衛星軌道

地球の自転軸は地球の自転面に垂直ではないため、日食面と地球の赤道面は重ならないが、夾角は約23.4°であり、これは通常黄赤角とも呼ばれる。回転軸の傾き、傾き（傾斜）または軸方向の傾きとして知られています。

1.地球の自転

地球は完全な球体ではないため、値を使用して実際の地球の半径を表すことはできません。ただし、地球の形状は球体に非常に近いため、6,357kmから6,378km（約3,950-3,963マイル）の範囲で必要なすべての半径をカバーできます。地球を球体と見なすいくつかのモデリング方法から、より便利な平均半径6371 km（約3,958.7613マイル）を取得できます。

地球の自転は、西から東への、それ自体の軸の周りの固体地球の自転です。天球の北極を鳥瞰的に見ると、地球の自転は反時計回りに回転します。南極の上空からは、地球の自転は時計回りに回転します。したがって、地球は西から東に回転します。

1.1真のサイクル

地球の自転の周期は恒星日であり、現在の値は23：56：4です。しかし、近年、地球の自転周期はゆっくりと増加している（つまり、回転速度はゆっくりと減少している）ため、たとえば、2005年12月31日のグローバルクロックであるグローバルタイマーを調整する必要があります。均一に1秒追加します。この調整はうるう秒と呼ばれます。

1.2回転速度

地球の自転の角速度は1時間あたり約15度です。表面上の各点の線速度は緯度によって異なり、赤道の線速度に緯度の余弦を掛けたものです。したがって、赤道での線速度が最大で、極での線速度が最小で、赤道での線速度は約465.1 m / sです。

2.地球革命

太陽の周りの地球の動きは地球革命と呼ばれています。太陽は地球とともに太陽系の他の天体に囲まれているため、太陽はそれらが共有する中心的な天体であり、「革命」と呼ばれています。方向は西から東、北の天の極から見た場合は反時計回り、南の天の極から見た場合は時計回りです。サイクルは恒星年であり、6：9：10まで365日かかります。軌道はほぼ真円である楕円であり、太陽は焦点の1つにあります。

2.1軌道

地球がその回転中に形成する閉じた軌道は、地球の軌道と呼ばれます。天球への投影は黄道と呼ばれます。
地球の軌道が位置する平面は、地球の軌道平面と呼ばれ、黄道面としても知られています。

2.2パラメータ

地球の軌道は楕円であり、太陽はその焦点の1つにあります。具体的なパラメータは次のとおりです。

半長軸：149,600,000 km半短軸
：149,580,000 km
半焦点距離：2,500,000 km
円周：940,000,000 km
離心率：0.0167平坦度
：1：7000

2.3近日点と遠日点

地球の軌道には、近日点と呼ばれる太陽に最も近い点と、遠日点と呼ばれる太陽から最も遠い点があります。たとえば、1982年に地球が近日点を通過した時間は1月4日の19:00であり、地球が遠日点を通過した時間は7月4日の22:00でした。近地点の年は帰国年より25分7秒長いため、地球が近日点と遠日点を通過する日は57年ごとに1日遅れます。

中距離点：軌道楕円の短軸の両端。たとえば、1982年4月3日と10月5日、地球はミッドレンジポイントを通過しました。

2.4回転速度

平均角速度は年間360度、つまり1日59分です。平均線速度は年間940,000,000キロメートル、つまり毎秒約29.79キロメートルです。エネルギー保存の法則の下で、瞬間角速度と瞬間線形速度の変化は、太陽に近づくほど、位置エネルギーが小さくなり、運動エネルギーが大きくなり、瞬間線形速度と瞬間角速度が大きくなります。角運動量の保存を前提として、つまり同じ時間内に、地球と太陽の間の接続線が掃引する面積は固定値です。

定義	方向	サイクル	角速度	回線速度
回転	回転軸を中心とした回転運動	西から東へ	1恒星日23時間56分4秒	北極と南極を除いて、角速度は同じで、赤道から極に向かって15°/日減少し、北極と南極は0です。
革命	太陽の周りの動き	西から東へ	1恒星年365日6：9：10	平均1°/日、平均30 km / s、近日点が速く、遠日点が遅い

3.月の動き

3。1月の革命

月は楕円軌道で地球の周りを回転します。天球上のこの軌道面によって遮られた大円は「白い道」と呼ばれます。白い道の平面は天の赤道と一致せず、黄道面と平行でもなく、その空間位置は絶えず変化しています。サイクルは27。32日です。月の軌道（白い軌道）の地球の軌道（黄道）に対する平均傾斜角は5°09 'です。しかし、月は平均年率3.8cmで徐々に地球から離れていくことが知られています。

3。2月の自転

月は地球を中心に回転しながら回転します。周期は27。32166日で、たまたま恒星の月であるため、月の裏側が見えません。この現象は「同期回転」または「潮汐ロック」と呼ばれ、太陽系衛星の世界ではほぼ普遍的な法則です。これは一般に、地球上の衛星の長期的な潮汐作用の結果であると考えられています。バランスの動きは非常に奇妙な現象であり、月面の59％を見ることができます。主な理由は次のとおりです。
（1）楕円軌道のさまざまな部分で、回転速度が回転角速度と一致していません。
（2）白い道路と赤道の交差角度。
月は、背景の星空に対して1時間ごとに半度移動します。これは、月の表面の視直径に似ています。他の衛星とは異なり、月の軌道面は、地球の赤道面の近くではなく、黄道面に近いです。背景の星空と比較して、月が地球の周りを回転する（月を周回する）のに必要な時間は、サイドリアル月と呼ばれ、新月と次の新月（または2つの同じ月の間）に必要な時間です。フェーズ）は、シノディックムーンと呼ばれます。地球自体が月の軌道の間に太陽の周りの軌道で特定の距離を移動したので、同義の月は恒星の月よりも長いです。

4.静止軌道

静止軌道（英語：静止軌道、GSO）、衛星の軌道周期は地球の自転周期に等しく、方向もそれに一致しています。同期軌道を参照してください。軌道面が地球の赤道面と一致する場合、つまり衛星と地面の位置が比較的変化しない場合、静止軌道と呼ばれます。

静止軌道を実現するには、次の条件を満たす必要があります。

• 衛星の方向は地球の自転と同じです。
• 軌道離心率は0です。つまり、軌道は円形です。
• 公転周期は恒星日1日（23時間56分4秒）の地球の自転周期に等しく、静止衛星の高度は35,786キロメートルです。

この軌道では通信衛星がよく使われますが、航法衛星は使われていません。

4.1静止軌道高の導出

5.静止軌道

静止軌道（または地球の赤道同期軌道、英語：静止軌道、略してGEO）は、地球の赤道面から35,786 km上の円軌道を指し、この軌道上の宇宙船の方向は、地球の方向と同じです。回転。静止軌道にある宇宙船が一度地球を周回する時間は、地球の自転周期（恒星日）と同じです。したがって、地上観測者の目には、このような宇宙船は空に固定されています。通信衛星や気象衛星は一般に静止軌道上で動作するため、地上局のアンテナは、アンテナを回転させることなく、衛星の固定点に位置合わせされている限り通信できます。この機能を利用して、可視光と近赤外光センサーを搭載した海洋衛星を静止軌道に打ち上げ、GOCI衛星などの海洋環境の微妙な変化を監視することができます。

静止軌道は静止軌道の特殊なケースであり、両者にはいくつかの違いがあります。静止軌道の衛星は常に地球上の同じ地点を毎日同じ時刻に通過しますが、静止軌道の衛星は常に固定点に固定されています。動かさないでください。
2つの間に3つの違いがあります。

• 軌道傾斜角は異なります。静止軌道は必ずしも赤道面より上にあるとは限りません。
• 観測者はさまざまな現象を目にします。静止軌道にある衛星は毎日同じ時刻に地球上の同じ地点を通過し、地上の観測者は衛星が動いていることを確認します。静止軌道にある衛星は常に固定位置に固定されています。移動します。
• サブ衛星ポイントの軌道は異なります。静止衛星のサブ衛星ポイントの軌道は、8の字の形をした閉じた曲線です。

5.1実用的なアプリケーション

ほとんどの商用通信衛星、放送テレビ衛星、および補助測位衛星は静止軌道で動作します。通常、低軌道衛星は、転送軌道を介して静止軌道に入ります。静止軌道に打ち上げられた最初の衛星は、1964年にデルタDロケットによって打ち上げられた米国のSyncom-3衛星でした。

地球規模では、さまざまな気象衛星ネットワークが運用されており、地球の表面と大気の可視光と赤外線の画像を提供しています。これらの衛星システムには、次のものが含まれます。

米国のGOESESA
によって打ち上げられたメテオサット。このシステムは、欧州気象衛星開発機構EUMETSATによって運用されています。
日本のひまわり、
中国の「Fengyun」シリーズの衛星、
インドのINSATシリーズの衛星

5.1.1トラックの安定性

静止軌道は赤道上約35,786kmにしか分布できません。この高度では、軌道速度は3.07 km / s、公転周期は1,436分で、恒星日（23.934461223時間）に非常に近いです。これにより、衛星の運用期間が地球の自転期間と一致することが保証されるため、衛星のサブ衛星ポイントは地上に固定されます。したがって、すべての静止軌道衛星はこの軌道で動作する必要があります。

静止軌道にある宇宙船は、太陽と月の重力と地球の扁平率の重なりの影響を受け、軌道面が歳差運動を続けます。軌道歳差運動期間は約53年、初期傾斜角の変化率は約0.85°/年であり、26。5年ごとに最大15°の傾斜角になります。この軌道摂動を補正するために、宇宙船は定期的な軌道維持操作を実行する必要があり、傾斜角を補正するために使用される合計速度増分は、毎年約50m / sです。

考慮すべき2番目の影響は、地球の非球形によって引き起こされる経度のドリフトです。赤道はわずかに楕円形です。静止軌道上には、2つの安定した平衡点（75.3°Eと104.7°W）と2つの不安定な平衡点（165.3°Eと14.7°W）があります。静止軌道の平衡点の間に位置する宇宙船は、何の操作もせずに、2つの安定した平衡点に向かってゆっくりと加速し、経度の周期的な変化につながります。経度ドリフトの影響を補正するために、静止軌道衛星が毎年位置保持操作を実行するには、合計で約2m / sの速度増分が必要です。具体的な値は、衛星の固定点経度によって異なります。

太陽風と放射光の圧力も衛星に小さな力を発生させますが、時間の経過とともに、これらの力によって衛星は徐々にドリフトし、最終的には公称軌道を離れます。

地球からの保守サービスと再生可能な推進剤がない場合、衛星の位置を維持する任務によって消費される推進剤は、その寿命を制限します。現在使用されているホール効果スラスタは、衛星の耐用年数を延ばす可能性が高い効率的な電気推進システムです。

5.1.2 通信

静止軌道衛星は地上からかなり離れているため、地上と衛星間の通信遅延は明らかです。信号が1つの地上局から衛星に移動して別の地上局に戻るのに必要な時間は約0.25秒です。つまり、信号が地上局Aから地上局Bに移動し、地上に戻るのにかかる時間です。ステーションAは0.5秒近くです。

静止衛星は赤道の真上にありますが、南または北に行くほど、空の静止衛星の角度は低くなります。観測者の緯度が高くなると、大気差、地上の熱放射、見通し内の障害物、地面や建物からの信号の反射などの要因により、衛星との通信が困難になります。緯度が81°を超えると、静止軌道衛星が地平線より低くなり、観測できなくなります。そのため、ロシアの通信衛星は楕円形の雷軌道とツンドラ軌道を使用しており、この軌道上の衛星は高緯度での視認性に優れています。

5.1.3トラック割り当て

静止軌道にある衛星は、赤道上の同じリングに配置する必要があります。運用中は、衛星が悪い周波数干渉を受けないようにするために、静止軌道衛星を別々に配置する必要があります。つまり、軌道位置が制限されるため、静止軌道で運用する衛星の数も一定です。異なる国が同じ静止軌道位置をめぐって競争し（たとえば、経度が同じで緯度が異なる国）、周波数リソースに競合が発生します。このような競合は、国際電気通信連合の軌道割り当てメカニズムを通じて調整および解決できます。1976年、8つの赤道国がボゴタ宣言を可決し、これらの国は自国の静止軌道に対して主権を持っていると主張しましたが、この宣言は国際社会によって認識されたことはありません[7]。

5.1.4静止衛星の寿命

静止軌道衛星の燃料がなくなると、以前の軌道位置を維持することができなくなり、衛星の耐用年数が終了します。一般的に言って、衛星の推進剤が使い果たされたとき、そのトランスポンダーと衛星上の他のシステムはまだ正常に機能することができます。南北位置の制御を停止すると、一部の衛星は傾斜軌道を周回し続けることができます（サブ衛星の点は赤道を中心に「8」のパターンで描かれます）。あるいは、衛星軌道を「重大な」軌道にアップグレードして廃棄することもできます。

2019年4月、国際電気通信衛星機構29e衛星は、わずか3年間の運用後、推進剤の漏れにより崩壊しました。破片は、軌道上の他の衛星の運用上の安全性を脅かしました。

5.2高さの計算

静止軌道の半径を比較する、ガリレオ測位システム、全地球測位システム（GPS）、GLONASSシステム、北斗衛星ナビゲーションシステム、国際宇宙ステーション、ハッブル望遠鏡。また、月周回軌道半径（385,000キロメートル）は静止軌道の約9倍です。

6.太陽同期軌道

太陽同期軌道（太陽同期軌道またはSSOはSSOと略され、誤って別のタイプのヘリオ同期軌道と呼ばれることもあります）は衛星の軌道面を指し、太陽は常に比較的固定された方向、軌道傾斜（軌道面と赤道面）間の角度は90度に近く、衛星は2つの極の近くを通過する必要があるため、近極太陽同期衛星軌道とも呼ばれます。軌道面を常に太陽に対して一定の方向に保つために、軌道面は毎日平均して地球の回転方向（西から東）に0.9856度（つまり、360度/年）移動します。

ウィキから
太陽同期軌道は、高さと傾斜を組み合わせた低軌道であるため、オブジェクトが昇交点、降交点、または軌道上の任意の点にあるかどうかに関係なく、同じ平均太陽時になります。は地表の同じ点より上にあります。つまり、地表は毎回同じ照明角度に近くなります。可視波長または赤外線波長の一貫した光源を備えたこの種の地球画像（気象衛星やスパイ衛星など）やその他の遠隔測定衛星（海と大気の遠隔測定を実行し、日光を必要とする遠隔測定衛星など）は便利な衛星機能です。たとえば、太陽同期衛星は、昇交点黄経で1日12回、現地時間の15:00頃に通過するたびに地球の赤道を通過できます。これにより、地球が天球上で太陽の周りを回転する平面に対して、1日あたり約1度東向きに歳差運動（回転）する近接軌道が得られます。
太陽の角度は、交点の後退（軌道の自然な歳差運動）を調整することで一貫性を保ち、毎年完全な円を完成させます。地球の自転により、地球はわずかに平らになり（理想的な球と比較して、赤道はわずかに長くなります）、赤道に近い過剰な質量により、宇宙船の斜め軌道が歳差運動します。軌道は固定されていません。宇宙の遠くの星と比較してはい、しかし地球の軸の周りをゆっくりと回転しているので、歳差運動の速度は軌道の高度と衛星の傾きに依存します。これら2つの効果のバランスをとることにより、歳差運動の速度を一致させることが可能です。典型的な太陽同期軌道は、高さが約600〜800キロメートル、周期が96〜100分、傾斜角が約98度（つまり、わずかに反転します。地球の回転方向と比較して、0度は赤道の軌道であり、90度は極軌道です。）
子午線/子午線軌道は、正午または真夜中頃に子午線上の赤道を横切る特別な太陽同期軌道です。朝/暗軌道は、日の出または日没時に赤道子午線を横切る軌道であるため、衛星は分割されます。昼と夜の昼と夜の境界線を越えて。衛星の太陽電池パネルは常に太陽に照らされ、地球の影に入らないため、昼と夜の境界を越えて飛行することは、アクティブなレーダー衛星にとって非常に便利です。測定結果が太陽光の影響を受けたり制限されたりする一部のパッシブ機器の場合も非常に便利で、夜間は常に地球の方向を向くことができます。サンシャイン衛星、TRACE、サンライズ衛星などの科学衛星で太陽を観測するために使用されていた朝/暗黒軌道により、ほぼ継続的に太陽を観測することができます。
火星などの他の惑星も、太陽同期軌道を持つことができます。

5.1衛星の例

現在の研究内容を理解するための例として、ODIN衛星を取り上げましょう。

衛星の軌道面が太陽の向きと一致している場合、衛星は地球の自転とは異なります。つまり、衛星は地球の自転方向ではなく、軌道方向に沿った速度しかありません。西から東へ。厳密に言えば、まだ西から東への速度があります。地球は西から東へと回転しているため、軌道面を太陽の向きと一致させるには、衛星は地球の回転と一致する角速度を持っている必要があります。つまり、360度/（365日）= 0.9863度/日です。

衛星は、同じ場所にあるときは常に同じ位置を通過します。たとえば、毎日午前10時に長春を通過し、毎日午後4時に武漢を通過します。ODIN衛星周期は96分、1日は$24\ast .60$分、つまり地球の周りの1日衛星$24\ast 60/96=1つの5$ターン。このように、衛星は1日に1回軌道を繰り返しているように見えます。つまり、長春または武漢を1回だけ通過しているようです。このように、全世界を観測するという目的を達成するために、軌道の各円は地球上のさまざまな場所を観測し、翌朝10時に長春を観測するために戻ってきます。実際、これは衛星の軌道が変わっていないためです。地球は自転しています。衛星が自転するのに96分かかります。地球は自転します$96/（24\ast 60/360）=24$度、地球は$360/24=1。5$、24度なので、地球の周り日衛星15巻。また、短期間では、ある地域の太陽への露出はあまり変化しないため、ある地域の同じ太陽への露出に対して複数の観測を行うことができます。

ODIN衛星の軌道傾斜角は97.8度です。図1に示すように、分点と秋分の間、昼と夜の境界線は赤道に垂直です。したがって、軌道線は北半球では昼間であり、南半球の夜、つまり太陽放射は検出できません。さらに、日中は太陽に近くなります。冬のソルスティスでは、夏のソルスティスとは対照的に、衛星は北半球を通過します。夜は南半球を通過します。衛星の軌道面は太陽の向きと一致しているため、表示されません。同じ日または同じ短期間で、日中は北半球、夜は南半球で衛星の現象が発生します。夜は北半球で、日中は南半球で。もちろん、太陽が南半球に直接当たると、昼と夜の境界を移動する衛星が存在するため、衛星は常に夜明けまたは夕暮れに太陽放射を検出します。
図2に示すように、ODIN衛星の昇交点は18:00です。衛星が0度の場合、太陽が現地時間に沈むと、現地は正午に90度、現地の日の出は180度になります。270度は真夜中、360度は現地の太陽です。下り坂に行くとき。

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