Всі ми дивимося супутникове телебачення. Давайте розберемося як це все працює. Зовсім просто це виглядати так: на навколоземній орбіті обертаються купа супутників і на кожен з них направлена ​​велика антена на землі, яка приймає всі, що посилає до неї супутник. Супутники обертаються по орбіті тільки над екватором. Це найзручніше місце з точки зору діючих на них сил. Важливо, щоб супутник «висів» над одним і тим же місцем поверхні землі. Для це він повинен обертатися по геостаціонарній орбіті, тобто здійснювати один оборот за 24 години.

З цих даних за формулами шкільної фізики можна обчислити на якій висоті це відбувається. В ідеальному випадку на нього діє тільки сила гравітації.
F = ma (другий закон Ньютона).
Fg = GmM / r ^ 2, (сила гравітації)
де прискорення дорівнює a = V ^ 2 / r.

Якщо все скоротити в цих двох формулах, отримаємо: r = 35 786 км-відстань від центру землі. Щоб вивести супутник на геостаціонарну орбіту йому треба надати першу космічну швидкість при запуску, тобто
V = 7,9 км / с. Після того як піднімають супутник на належну висоту, його треба розгорнути і направити по дотичній до орбіти. На що витрачається дуже багато палива.
Зрозуміло, що всі хочуть зайняти на цій орбіті місце. І на даній момент там майже не залишилося вільного місця. Чим же визначається те місце на небі, яке без проблем може зайняти супутник? Сьогодні геопояс виглядає наступним чином:

Я згадав раніше, що на землі стоять великі антени, спрямовані на супутник. На сьогоднішній день прийнятий в світі стандарт це діаметр 9 метрів. А в антенах діє зворотне правило, чим більше антена, тим вже тілесний кут, який вона покриває. девятиметровой антени відповідає тілесний кут 0.1 градус. Для такої орбіти-це кубик зі стороною 700 кілометрів ребро. Тобто з точки зору антени, супутник повинен весь час знаходиться в цьому кубику, інакше він вийде за рамки бачення і для антени сигнал пропаде. Якщо антена зіб'ється хоча б на 0.1 градус, то потрібно буде її знову поправляти.

Хто ж займається роздачею місць на геоорбіте? При ООН діє міжнародний союз електрозв'язку , Ось він і розповідає розподілом місця і використання радіочастот на геоорбіте. Зрозуміло, що будь-яка країна або організація хоче отримати шматок орбіти, бажано, над своєю головою. МСЕ на це не зобов'язується, єдино що вона дає-пряму видимість між супутником і клієнтом. Я не просто так виділив місце і частоти, справа в тому, що можна подати заявку на певний шматок орбіти, але не на весь діапазон частот. І може прийти інша країна і подати заявку на незайняті частоти. Це те, що сталося з Ізраїлем. В Ізраїлі пізно спохватилися і зрозуміли важливість заняття місць на орбіті. Ми застовпили місце під Амос на 4-му градусі західної довготи, але тільки на частину частот, прийшли норвежці і зайняли вільні частоти. Тепер для більш просунутих супутників Амос, немає додаткових вільних частот. За правилами, після заявки є сім років на те, щоб запустити туди супутник, якщо країна або організація цього не робить, то заявка стирається. І інша країна може встати на чергу на це місце. У Ізраїлю було ще одне місце: 67 градус східної довготи (десь над Індією), але ми її профукали. До речі, цю ділянку для Ізраїлю зручніше.

Тепер розглянемо сам супутник і його харчування. На супутнику встановлені сонячні батареї. Енергія сонця потрібна для здійснень маневрів на орбіті і для корекції курсу. Питається, а навіщо взагалі потрібно коригувати курс супутника? По-англійськи, це називається orbital station keeping . Запустив його на орбіту і нехай собі висить на землею. Все не так просто, як воно звучить. Є три фактори, які діють на супутник і намагаються його змістити з тієї точки, де він знаходиться. Перший фактор: маса землі (залізне ядро) розподілена не рівномірно, вона сильно зрушена в певному напрямку. Тобто на супутник весь час діє сила в одному і тому ж напрямку. Треба вносити постійно поправку. В принципі, на орбіті є дві точки, де немає впливу негомогенности розподілу геомасси. Якби це був єдиний фактор, то це були б найдорожчі точки орбіти. Але це не єдиний фактор. Є два фактори раз в 100 потужніші, які діють на всі супутники. Це Сонце і Місяць. Причому вони весь час зміщують супутник по тому кубику, в якому він знаходиться на захід і на північ. І тому доводиться включати іонний двигун раз в два тижні і перед тим, як супутник покине остаточно свій сектор повертати його на східний край. І так він дрейфує по кубику туди-сюди. Це нормально, поки його ловлять найбільші антени, зв'язок не пропадає.

І ще один фактор, який заважає передачі сигналу. Справа в тому, що екліптика і орбіта перетинаються під кутом в 23.5 градусів. Швидше за все щось добре врізалося в землю і перерозподілив масу всередині і зрушила площину обертання землі. Так виходить, що ці площини збігаються двічі в рік, в дні весняного і осіннього рівнодіюча. І тоді годину на добу супутник знаходиться в тіні землі. І на цей «темний» годину потрібні акумулятори, які заряджаються від сонячних батарей. Десь за 7 годин, після виходу з тіні, батареї повністю заряджаються і їх вистачає на наступне часткове сонячне затемнення.

Затемнення супутника. Березень і жовтень.

Енергія супутнику потрібно ще для постійної поправки спрямованості сонячних батарей. Вони повинні бути весь час спрямовані до сонця. Тобто вони кожен день повинні робити повний оборот. Звичайний супутник розрахований на 15 років перебування на орбіті. І весь цей час він не допоможе бути полагоджений, зазнає жорсткого космічного випромінювання. За рахунок того, що він знаходиться майже в вакуумі, теплообмін між акумулятором утруднений. І це дуже небезпечно. Батареї вимагають суворого дотримання температурного режиму. А якщо подумати, що з одного боку батареї нагріті до 200 градусів, а з іншого мінус 150 градусів, то можна зрозуміти рівень інженерних задач, які стоять перед конструкторами супутників.

І не дивлячись на всі складнощі, у кожної сім'ї вдома стоїть супутникове телебачення. Спасибі технічному прогресу!

джерело