1 модуль
Основы
спутникостроения
В первом модуле Вы узнаете о разновидностях космических аппаратов, их орбитах. Познакомитесь с мировыми стандартами спутников формата CubeSat и методами выведения на орбиты.
Продолжительность - 6 академических часов.
Возраст учащихся от 14 лет.
КОСМОСТРОЙ
Часть 1. Теория малых космических аппаратов (МКА)

1.1. Виды орбит МКА
Искусственные спутники Земли двигаются по эллипсам, в одном из фокусов которых находится планета. Поэтому большая часть орбит являются эллиптическими. Даже круговая орбита - не совсем идеальная окружность и имеет некоторые отклонения.
Основное деление орбит производится по величине наклонения орбиты и по значению большой полуоси a. А по величине эксцентриситета e выделяют: малоэллиптические и высокоэллиптические орбиты (Рис. 1).

В общем случае наклонение орбиты спутника лежит в пределе 0° < i < 90°. В зависимости от значения наклонения и высоты орбиты положение области видимости спутника имеет различные границы широт и радиус этих областей. Чем больше наклонение, тем на более северных широтах виден МКА, а чем он выше, тем шире область видимости. Т.е. наклонение i и большая полуось a определяют перемещение по поверхности планеты подспутниковой точки и ширину границы видимости аппарата.


В зависимости от направления вращения вокруг Земли разделяют орбиты:
Ускорительная – вращение спутника в том же направлении, что и вращение Земли.
Ретроградная – вращение спутника в противоположную сторону вращения Земли.
Необходимо понимать, что при разных типах орбит трассы спутников различаются: если спутник вращается по экватору, то его трасса пролегает над экватором; если спутник вращается по наклонённой орбите, то его трасса постоянно смещается в зависимости от высоты и направления вращения. Исключение – геостационарные спутники, которые постоянно находятся над одной точкой поверхности планеты.
Экваториальная орбита – случай, когда угол наклона равен 0°. Орбиты с малым углом наклона часто называются околоэкваториальными.

Полярная орбита – орбита с углом наклона 90°. В случае такой орбиты спутник постепенно проходит над всей поверхностью Земли в зависимости от прецессии (смещения).

Солнечно-синхронная орбита – вид орбиты, при котором спутник проходит над любой точкой поверхности приблизительно в одно и то же местное время суток. Спутник должен летать всегда над границей освещённой и неосвещённой Солнцем территории или всегда в освещённой области, или всегда в тени Земли. При этом условия освещённости данной территории всегда одинаковые. Для обеспечения этого эффекта миссию спутника рассчитывают так, чтобы была прецессия орбиты в обратную сторону вращения Земли (на восток) на 360° в год для компенсации вращения Земли вокруг Солнца. Это обеспечивается на высотах 600-800 км и i≈98°. Такой вид орбит часто выбирается для спутников ДЗЗ.


По большой полуоси различают орбиты: низкую околоземную (НОО/LEO), среднюю околоземную (СОО/MEO), геостационарную (ГСО/GSO), геосинхронную (GEO), высокую околоземную (ВОО/HEO).
НОО – находится в пределе от 160 до 1200 км. Угловая скорость спутника от 0,2°/с до 2,8°/с, период обращения от 80 до 127 минут.
СОО – от 1200 до 35 790 км. Период обращения от 127 минут до 24 часов. В основном на этих высотах работают навигационные спутники.

Геостационарная орбита – высота 35 790 км, период обращения вокруг Земли равен одним астрономическим суткам, направление вращения совпадает с вращением Земли, орбита находится строго над экватором. Спутник на этой орбите всегда находится над одной точкой поверхности Земли. Данная орбита используется для спутников связи.
Геосинхронная орбита – высота 35 790 км, период обращения вокруг Земли равен одним астрономическим суткам, направление вращение не всегда совпадает с вращением Земли, i≠0°. Спутник на этой орбите не всегда находится над одной точкой поверхности Земли.

ВОО – высота орбиты свыше 35 790 км. Зачастую орбита является высокоэллиптической (например, орбита «Молния» – высокая эллиптическая орбита с апогеем свыше 40 000 км и i=62,8°). Используется для спутников связи, у которых апогей всегда должен быть над какой-то областью поверхности Земли.