WikiDer > Umlaufbahn (Himmelskörper)

Baan (hemellichaam)

EIN Umlauf um einen Himmelskörper ist die Bewegung, die Raumfahrzeug wie künstliche Monde und Raumstationen, aber auch Monde und Planeten, um einen (anderen) Himmelskörper Ausführen. Dies geschieht oft durch die Englisch Begriff Orbit benutzt. Das Himmelsmechanik beschäftigt sich mit der Berechnung von Arbeitsplätzen. In einem Raumfahrzeug geht es oft um eine Umlaufbahn, wenn kein Schub ausgeübt wird (oder nur um die geringe Reibung aufgrund einer sehr dünnen Atmosphäre zu korrigieren). Ansonsten wird der allgemeinere Begriff verwendet Flugbahn. Ein Job wird beschrieben durch seine Gleiselemente.

Um a . zu unterscheiden suborbitale Umlaufbahn wird der Begriff Umlaufbahn wird verwendet, wenn mindestens eine Umlaufbahn um den Himmelskörper durchgeführt wird.

Hintergrund

Zu Beginn des 17. Jahrhundert formulierte das Deutsche Astronom Johannes Kepler die Bewegungen der Planeten im Keplers Gesetze. Später zeigte Isaac Newton zeigte, dass Keplers Gesetze aus seinen Gesetzen der Schwere. Er zeigte weiter, dass zwei Körper Bahnen folgen, deren Größe umgekehrt proportional zu ihrer Masse ist, um das Gelenk Massezentrum. Wenn ein Körper viel schwerer ist als der andere, fällt dieser Schwerpunkt ungefähr mit dem Mittelpunkt des schwersten Körpers zusammen.

Die Jobs, die Boden und Mond umkreisen einander mit dem hellblauen Punkt als Massenmittelpunkt. Die Zeichnung ist nicht maßstabsgetreu und die Entfernung ist in Wirklichkeit um ein Vielfaches größer.

Ist die Wirkung dritter Objekte vernachlässigbar, gibt es a Zwei-Körper-Problem. Zum Beispiel sind die Körper die Sonne und ein Planet oder ein künstlicher Mond, oder ein Planet und a Mond oder ein künstlicher Mond.

Wenn die Summe der kinetischen Gesamtenergie der beiden Körper bezüglich des gemeinsamen Massenschwerpunkts und der potentiellen Energie bezüglich der Situation, in der sie unendlich weit voneinander entfernt sind, kleiner als Null ist, kleben sie zusammen und beschreiben elliptische Bahnen zu bilden den gemeinsamen Massenmittelpunkt (wobei sie sich natürlich immer auf beiden Seiten davon befinden). Wenn sie nicht kollidieren oder das eine durch eine Atmosphäre des anderen gebremst wird, bleibt dies so. Ist außerdem die Masse des kleinsten Objekts gegenüber der des größten vernachlässigbar, kann man es einfacher formulieren: Beim kleinen Körper muss die Summe der potentiellen Energie gegen Unendlich und der kinetischen Energie kleiner Null sein , und seine Bahn ist dann eine elliptische Bahn. Bei Kreisbahnen gibt es für jeden Radius eine entsprechende Bahngeschwindigkeit.

Hat die Umlaufbahn die Form einer Ellipse, befindet sich der Zentralkörper in einer der Schwerpunkte der Ellipse. Ist der Abstand zwischen den Körpern am größten, nennt man ihn Höhepunkt (im Orbit um die Erde) oder das Aphel (im Orbit um die Sonne). Wenn der Abstand am kleinsten ist, heißt er Perigäum oder Perihel. Je nach Zentralstelle kommen auch andere Namen vor. Der Abstand zwischen diesen beiden Punkten ist die Hauptachse und die Haupthalbachse ist der Radius der Umlaufbahn.

Umlauf um die Erde

Zirkuläre Umlaufbahnen um die Erde in verschiedenen Größen, maßstabsgetreu

Rund um die Boden umkreist einen natürlichen Satelliten (den Mond) und eine große Anzahl künstlicher Satelliten. Die Form dieser Bahnen variiert von fast kreisförmig (gleichförmige Kreisbewegung) zu mehr elliptisch. Aufgrund der Höhe dieser Satelliten im Verhältnis zur Erdoberfläche werden sie in eine niedrige (LEO, Low Earth Orbit) oder hohe (HEO, High Earth Orbit) Umlaufbahn eingeteilt. Innerhalb dieser Kategorien werden Unterkategorien unterschieden, bei denen nicht nur die Höhe der Strecke, sondern auch die Form entscheidend ist.

Es braucht weniger Treibstoff, um einen Satelliten in eine östliche Umlaufbahn zu bringen, da sich die Erde selbst nach Osten dreht, was der Rakete eine nützliche Anfangsgeschwindigkeit verleiht. Dieser Vorteil ist umso größer, je näher der Startplatz am Äquator liegt. Die Bahnebene verläuft übrigens immer durch den Erdmittelpunkt, also wenn der Startplatz nicht auf dem Äquator liegt, wechselt die Bahn leicht nach Südosten und Nordosten (es sei denn, der Satellit ist natürlich noch ausgerichtet).

Unter der Annahme einer kugelsymmetrischen Erde, dann für eine Kreisbahn mit Radius ${displaystyle r}$ folgende.

Das Seitenwechsel ${Anzeigestil T}$ wird gegeben von

{displaystyle T=2pi {sqrt {frac {r^{3}}{mu}}}}

und der Fluktuationsrate ${Anzeigestil v}$ durch

{displaystyle v={sqrt {mu über r}}}

Hier ist ${Anzeigestil mu}$ esProdukt aus Gravitationskonstante und Erdmasse:

{displaystyle mu =398,600,{ ext{km}}^{3}{ ext{s}}^{-2}=5,1659 imes 10^{12},{ ext{km}}^{3}{ ext {Std.}}^{-2}ca. 20,{ Erw{Erdradius}}^{3}{ Erw{Std}}^{-2}}

LEO (niedrige Erdumlaufbahn, niedrige Umlaufbahn)

Alle Satelliten, die sich zwischen etwa 350 und 1400 km über der Erdoberfläche befinden, werden in die Kategorie LEO eingeordnet. Kommunikationssatelliten und Wissenschaftssatelliten, die zur Erforschung der oberen Schichten der Atmosphäre eingesetzt werden, befinden sich hauptsächlich in diesen Höhen. 350 km ist die Mindesthöhe; auf einer niedrigeren Umlaufbahn ist der Luftwiderstand zu hoch und der Satellit wird sehr bald auf die Erde zurückfallen (150 km sind ungefähr die minimale Höhe für eine Umdrehung). Der Vorteil eines Satelliten in einem LEO besteht darin, dass die Installation relativ günstig ist und die Anforderungen an die Bordkanäle des Satelliten weniger hoch sind. Raumstationen wie der, der auf die Erde zurückgekehrt ist Miro und der Strom Internationale Raumstation ISS sind in einem LEO. Alle Objekte in einem LEO bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 km/s und machen eine vollständige Umlaufbahn um die Erde von etwa 90 Minuten. Wie bei allen Satelliten ist dies Astronauten Schwerelosigkeit erfahren, solange keine Raketentriebwerke verwendet werden.

Als Ergebnis jahrelanger Weltraummissionen ist der LEO mit Weltraumschrott wie veräußert Raketenstufen und Überreste explodierter Satelliten. Untersuchung des US-Weltraumkommandos in 1987 hat gezeigt, dass sich in dieser Umlaufbahn damals etwa 7000 Objekte mit einem Durchmesser von mehr als 10 cm befanden. In der Kategorie 1 bis 10 cm überstieg er sogar 50.000. Das entspricht 1 Stück beliebiger Größe pro ca. 12 Mio. km³.

ICO (mittlere kreisförmige Umlaufbahn)

Alle Schiffe, die sich zwischen etwa 1400 und 36 000 km über der Erdoberfläche befinden, sind in das ICO eingeschlossen. In dieser mittelhohen Umlaufbahn, die auch mit dem englischen Begriff mittlere Erdumlaufbahn (MEO), vor allem werden Geographisches Positionierungs System Satelliten gefunden. Die Umlaufbahnen der GPS-Satelliten sind so organisiert, dass sich von überall auf der Erdoberfläche mindestens vier Satelliten über dem Horizont befinden.

GSO (geosynchrone Umlaufbahn)

Ein Satellit in einer geosynchronen Umlaufbahn hat a Seitenwechsel ab 23.934 Stunden (siderischer Tag) und hat die gleiche Drehrichtung wie die Erde. Die große Halbachse der Ellipse beträgt immer 42.164 km.

Der erste Satellit in einer geosynchronen Umlaufbahn wurde in 1963 gestartet. Seitdem ist die Zahl der Satelliten im geosynchronen Orbit stetig gewachsen. Diese Umlaufbahn enthält hauptsächlich Wettersatelliten und Kommunikationssatelliten, die unidirektionalen Verkehr verwenden, wie z Fernsehen kümmer dich um. Für bidirektionale Kommunikation wie Telefon Geosynchrone Satelliten sind weniger geeignet, da aufgrund ihrer Höhe die Signalverzögerung (ca Frau) wird oft als störend empfunden.

Es gibt verschiedene Arten von geosynchronen Umlaufbahnen:

Zirkuläre Jobs

Kreisbahnen, die nicht in der Äquatorebene liegen. Die Höhe einer solchen Umlaufbahn beträgt 35.785 km, wie bei einer geostationären Umlaufbahn. Ein Satellit in einer solchen Umlaufbahn findet immer Achter in der Nähe derselben Längengrad machen, mit dem Schnittpunkt direkt über dem Schnittpunkt davon Meridian mit dem Äquator. Die extremen N- und Z-Positionen liegen direkt über diesem Längengrad, wobei sich der Satellit in östlicher Richtung bewegt.^[1]

Elliptische Umlaufbahnen

Die Geschwindigkeit des Satelliten in a elliptisch die Arbeit ändert sich ständig. Nach dem Keplerschen Feldgesetz wird sie im maximal sein Perigäum (tiefster Punkt über der Erde) und zumindest im Höhepunkt (höchster Punkt über der Erde). Apogäum und Perigäum können jeweils sehr unterschiedlich sein, haben aber immer eine solche Beziehung, dass die Umlaufzeit des Satelliten 23,934 Stunden beträgt. Das Apogäum liegt mindestens etwa 36.000 km über der Erdoberfläche und auf keinen Fall mehr als 78.000 km Höhe (Hauptachse minus Erdradius). Wenn die Umlaufbahn in der Ebene des Äquators liegt, von einem Punkt auf der Erde aus gesehen, bewegt sich der Satellit nach Osten und Westen hin und her. Wenn Bahn- und Äquatorebene nicht zusammenfallen, macht der Satellit von der Erde aus gesehen eine Kreis-, Ellipsen- oder Achterbewegung.

GEO (geostationäre Umlaufbahn)

Ein Satellit in einer geostationären Umlaufbahn bleibt immer am gleichen Punkt relativ zur Erde, immer über einem Punkt auf dem Äquator. Es handelt sich also um eine besondere Art von geosynchroner Umlaufbahn.

GTO (geostationäre Transferbahn, geostationäre Transferbahn)

Um Satelliten in eine geostationäre Umlaufbahn zu bringen, werden sie zunächst in einem LEO platziert. Vom LEO aus wird die Umlaufbahn durch Erhöhen der Geschwindigkeit elliptisch gemacht, mit dem niedrigsten Punkt (Perigäum) bleibt gleich dem LEO und dem höchsten Punkt (Höhepunkt) wird gleich der Höhe eines GSO (35 785 km) gemacht. Dies wird als geostationäre Transferbahn oder Hohmann-Transferbahn bezeichnet. Am höchsten Punkt wird die Strecke wieder kreisförmig gemacht, indem die (jetzt verringerte) Geschwindigkeit wieder erhöht wird. Einige Trägerraketen, darunter die verschiedenen Versionen der Ariane kann einen Satelliten direkt in einen GTO bringen.

Dieses Prinzip wurde unter anderem auch von den by Apollo-Missionen zum Mond gebraucht und auch Raumsonden werden zuerst in einen GTO gesetzt, bevor sie ihre lange Reise antreten.

PO (polare Umlaufbahn, polare Umlaufbahn)

EIN polare Umlaufbahn steht senkrecht zum Äquator (Neigung von etwa 90°). Wenn die Umlaufbahn nicht geosynchron ist, kann ein solcher Satellit jeden Ort auf der Erde beobachten. Dies wird hauptsächlich von (militärischen) Spionagesatelliten und Satelliten verwendet, die in der Erforschung der Umgebung. Ein bekannter Satellit im polaren Orbit ist der Landsat 7, die im Durchschnitt 700 km über der Erdoberfläche liegt. Auch die niederländischen astronomischen Satelliten ANS und IRA auf einer polaren Umlaufbahn bewegt. Polare Bahnen, die stark elliptisch sind, werden auch genannt MolniyaBerufe genannt (Neigung ab ca. 63,5°), auf die Russisch Wort für Blitz.Russland hat aufgrund der nördlichen Lage des Landes viele Satelliten in eine polare Umlaufbahn gebracht.

SSO, (Sonnensynchroner Orbit, Sonnensynchroner Orbit)

Eine spezielle Art von polarer Umlaufbahn ist die synchrone Umlaufbahn der Sonne. Satelliten in einer solchen Umlaufbahn fliegen immer über der Tag-Nacht-Grenze der Erde (senkrecht zur Richtung des Sonnenlichts), sodass sie immer Sonnenlicht auf ihren Sonnenkollektoren einfangen. Die Bahnebene dreht sich also mit der Bewegung der Erde um die Sonne. Dank der Abflachung der Erde ist dies auf einer gewissen leicht rückläufigen Umlaufbahn ohne Treibstoffverbrauch möglich.

HEO (Hoher Erdorbit)

Eine Umlaufbahn, die höher als GSO ist, wird als High Earth Orbit (HEO) bezeichnet. Darin umkreist ein Satellit die Erde langsamer als die Erdumdrehungszeit. HEO wird nicht oft für aktive Satelliten verwendet.

Friedhofsbahn

Friedhofsbahn (wörtlich übersetzt: Friedhofsweg) auch genannt Schrottumlauf (Abfallspur) oder Entsorgungsbahn (Disposable Orbit) ist eine Umlaufbahn um die Erde, in der (wenn möglich) verbrauchte Satelliten platziert werden, die nicht genug Treibstoff an Bord haben, um einen De-Orbit zu erreichen. Für einen De-Orbit müssen Satelliten auf weniger als die Umlaufgeschwindigkeit verlangsamen oder ihre Umlaufbahn stark ablenken können. Um in eine Friedhofsbahn zu gelangen, beschleunigen Satelliten mit ihrem letzten Treibstoff, so dass sie in einer etwas höheren Umlaufbahn landen, weiter als GTO und GSO und somit weniger oder keine Kollisionsgefahr mit anderen Satelliten darstellen.

Orbit um andere Himmelskörper

Zwei Himmelskörper, die sich umeinander drehen, drehen sich immer um ihr Gemeinsames Massezentrum. Wenn zwei Himmelskörper nur einen kleinen Unterschied in Masse Der Massenschwerpunkt liegt nicht in der Nähe des Schwerpunkts des schwersten Himmelskörpers, sondern außerhalb davon, in Richtung des masseärmeren Himmelskörpers. Die Abmessungen und diese Rotationsart ähneln denen der Himmelskörper Pluto Und sein Mond Charon.

Die unterschiedlichen Umlaufbahnen, die um die Erde realisiert werden, lassen sich auch auf andere Himmelskörper übertragen. Bei den Apollo-Missionen zum Mond kreiste immer ein "Orbiter" um den Mond, wenn der "Lander" auf der Mondoberfläche landete. Andere Himmelskörper, um die sich künstliche Satelliten in stabilen Umlaufbahnen befinden Venus, Mars und die Sonne. Entfernte Raumsonden verwenden oft die Attraktion von Planeten. Voyager 1 und 2 habe von Jupiter und Saturn ein Schleuder um den Kurs zu ändern und zusätzliche Geschwindigkeit zu gewinnen. Um möglichst wirtschaftlich durch die . zu reisen Sonnensystem Gibt es ein Modell, das als . bekannt ist? Interplanetarer Highway.

C3

Für ein Raumfahrzeug, das den Einflussbereich der Erde aufgrund eines letzten Schubs in der Nähe der Erde verlässt, ist C3 (manchmal auch charakteristische Energie genannt) eine bekannte Größe. Diese wird in km²/s² ausgedrückt und ist das Quadrat der Relativgeschwindigkeit, die das Objekt im Unendlichen relativ zur Erde hätte, wenn keine anderen Himmelskörper als das Objekt und die Erde vorhanden wären (das Quadrat der hyperbolische Übergeschwindigkeit). C3 ist doppelt so groß spezifische Bahnenergie relativ zur Erde.

Oft reicht dieses C3 nicht aus, um den Einflussbereich der Sonne zu verlassen. In diesem Fall ist die gesamte spezifische Bahnenergie negativ, wenn auch die potentielle Energie relativ zur Sonne berücksichtigt wird. Das Objekt umkreist dann die Sonne.

Planetenbahnen

Innerhalb eines Planetensystems wie dem Sonnensystem sind alle Planeten, Asteroiden und Komm essen im Orbit um ein Kraftwerk Star wie die Sonne. Diese Bahnen sind niemals rein kreisförmig oder parabolisch, normalerweise sind sie mehr oder weniger elliptisch oder hyperbolisch. Die parabolischen und hyperbolischen Umlaufbahnen sind nicht periodisch und treten hauptsächlich in Kometen auf. Aufgrund aller Arten von Gravitationseinflüssen variieren die periodischen Bahnen von Zeit zu Zeit (in der Größenordnung von Tausenden bis Millionen von Jahren). Venus und Neptun zeigen relativ kleine Abweichungen, aber Pluto hat eine so exzentrische Bahn, dass sie der Bahn von . folgt Neptun Kreuze.

Siehe auch

Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise

↑Die Projektion der Satellitenposition auf die Erdoberfläche bewegt sich schneller nach Osten als die Erdoberfläche selbst.

Siehe die Kategorie Umlaufbahnen von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.

[1] Die Projektion der Satellitenposition auf die Erdoberfläche bewegt sich schneller nach Osten als die Erdoberfläche selbst.

[1]

Navigation