Órbita da tundra - Tundra orbit

Animação das órbitas da Tundra com inclinação de 63,4 ° no quadro fixo da Terra .   0,2 excentricidade  ·   0,3 excentricidade  ·   terra

A órbita da Tundra (em russo : Орбита «Тундра») é uma órbita geossíncrona altamente elíptica com uma alta inclinação (aproximadamente 63,4 °), um período orbital de um dia sideral e uma excentricidade típica entre 0,2 e 0,3. Um satélite colocado nesta órbita passa a maior parte de seu tempo em uma área escolhida da Terra , um fenômeno conhecido como morada de apogeu , que os torna particularmente adequados para satélites de comunicação que atendem a regiões de alta latitude. A trilha de solo de um satélite na órbita da Tundra é uma figura 8 fechada com um loop menor sobre o hemisfério norte ou sul. Isso os diferencia das órbitas Molniya projetadas para atender regiões de alta latitude, que têm a mesma inclinação, mas na metade do período e não se demoram em uma única região.

Usos

As órbitas Tundra e Molniya são usadas para fornecer aos usuários de alta latitude ângulos de elevação mais altos do que uma órbita geoestacionária . Isso é desejável, pois a transmissão para essas latitudes a partir de uma órbita geoestacionária (acima do equador da Terra ) requer energia considerável devido aos ângulos de baixa elevação e à distância extra e atenuação atmosférica que vem com ela. Locais localizados acima de 81 ° de latitude são incapazes de visualizar satélites geocêntricos e, como regra geral, ângulos de elevação menores que 10 ° podem causar problemas, dependendo da frequência de comunicação.

As órbitas altamente elípticas fornecem uma alternativa às geoestacionárias, pois permanecem nas regiões de alta latitude desejadas por longos períodos no apogeu. Sua conveniência é mitigada pelo custo, no entanto: dois satélites são necessários para fornecer cobertura contínua de uma órbita de Tundra (três de uma órbita de Molniya).

Uma estação terrestre recebendo dados de uma constelação de satélites em uma órbita altamente elíptica deve alternar periodicamente entre os satélites e lidar com diferentes intensidades de sinal, latência e mudanças Doppler conforme o alcance do satélite muda ao longo de sua órbita. Essas mudanças são menos pronunciadas para satélites em uma órbita de Tundra, devido ao aumento da distância da superfície, tornando o rastreamento e a comunicação mais eficientes. Além disso, ao contrário da órbita de Molniya, um satélite em uma órbita de Tundra evita passar pelos cinturões de Van Allen .

Apesar dessas vantagens, a órbita da Tundra é usada com menos frequência do que a órbita do Molniya, em parte devido à maior energia de lançamento necessária.

Usos propostos

Em 2017, o escritório de Detritos Espaciais da ESA divulgou um artigo propondo que uma órbita semelhante à da Tundra fosse usada como uma órbita de eliminação para antigos satélites geossíncronos de alta inclinação, em oposição às órbitas tradicionais de cemitério .

Propriedades

Uma órbita típica da Tundra tem as seguintes propriedades:

  • Inclinação: 63,4 °
  • Argumento do perigeu: 270 °
  • Período: 1436 minutos
  • Excentricidade: 0,24-0,4
  • Semi-eixo maior: 42.164 km (26.199 mi)

Inclinação orbital

Em geral, o achatamento da Terra perturba o argumento de perigeu ( ) de um satélite de tal forma que muda gradualmente com o tempo. Se considerarmos apenas o coeficiente de primeira ordem , o perigeu mudará de acordo com a equação 1 , a menos que seja constantemente corrigido com queima do propulsor de manutenção da estação.

 

 

 

 

( 1 )

onde está a inclinação orbital, é a excentricidade, é o movimento médio em graus por dia, é o fator de perturbação, é o raio da Terra, é o semieixo maior e está em graus por dia.

Para evitar esse gasto de combustível, a órbita da Tundra utiliza uma inclinação de 63,4 °, para a qual o fator é zero, de forma que não haja mudança na posição do perigeu ao longo do tempo. Isso é chamado de inclinação crítica, e uma órbita projetada dessa maneira é chamada de órbita congelada .

Argumento de perigeu

Um argumento de perigeu de 270 ° coloca o apogeu no ponto mais setentrional da órbita. Um argumento de perigeu de 90 ° serviria igualmente às altas latitudes meridionais. Um argumento de perigeu de 0 ° ou 180 ° faria com que o satélite permanecesse sobre o equador, mas não haveria muito sentido nisso, pois isso poderia ser melhor feito com uma órbita geoestacionária convencional .

Período

O período de um dia sideral garante que os satélites sigam a mesma trilha no solo ao longo do tempo. Isso é controlado pelo semieixo maior da órbita.

Excentricidade

A excentricidade é escolhida para o tempo de permanência necessário e muda a forma da pista no solo. A órbita da Tundra geralmente tem uma excentricidade de cerca de 0,2; uma com uma excentricidade de cerca de 0,4, mudando o traçado do solo de uma figura 8 para uma lágrima, é chamada de órbita de Supertundra .

Semi-eixo maior

A altura exata de um satélite em uma órbita da Tundra varia entre as missões, mas uma órbita típica terá um perigeu de aproximadamente 25.000 quilômetros (16.000 milhas) e um apogeu de 39.700 quilômetros (24.700 milhas), para um semieixo maior de 46.000 quilômetros (29.000 mi).

Nave espacial usando órbitas de Tundra

A trajetória da órbita QZSS , que tem características semelhantes a uma órbita Tundra, mas uma inclinação inferior

De 2000 a 2016, a Sirius Satellite Radio , agora parte da Sirius XM Holdings , operou uma constelação de três satélites nas órbitas da Tundra para rádio por satélite . O RAAN e a anomalia média de cada satélite foram compensados ​​em 120 °, de modo que quando um satélite saiu da posição, outro passou pelo perigeu e estava pronto para assumir o controle. A constelação foi desenvolvida para atingir melhor os consumidores em latitudes distantes do norte, reduzir o impacto dos cânions urbanos e exigir apenas 130 repetidores em comparação com 800 para um sistema geoestacionário. Após a fusão da Sirius com a XM, ela mudou o projeto e a órbita do satélite substituto FM-6 de uma tundra para uma geoestacionária. Isso complementou o já geoestacionário FM-5 (lançado em 2009) e, em 2016, a Sirius interrompeu a transmissão das órbitas da tundra. Os satélites Sirius foram os únicos satélites comerciais a usar a órbita da Tundra.

O sistema de satélite japonês Quasi-Zenith usa uma órbita geosíncrona semelhante à órbita da Tundra, mas com uma inclinação de apenas 43 °. Inclui quatro satélites seguindo a mesma pista de solo. Foi testado a partir de 2010 e tornou-se totalmente operacional em novembro de 2018.

Sistemas propostos

A órbita da Tundra foi considerada para uso pelo projeto Archimedes da ESA , um sistema de transmissão proposto na década de 1990.

Comparação da órbita da Tundra, órbita QZSS e órbita Molniya - vista equatorial
Vista frontal
Vista lateral
Vista frontal, estrutura fixa da Terra
Vista lateral, estrutura fixa da Terra
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Veja também

Referências