Насколько стационарна геостационарность?

Как правило, геостационарные спутники должны сохранять свое желаемое положение над землей в пределах +/- 0,05° (как с севера, так и востока), что соответствует 70-километровому коридору 2D-проекции на высоте геостационарной системы. Корпус лазерной указки зависит от ширины луча. Лазерная указка из тех, что продаются в магазинах, имеет ширину луча 1-3 мрад, т.е. примерно от 0,05 до 0,17 град. Это примерно соответствует кругу диаметром 35-105 км на высоте GEO. Спутник должен оставаться в ней долгое время. Расчеты могут быть обновлены для других случаев, например, для LLCD в этом ответе , который показывает ширину луча 3,5 мрад для соответствующего лазера.

Однако давайте посмотрим, как он отклоняется от номинального. Если смотреть в широком смысле на сценарий возмущения, термин геостационарная орбита, полученный из кеплеровской 2BP и его связи с числом 42164,2 км, в реальной жизни не так точен. Реальный радиус орбиты, как правило, не равен этому числу. Спутник дрейфует со временем из-за нескольких источников возмущений, включая экваториальную выпуклость, SRP, эффекты третьего тела, а также прецессию и нутацию Земли. Большинство из них являются долговременными вариациями, в то время как некоторые краткосрочные вариации существуют (значительный дрейф долготы можно увидеть в течение 6 месяцев, большая полуось может сместиться на десятки километров за несколько дней). Вот некоторые тенденции, дающие представление о дрейфе спутника в GEO.

График 1 : показывает дрейф большой полуоси для спутника, установленного на номинальной высоте R 42164,2 км и распространяющегося в течение примерно 6 месяцев, показывает увеличение примерно на 21 км/с.

График 2 : Из-за асимметрии Земли (более эллиптическая на экваторе) происходит дрейф долготы. Долгота может сильно меняться со временем. На графике показано, как за период распространения 160 дней спутник на номинальной долготе 125 градусов может дрейфовать на восток до 105 градусов.

График 3 : изменение дрейфа долготы можно наблюдать по тренду дрейфа долготы во времени, который является по существу линейным. Наклон зависит от номинальной долготы спутника.

График 4 : Скорость продольного дрейфа для номинальной долготы в точке, в свою очередь, задается этим графиком и изменяется по параболе.

С учетом асимметрии имеется четыре точки равновесия – две устойчивые (на 75,3° в. д. и 104,7° з. д.) и две неустойчивые (на 165,3° в. д. и 14,7° з. д.) точки равновесия. Любой геостационарный объект, помещенный между точками равновесия, будет (без каких-либо действий) медленно ускоряться к устойчивому положению равновесия, вызывая периодические изменения долготы.

Наклонение изменяется из-за «колебательного» движения Земли со скоростью 0,85 град/год в пределах +/-15 град максимум с периодом 26,6 лет. Кроме того, эксцентриситет, аргумент перигея и RAAN значительно различаются. Это сложное изменение можно лучше понять, изобразив относительное движение в декартовых координатах спутника на орбите, а также наблюдателя на Земле.

-

Источник:

[Книга] Ли, Hengnian. Коллокация геостационарных спутников. Нью-Йорк: Спрингер, 2014.

Геостационарная орбита — Википедия