Órbita sincronizada com o Sol - Sun-synchronous orbit

Diagrama mostrando a orientação de uma órbita sincronizada com o Sol (verde) em quatro pontos do ano. Uma órbita não sincronizada com o Sol (magenta) também é mostrada para referência. As datas são mostradas em branco: dia / mês.

Uma órbita sincronizada com o Sol ( SSO ), também chamada de órbita heliossíncrona , é uma órbita quase polar em torno de um planeta, na qual o satélite passa sobre qualquer ponto da superfície do planeta no mesmo tempo solar médio local . Mais tecnicamente, é uma órbita organizada de forma que precesse por uma revolução completa a cada ano, de modo que sempre mantenha a mesma relação com o sol. Uma órbita sincronizada com o Sol é útil para imagens , satélites de reconhecimento e satélites meteorológicos , porque toda vez que o satélite está acima, o ângulo de iluminação da superfície no planeta abaixo será quase o mesmo.

Formulários

Uma órbita sincronizada com o Sol é útil para imagens , satélites de reconhecimento e satélites meteorológicos , porque toda vez que o satélite estiver acima, o ângulo de iluminação da superfície do planeta abaixo dele será quase o mesmo. Essa iluminação consistente é uma característica útil para satélites que captam imagens da superfície da Terra em comprimentos de onda visíveis ou infravermelhos , como satélites meteorológicos e espiões; e para outros satélites de sensoriamento remoto, como aqueles que transportam instrumentos de sensoriamento remoto atmosféricos e oceânicos que requerem luz solar. Por exemplo, um satélite em órbita síncrona do Sol pode ascender através do equador doze vezes por dia a cada vez, aproximadamente às 15:00, hora local média.

Diagrama mostrando uma órbita sincronizada com o Sol a partir de uma vista superior do plano da eclíptica com zonas do Tempo Solar Local (LST) para referência e um nó descendente às 10h30. As zonas LST mostram como a hora local abaixo do satélite varia em diferentes latitudes e diferentes pontos em sua órbita.

Casos especiais da órbita sincronizada com o Sol são a órbita do meio - dia / meia-noite , onde o tempo solar médio local de passagem para as latitudes equatoriais é por volta do meio-dia ou meia-noite, e a órbita do amanhecer / anoitecer , onde o tempo solar médio local de passagem para as latitudes equatoriais ocorre por volta do nascer ou do pôr-do-sol, de modo que o satélite percorre o terminador entre o dia e a noite. Usar o terminador é útil para satélites de radar ativos, pois os painéis solares dos satélites sempre podem ver o Sol, sem serem sombreados pela Terra. Também é útil para alguns satélites com instrumentos passivos que precisam limitar a influência do Sol nas medições, pois é possível apontar os instrumentos sempre para o lado noturno da Terra. A órbita do amanhecer / anoitecer tem sido usada para satélites científicos de observação solar , como Yohkoh , TRACE , Hinode e PROBA-2 , proporcionando-lhes uma visão quase contínua do sol.

Precessão orbital

Uma órbita Sol-síncrono é conseguido fazendo com que o osculador orbital plano precess (rotação) de aproximadamente um grau ao oriente cada dia com respeito à esfera celeste para acompanhar o movimento da Terra em volta do Sol . Esta precessão é alcançada ajustando a inclinação para a altitude da órbita (ver Detalhes técnicos ) de tal forma que a protuberância equatorial da Terra , que perturba as órbitas inclinadas, faz com que o plano orbital da espaçonave precesse com a taxa desejada. O plano da órbita não é fixo no espaço em relação às estrelas distantes, mas gira lentamente em torno do eixo da Terra.

As órbitas sincronizadas com o Sol típicas em torno da Terra têm cerca de 600-800 km de altitude, com períodos na faixa de 96-100 minutos e inclinações em torno de 98 °. Isso é ligeiramente retrógrado em comparação com a direção da rotação da Terra: 0 ° representa uma órbita equatorial e 90 ° representa uma órbita polar.

Órbitas sincronizadas com o Sol são possíveis em torno de outros planetas oblatos , como Marte . Um satélite orbitando um planeta como Vênus, que é quase esférico, precisará de um empurrão externo para manter uma órbita sincronizada com o Sol.

Detalhes técnicos

A precessão angular por órbita para um satélite em órbita da Terra é dada por

Onde

J 2 é o coeficiente para o segundo termo zonal (1,082 63 × 10 −3 ) relacionado ao achatamento da Terra
R E é o raio médio da Terra, cerca de 6.378 km
p é o reto semi-latus da órbita
i é a inclinação da órbita para o equador

Uma órbita será sincronizada com o Sol quando a taxa de precessão ρ for igual ao movimento médio da Terra em torno do Sol, que é 360 ° por ano sideral (1.990 968 71 × 10 −7  rad / s ), então devemos definir Δ Ω/T= ρ , onde T é o período orbital.

Como o período orbital de uma nave espacial é

onde a é o semieixo maior da órbita e μ é o parâmetro gravitacional padrão do planeta (398 600 0,440 km 3 / s 2 para a terra); como pa para uma órbita circular ou quase circular, segue-se que

ou quando ρ é 360 ° por ano,

Por exemplo, para a =7200 km (a espaçonave cerca de 800 km acima da superfície da Terra) obtém-se com esta fórmula uma inclinação sincronizada com o Sol de 98.696 °.

Observe que, de acordo com esta aproximação, cos i é igual a -1 quando o semi-eixo maior é igual a12 352  km , o que significa que apenas órbitas menores podem ser sincronizadas com o Sol. O período pode estar na faixa de 88 minutos para uma órbita muito baixa ( a =6554 km , i = 96 °) a 3,8 horas ( a =12 352  km , mas esta órbita seria equatorial com i = 180 °). Um período superior a 3,8 horas pode ser possível usando uma órbita excêntrica com p <12 352  km, mas um >12 352  km .

Se alguém quiser que um satélite sobrevoe um determinado ponto da Terra todos os dias na mesma hora, ele pode fazer entre 7 e 16 órbitas por dia, conforme mostrado na tabela a seguir. (A tabela foi calculada assumindo os períodos dados. O período orbital que deve ser usado é um pouco mais longo. Por exemplo, uma órbita equatorial retrógrada que passa sobre o mesmo local após 24 horas tem um período verdadeiro de cerca de365/364≈ 1,0027 vezes maior que o tempo entre viadutos. Para órbitas não equatoriais, o fator está mais próximo de 1.)

Órbitas
por dia
Período ( h ) Altitude
(km)

Latitude máxima
Inclin-
ção
16 1+1/2 = 1:30 000274 83,4 ° 096,6 °
15 1+3/5 = 1:36 000567 82,3 ° 097,7 °
14 1+5/7 ≈ 1:43 000894 81,0 ° 099,0 °
13 1+11/13 ≈ 1:51 001262 79,3 ° 100,7 °
12 2 001681 77,0 ° 103,0 °
11 2+2/11 ≈ 2:11 002162 74,0 ° 106,0 °
10 2+2/5 = 2:24 002722 69,9 ° 110,1 °
09 2+2/3 = 2:40 003385 64,0 ° 116,0 °
08 3 004182 54,7 ° 125,3 °
07 3+3/7 ≈ 3:26 005165 37,9 ° 142,1 °

Quando se diz que uma órbita sincronizada com o Sol passa por um ponto na Terra no mesmo horário local todas as vezes, isso se refere ao tempo solar médio , não ao tempo solar aparente . O Sol não estará exatamente na mesma posição no céu durante o ano (ver Equação do tempo e Analemma ).

As órbitas sincronizadas com o Sol são principalmente selecionadas para satélites de observação da Terra , com uma altitude normalmente entre 600 e1000 km sobre a superfície da Terra. Mesmo se uma órbita permanecer sincronizada com o Sol, entretanto, outros parâmetros orbitais, como argumento de periapsia e a excentricidade orbital, irão evoluir, devido a perturbações de ordem superior no campo gravitacional da Terra, a pressão da luz solar e outras causas. Os satélites de observação da Terra, em particular, preferem órbitas com altitude constante ao passar sobre o mesmo local. A seleção cuidadosa da excentricidade e localização do perigeu revela combinações específicas onde as perturbações se cancelam em grande parte e, portanto, a órbita é relativamente estável - uma órbita congelada . O ERS-1, ERS-2 e Envisat da Agência Espacial Europeia , bem como as espaçonaves MetOp de EUMETSAT e RADARSAT-2 da Agência Espacial Canadense , são todos operados em órbitas congeladas sincronizadas com o Sol.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos