Orbita geostacjonarna: Różnice pomiędzy wersjami

[[Plik:Geostationary orbit-animation.gif|thumb|Schemat orbity geostacjonarnej<br />A -– [[Ziemia]]; czerwony punkt to miejsce, nad którym stale znajduje się satelita<br />B -– satelita<br />C -– [[orbita]] satelity]]

'''Orbita geostacjonarna''' to [[orbita]] okołoziemska, która zapewnia krążącemu po niej [[satelita|satelicie]] zachowanie stałej pozycji nad wybranym punktem [[równik]]a [[Ziemia|Ziemi]]. Orbita geostacjonarna jest orbitą [[koło]]wą, zawartą w płaszczyźnie równika. Przebiega na wysokości 35 786 km nad równikiem (42 160 km od środka Ziemi). Prędkość ciała na orbicie geostacjonarnej wynosi około 3,08 km/s, a czas okrążenia przez niego Ziemi jest równy 23 godziny 56 minut i 4 sekundy, czyli dokładnie tyle, ile trwa [[doba gwiazdowa]].

Orbita geostacjonarna wykorzystywana jest przez '''satelity geostacjonarne''', zwłaszcza [[Satelita telekomunikacyjny|telekomunikacyjne]], [[meteorologia|meteorologiczne]] i [[Telefon satelitarny|telefonii satelitarnej]]. Także satelity [[Różnicowy GPS|SBAS]] wspomagające system [[Global Positioning System|GPS]] znajdują się na tej orbicie. Umieszczenie satelity na orbicie geostacjonarnej pozwala na utrzymanie stałej łączności z nim przy użyciu [[antena satelitarna|anteny kierunkowej]], bez konieczności nieustannej zmiany kierunku ustawienia anteny. Wadą tego rozwiązania jest niemożliwość objęcia zasięgiem terenów okołobiegunowych, gdyż dla obserwatora znajdującego się na powierzchni Ziemi na północ od [[równoleżnik]]a 81,3°N (oraz analogicznie na południe od równoleżnika 81,3°S) orbita geostacjonarna znajduje się w całości poniżej [[horyzont]]u. Graniczną [[szerokość geograficzna|szerokość geograficzną]] obliczono przy założeniu kulistości Ziemi ze wzoru:

Inną wadą orbity geostacjonarnej jest jej duża odległość od Ziemi w porównaniu z orbitami typu [[Niska orbita okołoziemska|LEO]] lub [[Średnia orbita okołoziemska|MEO]]. WynikiemW wyniku tego, minimalny czas pomiędzy wysłaniem sygnału radiowego z powierzchni Ziemi, jego przetworzeniem przez satelitę geostacjonarnego i ostatecznie odebraniem na powierzchni Ziemi w przybliżeniu jest równy 239 ms. Dla porównania, w przypadku satelitów systemu [[Iridium]], znajdujących się na orbitach typu LEO 780 km nad powierzchnią Ziemi, czas ten jest równy około 5 ms. W praktyce opóźnienia te mogą być nawet kilkukrotnie większe, co odczuwalne jest szczególnie w przypadku prowadzenia satelitarnego połączenia telefonicznego.

Orbitę geostacjonarną opisał po raz pierwszy [[Arthur C. Clarke]] w październiku [[1945]], w magazynie Wireless World (obecnie Electronics World), w artykule "Extra-Terrestrial Relays — Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?", wywołując burzliwą dyskusję w kołach naukowych. Orbita geostacjonarna jest nazywana '''orbitą Clarke'a'''.

Na kołowej orbicie siła działająca na ciało jest [[siła dośrodkowa|siłą dośrodkową]] – w tym przypadku siłą tą jest siła [[Grawitacja|przyciągania grawitacyjnego]] przyciągająca satelitę w kierunku środka Ziemi. Na orbicie geostacjonarnej czas obiegu Ziemi przez satelitę jest równy czasowi obrotu Ziemi wokół własnej osi, czyli dokładnie 1 [[doba gwiazdowa|dobie gwiazdowej]].

Jak wspomniano wyżej, w ruchu satelity po orbicie kołowej siła grawitacji <math>F_\mathrm{g}</math> jest siłą dośrodkową <math>F_\mathrm{d}</math>:

Z [[Zasady dynamiki Newtona|drugiej zasady dynamiki Newtona]], dla satelity o masie ''m'' wynika:

* <math>\omega</math> - – [[prędkość kątowa]] w [[radian]]ach na [[sekunda|sekundę]],

* <math>r</math> - – promień orbity w [[metr]]ach równy odległości do środka Ziemi.

* <math>M</math> - – masa Ziemi w [[kilogram]]ach,

* <math>G</math> - – [[stała grawitacji]].

Ziemia wykonuje jeden obrót w czasie [[doba|doby gwiazdowej]], więc jej prędkość kątowa wynosi:

Z danych tych wynika, że promień orbity geostacjonarnej jest równy 42164 [[kilometr|km]], co po odjęciu średniego promienia Ziemi równego 6378 km daje wysokość orbity (odległość od powierzchni Ziemi), równą 35786 km.