ORBITE

1.0 // Cinci întrebări despre o orbită

Codurile din glosar nu formează o singură clasificare, ci mai multe, suprapuse. Fiecare răspunde la altă întrebare, așa că aceeași orbită poate purta două coduri deodată: GEO e și GSO, SSO e și LEO.

1.1 // Anatomia unei orbite

Pentru toate aceste întrebări sunt suficiente câteva mărimi. Desenul de mai jos e o orbită eliptică înclinată față de ecuator. Planul ecuatorial e foaia cu caroiaj, văzută în perspectivă; planul orbitei e hașurat, iar partea orbitei aflată sub foaie e desenată mai slab. Glisorul „Perspectivă” ridică sau coboară punctul din care privești, până sub foaie; cu mouse-ul poți trage direct de desen în sus și în jos. Celelalte glisoare schimbă orbita: elementul pe care îl modifici se colorează, iar explicația lui se deschide în listă. Apasă pe numere ca să vezi celelalte elemente.

1.2 // Excentricitatea: cât de turtită e orbita

Excentricitatea e un singur număr care spune cât de departe e o orbită de un cerc. Pe desen, e distanța dintre centrul elipsei și punctul în care stă Pământul, împărțită la semiaxa mare. Un cerc are excentricitatea 0, iar o elipsă tot mai turtită se apropie de 1. La 1 și peste, orbita nu se mai închide.

Poți privi lucrul acesta în două feluri. În primul, semiaxa mare rămâne aceeași și se schimbă doar forma, așa că perioada nu se modifică deloc. În al doilea, perigeul rămâne pe loc, iar excentricitatea crește pe măsură ce satelitul primește tot mai multă viteză acolo: e exact ce face treapta superioară a unei rachete, iar orbita trece pe rând prin mai multe coduri din glosar.

2.0 // Catalogul

Cele douăsprezece coduri din glosar, ordonate aici după depărtarea de Pământ, nu alfabetic.

Fiecare orbită e calculată pe loc. Satelitul se mișcă după legea a doua a lui Kepler, repede la perigeu și încet la apogeu, iar Pământul se rotește sub el în ritmul real, doar accelerat. Pentru GEO, asta înseamnă că satelitul rămâne tot timpul deasupra aceluiași punct de pe ecuator. Pentru fiecare cod, fișa arată și de ce ar alege cineva orbita respectivă și ce compromis face. Definițiile sunt reformulate după glosar; datele de zbor sunt calculate pentru exemplele alese.

Două lucruri se văd bine cu marcajele de timp pornite. Pe orbitele circulare, punctele sunt la distanțe egale. Pe orbitele alungite, se răresc lângă perigeu și se înghesuie lângă apogeu: pe Molnia, satelitul petrece peste nouă zecimi din timp în jumătatea de orbită dinspre apogeu. Pe asta se bazează toată ideea orbitei: un satelit care „atârnă” ore în șir deasupra nordului.

3.0 // Clasificatorul

Glosarul definește orbitele prin praguri: 2.000 km, 35.786 km, 150.000 km, o perioadă de 12 ore sau de o zi. Programul de mai jos aplică pragurile pe o orbită aleasă de tine și tipărește rezultatul, ca o imprimantă cu hârtie în dungi.

Mută glisoarele, scrie valorile direct sau pornește de la un exemplu. Altitudinile sunt măsurate de la suprafața Pământului.

Regulile programului: orbita e geosincronă dacă perioada diferă cu cel mult 0,6% de ziua siderală, de tip Molnia dacă perioada e la cel mult 1,5% de o jumătate de zi siderală, cu excentricitatea peste 0,5 și înclinația la cel mult 2° de 63,4°, heliosincronă dacă înclinația e la cel mult 0,5° de cea calculată pentru altitudinea respectivă. Toleranțele sunt alegerea programului, nu a glosarului. În practică, o orbită primește codul și după scopul misiunii: aceeași elipsă poate fi GTO pentru un satelit care va urca pe GEO și HEO pentru unul care rămâne acolo.

4.0 // Drumul spre GEO

Aproape nici un satelit geostaționar nu e dus direct pe GEO. Racheta îl lasă pe GTO, iar restul drumului îl face singur.

Restul drumului înseamnă două lucruri: orbita trebuie rotunjită la apogeu și rotită în planul ecuatorului. Rotirea e cu atât mai scumpă cu cât locul de lansare e mai departe de ecuator, pentru că nici o rachetă nu poate intra direct pe o orbită cu înclinația mai mică decât latitudinea rampei de lansare. Costul se măsoară în Δv, schimbarea de viteză pe care trebuie s-o producă motoarele.

De aici vine una dintre utilizările orbitei supersincrone. Dacă treapta superioară urcă apogeul peste 35.786 km, satelitul se mișcă acolo și mai încet, iar rotirea planului costă mai puțin. În schimb, primul impuls trebuie să fie mai mare și e nevoie de un al treilea, la final, pentru coborârea apogeului. Compară Baikonurul cu Kourou: pentru o înclinație de 51,6°, drumul prin STO iese mai ieftin la orice apogeu ales pe glisor, iar pentru 5,2° nu iese niciodată.

5.0 // Urma de pe sol

Punctul de pe Pământ aflat exact sub satelit desenează, pe măsură ce planeta se rotește, o linie pe hartă. Forma ei arată imediat tipul orbitei.

Pe urma orbitei Molnia, punctele puse la fiecare 30 de minute se adună la cele două apogee, unul deasupra Rusiei și celălalt deasupra Americii de Nord. Trei sateliți decalați cu câte 8 ore acoperă permanent nordul. Un satelit geostaționar, în schimb, se vede din Murmansk la cel mult 12–13° deasupra orizontului, iar de la nord de latitudinea 81° nu se mai vede deloc.

6.0 // Heliosincrona: ceasul orbitei

SSO e singura orbită din glosar definită în raport cu Soarele. Planul ei nu stă fix în spațiu: se rotește cu aproape un grad pe zi, exact cât înaintează Pământul pe orbita lui.

Rotirea nu consumă combustibil. O produce umflătura ecuatorială a Pământului, care trage de orbita înclinată ca de un giroscop. Efectul depinde de altitudine și de înclinație, așa că pentru fiecare altitudine există o singură înclinație care dă exact ritmul potrivit. E puțin peste 90°, adică orbita e retrogradă. Comută mai jos între o orbită heliosincronă și una cu planul fix, apoi derulează anul.

Pentru 500 km, calculul dă 97,4°, iar pentru 1.000 km, 99,5°: exact intervalul de 97–99,5° din glosar. Sentinel-2, la 786 km și 98,62°, trece prin nodul descendent mereu la 10:30 ora solară locală, o oră aleasă de ESA ca un compromis între iluminarea suficientă și acoperirea cu nori cât mai mică. Diferența mică dintre calculul de aici și înclinația reală vine din efecte neglijate în formula simplă.

7.0 // Surse

1. Claudiu Tănăselia, Glosar, parsec.ro, secțiunea „Tipuri de orbite”. Definițiile tuturor codurilor, inclusiv ISS, CSS și LSS.
2. ESA, Sentinel-2 Mission Orbit: 786 km, 98,62°, nodul descendent la 10:30.
3. Seradata, Falcon 9 launches GPS III-4 navsat, noiembrie 2020: orbita de transfer de 402 × 20.183 km, la 55°.
4. Tiangong space station, Wikipedia: elementele orbitale ale stației chineze (386 × 392 km, 41,47°).
5. J. T. McGraw, P. C. Zimmer, M. R. Ackermann, Ever Wonder What’s in Molniya? We Do., AMOS 2017: geometria orbitei Molnia și a celor două apogee.