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몰니야 궤도

Molniya orbit
다른 용도는 Molniya(동음이의)를 참조하십시오.
그림 1: 몰니야 궤도보통 근지점 +2시간에서 근지점 +10시간까지의 기간은 북반구로 전송되는 데 사용됩니다.
그림 2: 정지궤도와 몰니야 궤도가 혼합된 위성을 사용하는 SDS 별자리.몰니야 궤도 위성의 별자리는 정지궤도 위성과 비슷한 원지체와 함께 서로 다른 궤도 평면에 있는 세 개의 위성을 사용합니다.

몰니야 궤도(러시아어: мolnн ip ip, IPA: [ˈmolnɪəjlisten](듣기), "번개")는 고위도에서 통신 및 원격 감지 범위를 제공하도록 설계된 위성 궤도입니다.이것은 63.4도의 기울기, 270도의 근점 인수, 약 [1]반성의 공전 주기가 있는 매우 타원형 궤도이다.그 이름은 1960년대 중반부터 이런 종류의 궤도를 사용해 온 일련의 소련/러시아 민간 및 군사 통신 위성인 몰니야 위성에서 유래되었다.

몰니야 궤도는 관심 있는 반구 상에서는 긴 체류 시간을 가지며, 다른 반구 상에서는 매우 빠르게 이동합니다.실제로, 이것은 러시아나 캐나다 상공에 그것의 궤도의 대부분을 배치하고, 통신에 높은 시야를 제공하고 이러한 고위도 지역을 커버하는 위성을 감시한다.정지궤도는 반드시 적도 위로 기울어져 있기 때문에 낮은 각도로만 볼 수 있어 성능을 방해합니다.실제로 몰니야 궤도에 있는 위성은 적도 지역에서 정지 위성과 동일한 목적을 수행하지만 연속적인 [2]커버리지에 여러 위성이 필요하다.

몰니야 궤도에 배치된 인공위성은 텔레비전 방송, 통신, 군사 통신, 중계, 기상 감시, 조기 경보 시스템 및 일부 기밀 목적에 사용되어 왔다.

역사

몰니야 궤도는 1960년대 소련 과학자들에 의해 정지궤도의 대안으로 발견되었는데, 정지궤도에 대한 높은 근지점을 달성하고 적도에서 궤도를 돌기 위해 큰 발사 에너지를 필요로 한다(특히 러시아 위도에서 발사될 때).그 결과 OKB-1은 에너지를 덜 필요로 하는 궤도를 [3]추구했다.연구들은 러시아 [4]영토 상공에서 원점과 함께 매우 타원형의 궤도를 사용하여 이를 달성할 수 있다는 것을 발견했다.이 궤도의 이름은 위성이 [5]근지점을 통과하는 "번개" 속도를 의미한다.

몰니야 궤도는 같은 이름의 통신 위성 시리즈에 의해 처음 사용되었다.두 번의 발사 실패와 1964년 한 번의 위성 실패 이후, 이 궤도를 이용한 첫 번째 위성인 몰니야 1-1은 1965년 [4][6]4월 23일 발사되었다.초기 몰니야-1 위성은 민간 텔레비전, 통신, 장거리 군사 통신에 사용되었지만, 기상 감시와 제니트 첩보 [3][7]위성의 명확한 영역을 평가하는 데 사용되는 카메라도 설치되었다.원래의 몰니야 위성은 궤도 교란으로 인해 궤도가 흐트러져 약 1.5년의 수명을 가지고 있었고, 그들은 끊임없이 [1]교체되어야 했다.

후속 시리즈인 몰니야-2는 군사방송과 민간방송을 모두 제공했으며 소련에 걸친 오비타 텔레비전 네트워크를 만드는 데 사용되었다.이것들은 차례로 몰니야-3 [4]설계로 대체되었다.마야크라고 불리는 위성은 1997년에 몰니야 위성을 보완하고 대체하기 위해 설계되었지만, 프로젝트는 [8]취소되었고 몰니야 3호는 2006년에 [9]처음 발사된 메리디안 위성으로 대체되었다.미국의 로켓 발사를 감시하는 소련의 US-K 조기경보위성은 1967년부터 오코 [10][11][12]시스템의 일부로 몰니야 궤도에서 발사되었다.

1971년부터 미국의 점프시트와 트럼펫 군사위성은 몰니야 궤도로 발사되었다.두 프로젝트에 대한 자세한 정보는 2019년 [13]현재 기밀로 유지됩니다.그 다음 American SDS 별자리는 Molniya와 정지궤도가 혼합된 상태로 운영되었습니다.이 위성들은 저공비행 위성의 신호를 미국의 지상국으로 중계하는 데 사용되며 [14]1976년부터 어느 정도 활동해왔다.러시아의 Tyulpan이라고 불리는 위성 별자리는 고위도에서의 통신을 지원하기 위해 1994년에 설계되었지만, 계획 [8]단계를 지나진 않았다.

2015년과 2017년 러시아는 EKS 조기경보 [15][16][17]시스템의 일환으로 이름에도 불구하고 두 개의 툰드라 위성을 몰니야 궤도에 쏘아 올렸다.

EKS 애니메이션
적도 뷰
폴라뷰
접지 고정 프레임, 전면도
접지 고정 프레임, 측면도
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사용하다

그림 3: 몰니야 궤도의 지상 궤도.궤도의 작동 부분(원점 각 4시간)에서 위성은 55.5°N의 북쪽에 있다(예를 들어 중앙 스코틀랜드, 모스크바 및 허드슨 만의 남쪽 부분).이 궤도에 있는 위성은 대부분의 시간을 북반구 상공에서 보내고 남반구 상공을 빠르게 지나간다.

구소련, 특히 러시아의 많은 지역은 북반구 고위도에 위치해 있다.정지 궤도(지구 적도 위)에서 위도로 방송하려면 낮은 고도 각도와 그에 따른 추가적인 거리 및 대기 감쇠로 인해 상당한 전력이 필요합니다.위도 81° 이상의 사이트에서는 정지 위성을 전혀 볼 수 없으며, 일반적으로 10° 미만의 고도 각도로 통신 [2]: 499 [18]빈도에 따라 문제가 발생할 수 있습니다.

Molniya 궤도에 있는 위성은 궤도의 많은 부분에서 위성을 보다 직접적으로 내려다보기 때문에 이러한 지역의 통신에 더 적합합니다.고도 4만km(2만5000mi)와 위성부상점 63.4도(북반구), 러시아, 그린란드,[2] 캐나다 등 북반구에서도 시야가 좋은 상태로 궤도의 상당 부분을 보낸다.

몰니야 궤도의 위성은 정지궤도에 있는 위성보다 상당히 적은 발사 에너지를 필요로 하지만(특히 고위도에서 발사),[4] 지상국은 우주선을 추적하기 위해 조종 가능한 안테나를 필요로 한다. 별자리의 위성들 간에 링크가 전환되어야 하며, 범위 변화는 신호 진폭의 변화를 야기한다.게다가 우주정거장 [19][20][21]유지의 필요성이 더 커졌고, 우주선은 하루에 [22]4번 밴 앨런 방사선 벨트를 통과할 것이다.

남반구 제안서

90°의 근점 인수가 있는 유사한 궤도는 남반구에서 높은 위도를 관측할 수 있다.제안된 별자리인 남극 광대역 프로그램은 남극의 [23][24]시설에 광대역 인터넷 서비스를 제공하기 위해 역몰니야 궤도의 위성을 사용했을 것이다.지금은 사라진 호주 우주 연구 프로그램에 의해 처음 자금을 지원받았지만, 초기 [25][26]개발 이후로는 진행되지 않았다.

몰니야 별자리

지구의 넓은 지역(일부 부분이 45°N만큼 남쪽으로 떨어져 있는 러시아 전체와 마찬가지로)의 영구적인 고공비행은 몰니야 궤도에 최소 3개의 우주선을 배치해야 한다.만약 세 대의 우주선이 사용된다면, 각 우주선은 그림 4와 같이 [2]원점을 중심으로 궤도당 8시간 동안 활동하게 된다.그림 5는 원점 주위의 위성의 시야를 나타내고 있습니다.

지구는 12시간 만에 반바퀴를 돌기 때문에 연속되는 몰니야 궤도의 원점은 북반구의 반쪽과 다른 쪽 반쪽을 번갈아가며 돌게 된다.원래의 몰니야 궤도의 경우, 원점들은 러시아와 북미 상공에 배치되었지만, 상승 노드의 적경을 변경함으로써 이것은 [19]변화할 수 있다.러시아 상공의 몰니야 궤도에 있는 위성으로부터의 커버리지는 그림 6~8과 북미 상공의 커버리지는 그림 9~11에 나와 있다.

세 우주선의 궤도는 같은 궤도 매개변수를 가지지만 상승하는 노드의 오른쪽 상승은 달라야 하며, 원점 통과는 7.[2][27]97시간 떨어져 있어야 한다.각 위성의 작동 주기는 약 8시간이기 때문에, 한 우주선이 원점 통과 후 4시간 후에 이동하면(그림 8 또는 그림 11 참조), 다음 위성은 그림 6(또는 그림 9)에 표시된 지구의 시야와 함께 작동 주기에 들어가 전환이 일어날 수 있다.전환 당시 두 대의 우주선은 약 1,500 킬로미터(930 mi) 떨어져 있기 때문에 지상국은 안테나를 몇 도만 움직이면 새 [28]우주선을 얻을 수 있습니다.

도표

  • Figure 4: A constellation of three Molniya spacecraft providing service for the Northern hemisphere. P is the orbital period. A green line corresponds to service for Asia and Europe with the visibility of figures 6–8. A red line corresponds to service for North America with the visibility of figures 9–11.

    그림 4: 북반구에 서비스를 제공하는 3개의 몰니야 우주선 별자리.P는 공전 주기이다.녹색 선은 그림 6-8의 가시성을 가진 아시아 및 유럽 서비스에 해당합니다.빨간색 선은 그림 9-11의 가시성을 가진 북미 서비스에 해당합니다.

  • Figure 5: Illumination zones (at least 10° elevation) from a Molniya orbit. At apogee, the green illumination zone applies. At three hours before or after apogee, the red zone applies. At four hours before or after apogee, the blue zone applies. The plane of the figure is the longitudinal plane of apogee rotating with the Earth. In the eight-hour period centered at the apogee passage, the longitudinal plane is almost fixed, the longitude of the satellite varies by only ±2.7°. The views of the Earth from these three points are displayed in figures 6–11.

    그림 5: 몰니야 궤도로부터의 조명 구역(최소 고도 10°).원점에서 녹색 조명 영역이 적용됩니다.어포기 전 또는 후 3시간 후에는 빨간색 영역이 적용됩니다.Apogee 전후 4시간에는 파란색 영역이 적용됩니다.그림의 평면은 지구와 함께 회전하는 원점의 세로 평면이다.원점 통과를 중심으로 한 8시간 주기는 세로면이 거의 고정되어 있으며 위성의 경도는 ±2.7°밖에 차이가 나지 않는다.이 세 지점에서 본 지구의 모습은 그림 6-11에 나와 있습니다.

  • Figure 6: View of the Earth four hours before apogee from a Molniya orbit under the assumption that the longitude of the apogee is 90° E. The spacecraft is at an altitude of 24,043 km over the point 92.65° E 47.04° N.

    그림 6: 원점 경도가 90° E라고 가정할 때 몰니야 궤도에서 원점 4시간 전 지구의 모습.이 우주선은 92.65°E 47.04°N 지점 상공에서 24,043km의 고도에 있다.

  • Figure 7: View of the Earth from the apogee of a Molniya orbit under the assumption that the longitude of the apogee is 90° E. The spacecraft is at an altitude of 39,867 km over the point 90° E 63.43° N.

    그림 7: 원점의 경도가 90° E라고 가정할 때 몰니야 궤도의 원점에서 본 지구의 모습.이 우주선은 북위 90° E 63.43° 지점 상공 39,867km에 있다.

  • Figure 8: View of the Earth four hours after apogee from a Molniya orbit under the assumption that the longitude of the apogee is 90° E. The spacecraft is at an altitude of 24,043 km over the point 87.35° E 47.04° N

    그림 8: 원점 경도가 90° E라고 가정할 때 몰니야 궤도에서 원점자 후 4시간 후의 지구 모습.이 우주선은 87.35°E 47.04°N 지점에서 24,043km의 고도에 있다.

  • Figure 9: View of the Earth four hours before apogee from a Molniya orbit under the assumption that the longitude of the apogee is 90° W. The spacecraft is at an altitude of 24,043 km over the point 87.35° W 47.04° N.

    그림 9: 원점 경도가 90° W라고 가정할 때 몰니야 궤도에서 원점 4시간 전 지구의 모습.이 우주선은 87.35°W 47.04°N 지점 상공에서 24,043km의 고도에 있다.

  • Figure 10: View of the Earth from the apogee of a Molniya orbit under the assumption that the longitude of the apogee is 90° W. The spacecraft is at an altitude of 39,867 km over the point 90° W 63.43° N.

    그림 10: 원점 궤도의 경도가 90°W라고 가정할 때 몰니야 궤도의 원점에서 본 지구의 모습.이 우주선은 북위 90°W 63.43° 지점의 고도 39,867km에 있다.

  • Figure 11: View of the Earth 4 hours after apogee from a Molniya orbit under the assumption that the longitude of the apogee is 90° W. The spacecraft is at an altitude of 24,043 km over the point 92.65° W 47.04° N.

    그림 11: 원점 경도가 90° W라고 가정할 때 몰니야 궤도에서 원점자 후 4시간 후의 지구 모습.이 우주선은 92.65°W 47.04°N 지점 상공에서 24,043km의 고도에 있다.

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특성.

일반적인 몰니야 궤도는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.

  • 근점 인수: 270°
  • 경사: 63.4°[20]
  • 기간 : 718분[1]
  • 편심률: 0.74
  • 반장축: 26,600km(16,500mi)

근지점 인수

근지점의 인수는 270°로 설정되어 있어 위성이 궤도의 최북단 지점에서 원점을 경험하게 됩니다.향후 남반구에서의 어플리케이션의 경우 90°[24]로 설정합니다.

궤도 경사

일반적으로 지구의 편평성은 근지점( \ \의 주장을 뒤엎고 시간이 지남에 따라 서서히 변한다.1차 만 고려할 경우 스테이션 키핑 트러스터 연소로 지속적으로 보정되지 않는 한 식 1에 따라 근점이 변경됩니다.

(1)

서 i i는 궤도 기울기 e(\e)는 편심률 n(\ n은 하루 평균 ,(\2}})는 교란 (\E}는 지구의 반지름)는 xis, （ style ） （ display }{ dot }{ 는 하루 도수로 표시됩니다.

이러한 연료 소비를 피하기 위해 몰니야 궤도는 63.4°의 기울기를 사용하며, 이 기울기에 대해 4- 2i {\^{ 는 0이므로 시간에 [20][19]: 143 따른 근점 위치의 변화가 없다.이러한 방식으로 설계된 궤도를 동결 궤도라고 합니다.

공전 주기

지상국에 상대적인 지오메트리가 24시간마다 반복되도록 하려면 주기는 약 반나절이어야 하며, 원점의 경도를 일정하게 유지해야 한다.

그러나 지구의 편평성은 상승 노드(\의 적경도 방해하여 노드 주기가 변화하고 그라운드 트랙이 등식 2와 같은 속도로 시간이 지남에 따라 표류하게 됩니다.

(2)

서 은 하루 [19]: 143 도수로 표시됩니다.

몰니야 궤도의 기울기는 (위와 같이) 고정되어 있기 때문에, 이 섭동은 에 δ- 0. 스타일dot {\Omega }}=-3도)입니다.이를 보정하기 위해 궤도 주기는 원점의 경도가 이 [20]효과를 상쇄할 수 있을 정도로 변경되도록 조정됩니다.

편심

궤도의 이심률은 원점과 근점의 고도 차이를 바탕으로 합니다.위성이 원점에서 보내는 시간을 최대화하려면 편심률을 최대한 높게 설정해야 합니다.그러나 근지점은 위성이 대기권보다 훨씬 위에 있을 정도로 높아야 항력을 최소화할 수 있고(~600km), 공전 주기는 약 반일(이상과 같이)로 유지되어야 한다.이 두 가지 요인에 의해 편심률이 약 0.737이 [20]됩니다.

반장축

몰니야 궤도에서 위성의 정확한 높이는 임무마다 다르지만, 일반적인 궤도의 근점은 약 600km이고, 원점은 약 39,700km이며, 장축은 26,600km이다.[20]

모델링

몰니야 궤도를 이용해 위성을 추적하기 위해, 과학자들은 궤도 형태, 항력, 방사선, 태양과 달의 중력 효과, 그리고 지구 공명 [29]항에 기초하여 위성의 위치를 계산하는 SDP4 단순화된 섭동 모델을 사용한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크