Geostatsionaarne orbiit: erinevus redaktsioonide vahel

[[File:Geostationaryjava3D.gif|thumb|right|GeostationaryGeostatsionaarse orbitsorbiidi (topülalt view)vaade. Vaatlejale Maa pinnal tundub, et satelliit on taevas liikumatu ühes kindlas punktis. ]]

[[File:Geostationaryjava3Dsideview.gif|thumb|GeostatsionaarsetGeostatsionaarse orbiidi külgvaade.]]

[[File:Geosats compilation.jpg|thumb|right|5 × 6 kraadine vaade osast geostatsionaarsest vööst, mis näitab mitmeid geostatsionaarseid satelliite. Need, mille inklinatsioon on 0 kraadi, moodustavad diagonaalse vöö pildil. Mõned objektid väikeste inklinatsioonidega on nähtaval sellesellest joonediagonaalist üleval. SiinLisaks on ka näha kuidas satelliidid on ühes asendis samal ajal kui tähedtähtede asukohad muutuvad erinevatel piltidel Maa pöörlemise tõttu.

'''Geostatsionaarne orbiit''', geostatsionaarne Maa orbiit või geosünkroonne ekvatoriaalne (GEO) on ringikujuline [[orbiit]] 35786 kilomeetri kõrgusel, mis asetseb Maa ekvaatori kohal (0° laiuskraad), on kohakuti Maa pöörlemise suunaga ning mille eksentrilisus on ligidal nullile<ref>[http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1212/1212.3863.pdf A geostationary Earth orbit satellite model using Easy Java Simulation Loo Kang Wee and Giam Hwee Goh 2013 Phys. Educ. 48 72]</ref>. Objektil, mis on sellisel orbiidil, on orbitaalne [[periood]] võrdne Maa pöörlemise perioodiga (üks ööpäev) ja seetõttu tundub Maal olevatele vaatlejatele satellliit kindlas taevapunktis statsionaarselt olevana.

[[Militaarne_kommunikatsioon#Kommunikatsioonisatelliidid|Kommunikatsioonisatelliidid]] ja ilmasatelliidid omavad tihti geostatsionaarseid orbiite, kuna satelliidi antennid, mis nendega suhtlevad, ei pea neid jälgima. Seetõttu on neid võimalik jälgida kogu aeg ning antenne saab suunata täpselt ühele kindlale positsioonile. Seda omadust kasutades on võimalik erinevad teaduseksperimendid, näiteks ookeani värvi mõõtvad satelliitid (näitekssh ''Geostationary Ocean Color Imager'' ([[GOCI]])), mida saab opereerida geostatsionaarsel orbiidil nii, et on võimalik jälgida väga väikeseid muutuseid ookeani keskkondades. Geostatsionaarne orbiit on üks alaliike geosünkroonsest orbiidist.

Idee [[geosünkroonne satelliit|geosünkroonse satelliidi]] kasutamiseks sides toodi esimesena välja 1928. aastal [[Herman Potočniki]] poolt<ref name='NASA SP-4026'>{{cite book | last = Noordung | first = Hermann | authorlink = | coauthors = et al. | title = The Problem With Space Travel | publisher = DIANE Publishing | year = 1995 | location = | page = 72 | url = | doi = | id = | isbn = 978-0-7881-1849-4 | origyear=1929 | others=Translation from original German}}</ref>. Esimene geostatsionaarse orbiitiorbiidi kirjeldus populaarsespopulaarteaduslikus kirjastuseskirjanduses oli [[George O. Smith]] raamatus [[Venus Equilateral]], kuigi sealkus ei mindud veel väga detailidesse. Briti ulmekirjanduse kirjanik [[Arthur C. Clarke]] kirjutas geostatsionaarsetest orbiitidest põhjalikumalt 1945. aasta Wireless World ajakirja väljaandes "''Extra-Terrestial Relays - Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?''", välja antud Wireless World ajakirjas. Clarke andisavaldas tunnustust sissejuhatuses ka George O. Smithi "''The Complete Venus Equilateral''" raamatule<ref>{{cite web | publisher = Arthur C. Clark | url = http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf | title = Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? | date = October 1945 | accessdate = 4 March 2009 | archiveurl = http://web.archive.org/web/20090318000548/http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf| archivedate= 18 March 2009 }}</ref>. Sedaraamatu orbiit, midasissejuhatuses. Clarke esimesena'i kirjeldaspoolt kuiesimesena kasulikkirjeldatud orbiitkasulikku kommunikatsiooni eesmärgil loodud orbiiti satelliitidele, tuntakse ka Clarke'i orbiidi nime all. Sarnaselt on ka defineeritud Clarke'i vöö, mis on kosmose piirkond kosmoses, 35786 kilomeetri kõrgusel Maa ookeanitekeskmisest pinnastmerepinna tasemest ja asub samal ajal ekvaatori tasandil, kus geostatsionaarsete orbiitide lähedased orbiidid on võimalikud<ref>{{cite web | publisher = Arthur C. Clark | url = http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf | title = Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage? | date = October 1945 | accessdate = 4 March 2009 | archiveurl = http://web.archive.org/web/20090318000548/http://www.clarkefoundation.org/docs/ClarkeWirelessWorldArticle.pdf| archivedate= 18 March 2009 }}</ref>. Clarke'i orbiit on umbes 265 000 km pikk.

Enamik kommertsiaalseid kommerts-kommunikatsiooni satelliite, erinevaid ülekandeid tegevaid satelliitetelekommunikatsioonisatelliite ja [[SBAS]] satelliite opereerivad geostatsionaarsetel orbiitidel. [[Geostatsionaarne ülemineku orbiit|Geostatsionaarset ülemineku orbiiti]] kasutatakse, et asetada satelliit madalast Maa-lähedasest orbiidist geostatsionaarsele orbiidile (Vene televisiooni satelliidid on ka kasutanud elliptilisi [[Molniya orbiit| Molniya]] ja [[Tundra orbiit|Tundra]] orbiite kõrgete [[laiuskraad|laiuskraadide]] tõttu, millel osa Venemaa elanikkonast asub). EsimeneSyncom-3 oli esimene satelliit, mis lennutati geostatsionaarseleraketil orbiidile oli [[Syncom-3]], mille rakketiks oli [[Delta-D]] ninggeostatsionaarsele seeorbiidile juhtus1964. aastal 1964.

Ülemaailmset satelliitide võrgustikuvõrgustikku, mis koosneb meteoroloogistest satelliitidest ja mis asuvad geostatsionaarsel orbiidil, kasutatakse, et edastada nähtavadnähtavas ja infrapunases piirkonnas tehtud pilte Maa pinnast ja atmosfäärist. Need satelliitide süsteemid on järgnevad:

* [[Meteosat]], üles lastudsaadetud [[Euroopa kosmoseagentuur|Euroopa kosmoseagentuuri]] poolt ja opereeritud Euroopa ilmasatelliitide organisatsiooni poolt (''European Weather Satellite Organization'') ja ka [[EUMETSAT]]

Geostatsionaarne orbiit on ainult saavutatav ainult kõrgustel, mis on väga lähedased 35786 km ning orbiitidel, mis on täpselt ekvaatori kohal. Sellel orbiidil on objektide kiirused 3.07 km/s ning orbiidi periood on 1436 minutit , mis on peaaegu täpselt võrdne ühe ööpäevaga ning võrdne 23.934461223 tunniga. See tagab, et satelliit on kooskõlas Maa pöörlemise perioodiga ning on statsionaarseMaalt jalajäljegavaadates Maaltstatsionaarse vaadataesjalajäljega. Kõik geostatsionaarsed satelliidid asuvad sellel ringil.

Kombinatsioon [[Kuu]] gravitatsioonist, [[päikePäike|päikesePäikese]] gravitatsioonist ja Maa ellipsoididilisest kujust tähendab, et igaigal geostatsionaarsel objektil hakkab orbiidi tasand pretsesserimapretsesseerima. Selle [[pretsessioon|prestessioonipretsessiooni]] periood on umbes 53 aastat ning algne inklinatsiooni gradient, mis on umbes 0.85 kraadi aastas, viib selleni, et umbes 26.5 aasta tagantjärel on maksimaalne inklinatsioon 15 kraadi. Et seda orbitaalset [[häiritus|häiritust]] korrigeerida on vajalikud regulaarsed orbitaalsed manöövrid, mille jaoks on satelliidile vaja anda aasta jooksul umbes 50 m/s suursune [[delta-v]]. Delta-v on kiirus, mida on vaja objektile anda, et orbiidi manöövrit teha.

Teine effekt, millega tuleb arvestada on [[pikkuskraad|pikkuskraadide]] nihe, mida põhjustab Maa asümmetrilisus, ehk teisisõnu on ekvaatori kuju vähesel määral elliptiline. Seetõttu on geostatsionaarsel orbiidil kaks stabiilset tasakaalupunkti, mis on 75.3°E ja 104.7°W, ning kaks mittestabiilset tasakaalupunkti, mis on 165.3°E ja 14.7°W. Suvaline geostatsionaarne objekt, mis asub nende kahe tasakaalupunkti vahel kiireneb aeglaselt stabiilsete tasakaalupunktide poole kui selle vastu midagi aktiivselt ei tehta. Selle tõttuTulemuseks hakkab objekt perioodiliselt tasakaalupunkti ümber liikuma. Selle effekti korrigeerimiseks on vajalikud kontrollimanöövrid, mis vajavad kuni 2 m/s [[delta-v]]d aastas,suurust mismõjutust satelliidile. Vajaliku delta-v hulk sõltub ka soovitavast pikkuskraadist.

PäikesetuulPäikesetuule ja radiatsiooni poolt tekitatav jõud avaldavad samuti effekti orbiidi stabiilsusele samuti mõju, mis ajapikku viivad geostatsionaarsel orbiidil oleva objekti nendeselle algsetestalgsest orbiitidestorbiidist eemale.

Kui satelliitidele ei viida kütust Maa pealt kütust juurde või kui ei kasutata taastuvaid jõuallikaid, siis seab orbiidi stabiilsus kütuse tarbimise tõttu limiidi satelliidi eluajale sellel kindlal orbiidil.

Satelliidid geostatsionaarsetelGeostatsionaarsetel orbiitidel asuvad satelliidid on küllalt kaugel Maast, et tekitada märkimisväärne ajavahe signaali saatmise ja vastuvõtmise vahel. Umbes veerand sekundit läheb selleks, et üks Maal asuv saatja saadaks signaali satelliidile ja saaks vastuse maajaamalt. Ehk siis suhtluseks kahe maajaama vahel läheb pool sekundit aega.

See ajavahe tekitab probleeme süsteemides, kus on tähtis latentsus näiteks kommunikatsioonkommunikatsioonis<ref>[http://www.isoc.org/inet96/proceedings/g1/g1_3.htm The Teledesic Network: Using Low-Earth-Orbit Satellites to Provide Broadband, Wireless, Real-Time Internet Access Worldwide<!-- Bot generated title -->]</ref>.

Geostatsionaarsed satelliidid on täpselt ekvaatori kohal ja paistavad seetõttu madalamad, mida kaugemale põhja või lõunasse liikuda. Mida absoluutväärtuses suurem on laiuskraad, seda raskem on satelliidiga kommunikatsioone hoida. Seda põhjustab atmosfääris lainete murdumine, Maa soojuslik kiirgus, vaatevälja piiravad objektid (näiteks puud ja kõrgemad hooned) ning signaali peegeldused ligidal olevatest ehitistest või maalt. Alates 81° laiuskraadist ei ole võimalik enam geostatsionaarseid satelliite näha, sest nad vajuvad horisondi alla. Seetõttu ei saa ka geostatsionaarseid satelliite sealpolaaraladel üldse kasutada<ref>[http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Articles/SolerEisemannJSE.pdf p. 123]</ref>.

Kõik satelliidid geostatsionaarsel orbiidil peavad asuma ühel ringil ekvaatori kohal. Kuna satelliitide kommunikatsioon ei tohi omavahel interfereeruda operatsioonide käigus, siis on sellel orbiidil piiratud arv "kohti" sellel orbiidil, sest kommunikatsiooniks sobivad raadiosagedused on limiteeritud. SellestPiirangutest tulenebtulenevalt tekib ka konflikte erinevate riikide vahel, kes tahavad sarnaseid kohti orbiidil (probleemiks riikidel, mis asuvad samadel pikkuskraadidel, aga erinevatel laiuskraadidel) ning tahavad jaotada satelliitide sagedusi. Sageduste jaotamiste ja nendega seotud probleemidega tegeleb [[Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit]].

. 1976. aasta Bogota deklaratsioonis proovisid kaheksa riiki ekvaatoril kuulutada nende kohal oleva kosmoseala enda territooriumiks, kuid sellega ei oldud rahul teiste riikide poolt. ning praeguNüüdseks tegeleb sellegataoliste teemade ikkagilahendamisega Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit.

Kui satelliitidel saab kütus otsa, siis nad ei suuda need enam püsida geostatsionaarsel orbiidil. Tavaliselt saatjad ja ülejäänud satelliidil asuvad alamsüsteemid kestavad kauem kui kütus ning mõndasiteatud hulka satelliite on seetõttu võimalik kasutada ka natukeneosaliselt inklineeritud orbiitidel, kus on ka maajaamade poolt vajaliktagatud korralik satelliitide jälgimissüsteem. Kui satelliidid on oma eluea lõpus, siis peavadliiguvad satelliididneed geostatsionaarselt orbiidilt liikuma surnuaia orbiidile, kus satelliidid ei jääseata etteohtu uutele satelliitidele, mis tulevikus üles lastakse. jaNii etvälditakse eitöötavate olekssatelliitide kokkupõrkeid ka[[kosmoseprügi|kosmoseprügiga]] ohtu kokkupõrgeteks<ref>Shi Hu-Li, Han Yan-Ben, Ma Li-Hua, Pei Jun, Yin Zhi-Qiang and Ji Hai-Fu (2010). Beyond Life-Cycle Utilization of Geostationary Communication Satellites in End-of-Life, Satellite Communications, Nazzareno Diodato (Ed.), ISBN 978-953-307-135-0, InTech, {{cite web | url = http://www.intechopen.com/articles/show/title/multi-life-cycles-utilization-of-retired-satellites | title = Beyond Life-Cycle Utilization of Geostationary Communication Satellites in End-of-Life}}</ref><ref>{{cite web | url=http://www.satsig.net/satellite/inclined-orbit-operation.htm | title = Inclined orbit operation}}</ref>.

Igal ringikujulisel orbiidil on vajalik kesktõmbe jõud (F_c). See jõud on Maa orbiidil antud Maa gravitatsiooni poolt ja see tähistatakse (F_g)-ga. Et arvutada geostatsionaarse orbiidi kõrgust on vaja kõigepealt kirja panna seos:

Siin panemetuleb tähele panna, et mass 'm' on nii vasakul kui ka paremal pool avaldises.See tähendab, et kõrguse arvutamine lihtsustub selle punkti leidmisele, kus kesktõmbekiirendus on võrdne gravitatsiooni poolt tekitatava kiirenduse 'g'-ga.

Nurkkiirus on leitav, kui jagada nurk, mis on läbitud ühes täis pöördes orbitaalse perioodiga (aeg, mil satelliit teeb ühe täis pöörde Maa ümber). Geostatsionaarse orbiidi korral on orbitaalseks perioodiks üks ööpäev ehk 86164.09054 sekundit. See annab:

Seejärel on võimalik eelmise valemiga välja arvutada orbiidi raadius, mis annab vastuseks 42164 kilomeetrit. Lahutades Maa ekvatoriaalse raadiuse, 6378 kilomeetrit, annabon geostatsionaarse orbiidi kõrguseks 35786 kilomeetrit.

Sama valemiga saame ka arvutada ka teiste planeetide geostatsionaarseid orbiite. Marsil on geotsentriline gravtatatsiooni konstant GM 42828&nbsp;km³s⁻² ning Marsi pöörlemise periood (''T'') on 88642.66 sekundit. Kuna ω = 2π/''T'', siis saame ω väärtuseks 7.088218×10⁻⁵&nbsp;s⁻¹. Saame tulemuseks, et ''r''³ = 8.5243×10¹²&nbsp;km³, mille kuupjuur on 20,427&nbsp;km;, ning lahutades Marsi ekvatoriaalse raadiuse (3396.2&nbsp;km), saame et Marsi korral on orbiidi kõrguseks 17,031&nbsp;km.