Fagstoff

HEO (Highly Inclined Earth Orbit)

Publisert: 01.09.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut
Molniya

Molniya-banen, som ble brukt i Sovjetunionen for dekning av nordlige områder, tilhører en generell kategori satellittbaner som kalles HEO, Highly Elliptical Earth Orbit. De utnytter Keplers 2. lov som sier at en stor del av omløpstiden tilbringes nær apogeum. En viktig egenskap ved slike baner er at de gir god dekning av områder ved høye breddegrader, og spesielt av polområdene.

Molniya

Molniya-bane. Illustrasjon.Molniyabane
Kunstner: Narom
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HEO-baner. Illustrasjon.HEO-baner
Kunstner: Narom
 

USSR valgte av forskjellige årsaker ikke den geostasjonære banen for sine første kommunikasjonssatellitter. Utskytingsbasen Baikonur ligger på 40 grader nord, og den var derfor et lite effektivt utgangspunkt for geostasjonære satellitter. Det ville kreve ekstra drivstoff å ta ut den store baneinklinasjonen som den høye breddegraden for oppskytingsstedet resulterte i. Dessuten var det mange bosetninger ved høye breddegrader som ville få lave elevasjonsvinkler til de geostasjonære satellittene. Det ble derfor utviklet et system basert på satellitter i baner med

  • høy inklinasjon, for å kunne gi god dekning av de nordlige områdene, og
  • høy eksentrisitet, for at satellitten skulle "tilbringe" mesteparten av sin tid over disse områdene.

Omløpstiden ble valgt slik at satellitten skulle være geosynkron, altså ha en omløpstid som var synkronisert med jordrotasjonen. Dermed ville den kurven som beskriver bevegelsen av satellittens fotpunkt, banesporet, ligge fast på jordoverflaten. For Molniya-systemet ble omløpstid T valgt lik 12 timer. Det bestemmer verdien for den lange halvaksen.

Eksentrisiteten velges slik at vinkelbevegelsen ved apogeum er tilpasset vinkelhastigheten for jordrotasjonen. Det sikrer at satellitten står mest mulig fast i forhold til jordoverflata. Høyden over jordoverflaten ved perigeum ble 548 km, og høyden for apogeum 39 957 km. Eksentrisiteten blir da 0,74.

Den tredje parameteren, inklinasjonen, ble bestemt slik at hovedaksen i den elliptiske banen ligger fast i baneplanet, og det krever at i = 63,4 grader som vi ser nedenfor. Dermed ville banesporet ligge fast på jordoverflaten, som figuren viser.

Banesporet til Molnia-systemet på bilde av verdenskart. Illustrasjon.Banespor Molniyabane
Kunstner: Narom
 

Det nordligste punktet er gitt av inklinasjonen, 63,4 grader. På grunn av 12 timers omløpstid er satellitten over den nordlige halvkule to ganger per døgn, og disse stedene er 180 grader adskilt. Den er over Sibir om ettermiddagen og over Canada sent på natten, 12 timer senere.

Den tilbringer størstedelen av sin tid over den nordlige halvkule. Ca. kl. 12.30 passerer den grensen for Sovjetunionen, og ca. kl. 22 forlater den området. Det tar bare vel en time å passere den sydlige halvkule før den kommer tilbake mot Canada.

For å få kontinuerlig dekning med høy inklinasjon ble en tresatellitt-løsning valgt. Når den ene satellitten går ned, kommer en ny opp. De tre satellittene ligger i forskjellige baner som har rektasensjon for oppstigende knute forskjøvet med 120°.

Avstanden til satellitten vil være ca. 40 000 km. Elevasjonen vil være høy, men frittromssvekkingen vil være tilnærmet den samme som for satellitter i den geostasjonære bane. Det vil også være dopplerforskyvning for signalene fra denne satellitten på grunn av den relative bevegelsen mellom satellitt og jordstasjon.

Det er et stort antall satellitter som er plassert i denne banen. Den første, MOLNIYA I, ble skutt opp i april 1965.

Andre HEO-baner

Molniya-banen har 12 timers omløpstid, men det er også andre lignende baner med andre omløpstider. Tundra-banen har 24 timers omløpstid, og der er også mulig å benytte baner ned 8 eller 6 timers omløpstid. Felles for disse banene er at inklinasjonen må være 63,4° for at banen skal ligge fast i baneplanet. Tundra-banen benyttes også av det amerikanske systemet for radiokringkasting fra satellitt, Sirius Satellite Radio. De tre satellittene i konstellasjonen har rektasensjon for oppstigente knute, Ω, og midlere anomli, M, forskjøvet med 120 grader slik at de veksler om å dekke målområdet, som er USA.

Perigeumdrift

Grunnen for valg av inklinasjon er irregulariteter i gravitasjonsfeltet som fører til at retningen for hovedaksen i den elliptiske banen langsomt roterer. Dermed forandres perigeets lengde, ω.

Perigeumdriften er null ved en bestemt inklinasjon, i = 63,4 grader, Trondheims breddegrad, for alle verdier av a, r og e. Det betyr at apogeum og perigeum ved denne inklinasjonen vil ligge fast.

Oppgaver

Praktisk stoff

Relatert innhold

Generelt