Почему искусственным спутникам нужна коррекция орбиты, а естественным нет?

Нестабильность орбит наших искусственных спутников обусловлена ​​несколькими основными причинами:

1. Атмосферное сопротивление и эффекты солнечного ветра
2. Земля не является идеальной однородной сферой, но она слегка шероховатая, что означает, что ее гравитационное поле не является однородным.
3. Другие массивные объекты в Солнечной системе возмущают свои орбиты своей гравитацией.

Итак, давайте рассмотрим их один за другим.

Во-первых, эффект атмосферного сопротивления существенен для низкоорбитальных спутников, но Луна находится примерно в 1000 раз дальше, чем НОО, и относительное влияние атмосферного сопротивления меньше для более крупных объектов, поэтому для Луны это совершенно пренебрежимо мало. Точно так же солнечный ветер меньше влияет на крупные объекты, чем на мелкие.

Во-вторых, гравитационная неравномерность также становится менее значительной с расстоянием; на расстоянии Луны гравитация Земли ведет себя очень похоже на идеальную «точечную массу».

В-третьих, фактором является возмущение из других источников, но у планет и их естественных спутников были миллиарды лет, чтобы установить взаимно стабильные положения; планеты достаточно далеко друг от друга, чтобы лишь слегка мешать, а луны достаточно далеко от своих главных звезд и друг от друга, чтобы допустить небольшое возмущение в астрономических масштабах времени.

Таким образом, искусственные спутники на низкой околоземной орбите нуждаются в корректировке, потому что их легко "перебрасывать" и у них так мало места для ошибки - если их высота уменьшится на 50 км, они будут потеряны, в то время как 50-километровое изменение орбиты Луны приведет к их потере. не оказывают существенного влияния на Землю или Луну.

Искусственные спутники на геосинхронной орбите нуждаются в корректировке, потому что мы хотим, чтобы они находились на очень специфических орбитах (т. е. над определенными точками на Земле), что, опять же, не касается естественных спутников — никому не важно, куда именно они направляются. (за возможным исключением планировщиков межпланетных миссий).

Большая часть этого также относится и к другим естественным спутникам, хотя наша Луна немного отличается от других — она намного больше большинства и является единственным массивным телом, вращающимся вокруг Земли.

Отдельные тела, составляющие кольца внешних планет, постоянно меняют свои орбиты из-за столкновений и возмущений со стороны спутников этих планет. Кольцевые системы в целом стабилизируются положением лун.

По сути, это результат предвзятости наблюдения. Естественный спутник будет вращаться вокруг родителя только в течение длительных периодов времени именно потому, что орбита, на которой он находится, стабильна ^† .

Простая истина в том, что мы просто выводим спутники на нестабильные орбиты. Если бы вы переместили естественные спутники на те же орбиты, они тоже были бы нестабильны.

Возьмем, к примеру, луну :

Гравитационные аномалии, слегка искажающие орбиты некоторых лунных орбитальных аппаратов, привели к открытию массовых скоплений (получивших название масконов) под лунной поверхностью, вызванных столкновением крупных тел в далеком прошлом. Эти аномалии достаточно значительны, чтобы вызвать значительное изменение лунной орбиты в течение нескольких дней.

С лунной орбиты .

Это говорит о том, что вокруг Луны нет (или, точнее, очень мало) стабильных орбит из-за ее бугристого гравитационного поля. Почему мы не видим естественных спутников, вращающихся вокруг Луны? Потому что они бы распались из-за нестабильности орбиты!

Другой пример, астероид 3753 Cruithne .

3753 Круитн - астероид Атона на орбите вокруг Солнца в орбитальном резонансе 1: 1 с Землей, что делает его коорбитальным объектом. Это малая планета на солнечной орбите, которая относительно Земли вращается по бобовидной орбите, которая в конечном итоге фактически описывает подкову и может переходить на квазиспутниковую орбиту.

Его орбита тоже нестабильна. Во временной шкале миллионов лет он также выйдет из своего нынешнего расположения:

Через много лет Земля отстанет настолько далеко, что Круитн фактически «догонит» Землю «сзади». Когда он, в конце концов, наверстает упущенное, Круитн совершит серию ежегодных сближений с Землей и будет гравитационно обмениваться с Землей орбитальной энергией; это изменит орбиту Круитна чуть более чем на полмиллиона километров, в то время как орбита Земли изменится примерно на 1,3 сантиметра (0,51 дюйма), так что период ее обращения вокруг Солнца станет тогда чуть больше года.

Но есть даже естественные примеры нестабильных орбит в масштабах человеческого времени. Посмотрите на RH _{120 2006 года выпуска.}

2006 RH120 - крошечный околоземный астероид диаметром около 2–3 метров, который обычно вращается вокруг Солнца, но приближается к системе Земля-Луна каждые двадцать лет или около того, когда он может временно выйти на околоземную орбиту посредством временного захвата спутника. (ТСЦ). Последний раз он находился на околоземной орбите с сентября 2006 года по июнь 2007 года.

Но мы также можем выводить искусственные спутники на стабильные орбиты. Теперь, когда Dawn вращается вокруг Цереры, она останется там на многие сотни лет. Вы могли бы легко считать это стабильным по человеческим временным шкалам.

Подводя итог, орбитам все равно, являются ли задействованные тела искусственными или естественными. Вы, скорее всего, найдете естественные спутники только на стабильных орбитах, потому что хаотическая природа орбит имеет место в геологических временных масштабах.

^{† С физической точки зрения ни одна орбита не может быть стабильной. Приливные и гравитационные эффекты означают, что большинство орбит, которые мы считаем стабильными в масштабах человеческого времени, нестабильны в масштабах геологического времени. Кроме того, гравитационное излучение приводит к распаду орбиты на промежутке времени, превышающем масштаб Вселенной. Все орбиты — это всего лишь человеческое приближение нестабильной хаотической системы.}

Самый общий ответ таков: Солнечной системе 4,6 миллиарда лет, все, что происходит «быстро», произошло очень давно. Например, считается , что в ранней Солнечной системе орбиты Нептуна и Урана поменялись местами, при этом Нептун находился дальше, чем Уран, но мягкое притяжение Юпитера и Сатурна в конечном итоге вытолкнуло их на их нынешние орбиты.

Я бы многое отдал, чтобы узнать, насколько близко они должны были быть к столкновению в какой-то момент.

Как указал Эндрю Томпсон, искусственные объекты находятся на орбитах, на которых, вероятно, нет естественных тел, из-за больших орбитальных помех на более низких орбитах. Мы помещаем их туда, потому что именно там мы получаем от них наибольшую пользу.

Спутник наблюдения Земли должен находиться как можно ближе к Земле, чтобы делать пригодные для использования снимки. Мы не можем поставить его где-нибудь еще, просто потому, что он останется на неопределенный срок.

Кроме того, природа не заботится о каком-либо определенном орбитальном расположении, тогда как, например, телевизионные спутники работают только на узко определенной геостационарной орбите. Поэтому мы должны убедиться, что они останутся там. Поместить объект на любую орбиту не так сложно, как поместить его на определенную орбиту и убедиться, что он остается на ней. Есть заброшенные искусственные объекты, такие как старые зонды и верхние ступени Аполлона, дрейфующие по Солнечной системе, которые могут продолжать летать в течение миллиардов лет.

Короткий ответ: им НЕ нужна коррекция, чтобы оставаться на орбите. Но, как указывали Рассел, Рикки, Росс и другие, им нужна поправка на «стационарную» часть «стационарной геосинхронной орбиты», потому что они должны оставаться там, куда указывают наши земные тарелки. Если они исправляют небольшие ошибки, им требуется лишь небольшое количество энергии (топлива). Если им позволить дрейфовать, то для коррекции потребуется больше топлива, возможно, ускорение, чтобы вернуться в правильное место, и замедление, чтобы остаться там и не промахнуться. Отсюда необходимость крошечных, но частых поправок для геостационарных спутников.

Здесь есть некий дарвиновский нюанс, хотя это и не вопрос биологии. Если что-то «пережило» потенциально миллиарды лет стабильной орбиты, это не одно из большого количества вещей, которые либо упали на землю, либо исчезли. Если возникает вопрос: «Почему искусственные и естественные спутники остаются на орбите?», то ответ заключается в том, что искусственные спутники остаются в движении, потому что они в очень незначительной степени «подпираются», а существующие естественные спутники составляют ничтожное меньшинство спутников, которые постоянно оставались на орбитах (в отличие от молчаливого большинства , то есть мертвых, собрания неизмеримо большего количества частиц, которые либо упали на Землю, либо покинули земную орбиту).

Важно то, что у искусственных спутников есть функция, которая часто требует, чтобы спутник находился на определенной орбите. Удержание его на этой орбите требует коррекции. Многие искусственные спутники, когда они выходят из строя, у них заканчивается топливо или они больше не используются, прекращают обслуживание станций. Если они достаточно высоки, они прекрасно остаются на орбите, но не на какой-то конкретной.

Рассел дал очень хороший ответ об источниках возмущения орбиты, но в этом вопросе я согласен с Рикки!

Основная причина того, что «небесным телам» не нужна коррекция орбиты, заключается в том, что у нас нет никаких средств коррекции их орбит!

Луна была вокруг Земли в течение долгого времени и будет там еще некоторое время!

Я знаю, что это не тот научный ответ, который вы искали, или этот ответ может даже получить некоторые негативные оценки, но поверьте мне, если бы мы могли двигать спутники Юпитера или даже нашу луну, мы бы нашли в этом научную необходимость !