Solens synkrona bana

Solens synkrona bana (grön)

Som sol -synchronous omloppsbana eller solsynkron bana (även solsynkron bana , förkortat  SSO ) kallas en omloppsbana runt en planet vars banplan undergår samma rotationsändring som de inringade planeter runt solen . Som ett resultat har orbitalplanet en fast vinkel mot planet-sollinjen.

För jorden betyder detta att satellitens orbitalplan roterar en gång runt jorden på ett år ( jordens omloppsperiod runt solen).

En planetsynkron bana runt solen , t.ex. B. i en bana som ges av Lagrange -punkterna .

egenskaper

Utan störningar kretsar en satellit jorden med konstant vinkelmoment på ett plan som är stillastående i rymden (lila kurvan i figuren ovan). Emellertid plattning av jorden utövar ett vridmoment och leder till en förskjutning i rätt uppstigande av uppstigande noden . I banor mot jordens rotation (dvs. lutningar  > 90 °) verkar denna presession i samma riktning som jordens rotation .

Precisionen är större, desto lägre lutning och flyghöjd (se beräkning nedan). Med ett lämpligt val av lutning och höjd skiftar banan precis så mycket att den kretsar runt jorden en gång om året (grön kurva i figuren ovan).

Solsynkron bana med positionen för den stigande noden och fasta flygtider, t.ex. B. 60 ° N kl. 21.00 och kl. 12.00

I fallet med en SSO passerar satellitens orbitalplan alltid en punkt på planetens yta vid samma lokal tid , om platsens geografiska latitud ligger inom det område som begränsas av banans lutning. På grund av den konstanta lokala tiden för överflygningen kan observationer från olika dagar enkelt jämföras med varandra, eftersom med en liknande infallsvinkel för solstrålarna (inte: identisk infallsvinkel ...; på grund av den extra påverkan av de säsonger på positionen för solen) i reflektion av ytor förändras knappast.

Som ett nytt satellitbanaelement definierar den lokala tiden för den stigande noden (English Local Time of Ascending Node , LTAN) lokal tid för överflygningen.

Om satelliten rör sig längs skymningszonen (morgon- eller kvällstid, engelska Dusk-Dawn ) vid 9 h LTAN, kan objekthöjden härledas från längden på skuggan som kastas på optiska inspelningar. Om satelliten kretsar runt jorden på ett sådant sätt att den inte passerar jordens skugga (cirka 6 h LTAN, lutning större än 101,45 °), kan den kontinuerligt försörjas med energi från solceller . Batterier ombord krävs då bara för uppstartsfasen eller om lägesstyrningen tappas.

Användningsexempel:

• Väder satelliter som TIROS , Nimbus , DMSP , METOP
• Jordforskningssatelliter som Landsat , ERS , Sentinel-2
• Solar observationssatelliter som ACRIMSat , TRACE , Hinode
• Forskningssatelliter som DLR-TUBSAT
• vissa rymdteleskop som infraröd astronomisk satellit , Wide-Field Infrared Survey Explorer .

beräkning

Höjd och lutning av solens synkronbana

Beroende av cirkulationshastigheten på banhöjden

Precisionen för en solsynkron bana beräknas som: ${\ displaystyle \ omega _ {p}}$

${\ displaystyle \ omega _ {p} = {\ frac {3} {2}} \ vänster ({\ frac {a} {r}} \ höger) ^ {2} J_ {2} \, \ omega \ cos i}$

med:

• den jordens radie vid ekvatorn (6378 km)${\ displaystyle a}$
• satellitbanans radie${\ displaystyle r}$
• den utvidgningskoefficient av jordpotential${\ displaystyle J_ {2}}$ (1,082 x 10 ^-3 ); den beskriver jordens massa vid ekvatorn, vilket orsakar presessionen och förskjutningen av den stigande nodens högra uppstigning.
• den vinkelhastigheten hos satelliten${\ displaystyle \ omega}$
• lutningen .${\ displaystyle i}$

Om man tar hänsyn till beroendet av den omloppshastighet på omloppsbana radie (andra siffran), förhållandet mellan lutningen och omloppsbana höjd som visas i den första figuren resultaten : ${\ displaystyle v (r)}$ ${\ displaystyle v = \ omega (r) \ cdot r}$${\ displaystyle i}$${\ displaystyle ra}$

• vid en lutning av 96 ° är vridmomentet på den orbitala vinkelmomentet mycket litet; satelliten skulle behöva kretsa runt jorden på en SSE lägre än 100 km. Störningar från jordens atmosfär har en stark effekt vid denna låga bana . Därför är SSE -banor med en så liten lutning (och upp till 6000 km höjd) av ingen praktisk betydelse.
• Istället flyger jordobservationssatelliter i en lutning mellan 98 ° och 99 °, eftersom den tillhörande höjden på 650 km till 900 km är en bra kompromiss mellan störningar från jordens atmosfär och avståndet till föremålen som observeras på jorden. Om du sätter in dessa värden i ovanstående formel och ordnar om dem (eller läser från det andra diagrammet) får du en rotationshastighet på cirka 7,5 km / s för en realistisk solsynkron bana, vilket motsvarar cirka 14,5 banor runt jorden per dag eller ca 1:40 h per cykel.${\ displaystyle \ omega}$

Se även

• Polarbana : löper över polerna, lutning nära 90 °, men inte nödvändigtvis synkroniserad med solen

Individuella bevis

1. ↑ http://design.ae.utexas.edu/mission_planning/mission_resources/orbital_mechanics/Sun_Synchronous_Orbits.pdf

webb-länkar

• Hillhouse, James D. (1999): "Sun Synchronous Orbits for the Earth Solar Power Satellite System" (pdf, eng; 32 kB)
• Okänd (1999): "Orbital Mechanics with Numerit - Sun -synchronous Orbit Design" (pdf, eng; 14 kB)