Geosentriese wentelbaan

'n Geosentriese wentelbaan, aardgesentreerde wentelbaan of aardwentelbaan behels enige voorwerp wat om die Aarde wentel, soos die Maan of kunsmatige satelliete. In 1997 het Nasa beraam ongeveer 2 465 kunsmatige werkende satelliete wentel om die Aarde, asook 6 216 stukke ruimterommel soos bepaal deur die Goddard-ruimtevlugsentrum.^[1]Meer as 16 291 voorwerpe wat voorheen gelanseer is, het wentelbaanverval ondergaan en die Aarde se atmosfeer binnegedring.^[1]

'n Ruimtevaartuig gaan in 'n wentelbaan wanneer sy middelpuntsoekende versnelling vanweë swaartekrag minder of gelyk is aan die middelpuntvliedende versnelling as gevolg van die horisontale komponent van sy snelheid. Vir 'n lae aardwentelbaan is hierdie snelheid ongeveer 7,8 km/s (28 100 km/h).^[2]Daarteenoor was die vinnigste bemande vliegtuigsnelheid wat ooit bereik is (buiten snelhede wat bereik is deur ruimtetuie wat na die Aarde terugkeer) 2,2 km/s (7 900 km/h) deur die North American X-15 in 1967.^[3]

Die energie wat nodig is om 'n aardwentelbaansnelheid op 'n hoogte van 600 km te bereik, is ongeveer 36 mJ/kg, wat ses keer die energie is wat nodig is om slegs tot die ooreenstemmende hoogte te klim.^[4]

Ruimtetuie met 'n perigeum van minder as 2 000 km is onderhewig aan lugweerstand van die Aarde se atmosfeer,^[5] wat die wentelbaan se hoogte verminder. Die tempo van die wentelbaanverval hang af van die satelliet se dwarssnit en massa, sowel as variasies in die lugdigtheid van die boonste atmosfeer. Onder ongeveer 300 km word die verval vinniger, met die leeftyd gemeet in dae. Sodra 'n satelliet se wentelbaan tot 110 km daal, duur dit net ure voordat dit in die atmosfeer uitbrand.^[6] Die snelheid wat nodig is om heeltemal van die Aarde se swaartekragveld te ontsnap en in die interplanetêre ruimte te beweeg, is ongeveer 11,2 km/s (40 300 km/h).^[7]

Lys terme en begrippe

Hier volg 'n lys van verskillende geosentriese wentelbaanklassifikasies.

Hoogte: soos hier gebruik, die hoogte van 'n voorwerp bo die gemiddelde oppervlak van die Aarde se oseane (gemiddelde seevlak)
Analemma: 'n term in sterrekunde wat gebruik word om die posisies van die Son deur die jaar aan die hemelsfeer te beskryf. Dit lyk soos die figuur 8.
Apogeum: die verste punt wat 'n satelliet of hemelliggaam van die Aarde af kan gaan, waarby die wentelsnelheid by sy minimum sal wees.
Eksentrisiteit: 'n aanduiding van hoeveel 'n wentelbaan van 'n perfekte sirkel afwyk. Eksentrisiteit word bepaal vir enige ronde, eliptiese, paraboliese en hiperboliese baan.
Ekwatoriale vlak: soos hier gebruik, 'n denkbeeldige vlak wat van die Aarde se ewenaar tot in die hemelruim strek.
Ontsnappingsnelheid: soos hier gebruik, die minimum snelheid wat 'n voorwerp sonder aandrywing nodig het om onbepaald van die Aarde af weg te beweeg. 'n Voorwerp by dié snelheid sal 'n paraboliese baan binnegaan; bo dié snelheid sal dit 'n hiperboliese baan hê.
Baanhelling: die hoek tussen 'n verwysingsvlak en 'n ander vlak of as. Soos hier gebruik, is die verwysingsvlak die Aarde se ekwatoriale vlak.
Wentelboog: 'n denkbeeldige boog in die lug soos van enige plek op die Aarde se oppervlak gesien.
Wentelperiode: soos hier gedefinieer, die tyd wat dit duur vir 'n satelliet om een wentelbaan om die Aarde te voltooi.
Perigeum: die naaste punt wat 'n satelliet of hemelliggaam aan die Aarde kan kom, waarby die wentelsnelheid by sy maksimum sal wees.
Sideriese dag: die tyd wat dit duur vir 'n hemelliggaam om 360° te roteer. Vir die Aarde is dit 23 uur, 56 minute, 4,091 sekondes.
Sontyd: soos hier gebruik, die plaaslike tyd soos gemeet met 'n sonwyser.
Snelheid: 'n voorwerp se spoed in 'n sekere rigting. Omdat snelheid as 'n vektor gedefinieer word, is beide spoed en rigting nodig om dit te bepaal.

Soorte

Hier volg 'n lys van verskillende klassifikasies van geosentriese wentelbane.

Hoogteklassifikasies

Transatmosferiese wentelbaan: 'n geosentriese wentelbaan met 'n hoogte by apogeum hoër as 100 km en 'n perigeum wat die gedefinieerde atmosfeer kruis.^[8]
Lae aardwentelbaan: 'n geosentriese wentelbaan wat in hoogte wissel van 160 - 2 000 km bo die gemiddelde seevlak. By 160 km neem een omwenteling ongeveer 90 minute, en die sirkelvormige wentelsnelheid is 8 km/s.
Medium aardwentelbaan: 'n geosentriese wentelbaan met 'n hoogte by apogeum wat wissel tussen 2 000 km en dié van die geosincroniese wentelbaan by 35 786 km.
Geosinchroniese wentelbaan: 'n geosentriese sirkelbaan met 'n hoogte van 35 786 km. Die periode van die wentelbaan is gelyk aan een sideriese dag, wat saamval met die rotasieperiode van die Aarde. Die snelheid is ongeveer 3 km/s.
Hoë aardwentelbaan: 'n geosentriese wentelbaan met 'n hoogte by apogeum hoër as dié van die geosinchroniese wentelbaan. 'n Spesiale geval van 'n hoë aardwentelbaan is die baie elliptiese wentelbaan, waar die hoogte by perigeum minder as 2 000 km is.^[9]

Baanhellingsklassifikasies

Wentelbaan met 'n helling: ’n wentelbaan waarvan die helling relatief tot die ekwatoriale vlak nie 0 is nie.
Poolbaan: die baan van ’n satelliet wat met elke omwenteling bo of amper bo albei pole van die planeet verbygaan. Dit het dus ’n helling van (of baie naby aan) 90°.

Eksentrisiteitsklassifikasies

Sirkelbaan

’n wentelbaan met ’n eksentrisiteit van 0, wat ’n sirkel vorm.

Elliptiese wentelbaan

’n wentelbaan met ’n eksentrisiteit groter as 0 en minder as 1, wat ’n ellips beskryf.

Baie elliptiese wentelbaan

'n geosentriese wentelbaan met apogeum bo 35 786 km en 'n lae perigeum (ongeveer 1 000 km) wat lei tot lang tydsduur naby apogeum.

Molnijabaan: ’n baie elliptiese wentelbaan met ’n helling van 63,4° en ’n wentelperiode van die helfte van 'n sideriese dag (ongeveer 12 uur). So ’n satelliet bestee die grootste deel van sy tyd oor ’n spesifieke gebied van die Aarde.
Toendrabaan: ’n baie elliptiese wentelbaan met ’n helling van 63,4° en ’n wentelperiode van een sideriese dag (ongeveer 24 uur). So ’n satelliet bestee die grootste deel van sy tyd oor ’n spesifieke gebied van die Aarde.

Hiperboliese baan

’n "wentelbaan" met ’n eksentrisiteit groter as 1. Die voorwerp se snelheid oorskry die ontsnappingsnelheid en sal dus uit die Aarde se gravitasieveld ontsnap en oneindig aanhou beweeg met ’n snelheid (relatief tot die Aarde) wat afneem tot ’n eindige waarde, bekend as die hiperboliese oorskotsnelheid.

Ontsnappingsbaan: word gebruik om ’n interplanetêre ruimtetuig van die Aarde af weg te stuur, aangesien die oorskot bo die ontsnappingsnelheid sy heliosentriese wentelbaan van dié van die Aarde laat verskil.
Vasvangbaan: die spieëlbeeld van die ontsnappingsbaan; ’n voorwerp met genoeg snelheid wat nie reguit op die Aarde gemik is nie, sal nader beweeg en versnel.

Paraboliese baan

’n "wentelbaan" met ’n eksentrisiteit presies gelyk aan 1. Die voorwerp se snelheid is gelyk aan die ontsnappingsnelheid en sal dus van die Aarde se gravitasie ontsnap en aanhou beweeg met ’n snelheid wat afneem tot 0. ’n Ruimtetuig wat met hierdie snelheid van die Aarde af lanseer word, sal wegbeweeg maar steeds die Aarde om die Son volg. Dis moontlik, maar onwaarskynlik, dat ’n voorwerp wat die Aarde nader, ’n paraboliese vasvangbaan volg – dit sal uiterse akkuraatheid in spoed en rigting verg.

Rigtingsklassifikasies

Prograde wentelbaan: ’n wentelbaan waar die voorwerp op die ekwatoriale vlak om die Aarde draai in dieselfde rigting as die Aarde se rotasie.
Retrograde wentelbaan: ’n wentelbaan waar die voorwerp op die ekwatoriale vlak om die Aarde draai in die teenoorgestelde rigting as die Aarde se rotasie.

Geosinchroniese klassifikasies

Halfsinchroniese wentelbaan

’n wentelbaan met ’n hoogte van ongeveer 20 200 km en ’n wentelperiode van ongeveer 12 uur.

Geosinchroniese wentelbaan (GEO)

'n wentelbaan met ’n hoogte van ongeveer 35 786 km. So ’n satelliet sal oor 'n tydperk van 'n jaar ’n analemma (figuur 8) in die lug vorm.

Geostasionêre wentelbaan (GSO)

’n geosinchroniese wentelbaan met ’n helling van nul. Vir ’n waarnemer op die grond sal die satelliet soos ’n vaste punt in die lug lyk.

Aardlibrasiepunte: ook bekend as die Aarde-Son-Lagrange-punte; is onder meer by 105 grade wes en 75 grade oos. Meer as 160 satelliete is by dié twee punte gekonsentreer.^[10]

Supersinchroniese wentelbaan

’n bergingsbaan bo GSO/GEO. Satelliete sal weswaarts dryf.

Subsinchroniese wentelbaan

’n dryfbaan naby, maar onder GSO/GEO. Satelliete sal ooswaarts dryf.

Rommelbaan

’n wentelbaan ’n paar honderd kilometer bo die GSO waarheen satelliete aan die einde van hul lewensduur geskuif word.

Spesiale klassifikasies

Sonsinchroniese wentelbaan: ’n wentelbaan wat hoogte en helling kombineer sodat die satelliet elke keer op dieselfde plaaslike sontyd oor ’n gegewe punt op die planeet se oppervlak beweeg. So ’n baan kan ’n satelliet in konstante sonlig plaas en is nuttig vir beeldopname-, spioenasie- en weersatelliete.
Maanbaan: die wentelkenmerke van die Aarde se Maan; gemiddelde hoogte van 384 403 km, elliptiese baan met 'n helling.

Niegeosentriese klassifikasies

Hoefysterbaan: ’n wentelbaan wat dit vir ’n waarnemer op die grond laat lyk asof die satelliet om die planeet wentel, terwyl dit eintlik saam met die planeet om die Son wentel. Sien asteroïede 3753 Cruithne.
Suborbitale ruimtevlug: ’n lansering waar ’n ruimtetuig die hoogte van ’n wentelbaan nader, maar nie die snelheid het om dit te handhaaf nie.

Tangensiale snelhede by hoogtes

Wentelbaan	Middel-tot- middelafstand	Hoogte bo Aarde se oppervlak	Wentelspoed	Wentelperiode	Spesifieke wentelenergie
Aarde se rotasie by oppervlak van ewenaar (vir vergelyking; nie 'n wentelbaan)	6 378 km	0 km	1 674 km/h	23 uur 56 min. 4,09 sek.	-62,6 MJ/kg
Wenteling op Aarde se oppervlak (ewenaar) teoreties	6 378 km	0 km	7,9 km/s	1 uur 24 min. 18 sek.	-31,2 MJ/kg
Lae aardbaan	6 600 - 8 400 km	200 - 2 000 km	Sirkelbaan: 7,7-6,9 km/s Ellipties: 10,07- 8,7 km/s	1 uur 29 min. - 2 uur 8 min.	-29,8 MJ/kg
Molnijabaan	6 900 - 46 300 km	500 - 39 900 km	1,5-10 km/s	11 uur 58 min.	-4,7 MJ/kg
Geostasionêr	42 000 km	35 786 km	3,1 km/s	23 uur 56 min. 4,09 sek.	-4,6 MJ/kg
Maan se baan	363 000 - 406 000 km	357 000 - 399 000 km	0,97- 1,08 km/s	27,27 dae	-0,5 MJ/kg

Sien ook

Verwysings

1 2 "Satellite Situation Report, 1997". NASA Goddard Space Flight Center. 1 Februarie 2000. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 23 Augustus 2006. Besoek op 10 September 2006.
↑ Hill, James V. H. (April 1999), "Getting to Low Earth Orbit", Space Future, http://www.spacefuture.com/archive/getting_to_low_earth_orbit.shtml, besoek op 2012-03-18.
↑ Shiner, Linda (November 1, 2007), X-15 Walkaround, Air & Space Magazine, http://www.airspacemag.com/history-of-flight/x-15_walkaround.html, besoek op 2009-06-19.
↑ Dimotakis, P. et al. (October 1999), 100 lbs to Low Earth Orbit (LEO): Small-Payload Launch Options, The Mitre Corporation, pp. 1–39, http://en.scientificcommons.org/18569633, besoek op 2012-01-21.
↑ Ghosh, S. N. (2000), Atmospheric Science and Environment, Allied Publishers, pp. 47–48, ISBN 978-8177640434, https://books.google.com/books?id=d6Azu3sfPAgC&pg=PA48
↑ Kennewell, John; McDonald, Andrew (2011), Satellite Lifetimes and Solar Activity, Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch, archived from the original on 2011-12-28, https://web.archive.org/web/20111228025141/http://www.ips.gov.au/Educational/1/3/8, besoek op 2011-12-31.
↑ Williams, David R. (November 17, 2010), "Earth Fact Sheet", Lunar & Planetary Science (NASA), archived from the original on 2013-05-08, https://web.archive.org/web/20130508021904/http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, besoek op 2012-05-10.
↑ McDowell, Jonathan (24 Mei 1998). "Jonathan's Space Report".
↑ Definitions of geocentric orbits from the Goddard Space Flight Center Geargiveer 27 Mei 2010 op Wayback Machine
↑ Out-of-Control Satellite Threatens Other Nearby Spacecraft, deur Peter B. de Selding, SPACE.com, 5/3/10. Geargiveer 5 Mei 2010 op Wayback Machine

[Goddard-1997-1] 1 2 "Satellite Situation Report, 1997". NASA Goddard Space Flight Center. 1 Februarie 2000. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 23 Augustus 2006. Besoek op 10 September 2006.

[hill1999-2] Hill, James V. H. (April 1999), "Getting to Low Earth Orbit", Space Future, http://www.spacefuture.com/archive/getting_to_low_earth_orbit.shtml, besoek op 2012-03-18.

[shiner20071101-3] Shiner, Linda (November 1, 2007), X-15 Walkaround, Air & Space Magazine, http://www.airspacemag.com/history-of-flight/x-15_walkaround.html, besoek op 2009-06-19.

[dimotakis1999-4] Dimotakis, P. et al. (October 1999), 100 lbs to Low Earth Orbit (LEO): Small-Payload Launch Options, The Mitre Corporation, pp. 1–39, http://en.scientificcommons.org/18569633, besoek op 2012-01-21.

[5] Ghosh, S. N. (2000), Atmospheric Science and Environment, Allied Publishers, pp. 47–48, ISBN 978-8177640434, https://books.google.com/books?id=d6Azu3sfPAgC&pg=PA48

[slsa-6] Kennewell, John; McDonald, Andrew (2011), Satellite Lifetimes and Solar Activity, Commonwealth of Australia Bureau of Weather, Space Weather Branch, archived from the original on 2011-12-28, https://web.archive.org/web/20111228025141/http://www.ips.gov.au/Educational/1/3/8, besoek op 2011-12-31.

[williams2010-7] Williams, David R. (November 17, 2010), "Earth Fact Sheet", Lunar & Planetary Science (NASA), archived from the original on 2013-05-08, https://web.archive.org/web/20130508021904/http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, besoek op 2012-05-10.

[8] McDowell, Jonathan (24 Mei 1998). "Jonathan's Space Report".

[nasa-9] Definitions of geocentric orbits from the Goddard Space Flight Center Geargiveer 27 Mei 2010 op Wayback Machine

[10] Out-of-Control Satellite Threatens Other Nearby Spacecraft, deur Peter B. de Selding, SPACE.com, 5/3/10. Geargiveer 5 Mei 2010 op Wayback Machine

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]