживания и достигают 90° в её центре.

ВЭО могут иметь любое [[Кеплеровы элементы орбиты#Наклонение|наклонение]], но часто имеют наклонение близкое к <math> \arcsin (\sqrt{4/5}) \approx 63,435^\circ</math> для обнуления возмущения вызванного неправильной формой Земли, похожей на [[Эллипсоид вращения|сплюснутый эллипсоид]]. При использовании такого наклонения орбита стабилизируется.

У эллиптических орбит [[Кеплеровы элементы орбиты#Аргумент перицентра|аргумент перигея]], находящийся между 180° и 360°, означает, что апогей находится над [[Северное полушарие|Северным полушарием]]. Напротив, аргумент перигея между 0° и 180° означает, что апогей находится над [[Южное полушарие|Южным полушарием]]. Апогей орбиты с аргументом перигея 0° или 180° будет находиться точно над [[экватор]]ом, что с практической точки зрения не имеет смысла, поскольку в этом случае дешевле и проще использовать КА на геостационарной орбите (понадобится всего лишь один спутник вместо трёх).

== Достоинства и недостатки ==
Спутники на ВЭО обладают следующими достоинствами:
* Возможность обслуживания очень большой территории. Так, например, такая система может обслуживать всю территорию [[Россия|России]];
* Обслуживание в высоких широтах. Угол места в этих зонах у систем на ВЭО гораздо больше, чем у геостационарных спутников;<ref name="broadcastingru"></ref>
* Широкое использование различных частотных диапазонов на ВЭО без регистрации (в отличие от геостационарной орбиты, где уже практически не осталось ни свободного места, ни свободных частот);
* более дешевый вывод на орбиту (примерно в 1,8 раза)<ref name="rfcmd">{{cite web|title=Высокоэллиптическая орбита|url=http://rfcmd.ru/wiki/index.php/Высокоэллиптическая_орбита|publisher=Радиогалактику|accessdate=2011-02-05|archiveurl=https://www.webcitation.org/698Yw0VkJ?url=http://rfcmd.ru/wiki/index.php/%D0%92%D1%8B%D1%81%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D1%80%D0%B1%D0%B8%D1%82%D0%B0|archivedate=2012-07-13}}</ref>.

В то же время, в настоящее время у систем на высокоэллиптических орбитах больше недостатков чем достоинств. К недостаткам относятся:
* необходимость иметь по крайней мере три спутника на орбите (вместо одного геостационарного) для создания квазигеостационарной системы. В случае обеспечения круглосуточного непрерывного [[Спутниковое телевидение|вещания]], количество КА возрастает до семи<ref name="rfcmd"></ref>;
* приемная [[антенна]] должна обладать функцией слежения (привод для разворота). Поэтому первоначальная стоимость такой антенны и стоимость её обслуживания будут выше, чем у простой фиксированной антенны;
* в высоких широтах [[плотность населения]] гораздо ниже чем в средних районах, поэтому вопрос [[Срок окупаемости|окупаемости]] такой системы очень сомнителен;
* апогей спутников на ВЭО выше, чем у ГСО, поэтому мощность [[Радиопередатчик|передатчиков]] должна быть выше, до 400—500 [[ватт]]. Это удорожает спутники;<ref name="broadcastingru"></ref>
* орбита спутников на ВЭО обычно пересекает [[Радиационный пояс|радиационные пояса]], что сильно сокращает срок службы КА. Для того чтобы избавиться от этой проблемы, необходимо иметь орбиту с апогеем около 50 тыс. км и перигеем около 20 тыс. км<ref name="rfcmd"></ref> то есть использовать [[#Орбита «Тундра»|орбиту «Тундра»]];
* так как КА движутся по орбите, [[эффект Доплера]] создает дополнительные трудности для приемников на Земле<ref name="UPM"></ref>;
* из-за большого времени распространения сигнала, возникают сложности при использовании программ, работающих в [[Реальное время|реальном масштабе времени]], такими как [[телефония]]<ref name="UPM"></ref>.

== Примеры использования ==
Существует несколько известных систем, которые используют высокоэллиптические орбиты.
{| class="collapsible uncollapsed" width=100% border="2" cellpadding="4" cellspacing="0" style="margin: 1em 1em 1em 0; background: #f9f9f9; border: 1px #aaa solid; border-collapse: collapse; font-size: 85%;"
|----- bgcolor="#85BB65"
! colspan="11" |''' Примеры высокоэллиптических орбит '''
|----- bgcolor="#96C8A2"
! Системы использующие ВЭО
! Название орбиты
! Предназначение
! Аргумент широты перигея
! Наклонение
! Период обращения КА
! Высота в перигее
! Высота в апогее.
|- align="center"
| «[[Молния-1Т]]», «[[Молния-3|-3]]», «[[Молния-3К|-3К]]», «[[Меридиан (КА)|Меридиан]]»
| [[Орбита «Молния»|Молния]]
| [[Спутниковая связь]]
| 280°
| 62.8°
| 11 часов 57 мин. 45 сек.
| около 500 км
| около 40 000 км
|- align="center"
| «[[Спутниковое радио#США и Канада|Sirius XM Radio]]»<ref name="UPM"></ref>
| [[#Орбита «Тундра»|Тундра]]
| [[Спутниковое радио]]
| 269°
| 62,1538°
| 23 часа 56 мин. 04 сек.
| 24 475 км
| 47 093 км
|- align="center"
| [[Интеграл (обсерватория)|Интеграл]]<ref name="UPM"></ref><ref name="Integral">{{cite web|title=Под знаком «Интеграла»|url=http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/239/18.shtml|publisher=Журнал «Новости Космонавтики», 12.2002|accessdate=2011-09-20|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120321080423/http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/239/18.shtml|archivedate=2012-03-21|deadlink=no}}</ref><ref name="IntegralESA">{{cite web|title=ESA Integral|url=http://www.esa.int/SPECIALS/Integral/index.html|publisher=ESA|accessdate=2011-09-20|archiveurl=https://www.webcitation.org/698Z3HGdL?url=http://www.esa.int/SPECIALS/Integral/index.html|archivedate=2012-07-13}}</ref>
|
| [[Космическая обсерватория]]
| 300°
| 51,6° (в начале миссии)
| 4309,6 мин.
| 9743,2 км
| 152 963,8 км
|- align="center"
| [[Кластер (КА)|Кластер]]<ref name="UPM"></ref>
|
| Научный КА
|
| 101,5°
| 3427,6 мин.
| 8585,9 км
| 129 281,5 км
|- align="center"
| [[OGO|Орбитальная Геофизическая обсерватория]]
|
| [[Космическая обсерватория]]
|
| 101,5°
| 3839 мин.
| около 300 км
| около 150 000 км
|- align="center"
| [[Advanced Composition Explorer]]
|
| Научный КА
|
| 28,7°
| 1398 часов (58,25 дня)
| 145 700 000 км
| 150 550 000 км
|- align="center"
| [[QZSS|Quazi-Zenith Satellite System]]
| [[#Орбита «Тундра»|Тундра]]
| Спутниковая [[Системы дифференциальной коррекции|система дифференциальной коррекции]] сигнала [[GPS]]
| 270°
| 40°
| 23 часа 56 мин. 04 сек.
| около 32 000 км
| около 40 000 км
|- align="center"
| [[ГЛОНАСС]]-В 
| [[#Орбита «Тундра»|Тундра]]
| Спутниковая [[Системы дифференциальной коррекции|система дифференциальной коррекции]] 
| 
| 64,8°
| 23 часа 56 мин. 04 сек.
| 
| 
|}

=== Орбита «Молния» ===
[[Файл:molniya.jpg|thumb|right|450px|Наземная трасса КА «Молния»]]
[[Орбита «Молния»]] названа в честь серии советских и российских спутников связи двойного назначения «[[Молния-1|Молния]]», впервые использовавших в своей работе этот вид орбиты. Её параметры:
* аргумент широты перигея — 280°;
* наклонение — 62,8°;
* драконический период обращения — 11 часов 57 мин. 45 сек.;
* высота — от 500 км в перигее до 40 000 км в апогее.

Полная группировка КА «Молния» состояла из восьми аппаратов на высокоэллиптических [[орбита]]х с [[апогей|апогеем]] в [[Северное полушарие|Северном полушарии]], время обращения которых равнялось половине [[Звёздные сутки|звёздных суток]] (то есть, чуть меньше 12 часов). КА были разделены на четыре пары, в каждой из которых спутники двигались вдоль одной наземной трассы с интервалом в 6 часов друг за другом. Трассы пар были смещены друг относительно друга на 90° по [[долгота|долготе]], то есть восемь спутников обеспечивали покрытие во всём мире. Апогеи суточных витков КА первой группы находились над территорией [[Средняя Сибирь|Центральной Сибири]] и над [[Северная Америка|Северной Америкой]], а у КА второй группы — над [[Западная Европа|Западной Европой]] и [[Тихий океан|Тихим океаном]].

Спутники должны были обеспечивать проведение сеансов связи суммарной длительностью до 13 часов в сутки и до 7,5 часов на одном витке<ref name="molniya3">{{cite web|title=Новая «Молния» красноярцев|url=http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/224/16.shtml|publisher=Журнал «Новости Космонавтики», 09.2001|accessdate=2011-01-21|archiveurl=https://web.archive.org/web/20120313171209/http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/224/16.shtml|archivedate=2012-03-13|deadlink=no}}</ref>.

В данный момент{{когда}} группировка спутников «[[Молния-1Т]]» и «[[Молния-3]]» заменяется на группировку КА «[[Меридиан (КА)|Меридиан]]».

=== Орбита «Тундра» ===
[[Файл:Qzss-45-0.09.jpg|thumb|right|120px|Наземная трасса КА «[[QZSS]]»]]
* период обращения — 23 часа 56 мин. 04 сек. (1 [[Звёздное время|Звёздный день]]);
* большая полуось (<math>a</math>): 42 164 км;
* эксцентриситет (<math>e</math>): от 0,25 до 0,4;
* высота в перигее: <math>a \cdot (1-e)-R_e</math>, где <math>R_e=6 371</math> (средний радиус Земли) — от 18 900 до 25 240 км;
* высота в апогее: <math>a \cdot (1+e)-R_e</math> — от 46 330 до 52 660 км;
* наклонение (<math>i</math>): 62,15°<ref name="UPM">{{cite web|title=Tipos de órbitas. Constelaciones de satélites|url=http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat/material/CSA08-2-OrbitasConstelaciones.pdf|publisher=Universidad Politecnica de Madrid|accessdate=2011-02-05|archiveurl=https://www.webcitation.org/684Jrco22?url=http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat/material/CSA08-2-OrbitasConstelaciones.pdf|archivedate=2012-05-31}}</ref> — 63,4°;

[[Орбита «Тундра»]] концептуально схожа с орбитой «Молния», но является [[геосинхронная орбита|геосинхронной]]: вместо 12 часов спутники делают полный виток за одни [[звёздные сутки]] (23 часа 56 мин.). Апогей этой орбиты обычно лежит значительно выше, чем у Молнии, в районе 46 000-52 000 км. В теории это может показаться лучше, так как эффективность использования спутников на орбите «Тундра» значительно повышается: они могут обслуживать выбранную территорию более 12 часов на каждом витке, а для организации круглосуточной связи достаточно двух аппаратов. Однако мощность передатчиков на таком КА должна быть значительно выше, так как он находится значительно дальше от Земли.

В данный момент{{когда}} такая орбита используется компанией «Sirius XM Radio», которая эксплуатирует на этой орбите систему «[[Спутниковое радио#США и Канада|Sirius XM]]» состоящую из трёх КА, а также японской [[QZSS|навигационной системой QZSS]].

== См. также ==
Спутники связи на высокоэллиптических орбитах:
* [[Меридиан (КА)|Меридиан]]
* [[Молния-1]]
* [[Молния-1+]]
* [[Молния-1Т]]
* [[Молния-2]]
* [[Молния-3]]
* [[Молния-3К]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://rfcmd.ru/wiki/index.php/Высокоэллиптическая_орбита Высокоэллиптическая орбита] {{Архивировано|url=https://www.webcitation.org/698Yw0VkJ?url=http://rfcmd.ru/wiki/index.php/%D0%92%D1%8B%D1%81%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D1%80%D0%B1%D0%B8%D1%82%D0%B0 |date=2012-07-13 }}
* [http://broadcasting.ru/articles2/Oborandteh/o-sputnikovom-veshsnii-s-vysokoellipticheskih-orbit О спутниковом вещании с высокоэллиптических орбит]


{{Орбиты}}
{{Небесная механика}}

[[Категория:Астродинамика]]
[[Категория:Орбиты]]