Műholdak (satellites)
Témák:
Először (ma):
Műholdakról általában
Majd következőként: GPS navigáció COSPAS/SARSAT (S&R)
Űrállomásokról, űrhajókról nem lesz szó…
Elnevezése:
Nem műbolygó vagy mesterséges bolygó – mert azok a Nap körül keringenek
Helyesen: műhold (ez mindig bolygó körül)
Szatellit (satellite) (lat. – satelles: testőr, kísérő, csatlós)
Szputnyik (or.): útitárs
Kepler
Newton egyenletei
(bolygók elliptikus mozgása a Nap körül)
(nehézségi erő, centripetális gyorsulás)
Galilei
(tárgyak szabadesése független a tömegüktől)
Történeti visszatekintés
A legelső ötletek Az elméleti megközelítés elég egyszerű – lőjünk ki valamit az űrbe helyes sebességgel és pontos röppályán, és az évekig – ha nem örökké – ott is fog maradni. Ha a keringési pálya helyes távolságban van az űrben, a műhold ugyanazon távolságban kering majd a Földtől.
A legelsők 1957 októberében a hírközlő állomások egy rendszeres, az űrből érkező sípolást (beeping) hallhattak. A jelet az orosz Szputnyik-1-től fogták, amely az első ember alkotta műhold Az amerikai mesterséges holdat ezután, 1958 januárjában bocsátották fel.
Az orosz…
Az amerikai…
Történeti visszatekintés
A NASA Syncom programja 1963-tól (GEOs) 1963 júliusában a Hughes Aircraft Corporation fellőtte a világ első geostacionárius műholdját a NASA számára, ez a Syncom 2 volt (az 1. a fellövéskor felrobbant, megsemmisült). E 2. műholdon helyezték el az első 2-oldalú telefonkapcsolatot kezelni képes eszközöket, ezen John F. Kennedy elnök Washingtonból a nigériai Abubaker Balewa miniszterelnökkel beszélt. A 3. Syncom műhold élő műholdas adásban közvetítette az 1964-es Olimpiai Játékokat, Tokióból.
Történeti visszatekintés
Az EARLY BIRD (1965)
Az első kereskedelmi kommunikációs műhold volt (a COMSAT cég számára készült) a Hughesnál. A műhold fellövése 1965. április 6-án történt, 22300 mérföldes geoszinkron pályára állt az Egyenlítő fölött. Ez megteremtette Európa és Észak-Amerika között a teljes hírközlési „rálátást”. Az Early Bird nem rendelkezett akumlátorral, így csak a napelemeire hagyatkozva működhetett, ha nem volt napárnyékban.
Történeti visszatekintés
Kommunikációs továbblépés Az Intelsat 3 műholdak fellövésével 1969-től globális TV és kommunikációs hálózatok épültek ki az Atlanti-, a Csendes- és az Indiai-óceánok felett. A ’80-as évek sokcsatornás rendszereinek bevezetésével nőtt a hatékonyság‚ mivel a műhold energiáját a Föld kisebb területeire lehetett összpontosítani, így egyszerűbb vevőket, alacsonyabb költségű földi állomásokat lehetett kialakítani. A kapacitás is jelentős mértékben megnőtt (az egyidejű televíziós és kommunikációs csatornák számával).
Mi a működési alapelv? 1.
2.
3.
A földi állomás üzenetet küld Earth Station sends message a GHz-es tartományban (Uplink) A műhold veszi és visszasugározza A jeleket (Downlink) A többi földi állomás veszi a jeleket a hasznos erőtéri területen (Footprint)
Emlékezzünk az előző félévről…
Az antenna mérete (így a műholdé is) az alkalmazott frekvenciától függ…
A frekvencia és a hullámhossz között fordított arányossági a viszony (3 GHz - ~ 10 cm)
Ha a hullámhossz nő (vagyis a frekvencia csökken), nagyobb antennákra van szükség a jelek vételéhez.
A műholdas antennák és a sávok
C-Band
Ku-Band
A leggyakrabban használt sávoki: C-sáv (4 - 8 GHz) , a Ku-band (11 - 17 GHz) , és a Ka-band (20 - 30 GHz ).
Műhold-rendszer, ma…
(Nagy méretben, képként nézendő)
Alacsony földközeli pálya Low-Earth-Orbit (LEO)
Magasság (200-2000 km) Keringési idő: 90 perc - 3 óra. Előnyök: Csökken az adások késése Nincs szükség nagy méretű vevő berendezésekre. Hátrányok: Kisebb fedésterület. Kisebb élettartam (5-8 év) a GEO-hoz képest (10 év). Alcsoportok: „kis”, „nagy” és „mega” (v. szuper) LEOs.
A „kis” LEO alkalmazások
0.8 GHz tartomány
Kicsi, olcsó
Járműkövetés, környezetvédelmi mjonitoring, kétirányú adatkommunikáció. Rövid, keskenysávú kommunikációhoz.
A „nagy” LEO alkalmazások
2 GHz + tartomány
Globális szolgáltatások, általában szabályozási követelményekkel
Olyan technológiák, mint a nagysebességű, szélessávú adatkommunikáció, video konferencia. Hang- és adatkapcsolat. Kommunikációs éés valósidejú hangtovábbítás, mobil eszközök…
A „mega” (szuper) LEO alkalmazások
20-30 GHz tartományban
Főleg szélessávú , ált. csomagkapcsolt adattovábbításra, semmint hangra. Előnyei, hátrányai hasonlóak a többi LEO-hoz és leginkább a műholdak közötti adatkapcsolati vonalakon időveszteség és ledobott jelek nélküli kommunikációt eredményez.
Szép és jó példa: a Hubble teleszkóp
Osztálya: LEO Röppálya: 600 km Keringési idő: 100 perc Sebesség: 17,000 mf/óra Problémák: A röppálya a tömegvonzás és a naptevékenység miatt fokozatosan „romlik”. A ‚napmaximum’ során a növekszik a magasságokon érzékelhető sűrűség, ilyenkor a vonzás (drag) sokkal nagyobb a műholdokon (a nap-minimumhoz képest).
Űrszemét (space debris)
Ma kb. 8000 db., krikett labdánál nagyobb űreszköz kering a Föld körül.
Ebből kb. 2000 a műhold működő és nem működő együtt.
Mir űrállomás 1986-2001.
Fénykorában…
A vég… 2001. márc. 23.
Middle-Earth-Orbiting (MEO) MEOs orbits between the altitudes of 5,600 and 9,500 miles. These orbits are primarily reserved for communications satellites that cover the North and South Pole.
Unlike the circular orbit of the geostationary satellites, MEOs are placed in an elliptical (oval-shaped) orbit. Approximately a dozen medium Earth orbiting satellites are necessary to provide continuous global coverage 24 hours a day.
Az elliptikus körpálya elemei
Nulla-elhajlású röppálya, i = 00 Műhold 0o elhajlású körpályán
A nyomvonal a Földön
A Hubble Space Telescope röppályája i = 28.50
A nyomvonal a Földön
‚Tundra’ geoszinkron röppályája, i 63.40
A nyomvonal a Földön
A ‚Molniya’ röppályája, i 63.40 A nyomvonal a Földön
Sarki röppálya, i 900
A nyomvonal a Földön
Nap-szinkronikus röppálya Nem-szinkronikus és szinkroniuks röppálya
A Landsat-7 Föld-leképező műhold röppályája (pl. Google Earth)
Földközeli röppályák (LEO) Az Iridium rendszer Hang- és adatkommunikáció Magasság: 780 km, Elhajlás: 86.40 66 aktív műhold
A műholdak és az űrszemét koncentrációja; a LEO és a GEO/GSO szintek jól elkülönülve érzékelhetők
Geostacionárius röppálya GSO műhold relatív pozíciói
Az Inmarsat globális fedésterülete Telefon és adattovábbítás
A két leggyakoribb műhold-formáció képi összehasonlítása
Geoszinkron - Föld röppálya (GSO)
A röppálya Föld forgásához van szinkronizálva A földfelszínről a műhold állóhelyzetben látszik. A magasság kb. 23,000 mérföld (35,786 km). Műholdanként a földgömb 40%-át fedi le.
Geostacionárius - Föld röppálya (GEO)
A geostacionárius műholdakat széleskörűen alkalmazzák a koomunikációs és időjárás-megfigyelő feladatokra. Tipikus várható élettartamuk 10-15 years.
Mivel a GsO-k a föld körül az egyenlítő fölött keringenek, az északi és a déli sarkon nem nyújtanak fedést
GEOs and Weather
The altitude is chosen so that it takes the satellite 24 hours to orbit the Earth once, which is also the rotation rate of the Earth.
This produces the cloud animations you see on TV. Can take images approximately every minute.
Facts about GEOs Instruments on GEOs are designed to last 3-9 years. Measurements that are taken are in the form of electrical voltages that are digitized, and then transmitted to receiving stations on the ground. Instruments usually have: Small telescope or antenna. A scanning mechanism. One or more detectors that detect either visible, infrared, or microwave radiation.
GEO-k
A műholdakat minden 4-8 fokon pozícionálják.
Kb. 300 GEO műhold kering a Föld körül.
Pro-k és Con-ok a GEO-nál Előnyök:
Az időjárási helyzetkép megjeleníthető.
Hátrányok:
A TV műsorszórás szakadásmentes.
A hosszabb Föld műhold távolság miatt a jelek hosszabb ideig „utaznak”.
H24-ben képesek pl.a hurrikánok fejlődését követni.
A telefonbeszélgetések nehézségei növekszenek.
GEO-kat nem pozícionálnak az északi és a déli sarkok környékére.
Roncstemető
Roncstemető a Csendes-óceánon 43° 34′ 48″ S, 142° 43′ 12″ W
A Jules Verne műhold földi légkörbe visszatérése és megsemmisülése
Felhasználás szerinti felosztás: • • •
• • • • • • •
"Killer Satellites" are satellites that are designed to destroy enemy warheads, satellites, and other space assets Astronomical satellites are satellites used for observation of distant planets, galaxies, and other outer space objects Biosatellites are satellites designed to carry living organisms, generally for scientific experimentation Communications satellites are satellites stationed in space for the purpose of telecommunications. Miniaturized satellites are satellites of unusually low masses and small sizes Navigational satellites are satellites which use radio time signals transmitted to enable mobile receivers on the ground to determine their exact location. Reconnaissance satellites are Earth observation satellite or communications satellite deployed for military or intelligence applications. Earth observation satellites are satellites intended for non-military uses such as environmental monitoring, meteorology, map making etc Tether satellites are satellites which are connected to another satellite by a thin cable called a tether Weather satellites are primarily used to monitor Earth's weather and climate
• Recovery satellites are satellites that provide a recovery of reconnaissance, biological, space-production and other payloads from orbit to Earth • Manned spacecraft (spaceships) are large satellites able to put humans into (and beyond) an orbit, and return them to Earth. Spacecraft including spaceplanes of reusable systems have major propulsion or landing facilities. They can be used as transport to and from the orbital stations • Space stations are man-made orbital structures that are designed for human beings to live on in outer space. A space station is distinguished from other manned spacecraft by its lack of major propulsion or landing facilities. Space stations are designed for medium-term living in orbit, for periods of weeks, months, or even years
Röppálya szerinti felosztás: • Low Earth orbit (LEO), 2,000 km alatt • Medium Earth orbit (MEO) 2,000 km-35,786 km • High Earth orbit (HEO) magasabban,mint 35,786 km
Satellite Tracking System http://www.satflare.com/track.asp?q=25544# TOP
http://scaleofuniverse.com/ http://eyes.nasa.gov/download.html http://science.nasa.gov/realtime/jtrack/Spac ecraft.html
A magyar „csoda”…
A MaSat (2012- február 13-tól 1061 napig keringett… - 3 hónapra tervezték…) 10x10x10 cm-es CubeSat altípusú 2015. január 11-én hajnalban megsemmisült
