Podręcznik

5. Satelita na orbicie

Aby satelitę umieścić na orbicie należy posłużyć się rakietą. Bez rakiet nośnych nie powstały by systemy satelitarne. O rakietach nośnych wynoszących satelity na orbity okołoziemskie napisano wiele i ciągle o nowych osiągnięciach i porażkach pisze prasa. 
Jeśli przygotowujemy satelitę do misji komunikacyjnej, to należy ustalić na jakiej orbicie zostanie on umieszczony. Popatrzmy najpierw gdzie go można umieścić. Na rys.5.24 pokazano klasyfikację orbit. 
Najniżej, między 500 a 1.500 km, położone są orbity LEO – Low Earth Orbit. Oddalając się od Ziemi wchodzimy w tzw. pas Van Allena rozciągający się między 2.000 a 6.000 km. W pasie tym występują m.in. protony, cząsteczki pochodzące z promieniowania kosmicznego. Z tego powodu nie umieszcza się w tym pasie satelitów. 
Kolejny pas między 6.000 a 12.000 km służy satelitom na orbitach MEO – Medium Earth Orbit. Kolejny pas promieniowania rozciąga się między 15.000 a 30.000 km i dlatego nie umieszcza się w nim obiektów. 
Interesujący wymiar ma orbita zwana geostacjonarną GEO – Geostationary Earth Orbit, odpowiadająca wysokości ok. 36.000 km. Satelita umieszczony na tej wysokości w płaszczyźnie równika obraca się z prędkością kątową Ziemi i dlatego znajduje się zawsze nad tym samym punktem globu. Orbita geostacjonarna wykorzystywana jest chętnie przez satelity transmitujące programy telewizyjne.

 

Rys.6.24. Klasyfikacja orbity, na których umieszcza się satelity radiokomunikacyjne.    

Oddzielnie należy wymienić orbity HEO – Highly Elliptical Orbit. Orbity te stosowane są do celów specjalnych. Wykorzystano je m.in. w systemie Mołnia, przygotowanym jeszcze przez dawny ZSRR do celów transmisji programów telewizyjnych.
 

Rys.6.25. Dwa podstawowe sposoby wykorzystania satelity radiokomunikacyjnego.A) Satelita pośredniczy między użytkownikami. B) Satelity tworzą system telekomunikacyjny, z który łączą się użytkownicy.

Mechanika ruchu na orbicie jest powszechnie znana. Siła grawitacji Ziemi jest wykorzystywana jako siła dośrodkowa zakrzywiająca tor satelity. Ruch na orbicie odbywa się zgodnie ze znanymi 3 prawami Keplera. O tym, czy orbita jest kołowa, czy eliptyczna decydują warunki początkowe, a dokładniej mówiąc wektor prędkości początkowej, nadanej satelicie przez silniki ostatniego członu rakiety nośnej. 
Większość satelitów pełni role pośrednika między użytkownikami, co pokazano na rys.6.25A. Przykładem mogą być satelity retransmitujące programy telewizyjne z antenami kierującymi promieniowanie na wybrane fragmenty powierzchni globu. Systemy mogą zawierać kilka satelitów, między którymi jednakże nie prowadzi się transmisji sygnałów. Przykładem takiego systemu jest INMARSAT. Wreszcie układ wielu satelitów tworzy system telekomunikacyjny, o wymiarze globalnym. Takim systemem jest IRYDIUM.
Na przestrzeni ostatnich 4 dekad umieszczono na orbitach wiele satelitów i całych systemów komunikacyjnych. Wiele z nich zakończyło swoje zadanie i tworzy teraz złom kosmiczny. Wiele zostało sprowadzonych na Ziemię. 

Tabela 6.2: Parametry wybranych satelitarnych systemów komunikacyjnych.


W Tabeli 6.2 zestawiono niektóre parametry wybranych 3 telekomunikacyjnych systemów satelitarnych, każdy charakterystyczny w swojej klasie. Najciekawszym z nich jest IRYDIUM, system 68 satelitów umieszczonych na orbitach LEO. Ten wspaniale zaprojektowany i przemyślany system poniósł kompletną klęskę na rynku telekomunikacyjnym, gdyż funkcje, do pełnienia których był projektowany przejęła znacznie tańsza telefonia komórkowa. 
Jednak niepowodzenie systemu IRYDIUM nie oznacza końca dużych systemów satelitarnych. Projektowane są kolejne systemy: Odyssey i Globalstar. Pierwszy z nich będzie obsługiwany przez 12 satelitów na orbitach MEO 10 354 km. W drugim systemie zaplanowano 48 satelitów na orbitach LEO 1400 km.
Satelitarne systemy telekomunikacyjne są wspaniałym tworem inżynierii, prawie doskonałe, o wielkiej użyteczności. Oczywiście technika mikrofalowa spełniła przy ich projektowaniu i tworzeniu wielką rolę. Oddajmy jednak honor konstruktorom rakiet i silników rakietowych. Ich wspaniałe osiągnięcia otworzyły drogę do planowania systemów, które stały się teraz codziennością. Bez nich jesteśmy skazani na skonstruowanie procy zdolnej do umieszczenia satelity na orbicie, a to nie wydaje się możliwe.