Zaloguj się
Wszystkie
20 lipca 2022
737
Dogłębne zrozumienie niuansów środowiska pracy elektroniki kosmicznej stanowi podstawę merytorycznego arsenału każdego inżyniera aspirującego do branży space. Zdajemy sobie sprawę, że kompleksowe omówienie całości zagadnień w ramach pojedynczego artykułu jest całkowicie niewykonalne – dość powiedzieć, że na temat wpływu samego tylko promieniowania kosmicznego na elektronikę powstały całkiem obszerne monografie, silnie bazujące na fizyce ciała stałego – dlatego postaramy się pokrótce zasygnalizować wyłącznie najważniejsze zagadnienia, z jakimi na co dzień mierzą się inżynierowie kosmiczni.
Zasięg misji – rodzaje orbit okołoziemskich
Jednym z najistotniejszych założeń każdej misji kosmicznej jest jej zasięg. O ile przedsięwzięcia nakierowane na przestrzeń międzygwiezdną są naprawdę rzadkie – jak dotąd wysłano w kosmos zaledwie pięć sond które wleciały lub za pewien czas wlecą w tak daleki dla nas obszar kosmosu (Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 10, Pioneer 11 oraz New Horizons), o tyle zdecydowanie więcej satelitów i próbników znajduje się w obszarze Układu Słonecznego. Bogata historia lotów mających na celu badanie Słońca, Księżyca, a także pozostałych planet Układu wraz z ich księżycami stanowi jednak – pod względem liczbowym – zaledwie niewielki ułamek wszystkich misji związanych z umieszczeniem sztucznych satelitów na orbitach okołoziemskich. W zależności od odległości, mierzonej od powierzchni Ziemi, mówimy o następujących rodzajach orbit:
- LEO (Low Earth Orbit) – niska orbita okołoziemska; obejmuje orbity o wysokości w zakresie od 160 km do 1000 km nad powierzchnią Ziemi, choć w zależności od źródła można znaleźć także wartości krańcowe odpowiednio 200…300 km i 1600…2000 km. Warto dodać, że niezależnie od umownych granic, cała przestrzeń LEO leży już powyżej tzw. linii Kármána, która – przebiegając na wysokości 100 km nad poziomem morza – stanowi umowną granicę pomiędzy atmosferą ziemską, a przestrzenią kosmiczną. Sztuczne satelity umieszczone we wspomnianym obszarze (czyli zdecydowana większość tego typu urządzeń) są mimo wszystko narażone na opory aerodynamiczne, które – pomimo znacznego rozrzedzenia cząstek gazów w jonosferze – są w stanie doprowadzić do deorbitacji satelity w ciągu (zazwyczaj) kilku lat od momentu jego wystrzelenia. Okres orbitalny (tj. czas, w którym ciało na danej wysokości przelatuje jedno pełne okrążenie dookoła Ziemi) nie przekracza 90…128 minut, co sprawia, że satelita wykonuje około 11…16 obiegów naszej planety w ciągu jednej doby. Czas widoczności nad horyzontem waha się przy tym od około 5 do 20 minut (zależnie od orbity). Dokładna znajomość okresu orbitalnego jest zatem ważna m.in. dla ustalenia okien czasowych, w których możliwa jest komunikacja z sondą za pomocą stacji naziemnych. Warto też dodać, że w obszarze LEO znajduje się także Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS), umieszczona na orbicie o wysokości około 430 km nad powierzchnią Ziemi, jak również słynny Kosmiczny Teleskop Hubble’a (około 530 km).
Umieszczenie satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej niesie ze sobą szereg korzyści: niższe wymagania związane z mocą nadawania (rzędu 500 mW) i wymaganą czułością odbiorników telekomunikacyjnych, mniejsze koszty wyniesienia w przestrzeń kosmiczną i łatwiejsze obrazowanie (stosunkowo niewielkich) obszarów powierzchni Ziemi z użyciem konwencjonalnej optyki to jedne z najważniejszych zalet LEO w odniesieniu do projektów satelitarnych. Spore znaczenie użytkowe ma też niewielkie opóźnienie w propagacji sygnałów radiowych (do kilku milisekund). Z drugiej zaś strony, intensywna eksploatacja niskiej orbity okołoziemskiej wiąże się z rosnącą lawinowo ilością kosmicznych odpadów, co stanowi obecnie jeden z najszerzej dyskutowanych problemów współczesnej inżynierii kosmicznej. - MEO (Medium Earth Orbit) – średnia orbita okołoziemska: mianem tym określa się przestrzeń wokół naszej planety, rozciągającą się pomiędzy górną granicą LEO, a orbitą geostacjonarną, czyli od około 2000 km do 35786 km na poziomem morza. W obszarze MEO pracują przede wszystkim satelity systemów nawigacyjnych GPS, GLONASS, BeiDou oraz Galileo.
- GEO (Geostationary Earth Orbit) – orbita geostacjonarna – w przeciwieństwie do opisanych wcześniej LEO i MEO – nie obejmuje szerokiego zakresu wysokości nad powierzchnią Ziemi, ale jedną, ściśle określoną. Wyniesienie satelity na wysokość wspomnianych już wcześniej 35786 km n.p.m. umożliwia uzyskanie pełnego synchronizmu ruchu statku kosmicznego z częstotliwością obrotu Ziemi wokół własnej osi; dzięki temu, zgodnie z nazwą, satelita znajdujący się na orbicie geostacjonarnej pozostaje cały czas nad tym samym punktem Ziemi (leżącym na równiku). Dokładny okres orbitalny dla GEO to 23 godziny 56 minut i 4 sekundy (tzw. doba gwiazdowa). Orbita GEO jest zajmowana głównie przez satelity telekomunikacyjne i meteorologiczne, a to dzięki możliwości nawiązywania stałej łączności z użyciem anteny kierunkowej, wycelowanej ze stacji naziemnej w stronę satelity. Wadą zastosowania GEO jest natomiast znacznie większa odległość, która wymusza stosowanie czulszych odbiorników i nadajników o wyższej mocy, w porównaniu do satelitów pracujących na LEO i MEO. Co ważne, GEO jest szczególnym przypadkiem tzw. orbity geosynchronicznej (GSO) – obiekty znajdujące się na niej także obiegają Ziemię w rytmie zgodnym z dobą gwiazdową, mogą jednak mieć inną inklinację [1] i ekscentryczność [2].
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
