Milline jõud hoiab satelliiti. Miks satelliidid ei deorbiidi? Maa ebatäiuslik gravitatsiooniväli

Võib tunduda, et Maa orbiidil olevad satelliidid on kõige lihtsamad, tuttavamad ja kallimad asjad siin maailmas. Kuu on ju taevas rippunud üle nelja miljardi aasta ja tema liikumises pole midagi üleloomulikku. Aga kui me ise laseme satelliite Maa orbiidile, jäävad nad sinna vaid mõneks või aastakümneks, seejärel sisenevad uuesti atmosfääri ja kas põlevad ära või kukuvad ookeani ja maa peale.

Veelgi enam, kui vaadata looduslikke satelliite teistel planeetidel, siis need kõik kestavad palju kauem kui ümber Maa tiirlevad tehissatelliidid. Näiteks Rahvusvaheline Kosmosejaam (ISS) tiirleb ümber Maa iga 90 minuti järel, meie Kuul aga võtab selleks aega umbes kuu. Isegi nende planeetide lähedal asuvad satelliidid - nagu Jupiteri Io, mille loodete jõud soojendavad maailma ja rebivad seda vulkaaniliste katastroofidega - on oma orbiidil stabiilsed.

Io jääb Jupiteri orbiidile eeldatavasti kogu ülejäänud päikesesüsteemi elueaks, kuid kui midagi ette ei võeta, on ISS oma orbiidil vähem kui 20 aastat. Sama saatus kehtib peaaegu kõigi madalal Maa orbiidil olevate satelliitide puhul: järgmise sajandi veeremise ajaks sisenevad peaaegu kõik tänapäeva satelliidid Maa atmosfääri ja põlevad ära. Suurimad (nagu oma 431-tonnise massiga ISS) kukuvad suure prahi kujul maale ja vette.

Miks see juhtub? Miks need satelliidid ei hooli Einsteini, Newtoni ja Kepleri seadustest ning miks nad ei taha kogu aeg stabiilset orbiiti hoida? Selgub, et seda orbiidi segadust põhjustavad mitmed tegurid.

See on võib-olla kõige olulisem mõju ja on ka põhjus, miks madalal Maa orbiidil olevad satelliidid on ebastabiilsed. Teised satelliidid - nagu geostatsionaarsed satelliidid - ka deorbiidil, kuid mitte nii kiiresti. Oleme harjunud pidama "kosmoseks" kõike, mis asub üle 100 kilomeetri: üle Karmani joone. Kuid igasugune kosmosepiiri määratlus, kus ruum algab ja planeedi atmosfäär lõpeb, on kaugeleulatuv. Tegelikkuses ulatuvad atmosfääri osakesed kaugele ja kõrgele, lihtsalt nende tihedus muutub järjest väiksemaks. Lõpuks langeb tihedus – alla mikrogrammi kuupsentimeetri kohta, siis nanogrammi, siis pikogrammi – ja siis võime seda üha julgemalt kosmoseks nimetada. Kuid atmosfääri aatomid võivad asuda tuhandete kilomeetrite kaugusel ja kui satelliidid nende aatomitega kokku põrkuvad, kaotavad nad hoo ja aeglustuvad. Seetõttu on madalal Maa orbiidil olevad satelliidid ebastabiilsed.

Päikesetuule osakesed

Päike kiirgab pidevalt suure energiaga osakeste voogu, enamasti prootoneid, kuid leidub ka elektrone ja heeliumituumasid, mis põrkavad kokku kõigega, millega nad kokku puutuvad. Need kokkupõrked muudavad omakorda nende satelliitide hoogu, millega nad kokku põrkuvad, ja aeglustavad neid järk-järgult. Piisava aja möödudes hakkavad ka orbiidid lagunema. Ja kuigi see ei ole satelliitide LEO-sse deorbiidi peamine põhjus, on kaugemal asuvate satelliitide jaoks olulisem, kui nad lähenevad ja koos sellega suureneb õhutakistus.

Maa ebatäiuslik gravitatsiooniväli

Kui Maal poleks sellist atmosfääri nagu Merkuuril või Kuul, kas meie satelliidid suudaksid jääda orbiidile igavesti? Ei, isegi mitte siis, kui eemaldaksime päikesetuule. Selle põhjuseks on asjaolu, et Maa – nagu kõik planeedid – ei ole punktmass, vaid pigem ebakonstantse gravitatsiooniväljaga struktuur. See väli ja muutused, kui satelliidid tiirlevad ümber planeedi, põhjustavad neile mõjuvad loodete jõud. Ja mida lähemal on satelliit Maale, seda suurem on nende jõudude mõju.

Ülejäänud päikesesüsteemi gravitatsiooniline mõju

Ilmselgelt pole Maa täiesti isoleeritud süsteem, kus ainus satelliite mõjutav gravitatsioonijõud sünnib Maal endal. Ei, Kuu, Päike ja kõik teised planeedid, komeedid, asteroidid ja palju muud aitavad kaasa gravitatsioonijõudude kujul, mis lükkavad orbiidid lahku. Isegi kui Maa oleks täiuslik punkt – näiteks mittepöörlevaks mustaks auguks kokku surutud – ilma atmosfäärita ja satelliidid oleksid päikesetuule eest 100% kaitstud, hakkaksid need satelliidid järk-järgult spiraalima Maa keskmesse. Nad oleksid püsinud orbiidil kauem, kui oleks eksisteerinud Päike ise, kuid ka see süsteem poleks täiesti stabiilne; satelliitide orbiidid oleksid lõpuks häiritud.

Relativistlikud efektid

Newtoni seadused – ja Kepleri orbiidid – ei ole ainsad, mis taevakehade liikumist reguleerivad. Sama jõud, mis põhjustab Merkuuri orbiidil pretsessiooni 43 tolli sajandi kohta, põhjustab gravitatsioonilainete tõttu orbiite häiritud. Selle katkestuse kiirus on nõrkade gravitatsiooniväljade (nagu need, mida leidsime Päikesesüsteemis) ja suurte vahemaade puhul uskumatult aeglane: Maa spiraaliga Päikese poole laskumiseks kulub 10 150 aastat ja Päikese orbiitide katkemise aste. Maalähedaste satelliitide arv on sellest sadu tuhandeid kordi väiksem. Kuid see jõud on olemas ja on üldise relatiivsusteooria vältimatu tagajärg, mis avaldub tõhusalt planeedi lähematel satelliitidel.

Kõik see ei mõjuta mitte ainult meie loodud satelliite, vaid ka looduslikke satelliite, mida me teiste maailmade ümber tiirlemas leiame. Näiteks Marsile lähim kuu, Phobos, on määratud tõusu- ja tõusujõudude poolt lõhki rebima ja spiraalselt alla Punase planeedi atmosfääri. Vaatamata sellele, et atmosfäär on vaid 1/140 Maa omast, on Marsi atmosfäär suur ja hajus ning pealegi pole Marsil kaitset päikesetuule eest (erinevalt Maast oma magnetväljaga). Seetõttu on pärast kümneid miljoneid aastaid Phobos kõik. Võib tunduda, et seda ei juhtu niipea, kuid see on vähem kui 1% päikesesüsteemi juba eksisteerinud ajast.

Kuid Jupiteri lähim satelliit pole Io: see on mütoloogia järgi Zeusi esimene naine Metis. Iole lähemal on neli väikest satelliiti, millest Metis on kõige lähemal – planeedi atmosfäärist vaid 0,8 Jupiteri raadiuse kaugusel. Jupiteri puhul ei ole orbiitide katkemise eest vastutavad atmosfäärijõud ega päikesetuul; 128 000 kilomeetri pikkuse orbiidi poolteljega Metis kogevad tohutud loodete jõud, mis vastutavad selle Kuu spiraalse laskumise eest Jupiteri poole.

Näitena sellest, mis juhtub võimsate loodete jõudude domineerimisel, võib tuua komeedi Shoemaker-Levy 9 ja selle mõju Jupiterile 1994. aastal pärast seda, kui loodete jõud selle täielikult lahti rebisid. Selline on kõigi satelliitide saatus, mis keerlevad oma kodumaailma poole.

Kõigi nende tegurite kombinatsioon muudab iga satelliidi põhimõtteliselt ebastabiilseks. Piisava aja ja muude stabiliseerivate mõjude puudumisel rikutakse absoluutselt kõiki orbiite. Lõppude lõpuks on kõik orbiidid ebastabiilsed, kuid mõned on ebastabiilsemad kui teised.

"Inimene peab tõusma Maast kõrgemale - atmosfääri ja kaugemale - sest ainult nii saab ta täielikult aru maailmast, milles ta elab."

Sokrates tegi selle vaatluse sajandeid enne seda, kui inimesed objekti Maa orbiidile edukalt paigutasid. Ja ometi näib Vana-Kreeka filosoof olevat mõistnud, kui väärtuslik võib olla vaade kosmosest, kuigi ta ei teadnud üldse, kuidas seda saavutada.

See idee, kuidas objekt "atmosfääri sisse ja sealt välja viia", pidi ootama, kuni Isaac Newton avaldas 1729. aastal oma kuulsa kahurikuuli mõtteeksperimendi. See näeb välja umbes selline:

"Kujutage ette, et asetasite kahuri mäe otsa ja tulistasite seda horisontaalselt. Kahurikuul liigub mõnda aega paralleelselt Maa pinnaga, kuid alistub lõpuks gravitatsioonile ja kukub tagasi Maale. Kujutage nüüd ette, et lisate kahurile pidevalt püssirohtu. Täiendavate plahvatuste korral liigub tuum aina kaugemale, kuni see kukub. Lisage õige kogus püssirohtu ja andke tuumale õige kiirendus ning see lendab pidevalt ümber planeedi, langedes alati gravitatsiooniväljas, kuid ei jõua kunagi maapinnale.

1957. aasta oktoobris kinnitas Nõukogude Liit lõpuks Newtoni aimdust, saates orbiidile Sputnik 1, esimese tehissatelliidi, mis tiirleb ümber Maa. See algatas kosmosevõistluse ja arvukad objektide stardid, mis pidid lendama ümber Maa ja teiste päikesesüsteemi planeetide. Pärast Sputniku starti on mõned riigid, peamiselt USA, Venemaa ja Hiina, kosmosesse saatnud üle 3000 satelliidi. Mõned neist tehisobjektidest, näiteks ISS, on suured. Teised sobivad ideaalselt väikesesse rinnakorvi. Tänu satelliitidele saame ilmateateid, vaatame telerit, surfame internetis ja helistame. Isegi need satelliidid, mille tööd me ei tunne ega näe, teenivad sõjaväge hästi.

Loomulikult on satelliitide käivitamine ja töötamine kaasa toonud probleeme. Tänapäeval, kus Maa orbiidil on üle 1000 aktiivse satelliidi, on meie lähim kosmosepiirkond tipptunnil elavam kui suurlinn. Lisage sellele mittetöötavad seadmed, mahajäetud satelliidid, riistvaratükid ja plahvatuste või kokkupõrgete killud, mis täidavad taeva koos kasulike seadmetega. See orbiidi praht, millest me räägime, on kogunenud aastate jooksul ja kujutab tõsist ohtu nii praegu Maa ümber tiirlevatele satelliitidele kui ka tulevastele mehitatud ja mehitamata startidele.

Selles artiklis pugeme tavalise satelliidi sisikonda ja vaatame selle silmadesse, et näha meie planeedi vaateid, millest Sokrates ja Newton ei osanud unistadagi. Kuid kõigepealt vaatame lähemalt, mille poolest satelliit tegelikult teistest taevaobjektidest erineb.

Et mõista, miks satelliidid niimoodi liiguvad, peame külastama oma sõpra Newtonit. Ta väitis, et gravitatsioonijõud eksisteerib universumi mis tahes kahe objekti vahel. Kui seda jõudu poleks, jätkaksid planeedi lähedal lendavad satelliidid liikumist sama kiirusega ja samas suunas – sirgjooneliselt. See sirgjoon on satelliidi inertsiaaltee, mida aga tasakaalustab planeedi keskme poole suunatud tugev gravitatsiooniline külgetõmme.

Mõnikord näeb satelliidi orbiit välja nagu ellips, lamestatud ring, mis liigub ümber kahe punkti, mida nimetatakse fookusteks. Sel juhul toimivad kõik samad liikumisseadused, välja arvatud see, et planeedid asuvad ühes fookuses. Selle tulemusena ei jaotu satelliidile rakendatav netojõud kogu selle teekonnale ühtlaselt ja satelliidi kiirus muutub pidevalt. See liigub kiiresti, kui see on planeedile kõige lähemal - perigee punktis (mitte segi ajada periheeliga), ja aeglasemalt, kui see on planeedist kõige kaugemal - apogee punktis.

Satelliidid on igasuguse kuju ja suurusega ning täidavad väga erinevaid ülesandeid.

• Meteoroloogilised satelliidid aitavad meteoroloogidel ilma ennustada või näha, mis sellega hetkel toimub. Hea näide on geostatsionaarne operatiivne keskkonnasatelliit (GOES). Need satelliidid sisaldavad tavaliselt kaameraid, mis kuvavad Maa ilma.
• Sidesatelliidid võimaldavad telefonivestlusi satelliidi kaudu edastada. Sidesatelliidi kõige olulisem omadus on transponder, raadio, mis võtab vestluse vastu ühel sagedusel, seejärel võimendab seda ja edastab selle teisel sagedusel Maale tagasi. Satelliit sisaldab tavaliselt sadu või tuhandeid transpondreid. Sidesatelliidid on tavaliselt geosünkroonsed (sellest lähemalt hiljem).
• Telesatelliidid edastavad telesignaale ühest punktist teise (sarnaselt sidesatelliitidele).
• Teaduslikud satelliidid, nagu kunagine Hubble'i kosmoseteleskoop, täidavad igasuguseid teaduslikke missioone. Nad vaatavad kõike alates päikeselaikudest kuni gammakiirgusteni.
• Navigatsioonisatelliidid aitavad lennukitel lennata ja laevadel sõita. GPS NAVSTAR ja GLONASS satelliidid on silmapaistvad esindajad.
• Päästesatelliidid reageerivad hädakutsungitele.
• Maa seiresatelliidid märkavad muutusi, alates temperatuurist kuni jäämütsideni. Kõige kuulsamad on Landsati seeriad.

Orbiidil on ka sõjalised satelliidid, kuid suur osa nende toimimisest jääb saladuseks. Nad saavad edastada krüpteeritud sõnumeid, jälgida tuumarelvi, vaenlase liikumist, hoiatada rakettide väljalaskmise eest, kuulata maaraadiot ning teha radariuuringuid ja kaardistamist.

Millal leiutati satelliidid?

Teadlased ei mõistnud Clarki – kuni 4. oktoobrini 1957. aastal. Seejärel saatis Nõukogude Liit Maa orbiidile esimese tehissatelliidi Sputnik 1. "Sputnik" oli 58 sentimeetri läbimõõduga, kaalus 83 kilogrammi ja oli valmistatud palli kujul. Kuigi see oli märkimisväärne saavutus, oli Sputniku sisu tänapäeva mõõdupuuga võrreldes kasin:

• termomeeter
• aku
• raadiosaatja
• lämmastikgaas, mis oli satelliidi sees rõhu all

Sputniku välisküljel edastasid neli piitsaantenni lühilainesagedustel, mis ületasid ja alla praeguse standardi (27 MHz). Maa jälgimisjaamad võtsid vastu raadiosignaali ja kinnitasid, et pisike satelliit oli stardi üle elanud ja oli edukalt kursil ümber meie planeedi. Kuu aega hiljem saatis Nõukogude Liit Sputnik 2 orbiidile. Kapsli sees oli koer Laika.

Detsembris 1957, püüdes meeleheitlikult sammu pidada oma külma sõja vastastega, üritasid Ameerika teadlased saata orbiidile satelliidi koos planeediga Vanguard. Kahjuks kukkus rakett õhkutõusmisetapil alla ja põles maha. Vahetult pärast seda, 31. jaanuaril 1958, kordas USA NSVLi edu, võttes vastu Wernher von Brauni plaani saata satelliit Explorer-1 koos USAga teele. punakivi. Explorer 1 kandis seadmeid kosmiliste kiirte tuvastamiseks ja leidis James Van Alleni katses Iowa ülikoolist, et kosmilisi kiiri oli oodatust palju vähem. See viis Maa magnetvälja lõksu jäänud laetud osakestega täidetud kahe toroidaalse tsooni (lõpuks sai nime Van Alleni järgi) avastamiseni.

Nendest edusammudest julgustatuna hakkasid mõned ettevõtted 1960. aastatel satelliite välja töötama ja orbiidile saatma. Üks neist oli Hughes Aircraft koos staarinsener Harold Roseniga. Rosen juhtis meeskonda, kes viis Clarke’i idee teoks – sidesatelliiti, mis paigutati Maa orbiidile nii, et see võiks peegeldada raadiolaineid ühest kohast teise. 1961. aastal sõlmis NASA Hughesiga lepingu Syncomi (sünkroonse side) satelliitide seeria ehitamiseks. 1963. aasta juulis nägid Rosen ja tema kolleegid, kuidas Syncom-2 kosmosesse tõusis ja jämedale geosünkroonsele orbiidile jõudis. President Kennedy kasutas uut süsteemi Nigeeria peaministriga rääkimiseks Aafrikas. Peagi tõusis õhku Syncom-3, mis võis tegelikult edastada telesignaali.

Satelliitide ajastu on alanud.

Mis vahe on satelliidil ja kosmoseprügil?

Inimtekkelised objektid, nagu Sputnik ja Explorer, võib samuti liigitada satelliitideks, kuna need, nagu kuud, tiirlevad ümber planeedi. Kahjuks on inimtegevus viinud selleni, et Maa orbiidile ilmus tohutul hulgal prügi. Kõik need tükid ja praht käituvad nagu suured raketid – tiirlevad ümber planeedi suurel kiirusel ringikujulist või elliptilist rada pidi. Määratluse ranges tõlgenduses võib iga sellist objekti määratleda satelliidina. Kuid astronoomid peavad reeglina satelliitideks neid objekte, mis täidavad kasulikku funktsiooni. Metalli ja muu prügi killud kuuluvad orbiidi prahi kategooriasse.

Orbiidi praht pärineb paljudest allikatest:

• Raketi plahvatus, mis toodab kõige rohkem rämpsu.
• Kosmonaut lõdvestas käe – kui astronaut parandab midagi kosmoses ja jätab mutrivõtme vahele, on see mutrivõti igaveseks kadunud. Võti läheb orbiidile ja lendab kiirusega umbes 10 km/s. Kui see tabab inimest või satelliiti, võivad tagajärjed olla katastroofilised. Suured objektid, nagu ISS, on kosmoseprahi suur sihtmärk.
• Kasutuselt kõrvaldatud esemed. Stardikonteinerite osad, kaamera objektiivi korgid jne.

NASA saatis kosmoseprahi mõjude pikaajaliste mõjude uurimiseks orbiidile spetsiaalse satelliidi nimega LDEF. Kuue aasta jooksul registreerisid satelliidi instrumendid umbes 20 000 lööki, millest osa põhjustasid mikrometeoriidid ja teised orbiidi praht. NASA teadlased jätkavad LDEF-i andmete analüüsimist. Kuid Jaapanis on juba olemas hiiglaslik võrgustik kosmoseprahi püüdmiseks.

Mis on tavalise satelliidi sees?

Kõikidel satelliitidel on toiteallikas (tavaliselt päikesepaneelid) ja akud. Päikesepaneelid võimaldavad akusid laadida. Viimaste satelliitide hulka kuuluvad ka kütuseelemendid. Satelliidienergia on väga kallis ja äärmiselt piiratud. Tuumaenergiaelemente kasutatakse tavaliselt kosmosesondide saatmiseks teistele planeetidele.

Kõikidel satelliitidel on pardaarvuti erinevate süsteemide juhtimiseks ja jälgimiseks. Kõikidel on raadio ja antenn. Vähemalt on enamikul satelliitidel raadiosaatja ja -vastuvõtja, et maapealne meeskond saaks satelliidi olekut küsida ja jälgida. Paljud satelliidid võimaldavad palju erinevaid asju alates orbiidi muutmisest kuni arvutisüsteemi ümberprogrammeerimiseni.

Nagu arvata võis, ei ole kõigi nende süsteemide kokkupanek lihtne ülesanne. See võtab aastaid. Kõik algab missiooni eesmärgi määratlemisest. Selle parameetrite määramine võimaldab inseneridel kokku panna õiged tööriistad ja paigaldada need õiges järjekorras. Kui spetsifikatsioon (ja eelarve) on kinnitatud, algab satelliidi kokkupanek. See toimub puhtas ruumis, steriilses keskkonnas, mis säilitab õige temperatuuri ja niiskuse ning kaitseb satelliiti arendamise ja kokkupanemise ajal.

Tehissatelliite valmistatakse tavaliselt eritellimusel. Mõned ettevõtted on välja töötanud modulaarsed satelliidid, st konstruktsioonid, mida saab kokku panna, et vastavalt spetsifikatsioonile oleks võimalik paigaldada täiendavaid elemente. Näiteks Boeing 601 satelliitidel oli kaks põhimoodulit – šassii tõukejõu alamsüsteemi, elektroonika ja akude transportimiseks; ja kärgriiulite komplekt seadmete hoidmiseks. See modulaarsus võimaldab inseneridel satelliite kokku panna mitte nullist, vaid toorikust.

Kuidas satelliite orbiidile saadetakse?

Enamiku satelliidi startide puhul tulistatakse rakett otse üles, mis võimaldab tal kiiremini paksu atmosfääri läbida ja kütusekulu minimeerida. Pärast raketi õhkutõusmist kasutab raketi juhtimismehhanism inertsiaalset juhtimissüsteemi, et arvutada soovitud kalde saavutamiseks raketi düüsi vajalikud kohandused.

Pärast raketi hõrenevasse õhku sisenemist laseb navigatsioonisüsteem umbes 193 kilomeetri kõrgusel välja väikesed reketid, millest piisab raketi horisontaalasendisse pööramiseks. Pärast seda vabastatakse satelliit. Väikesed raketid lastakse uuesti välja ja need annavad raketi ja satelliidi vahekauguse erinevuse.

Orbiidi kiirus ja kõrgus

Rakett peab saavutama kiiruse 40 320 kilomeetrit tunnis, et Maa gravitatsioonist täielikult pääseda ja kosmosesse lennata. Kosmose kiirus on palju suurem kui see, mida satelliit orbiidil vajab. Nad ei pääse maa gravitatsiooni eest, vaid on tasakaalus. Orbiidi kiirus on kiirus, mis on vajalik satelliidi gravitatsioonilise tõmbe ja inertsiaalse liikumise vahelise tasakaalu säilitamiseks. See on ligikaudu 27 359 kilomeetrit tunnis 242 kilomeetri kõrgusel. Ilma gravitatsioonita kannaks inerts satelliidi kosmosesse. Isegi gravitatsiooni korral, kui satelliit liigub liiga kiiresti, puhutakse see kosmosesse. Kui satelliit liigub liiga aeglaselt, tõmbab gravitatsioon selle Maa poole tagasi.

Satelliidi orbiidi kiirus sõltub selle kõrgusest Maast. Mida lähemal Maale, seda suurem on kiirus. 200 kilomeetri kõrgusel on orbiidi kiirus 27 400 kilomeetrit tunnis. Orbiidi hoidmiseks 35 786 kilomeetri kõrgusel peab satelliit pöörlema ​​kiirusega 11 300 kilomeetrit tunnis. Selline orbiidi kiirus võimaldab satelliidil sooritada üks möödasõit iga 24 tunni järel. Kuna ka Maa pöörleb 24 tundi, siis 35 786 kilomeetri kõrgusel asuv satelliit on Maa pinna suhtes kindlas asendis. Seda positsiooni nimetatakse geostatsionaarseks. Geostatsionaarne orbiit on ideaalne meteoroloogiliste ja sidesatelliitide jaoks.

Üldiselt võib öelda, et mida kõrgem on orbiit, seda kauem saab satelliit sellel püsida. Madalal kõrgusel on satelliit maakera atmosfääris, mis tekitab takistust. Suurel kõrgusel vastupanu praktiliselt puudub ja satelliit, nagu ka Kuu, võib orbiidil olla sajandeid.

Satelliidi tüübid

Polaarorbiidil tiirlevad satelliidid läbivad iga pöördega ka pooluseid, kuigi nende orbiidid on vähem elliptilised. Polaarorbiidid jäävad Maa pöörlemise ajal ruumis fikseerituks. Selle tulemusena läbib suurem osa Maast polaarorbiidil satelliidi alt. Kuna polaarorbiidid annavad planeedi suurepärase katvuse, kasutatakse neid kaardistamiseks ja pildistamiseks. Prognoosid toetuvad ka ülemaailmsele polaarsatelliitide võrgustikule, mis tiirlevad ümber maakera 12 tunniga.

Samuti saate satelliite klassifitseerida nende kõrguse järgi maapinnast. Selle skeemi alusel on kolm kategooriat:

• Madal orbiit (LEO) – LEO satelliidid hõivavad Maast 180–2000 kilomeetri kõrgusel asuva kosmosepiirkonna. Satelliidid, mis liiguvad Maa pinna lähedal, sobivad ideaalselt vaatlusteks, sõjaliseks ja ilmateabe kogumiseks.
• Medium Earth Orbit (MEO) – need satelliidid lendavad 2000–36 000 km kõrgusel Maast. GPS-navigatsioonisatelliidid töötavad sellel kõrgusel hästi. Orbiidi orienteeruv kiirus on 13 900 km/h.
• Geostatsionaarne (geosünkroonne) orbiit - geostatsionaarsed satelliidid liiguvad ümber Maa kõrgusel, mis ületab 36 000 km ja sama pöörlemiskiirusega kui planeet. Seetõttu paiknevad sellel orbiidil olevad satelliidid alati samasse kohta Maal. Paljud geostatsionaarsed satelliidid lendavad mööda ekvaatorit, mis on tekitanud selles kosmosepiirkonnas palju "liiklusummikuid". Geostatsionaarset orbiiti kasutavad mitusada televisiooni-, side- ja ilmasatelliiti.

Lõpuks võib satelliitidele mõelda ka selles mõttes, kust nad "otsivad". Enamik viimastel aastakümnetel kosmosesse saadetud objekte vaatab Maale. Nendel satelliitidel on kaamerad ja seadmed, mis näevad meie maailma erinevatel valguse lainepikkustel, võimaldades meil nautida hingematvat vaatemängu meie planeedi ultraviolett- ja infrapuna toonides. Vähem satelliite pöörab pilgud kosmosesse, kus nad vaatlevad tähti, planeete ja galaktikaid ning otsivad selliseid objekte nagu asteroidid ja komeedid, mis võivad Maaga kokku põrkuda.

Tuntud satelliidid

Siiski on orbiidil tõelisi kangelasi. Saame nendega tuttavaks.

1. Landsati satelliidid on Maad pildistanud 1970. aastate algusest ning Maa pinna vaatluste poolest on nad meistrid. Landsat-1, mis oli tol ajal tuntud kui ERTS (Earth Resources Technology Satellite), lasti orbiidile 23. juulil 1972. aastal. Sellel oli kaks peamist instrumenti: kaamera ja multispektraalne skanner, mille ehitas Hughes Aircraft Company ja mis oli võimeline salvestama andmeid rohelise, punase ja kahe infrapunaspektriga. Satelliit tegi nii uhkeid pilte ja seda peeti nii edukaks, et sellele järgnes terve seeria. NASA käivitas viimase Landsat-8 2013. aasta veebruaris. See sõiduk lendas kahe Maa-vaatlusanduriga, operatiivmaakujutise ja termilise infrapunaanduriga, mis kogusid rannikualade, polaarjää, saarte ja mandrite multispektraalseid pilte.
2. Geostatsionaarsed keskkonnasatelliidid (GOES) tiirlevad ümber Maa geostatsionaarsel orbiidil, millest igaüks vastutab maakera kindla osa eest. See võimaldab satelliitidel atmosfääri tähelepanelikult jälgida ja tuvastada muutusi ilmastikutingimustes, mis võivad põhjustada tornaadosid, orkaane, üleujutusi ja äikesetorme. Satelliitide abil hinnatakse ka sademete hulka ja lume kogunemist, mõõdetakse lumikatte astet ning jälgitakse mere- ja järvejää liikumist. Alates 1974. aastast on orbiidile saadetud 15 GOES satelliiti, kuid ilma jälgivad korraga vaid kaks GOES West ja GOES East satelliiti.
3. Jason-1 ja Jason-2 on mänginud võtmerolli Maa ookeanide pikaajalises analüüsis. NASA saatis Jason-1 orbiidile 2001. aasta detsembris, et asendada NASA/CNES Topex/Poseidoni satelliit, mis oli tiirlenud ümber Maa alates 1992. aastast. Ligi kolmteist aastat on Jason-1 mõõtnud meretaset, tuule kiirust ja lainekõrgust enam kui 95% Maa jäävabadest ookeanidest. NASA andis Jason-1 ametlikult pensionile 3. juulil 2013. Jason 2 jõudis orbiidile 2008. aastal. See kandis täppisinstrumente, et mõõta kaugust satelliidist ookeanipinnani mõne sentimeetri täpsusega. Lisaks sellele, et need andmed on okeanograafidele väärtuslikud, annavad need põhjaliku ülevaate maailma kliimamustrite käitumisest.

Kui palju satelliidid maksavad?

Sellise keeruka masina ehitamine nõuab palju ressursse, nii et ajalooliselt said satelliidiärisse sattuda vaid valitsusasutused ja ettevõtted, kellel on palju raha. Suurem osa satelliidi maksumusest peitub seadmetes – transpondrites, arvutites ja kaamerates. Tavaline ilmasatelliit maksab umbes 290 miljonit dollarit. Spioonisatelliit läheb maksma 100 miljonit dollarit rohkem. Lisage sellele satelliitide hooldus- ja remondikulud. Ettevõtted peavad satelliidi ribalaiuse eest maksma samamoodi, nagu telefoniomanikud maksavad mobiilside eest. See maksab mõnikord rohkem kui 1,5 miljonit dollarit aastas.

Teine oluline tegur on käivituskulud. Ühe satelliidi kosmosesse saatmine võib olenevalt laevast maksta 10–400 miljonit dollarit. Rakett Pegasus XL suudab madalale Maa orbiidile tõsta 443 kilogrammi 13,5 miljoni dollari eest. Raske satelliidi käivitamine nõuab rohkem tõstmist. Ariane 5G rakett suudab 165 miljoni dollari eest madalale orbiidile saata 18 000 kilogrammi kaaluva satelliidi.

Vaatamata satelliitide ehitamise, orbiidile saatmise ja käitamisega seotud kuludele ja riskidele on mõnel ettevõttel õnnestunud selle ümber ehitada terved ettevõtted. Näiteks Boeing. 2012. aastal tarnis ettevõte kosmosesse umbes 10 satelliiti ja sai tellimusi enam kui seitsmeks aastaks, teenides ligi 32 miljardit dollarit tulu.

Satelliitide tulevik

Teine lahendus on satelliitide suuruse ja keerukuse vähendamine. Caltechi ja Stanfordi ülikooli teadlased on alates 1999. aastast töötanud uut tüüpi CubeSati satelliidi kallal, mis põhinevad 10-sentimeetrise servaga ehitusplokkidel. Iga kuubik sisaldab valmiskomponente ja seda saab kombineerida teiste kuubikutega, et suurendada efektiivsust ja vähendada töökoormust. Disainide standardiseerimise ja iga satelliidi nullist ehitamise kulude vähendamisega võib üks CubeSat maksta vaid 100 000 dollarit.

2013. aasta aprillis otsustas NASA katsetada seda lihtsat põhimõtet ja kolme kommertsnutitelefonidel põhinevat CubeSati. Eesmärk oli mikrosatelliidid lühikeseks ajaks orbiidile viia ja telefonidega mõned pildid teha. Agentuur kavatseb nüüd kasutusele võtta ulatusliku selliste satelliitide võrgu.

Olgu need suured või väikesed, tuleviku satelliidid peavad suutma tõhusalt suhelda maapealsete jaamadega. Ajalooliselt on NASA tuginenud raadiosageduslikule sidele, kuid raadiosagedus on jõudnud oma piirini, kuna nõudlus suurema võimsuse järele on tõusnud. Selle takistuse ületamiseks töötavad NASA teadlased välja kahesuunalise sidesüsteemi, mis põhineb raadiolainete asemel laseritel. 18. oktoobril 2013 käivitasid teadlased esmakordselt laserkiire, mis edastas andmeid Kuult Maale (384 633 kilomeetri kaugusel) ja said rekordilise edastuskiiruse 622 megabitti sekundis.

Satelliidi Maa-lähedasele orbiidile suunamiseks on vaja anda sellele algkiirus, mis on võrdne esimese kosmosekiirusega või sellest veidi suurem. See ei juhtu kohe, vaid järk-järgult. Mitmeastmeline satelliiti kandev rakett kogub aeglaselt kiirust. Kui lennukiirus saavutab arvutatud väärtuse, eraldatakse satelliit raketist ja alustab oma vaba liikumist orbiidil. Orbiidi kuju sõltub talle antud algkiirusest ja selle suunast: selle mõõtmetest ja ekstsentrilisusest.

Kui poleks keskkonna vastupanu ning Kuu ja Päikese häirivat külgetõmmet ning Maa oleks sfäärilise kujuga, siis ei toimuks satelliidi orbiidil mingeid muutusi ning satelliit ise liiguks seda mööda igavesti. Kuid tegelikkuses muutub iga satelliidi orbiit erinevate põhjuste mõjul.

Peamine jõud, mis muudab satelliidi orbiiti, on aeglustus, mis tekib selle haruldase keskkonna takistuse tõttu, millest satelliit lendab. Vaatame, kuidas see tema liikumist mõjutab. Kuna satelliidi orbiit on tavaliselt elliptiline, muutub selle kaugus Maast perioodiliselt. See väheneb perigee suunas ja saavutab maksimaalse vahemaa apogees. Maa atmosfääri tihedus väheneb kõrguse kasvades kiiresti ja seetõttu kohtab satelliit suurimat vastupanu perigee läheduses. Olles kulutanud osa kineetilisest energiast selle, ehkki väikese takistuse ületamiseks, ei suuda satelliit enam tõusta endisele kõrgusele ja selle apogee väheneb järk-järgult. Perigee vähenemine toimub ka, kuid palju aeglasemalt kui apogee vähenemine. Seega orbiidi mõõtmed ja selle ekstsentrilisus vähenevad järk-järgult: elliptiline orbiit läheneb ringikujulisele. Satelliit liigub ümber Maa aeglaselt keerduva spiraalina ja lõpuks lõpetab oma olemasolu maa atmosfääri tihedates kihtides, soojenedes ja aurustudes nagu meteoroid. Suurte mõõtmetega võib see jõuda Maa pinnale.

Huvitav on märkida, et satelliidi aeglustumine ei vähenda selle kiirust, vaid vastupidi, suurendab seda. Teeme mõned lihtsad arvutused.

Kepleri kolmandast seadusest järeldub, et

kus C on konstant, M on Maa mass, m on satelliidi mass, P on selle pöörde periood ja a on orbiidi poolpeatelg. Hooletusse jätmine

satelliidi massi võrra võrreldes Maa massiga saame

Arvutuste lihtsuse huvides võtame satelliidi orbiidi ringikujuliseks. Konstantsel kiirusel υ liikudes läbib satelliit täieliku pöörde jooksul piki orbiiti distantsi υ Р = 2 πа, kust Р = 2πa/υ. Asendades selle P väärtuse valemiga (9.1) ja sooritades teisendusi, leiame

Niisiis, orbiidi suuruse ja satelliidi kiiruse vähenemisega v suureneb: satelliidi kineetiline energia suureneb potentsiaalse energia kiire vähenemise tõttu.

Teine jõud, mis muudab satelliidi orbiidi kuju, on päikesekiirguse ehk valguse ja korpuskulaarsete voogude rõhk (päikesetuul). Väikeste satelliitide puhul see jõud praktiliselt ei mõjuta, kuid selliste satelliitide jaoks nagu Pageos on see väga oluline. Käivitamisel oli Pageosel ringikujuline orbiit ja kaks aastat hiljem muutus see väga piklikuks elliptiliseks.

Satelliidi liikumist mõjutab ka Maa magnetväli, kuna satelliit võib omandada mingi elektrilaengu ning magnetväljas liikudes peaksid toimuma trajektoori muutused.

Kõik need jõud on aga häirivad. Peamine satelliiti orbiidil hoidev jõud on gravitatsioonijõud. Ja siin kohtume mõne funktsiooniga. Teame, et aksiaalse pöörlemise tulemusena erineb Maa kuju sfäärilisest ja et Maa gravitatsioon ei ole suunatud täpselt Maa keskpunkti. See ei mõjuta väga kaugel asuvaid objekte, kuid Maa lähedal asuv satelliit reageerib "ekvatoriaalsetele mõhnadele" Maa lähedal. Selle orbiidi tasapind pöörleb aeglaselt, kuid üsna korrapäraselt ümber Maa pöörlemistelje. See nähtus on selgelt nähtav ühe nädala jooksul tehtud vaatlustest. Kõik need muutused orbiitidel pakuvad suurt teaduslikku huvi ja seetõttu tehakse süstemaatilisi vaatlusi tehissatelliitide liikumise kohta.

Nagu teate, ripuvad geostatsionaarsed satelliidid liikumatult maa kohal sama punkti kohal. Miks nad ei kuku? Kas sellel kõrgusel pole gravitatsiooni?

Vastus

Geostatsionaarne tehissatelliit Maa on aparaat, mis liigub ümber planeedi idasuunas (samas, kus Maa ise pöörleb), ringekvatoriaalsel orbiidil, mille pöördeperiood on võrdne Maa enda pöörlemisperioodiga.

Seega, kui vaatame Maalt geostatsionaarset satelliiti, näeme seda liikumatult samas kohas rippumas. Selle liikumatuse ja umbes 36 000 km kõrguse kõrguse tõttu, kust on nähtav peaaegu pool Maa pinnast, paigutatakse televisiooni, raadio ja side edastamise satelliidid geostatsionaarsele orbiidile.

Sellest, et geostatsionaarne satelliit ripub pidevalt sama punkti kohal Maa pinnal, teevad mõned inimesed vale järelduse, et Maa külgetõmbejõud ei mõju geostatsionaarsele satelliidile, et gravitatsioonijõud kaob teatud kaugusel. Maalt, st nad lükkavad ümber väga Newtoni. Muidugi ei ole. Satelliitide geostatsionaarsele orbiidile saatmine arvutatakse täpselt Newtoni universaalse gravitatsiooniseaduse järgi.

Geostatsionaarsed satelliidid, nagu kõik teised satelliidid, langevad tegelikult Maale, kuid ei jõua selle pinnale. Neid mõjutab Maa külgetõmbejõud (gravitatsioonijõud), mis on suunatud selle keskpunkti poole, ja vastupidises suunas mõjutab satelliiti Maast eemalduv tsentrifugaaljõud (inertsjõud), mis tasakaalustavad üksteist - satelliit ei lenda Maast eemale ega kuku sellele täpselt nii nagu köiel pöörlev kopp jääb oma orbiidile.

Kui satelliit üldse ei liiguks, langeks see Maale selle külgetõmbe mõjul, kuid satelliidid liiguvad, sealhulgas geostatsionaarsed (geostatsionaarsed - nurkkiirusega, mis on võrdne Maa pöörlemise nurkkiirusega, s.t. üks pööre päevas ja madalama orbiidiga satelliitidel on nurkkiirus suurem, st neil on aega teha mitu tiiru ümber Maa ööpäevas). Maapinnaga paralleelselt satelliidile teatatud joonkiirus otsese orbiidile laskmise ajal on suhteliselt suur (madalal Maa orbiidil - 8 kilomeetrit sekundis, geostatsionaarsel orbiidil - 3 kilomeetrit sekundis). Kui Maad poleks, siis lendaks satelliit sellise kiirusega sirgjooneliselt, kuid Maa kohalolek paneb satelliidi gravitatsiooni mõjul sellele peale kukkuma, painutades trajektoori Maa poole, kuid maapinna pind. Maa ei ole lame, see on kõver. Nii kaugele kui satelliit läheneb Maa pinnale, läheb Maa pind satelliidi alt välja ja seega on satelliit pidevalt samal kõrgusel ja liigub mööda suletud trajektoori. Satelliit langeb kogu aeg, kuid ta ei saa kunagi kukkuda.

Niisiis, kõik Maa tehissatelliidid langevad Maale, kuid - mööda suletud trajektoori. Satelliidid on kaaluta olekus, nagu kõik langevad kehad (kui pilvelõhkuja lift läheb katki ja hakkab vabalt langema, siis on ka sees olevad inimesed kaaluta olekus). ISS-i sees asuvad astronaudid ei ole kaaluta olekus mitte sellepärast, et Maa külgetõmbejõud orbiidil ei mõjuks (seal on see peaaegu sama, mis Maa pinnal), vaid seetõttu, et ISS langeb vabalt Maale - mööda suletud ringi. trajektoor.

Mis on geostatsionaarne orbiit? See on Maa ekvaatori kohal asuv ringväli, mida mööda tiirleb tehissatelliit planeedi pöörlemise nurkkiirusega ümber oma telje. See ei muuda suunda horisontaalses koordinaatsüsteemis, vaid ripub liikumatult taevas. Maa geostatsionaarne orbiit (GSO) on omamoodi geosünkroonväli ja seda kasutatakse side, teleringhäälingu ja muude satelliitide majutamiseks.

Idee kunstlike seadmete kasutamisest

Geostatsionaarse orbiidi kontseptsiooni algatas vene leiutaja K. E. Tsiolkovski. Oma töödes tegi ta ettepaneku asustada ruumi orbitaaljaamade abil. Kosmoseväljade tööd kirjeldasid ka välisteadlased, näiteks G. Oberth. Isik, kes töötas välja orbiidi suhtluseks kasutamise kontseptsiooni, on Arthur Clarke. 1945. aastal avaldas ta ajakirjas Wireless World artikli, kus kirjeldas geostatsionaarse välja eeliseid. Aktiivse töö eest selles valdkonnas teadlase auks sai orbiit oma teise nime - "Clarki vöö". Paljud teoreetikud on mõelnud kvalitatiivse seose rakendamise probleemile. Niisiis väljendas Herman Potochnik 1928. aastal ideed, kuidas saab kasutada geostatsionaarseid satelliite.

"Clarki vöö" omadused

Selleks, et orbiiti saaks nimetada geostatsionaarseks, peab see vastama mitmele parameetrile:

1. Geosünkroonsus. See tunnus hõlmab välja, mille periood vastab Maa pöörde perioodile. Geosünkroonne satelliit lõpetab oma orbiidi ümber planeedi sidereaalse päevaga, mis on 23 tundi 56 minutit ja 4 sekundit. Sama aeg on vajalik selleks, et Maa saaks fikseeritud ruumis sooritada ühe pöörde.

2. Satelliidi teatud punktis hoidmiseks peab geostatsionaarne orbiit olema ringikujuline, nullkaldega. Elliptiline väli toob kaasa nihke ida või lääne suunas, kuna kosmoselaev liigub oma orbiidi teatud punktides erinevalt.

3. Ruumimehhanismi "hõljumispunkt" peab asuma ekvaatoril.

4. Geostatsionaarsel orbiidil olevate satelliitide asukoht peaks olema selline, et väike arv sidepidamiseks mõeldud sagedusi ei põhjustaks vastuvõtmise ja edastamise ajal erinevate seadmete sageduste kattumist, samuti välistaks nende kokkupõrkeid.

5. Piisavalt raketikütust, et kosmoselaev paigal hoida.

Satelliidi geostatsionaarne orbiit on ainulaadne selle poolest, et ainult selle parameetreid kombineerides on võimalik saavutada aparaadi liikumatus. Teine omadus on võimalus näha Maad kosmoseväljal asuvate satelliitide suhtes seitsmeteistkümnekraadise nurga all. Iga seade katab ligikaudu ühe kolmandiku orbiidi pinnast, seega on kolm mehhanismi võimelised katma peaaegu kogu planeedi.

tehissatelliite

Paljud riigid ja ettevõtted on käivitanud satelliite. Maailma esimene tehisaparaat loodi NSV Liidus ja lendas kosmosesse 4. oktoobril 1957. aastal. Ta kandis nime "Sputnik-1". 1958. aastal tõi USA turule teise seadme, Explorer 1. Esimene NASA poolt 1964. aastal teele saadetud satelliit kandis nime Syncom-3. Tehisseadmed on enamasti mittetagastatavad, kuid on ka neid, mis tagastavad osaliselt või täielikult. Neid kasutatakse teaduslike uuringute läbiviimiseks ja erinevate probleemide lahendamiseks. Niisiis, on olemas sõjalised, uurimis-, navigatsiooni- ja muud satelliidid. Samuti tuuakse turule ülikooli töötajate või raadioamatööride loodud seadmed.

"Peatuspunkt"

Geostatsionaarsed satelliidid asuvad 35 786 kilomeetri kõrgusel merepinnast. See kõrgus annab pöördeperioodi, mis vastab Maa ringluse perioodile tähtede suhtes. Tehissõiduk on paigal, mistõttu selle asukohta geostatsionaarsel orbiidil nimetatakse "jaamapunktiks". Hõljumine tagab pideva pikaajalise ühenduse, kui antenn on orienteeritud, suunatakse see alati õigele satelliidile.

Liikumine

Satelliidid saab üle kanda madalalt orbiidilt geostatsionaarsele orbiidile, kasutades geosiirdevälju. Viimased on elliptiline tee, mille punkt asub madalal kõrgusel ja tipp asub geostatsionaarsele ringile lähedasel kõrgusel. Edasiseks tööks kasutuskõlbmatuks muutunud satelliit saadetakse kõrvaldamisorbiidile, mis asub 200–300 kilomeetrit GSO kohal.

Geostatsionaarse orbiidi kõrgus merepinnast

Teatud väljal asuv satelliit hoiab Maast teatud kaugusel, ei lähene ega eemaldu. See asub alati ekvaatori mõne punkti kohal. Nende tunnuste põhjal järeldub, et raskusjõud ja tsentrifugaaljõud tasakaalustavad üksteist. Geostatsionaarse orbiidi kõrgus arvutatakse klassikalisel mehaanikal põhinevate meetoditega. See võtab arvesse gravitatsiooni- ja tsentrifugaaljõudude vastavust. Esimese suuruse väärtus määratakse Newtoni universaalse gravitatsiooniseaduse abil. Tsentrifugaaljõu indeks arvutatakse, korrutades satelliidi massi tsentripetaalse kiirendusega. Gravitatsiooni- ja inertsiaalmasside võrdsuse tulemuseks on järeldus, et orbiidi kõrgus ei sõltu satelliidi massist. Seetõttu määrab geostatsionaarse orbiidi ainult kõrgus, mille juures tsentrifugaaljõud on absoluutväärtuselt võrdne ja suunalt vastupidine gravitatsioonijõule, mis tekib Maa külgetõmbejõul antud kõrgusel.

Tsentripetaalkiirenduse arvutamise valemist leiate nurkkiiruse. Geostatsionaarse orbiidi raadius määratakse samuti selle valemiga või geotsentrilise gravitatsioonikonstandi jagamisel nurkkiiruse ruuduga. See on 42164 kilomeetrit. Arvestades Maa ekvatoriaalset raadiust, saame kõrguseks 35786 kilomeetrit.

Arvutused saab teha ka muul viisil, tuginedes väitele, et orbiidi kõrgus, mis on kaugus Maa keskpunktist, satelliidi nurkkiirusega, mis langeb kokku planeedi pöörlemise liikumisega, annab alust lineaarkiirus, mis on võrdne esimese kosmilise kiirusega antud kõrgusel.

kiirus geostatsionaarsel orbiidil. Pikkus

See indikaator arvutatakse nurkkiiruse korrutamisel välja raadiusega. Kiiruse väärtus orbiidil on 3,07 kilomeetrit sekundis, mis on palju väiksem kui esimene kosmosekiirus Maa-lähedasel teel. Eksponenti vähendamiseks on vaja orbiidi raadiust suurendada rohkem kui kuus korda. Pikkus arvutatakse, korrutades pi raadiuse kahega. See on 264924 kilomeetrit. Näitajat võetakse arvesse satelliitide "seisupunktide" arvutamisel.

Jõudude mõju

Orbiidi parameetrid, mida mööda tehismehhanism ringleb, võivad muutuda gravitatsiooniliste lunisolaarsete häirete, Maa välja ebahomogeensuse ja ekvaatori elliptilisuse mõjul. Välja muundumine väljendub sellistes nähtustes nagu:

1. Satelliidi nihkumine oma asukohast piki orbiiti stabiilse tasakaalupunktide suunas, mida nimetatakse geostatsionaarsel orbiidil potentsiaalseteks aukudeks.
2. Välja kaldenurk ekvaatori suhtes kasvab teatud kiirusega ja jõuab 15 kraadini kord 26 aasta ja 5 kuu jooksul.

Satelliidi soovitud "seisukohas" hoidmiseks on see varustatud tõukejõusüsteemiga, mis lülitatakse sisse mitu korda iga 10-15 päeva järel. Niisiis, orbiidi kalde kasvu kompenseerimiseks kasutatakse "põhja-lõuna" korrektsiooni ja piki välja triivi kompenseerimiseks "lääne-ida" korrektsiooni. Satelliidi teekonna reguleerimiseks kogu selle tööperioodi jooksul on pardal vaja suurt kütust.

Käiturisüsteemid

Seadme valiku määravad satelliidi individuaalsed tehnilised omadused. Näiteks keemilisel rakettmootoril on töömahuga kütusevarustus ja see töötab pikaajaliselt säilitatavatel kõrge keemistemperatuuriga komponentidel (diasoottetroksiid, asümmeetriline dimetüülhüdrasiin). Plasmaseadmed on oluliselt väiksema tõukejõuga, kuid tänu pikale tööajale, mida mõõdetakse ühe liigutuse puhul kümnete minutitega, võivad need oluliselt vähendada pardal kuluvat kütust. Seda tüüpi tõukejõusüsteemi kasutatakse satelliidi manööverdamiseks teisele orbitaalpositsioonile. Seadme tööea peamiseks piiravaks teguriks on kütusevarustus geostatsionaarsel orbiidil.

Tehisvälja miinused

Geostatsionaarsete satelliitidega suhtlemise oluline viga on signaali levimise suured viivitused. Nii et valguse kiirusel 300 tuhat kilomeetrit sekundis ja orbiidi kõrgusel 35 786 kilomeetrit võtab Maa-satelliidi kiire liikumine aega umbes 0,12 sekundit ja Maa-satelliit-Maa kiire liikumine 0,24 sekundit. Võttes arvesse maapealsete teenuste seadmete ja kaabellevisüsteemide signaali viivitust, ulatub signaali "allikas - satelliit - vastuvõtja" koguviivitus ligikaudu 2-4 sekundini. Selline indikaator raskendab oluliselt orbiidil olevate seadmete kasutamist telefonis ja muudab satelliitside kasutamise reaalajas süsteemides võimatuks.

Teine puudus on geostatsionaarse orbiidi nähtamatus kõrgetelt laiuskraadidelt, mis häirib side ja telesaadete läbiviimist Arktika ja Antarktika piirkondades. Olukordades, kus päike ja saatja satelliit on vastuvõtva antenniga ühel joonel, on signaali vähenemine ja mõnikord isegi täielik puudumine. Geostatsionaarsetel orbiitidel on see nähtus satelliidi liikumatuse tõttu eriti väljendunud.

Doppleri efekt

See nähtus seisneb elektromagnetiliste vibratsioonide sageduste muutmises koos saatja ja vastuvõtja vastastikuse edenemisega. Nähtust väljendab kauguse muutumine ajas, samuti tehissõidukite liikumine orbiidil. Mõju avaldub satelliidi võnkumiste kandesageduse madala stabiilsusena, millele lisandub pardareiiteri ja maajaama instrumentaalsageduse ebastabiilsus, mis raskendab signaalide vastuvõtmist. Doppleri efekt aitab kaasa moduleerivate vibratsioonide sageduse muutumisele, mida ei saa kontrollida. Kui orbiidil kasutatakse side- ja televisiooni otseülekande satelliite, on see nähtus praktiliselt välistatud, see tähendab, et vastuvõtupunktis ei muutu signaali tase.

Suhtumine maailmas geostatsionaarsetesse väljadesse

Kosmoseorbiidi sünd tekitas palju küsimusi ja rahvusvahelisi õiguslikke probleeme. Nendega tegelevad mitmed komiteed, eelkõige ÜRO. Mõned ekvaatoril asuvad riigid väitsid oma suveräänsuse laiendamist nende territooriumi kohal asuvale kosmosevälja osale. Osariigid on väitnud, et geostatsionaarne orbiit on füüsiline tegur, mis on seotud planeedi olemasoluga ja sõltub Maa gravitatsiooniväljast, seega on välja segmendid nende riikide territooriumi laiendus. Kuid sellised väited lükati tagasi, kuna maailmas kehtib avakosmose mitteomastamise põhimõte. Kõik orbiitide ja satelliitide toimimisega seotud probleemid lahendatakse maailma tasemel.