שְׁאֵלָה:
מדוע לווייני קבוצת הכוכבים במסלול כה גבוה?
Max Q Lagrange
2015-08-30 11:14:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

רוב הלוויינים נמצאים במסלול כדור הארץ נמוך. לוויינים אחרים נמצאים במסלול גיאוסטציונרי מכיוון שתפקידם דורש זאת.

לווייני ה- GPS (ושאר ה- GNSS, למשל GLONASS) נמצאים במסלול MEO גבוה בהרבה (תת-GEO):

enter image description here

מדוע הם צריכים להיות במסלול כה גבוה? ברור שתכנון ה- GPS אינו דורש שהם צריכים להיות ב- GEO.

דף הוויקיפדיה של GPS מזכיר כי עם מסלול זה יש לוויינים פרק זמן של כ- 12 שעות, וכך עקוב אחר אותו מסלול על פני כדור הארץ - זה היה שימושי לצורך ניפוי באגים כאשר המערכת הוקמה לראשונה. אבל בוודאי ניתן היה להשיג השפעה דומה עם תקופת מסלול של 8 או 6 שעות (או מחלק אחר של 24) בהוצאות פחות נמוכות.

סיבות אפשריות, אם כי לא מאושרות, שאני יכול לחשוב עליהן למסלול הגבוה. :

  • בתחילה (ועדיין) פרויקט צבאי, כאשר הלוויינים נמצאים במסלול כה גבוה מקשה על האויב להפיל.
  • להיות גבוה יותר פירושו שיותר לוויינים נמצאים בטווח הראייה לכל נקודה נתונה על פני כדור הארץ. אני לא יודע כמה לוויינים יידרשו לאותה רמת שירות אם הם היו במסלול של 8 או 6 שעות, אם כי הייתי מעוניין לראות איך העלויות משתנות כדי להכניס לוויינים נוספים למסלולים נמוכים יותר. / li>
  • לווייני LEO מושפעים יותר מגרירה אטמוספרית, ולכן יצטרכו לבצע תמרונים קבועים יותר לשמירת תחנות. יש להניח כי יש להוציאם זמנית משירות ה- GPS בעת ביצוע תמרונים אלה - אולי הדבר אינו מקובל בתכנון ה- GPS. כמו כן, נדרש יותר דלק לשמירת תחנות, או שיהיו חיי שירות קצרים יותר שמקזזים אולי את ההוצאה הנוספת של המסלול הגבוה יותר.

אז מדוע לווייני GPS נמצאים במסלולים כה גבוהים?

אני לא בטוח שאף אחת מהתשובות הצביעה על כך די בבירור. לוויינים מסחריים וצבאיים (GPS) ממוקמים בדרך כלל במקום בו יש צורך לשים אותם, מוגבלים על ידי זמינות המסלול. יש הרבה גורמים, שאחד מהם עשוי להיות המספר הכולל של לוויינים, אבל המשפט הראשון שלך "רוב הלוויינים נמצאים במסלול כדור הארץ נמוך מהסיבה הפשוטה שזול יותר להביא אותם לשם מאשר למעלה" הוא פשוט לא בסדר. מכיוון שהרבה אנשים קוראים גם את השאלות וגם את התשובות, מומלץ לתקן אמירות שגויות כאשר מבחינים בהן, כדי למנוע התפשטות של פקטואידים שגויים.
אני מניח שב- LEO תצטרך יותר מהם מאשר ב- MEO, ב- MEO הכיסוי שלהם יהיה גדול יותר מאשר ב- LEO, ודורש פחות אך מקבל את אותה פונקציונליות; מדוע פרסמתי את התגובה הזו לפני שקראתי את התשובה ואמרתי את אותו הדבר אין לי מושג.
שְׁלוֹשָׁה תשובות:
PearsonArtPhoto
2015-08-30 15:57:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

הסיבה העיקרית לכך שהם נמצאים במסלול כה גבוה היא לאפשר לראות יותר מכדור הארץ בכל פעם. כדי שתהיה גלויה בכמות סבירה של כדור הארץ, אתה צריך להיות גבוה. בתיאוריה גובה נמוך יכול לעבוד גם כן, אך נראה כי הגובה שנבחר הוא מרחק מספיק רחוק כדי להיות שימושי, אך לא עד כדי כך שיש לו בעיות קישור תקשורת וכו '.

העלות לקבלת לוויין GPS למסלולו אינו שונה מהותית מאשר אם היה, למשל, במסלול של 6 שעות. תקציב הקישור ישתפר מעט, ויאפשר בניית לוויין מעט זול יותר. הבעיה הגדולה, לעומת זאת, היא שתזדקק ליותר לוויינים כדי להבטיח שהכיסוי המלא הושג. GPS הוא ביסודו מערכת צבאית, ונדרש שלא יהיו פערים בשטח. יש לציין, הנה אחוז כדור הארץ הנראה מגבהים שונים:

  • מסלול של 12 שעות- 38%
  • מסלול של 8 שעות - 34.3%

יש לציין שכל מערכת GNSS אחרת שהושקה משתמשת במסלול דומה ל- GPS. GLONASS הוא 8/17 ביום, BeiDou 9/17, וגליליאו הוא 17/10. הודו עובדת על מערכת המשתמשת בלווייני GEO גרידא. אלה בחרו בפס דומה כיוון שה- GPS הוכיח שהוא עובד היטב בגבהים האלה.

גורם נוסף הוא מהירות מסלול. מהירות המסלול במסלול של 6 שעות היא כ -5 קמ"ש. ב- GPS זה 3.8 קמ"ש. מהירות איטית זו מאפשרת רוחב פס מצומצם יותר (מכיוון שתזוזות התדרים של דופלר קטנות יותר), תוך שימוש בפחות ספקטרום ומאפשרים להשתמש בערוצים רבים יותר. S>

ישנן גם סיבות אחרות, הכוללות את דיוק ה- GPS. הגובה המסוים הזה עובד טוב כדי לספק דיוק מספיק.

בשורה התחתונה, הגובה שבו GPS נמצא עובד די טוב עבורו, יש מעט חלליות אחרות המשתמשות במסלולים כאלה שהופכות אותם ליציבים יותר בסך הכל, וזה נראה כאילו רעיון טוב להמשיך להשתמש בלווייני GPS במסלולים של 12 השעות שהם נמצאים בהם.

זאת נקודה טובה. אתה מקבל כיסוי של מעל 76% מהמעגל הגדול מ -20,194 ק"מ מעל פני השטח שבהם נמצאים סאטי GPS, 68% מ 13,928 ק"מ (מסלול של 8 שעות) ו -62% מ -10,388 ק"מ (מסלול של 6 שעות). אבל אולי חשוב לא פחות, אם לא יותר, יהיה המהירות שלהם יחסית לקרקע, או האופק שלהם לזמן האופק (בערך 4.5, 2.7 ו- 1.9 שעות, בהתאמה), מה שיקשה על המנעולים. אני לא בטוח שזה ידרוש לוויינים רבים יותר מהם, מכיוון ששטח הפנים הכולל שלהם מצטמצם בגובה, והיותם עמוקים יותר בכוח המשיכה יפחית גם את ההשפעות היחסיות בזמן.
השפעות יחסיות אינן חשובות, ניתן לחשב אותן משם. המהירות לקרקע עשויה להיות בעיה. זה לוקח 15 דקות להשיג נעילה מלאה על הלוויין, כך שאם אתה עוזב בפרק זמן זה, זה עלול ליצור בעיות. אני חושב שטביעת הרגל היא הבעיה, ולא הכיסוי, אצטרך לעבוד על תיקון התשובה שלי כדי לטפל בזה ...
ובכן, המרחק ללווין ישתנה אז מהר יותר, כך שתזוזת פאזה בולטת יותר (בגלל אפקט דופלר) עשויה ליצור בעיות בסנכרון השעון, מה שיפחית את הדיוק בשימוש ב- GPS האזרחי. אני מניח שהייתי צריך להסביר את זה, אבל נגמר לי המקום.
האם גובה גבוה יותר אומר גם שהמסלול יציב יותר? כלומר ה- ISS הוא מסלול נמוך מאוד וכל הזמן צריך למקם אותו מחדש. בהיותי גבוה יותר אני מניח שלווייני GPS נמנעים מכך?
@DavidGrinberg כן, מסלולים נמוכים יותר כפופים לשיעור ריקבון מסלולי גבוה יותר בגלל לחץ אטמוספרי עדיין לא מבוטל, ולכן יש צורך בהתחדשות מסלולית תקופתית. ראה חלק מהשרשורים הדנים בנושא באתר שלנו. אך זה לא היה גורם לשינוי רב בגובה מסלולית שנדון בשאלה, כולם נמצאים בתוך חגורות הקרינה של ואן אלן. כמעט בדיוק בגובה מסלול ה- GPS של קבוצת הכוכבים (20,194.292 ק"מ מעל פני הים הממוצעים) שטף עוצמת הפרוטון הוא הגדול ביותר בחגורות. אז הולך גבוה יותר או נמוך יותר יהיה אפילו טוב יותר אפילו.
מסלולים גבוהים יותר היו מורידים גם את כוח האות במקלט, אלא אם כן תפוקת החשמל של כל לוויין הוגדלה.
האם תוכל בבקשה להסביר מדוע מהירות מסלול איטית יותר גורמת לרוחב פס קטן יותר?
אפקט הדופלר. תדר יחיד בלוויין תופס הרבה יותר מקום על הקרקע.
-1
PearsonArtPhoto (ו- @costrom) ופשוט עלה בדעתי שהעובדה הפשוטה שננו-לווינים, לוויינים, חלליות ותחנות חלל ב- LEO הנוסעות בערך 8 קמ"ש לשנייה, כולן משתמשות באופן שגרתי באותיות GPS בצורה די יעילה צריכה להניח את כל נושא הדופלר למנוחות.
@uhoh העלות של מקלט GPS לוויני היא הרבה יותר ממכשיר כף יד, אבל אני עדיין מאמין שזה עושה לפחות הבדל מסוים.
יש לתקן תשובה זו. ההצהרה (ים) על רוחב הפס - אפילו שתוקנה לאחרונה - שגויות. יש דקויות הקשורות לחיבורי קצב השעון בהתאם לשיטת המתאם (חומרה לעומת תוכנה) עקב דופלר, אך ** לא ** נושא "רוחב פס" או "ערוצים". תוכלו לקרוא את [התשובה המועילה] הזו (http://electronics.stackexchange.com/a/259174/102305) מ- @Andreas, וקצת יותר על [ערוצים כאן] (http://electronics.stackexchange.com/a/239414 / 102305). רכיבים המוסמכים למרחב - מלבד [אולי זה] (https://youtu.be/f0lpiXAHuyA?t=30) הם תמיד יקרים.
@Anreas's [הערת המשך] (http://electronics.stackexchange.com/questions/239431/#comment577857_259174) רלוונטי במיוחד כאן.
TildalWave
2015-08-30 12:55:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

לווייני GPS / GNSS מסתובבים בגובה שבו תקופת מסלול ההליכה שלהם היא מחצית מהיום הממוצע של כדור הארץ (23 שעות, 56 דקות, 4.0916 שניות), כך שקצב ה נדיון של הצומת שלהם הוא קטן (בערך 4 דקות, או ± 222 ק"מ מזרח-מערב נסחפות לאורך קו המשווה של כדור הארץ ביום) ודי קבוע, או אולי מוטב לומר יציב, לאורך תקופות זמן ארוכות יותר. פעולה זו שומרת על האורך שלהם של הצומת העולה בטווח של ± 2 מעלות מנומינלי ומאפשר חזרה על מסלול הקרקע עבור קבוצת הכוכבים:

Daily time shift of GPS satellite ground track repeat relative to 24 hours based on broadcast ephemeris data

תזוזת זמן יומית של חזרה על מסלול קרקע לוויני ב- GPS ביחס ל 24 שעות בהתבסס על נתוני ארעיות משודרים. מקור: InsideGNSS.com

חזרה זו על מסלול הקרקע הייתה חשובה בימים הראשונים של ה- GPS, כך שכיסוי קרקעי מספיק היה מובטח (בפגישות, לא באמת הכל יום) עם מספר קטן בהרבה של לווייני קונסטלציה. מסלולים נמוכים יותר היו נתונים להפרעות מסלוליות חזקות יותר, במיוחד המיתון המצומצם שכבר הוזכר בשל צורת כדור הארץ בהיותה ספרואיד משופע ולא כדור מושלם, כך שקצב הסחיפה של מזרח-מערב לוויינים היה גבוה יותר. , תוך לא ביטול מוחלט של השפעות מטרידות אחרות (כגון כוח הכבידה של השמש והירח, לחץ קרינת השמש, ...) או שהיה עדיין גבוה יותר (גרירה אטמוספרית) וגורם לקצב ריקבון מסלולי גבוה יותר או דורש בדרך אחרת כוויות מתקנות במסלול. .

זה מוסבר ביתר פירוט ב גיליון יוני / יולי 2006 של Inside GNSS, ב פתרונות GNSS: דיכאון מסלולי, טכניקות אופטימליות של תדרים כפולים, ו- Galileo מקלטים מאמר מאת פנינה אקסלרד וקריסטין מ 'לארסון.

Camilo Rada
2018-01-02 23:20:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

התשובות הקצרות הן להבטיח יכולת חזרה של מסלול הקרקע. והתקופה אינה 12 שעות אלא חצי יום סידורי (זה קצר יותר בערך 4 דקות), כך שכאשר כדור הארץ ביצע סיבוב אחד, הלוויינים ביצעו שניים והגיאומטריה של כל קבוצת הכוכבים ביחס לכדור הארץ זהה ל יום סידי אחד לפני. היכולת לחזור היא מסיבות מרובות, אחת מהן הייתה ששגיאות מסוימות הקשורות לאטמוספירה או להשתקפות קרקע (כלומר מרובת נתיבים) תלויות בגיאומטריה. אם הגיאומטריה זהה בכל יום סידורי השגיאות יהיו דומות, לכן התזוזות המחושבות על בסיס יום-סידורי-יום הן מדויקות מאוד, מכיוון שהטעויות כל כך דומות שהן מבטלות בעת תזוזות מחשוב (או מהירויות). כמו כן, הרבה יותר קל לחשב ולבצע שימוש בתיקונים של אפקטים אטמוספריים או של אפקטים מרובי נתיבים אם המסלולים הקרקעיים חוזרים על עצמם (וזה אותו דבר מלומר שהלוויינים חוזרים לאותם מיקומים בשמיים בכל יום אחד).

עכשיו שאלה נוספת היא מדוע לבחור חצי יום זר, במקום שליש או רבע. אני לא בטוח ב 100% לגבי זה אבל אני די בטוח שזה נובע מכך שבניגוד לוויינים אחרים, כדי שלוויין GPS יהיה שימושי, המיקום שלהם צריך להיות ידוע בדיוק ממש גבוה ובזמן אמת, אז כדי להשיג זאת, ככל שהמסלול גדול יותר כך קל יותר, בגלל מהירות איטית יותר והפרעות קטנות יותר בגלל שדה הכבידה הלא מרכזי של כדור הארץ, והגרירה האטמוספרית. אז למה לא מסלולים עם פרק יום מלא של יום אחד? כנראה בגלל עלות (להביא אותם למסלול ולהעביר בכוח רב יותר), כך שחצי יום ירידתי היה הזול יותר שעדיין איפשר לעמוד במפרט הדיוק של מיקום הלוויין.

במאמר זה יש טיפול טוב ומסבירים כיצד יש לחזור על דבקות רב-כיוונית לאיכות הפיתרון וכיצד ניתן להשתמש בדבקות כזו לשיפור פתרונות GPS. מסביר גם שהתקופה קרובה ליום Sidereal אחד: שיפור הדיוק של GPS ברמה גבוהה

במאמר זה יש טיפול טוב ומסבירים כיצד הישנות רב-מסלולית חשובה לאיכות הפתרון וכיצד ניתן להשתמש בחזרה כזו לשיפור פתרונות GPS. מסביר גם שהתקופה קרובה ליום Sidereal אחד: http: //xenon.colorado.edu/larsonetal_2007.pdf


שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 3.0 עליו הוא מופץ.
Loading...