مدار مركزية الأرض

يتضمن المدار الأرضي أو المدار الأرضي أي جسم يدور حول الأرض ، مثل القمر أو الأقمار الصناعية . في عام 1997 ، قدرت وكالة ناسا أن هناك ما يقرب من 2465 حمولة ساتلية صناعية تدور حول الأرض و 6216 قطعة من الحطام الفضائي كما تم تتبعها من قبل مركز جودارد لرحلات الفضاء . ^[1] أكثر من 16291 جسمًا تم إطلاقه سابقًا تعرضوا للاضمحلال المداري ودخلوا الغلاف الجوي للأرض . ^[1]

تدخل المركبة الفضائية المدار عندما يكون تسارع الجاذبية بسبب الجاذبية أقل من أو يساوي تسارع الطرد المركزي بسبب المكون الأفقي لسرعتها. بالنسبة إلى مدار أرضي منخفض ، تبلغ هذه السرعة حوالي 7800 م / ث (28100 كم / س ؛ 17400 ميل / س) ؛ ^[2] على النقيض من ذلك ، كانت أسرع سرعة طائرة مأهولة تم تحقيقها على الإطلاق (باستثناء السرعات التي تم تحقيقها عن طريق إخراج المركبات الفضائية من المدار) 2200 م / ث (7900 كم / س ؛ 4900 ميل / س) في عام 1967 بواسطة أمريكا الشمالية X-15 . ^[3] الطاقة المطلوبة للوصول إلى السرعة المدارية للأرض على ارتفاع 600 كم (370 ميل) حوالي 36 ميجا جول/ كجم ، وهو ستة أضعاف الطاقة اللازمة لمجرد الصعود إلى الارتفاع المقابل. ^[4]

المركبات الفضائية التي يقل نقطة الحضيض فيها عن 2000 كيلومتر (1200 ميل) معرضة للسحب من الغلاف الجوي للأرض ، ^[5] مما يقلل الارتفاع المداري. يعتمد معدل الاضمحلال المداري على مساحة المقطع العرضي للقمر الصناعي وكتلته ، بالإضافة إلى التغيرات في كثافة الهواء في الغلاف الجوي العلوي. أقل من 300 كم (190 ميل) ، يصبح الاضمحلال أسرع مع قياس العمر بالأيام. بمجرد أن ينخفض القمر الصناعي إلى مسافة 180 كيلومترًا (110 ميل) ، فإن أمامه ساعات فقط قبل أن يتبخر في الغلاف الجوي. ^[6] سرعة الهروب المطلوبة لسحب حقل جاذبية الأرض تمامًا والانتقال إلى الفضاء بين الكواكب حوالي 11200 م / ث (40300 كم / س ؛ 25100 ميلا في الساعة). ^[7]

قائمة المصطلحات والمفاهيم

ارتفاع: كما هو مستخدم هنا ، ارتفاع جسم فوق متوسط سطح محيطات الأرض.
أناليما: مصطلح في علم الفلك يستخدم لوصف مؤامرة مواقع الشمس على الكرة السماوية طوال عام واحد. يشبه إلى حد كبير الرقم ثمانية.
أوج: هي أبعد نقطة يمكن أن يبتعد بها قمر صناعي أو جرم سماوي عن الأرض ، حيث تكون السرعة المدارية عند أدنى حد لها.
غرابة: مقياس لمدى انحراف المدار عن الدائرة الكاملة. يتم تحديد اللامركزية بدقة لجميع المدارات الدائرية والبيضاوية ، والمسارات المكافئة والقطعية .
الطائرة الاستوائية: كما هو مستخدم هنا ، مستوى وهمي يمتد من خط الاستواء على الأرض إلى الكرة السماوية .
سرعة الهروب: كما هو مستخدم هنا ، يجب أن يتحرك الحد الأدنى لسرعة أي جسم بدون دفع بعيدًا إلى أجل غير مسمى عن الأرض. أي جسم بهذه السرعة سيدخل مسارًا مكافئًا ؛ فوق هذه السرعة ستدخل مسارًا زائديًا .
دفعة: تكامل القوة خلال الوقت الذي تعمل خلاله . تقاس في ( N · sec أو lb * sec).
ميل: الزاوية بين مستوى مرجعي ومستوى أو محور آخر . بالمعنى الذي نوقش هنا ، المستوى المرجعي هو المستوى الاستوائي للأرض .
الخصائص المدارية: المعلمات الستة لعناصر كبلر اللازمة لتحديد هذا المدار بشكل فريد.
المداري: كما هو محدد هنا ، الوقت الذي يستغرقه القمر الصناعي ليصنع مدارًا كاملًا حول الأرض.
الحضيض: هي أقرب نقطة اقتراب لقمر صناعي أو جرم سماوي من الأرض ، حيث تكون السرعة المدارية في أقصى حد لها.
يوم فلكي: الوقت الذي يستغرقه جسم سماوي لتدوير 360 درجة. بالنسبة للأرض: 23 ساعة ، 56 دقيقة ، 4.091 ثانية.
التوقيت الشمسي: كما هو مستخدم هنا ، التوقيت المحلي كما تم قياسه بواسطة الساعة الشمسية .
السرعة الاتجاهية: سرعة الجسم في اتجاه معين. نظرًا لأن السرعة تُعرَّف على أنها متجه ، فإن كلا من السرعة والاتجاه مطلوبان لتعريفها.

أنواع

فيما يلي قائمة بتصنيفات مختلفة لمدار مركزية الأرض.

تصنيفات الارتفاع

مناطق منخفضة (سماوي) ومتوسطة (صفراء) حول الأرض على نطاق واسع. الخط الأسود المتقطع هو المدار المتزامن مع الأرض. الخط الأخضر المتقطع هو مدار 20،230 كم المستخدم للأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) .

مدار أرضي منخفض (LEO): تتراوح مدارات مركزية الأرض في الارتفاع من 160 كيلومترًا (100 ميل قانوني) إلى 2000 كيلومتر (1200 ميل) فوق مستوى سطح البحر . عند 160 كم ، تستغرق الدورة الواحدة حوالي 90 دقيقة ، وتبلغ السرعة المدارية الدائرية 8000 متر في الثانية (26000 قدم / ثانية).
مدار أرضي متوسط (MEO): مدارات مركزية الأرض مع ارتفاعات في أوجها تتراوح بين 2000 كيلومتر (1200 ميل) والمدار المتزامن مع الأرض عند 35786 كيلومتر (22.236 ميل).
المدار المتزامن مع الأرض (GEO): مدار دائري مركزية الأرض بارتفاع 35786 كيلومتر (22.236 ميل). فترة المدار تساوي يومًا فلكيًا واحدًا ، يتزامن مع فترة دوران الأرض. تبلغ السرعة حوالي 3000 متر في الثانية (9800 قدم / ثانية).
مدار أرضي مرتفع (HEO): مدارات مركزية الأرض بارتفاع أعلى من المدار المتزامن مع الأرض. حالة خاصة من المدار الأرضي المرتفع هي المدار الإهليلجي للغاية ، حيث يكون الارتفاع عند نقطة الحضيض أقل من 2000 كيلومتر (1200 ميل). ^[8]

تصنيفات الميل

مدار مائل

مدار لا يكون ميله بالنسبة للمستوى الاستوائي صفرًا .

المدار القطبي: قمر صناعي يمر فوق قطبي الكوكب أو فوقه تقريبًا في كل ثورة. لذلك فإن ميلها (أو قريب جدًا من) 90 درجة .
مدار الشمس القطبي متزامن: مدار قطبي تقريبًا يمر بخط الاستواء في نفس التوقيت المحلي في كل مسار . مفيد للأقمار الصناعية لالتقاط الصور لأن الظلال ستكون هي نفسها في كل مسار.

تصنيفات اللامركزية

مدار دائري

مدار له انحراف مركزي قدره 0 ومسار مساره دائرة.

مدار إهليلجي

مدار به انحراف مركزي أكبر من 0 وأقل من 1 يتتبع مداره مسار القطع الناقص .

مدار نقل هوهمان

مناورة مدارية تنقل مركبة فضائية من مدار دائري إلى مدار آخر باستخدام نبضتين للمحرك . سميت هذه المناورة باسم والتر هوهمان .

مدار النقل المتزامن مع الأرض (GTO)

مدار إهليلجي مركزية الأرض حيث يكون نقطة الحضيض على ارتفاع مدار أرضي منخفض (LEO) وأوج عند ارتفاع مدار متزامن مع الأرض .

مدار بيضاوي للغاية (HEO)

مدار مركزية الأرض مع ذروة أعلى من 35786 كم وحضيض منخفض (حوالي 1000 كم) مما يؤدي إلى فترات طويلة للسكن بالقرب من الأوج.

مدار مولنيا: مدار إهليلجي شديد ميله 63.4 درجة وفترة مدارية لـ ½ من يوم فلكي (حوالي 12 ساعة). يقضي مثل هذا القمر الصناعي معظم وقته فوق منطقة معينة من الأرض.
مدار التندرا: مدار إهليلجي للغاية ميله 63.4 درجة وفترة مداره ليوم فلكي واحد ( حوالي 24 ساعة). يقضي مثل هذا القمر الصناعي معظم وقته فوق منطقة معينة من الأرض.

المسار الزائدي

"مدار" مع انحراف أكبر من 1. تصل سرعة الجسم إلى بعض القيمة التي تزيد عن سرعة الهروب ، وبالتالي سوف يفلت من جاذبية الأرض ويستمر في التحرك بلا حدود بسرعة (بالنسبة إلى الأرض) متباطئًا إلى حد ما القيمة ، والمعروفة باسم السرعة الزائدة الزائدية .

مسار الهروب: يجب استخدام هذا المسار لإطلاق مسبار بين الكواكب بعيدًا عن الأرض ، لأن السرعة الزائدة للهروب هي ما يغير مداره حول مركزية الشمس عن مدار الأرض.
مسار الالتقاط: هذه صورة معكوسة لمسار الهروب ؛ الجسم الذي يسافر بسرعة كافية ، غير موجه مباشرة إلى الأرض ، سيتحرك باتجاهه ويتسارع. في حالة عدم وجود دافع محرك تباطؤ لوضعه في المدار ، فإنه سوف يتبع مسار الهروب بعد فترة الذروة.

مسار القطع المكافئ: "مدار" مع الانحراف يساوي 1. سرعة الجسم تساوي سرعة الهروب ، وبالتالي سوف يفلت من جاذبية الأرض ويستمر في التحرك بسرعة (بالنسبة إلى الأرض) تتباطأ إلى الصفر. مركبة فضائية تنطلق من الأرض بهذه السرعة ستنتقل بعيدًا عنها بعض الشيء ، لكن تتبعها حول الشمس في نفس مدار مركزية الشمس . من الممكن ، ولكن من غير المحتمل أن يتبع الجسم الذي يقترب من الأرض مسار التقاط القطع المكافئ ، ولكن يجب أن تكون السرعة والاتجاه دقيقين.

التصنيفات الاتجاهية

تقدم المدار: مدار يدور فيه إسقاط الجسم على المستوى الاستوائي حول الأرض في نفس اتجاه دوران الأرض.
مدار رجعي: مدار يدور فيه إسقاط الجسم على المستوى الاستوائي حول الأرض في الاتجاه المعاكس لاتجاه دوران الأرض.

التصنيفات المتزامنة مع الأرض

مدار شبه متزامن (SSO)

مدار على ارتفاع حوالي 20200 كم (12600 ميل) وفترة مدارية تبلغ حوالي 12 ساعة

المدار المتزامن مع الأرض (GEO)

يدور على ارتفاع حوالي 35786 كم (22.236 ميل). مثل هذا القمر الصناعي سوف يتتبع أنالما (الشكل 8) في السماء.

المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO)

مدار متزامن مع الأرض بميل يساوي الصفر . بالنسبة للمراقب على الأرض ، سيظهر هذا القمر الصناعي كنقطة ثابتة في السماء.

مدار كلارك

اسم آخر للمدار الثابت بالنسبة للأرض. سميت على اسم الكاتب آرثر سي كلارك .

نقاط الاهتزاز المدارية الأرضية: تقع نقاط اهتزاز الأجسام التي تدور حول الأرض عند 105 درجة غربًا و 75 درجة شرقًا. يتم جمع أكثر من 160 قمرا صناعيا في هاتين النقطتين. ^[9]

مدار فائق التزامن: مدار التخلص / التخزين فوق GSO / GEO. سوف تنجرف الأقمار الصناعية غربًا.
مدار غير متزامن: مدار انجراف قريب من المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض / المدار الأرضي المستقر ولكن أقل منه. الأقمار الصناعية سوف تنجرف شرقا.
المدار المقبرة ، مدار التخلص ، مدار الخردة: مدار على ارتفاع بضع مئات من الكيلومترات فوق تزامن مع الأرض يتم نقل الأقمار الصناعية إليه في نهاية عملها.

التصنيفات الخاصة

مدار متزامن مع الشمس: مدار يجمع بين الارتفاع والميل بطريقة تسمح بمرور القمر الصناعي فوق أي نقطة معينة من سطح الكوكب في نفس التوقيت الشمسي المحلي . يمكن لمثل هذا المدار أن يضع قمرًا صناعيًا في ضوء الشمس المستمر وهو مفيد للتصوير والأقمار الصناعية للتجسس والطقس .
مدار القمر: الخصائص المدارية لقمر الأرض . متوسط الارتفاع 384403 كيلومترات (238857 ميل) ، مدار بيضاوي مائل .

التصنيفات غير مركزية الأرض

مدار حدوة الحصان: مدار يبدو لمراقب أرضي أنه يدور حول كوكب ولكنه في الواقع في مدار مشترك معه. شاهد الكويكبات 3753 (كرويثن) و 2002 AA ₂₉ .
رحلة شبه مدارية: إطلاق حيث تقترب مركبة فضائية من ارتفاع المدار لكنها تفتقر إلى السرعة اللازمة لاستمرارها.

السرعات المماسية في الارتفاع

يدور في مدار	المسافة من المركز إلى المركز	الارتفاع فوق سطح الأرض	سرعة	المداري	طاقة مدارية محددة
دوران الأرض على السطح (للمقارنة - ليس المدار)	6378 كم	0 كم	465.1 م / ث (1674 كم / س أو 1040 ميل / س)	23 ساعة و 56 دقيقة 4.09 ثانية	−62.6 ميجا جول / كجم
الدوران على سطح الأرض (خط الاستواء) نظري	6378 كم	0 كم	7.9 كم / ثانية (28440 كم / ساعة أو 17672 ميل / ساعة)	ساعة واحدة و 24 دقيقة و 18 ثانية	−31.2 ميجا جول / كجم
المدار الأرضي المنخفض	٦،٦٠٠ - ٨٤٠٠ كم	200-2000 كم	مدار دائري: 6.9-7.8 كم / ثانية (24840 - 28.080 كم / ساعة أو 14.430 - 17.450 ميل في الساعة) على التوالي المدار الإهليلجي: 6.5-8.2 كم / ث على التوالي	ساعة واحدة و 29 دقيقة - ساعتان و 8 دقائق	−29.8 ميجا جول / كجم
مدار مولنيا	6،900–46،300 كم	500 - 39900 كم	1.5-10.0 كم / ثانية (5400-36000 كم / ساعة أو 3335-22370 ميل في الساعة) على التوالي	11 ساعة و 58 دقيقة	−4.7 ميجا جول / كجم
ثابت بالنسبة للأرض	42000 كم	35786 كم	3.1 كم / ثانية (11600 كم / ساعة أو 6935 ميل / ساعة)	23 ساعة و 56 دقيقة 4.09 ثانية	−4.6 ميجا جول / كجم
مدار القمر	363000 - 406000 كم	357000 - 399000 كم	0.97-1.08 كم / ث (3492-3888 كم / س أو 2170-2.416 ميل / س) على التوالي	27.27 يومًا	−0.5 ميجا جول / كجم

يعطي المحور السفلي سرعات مدارية لبعض المدارات

انظر أيضا

المراجع

^ ^أ ^ب "تقرير حالة القمر الصناعي ، 1997" . ناسا مركز جودارد لرحلات الفضاء . 2000-02-01. مؤرشفة من الأصلي في 23 أغسطس 2006 . تم الاسترجاع 2006-09-10 .
^ Hill، James VH (أبريل 1999) ، "Getting to Low Earth Orbit" ، Space Future ، مؤرشفة من الأصلي في 2012-03-19 ، استرجاعها 2012-03-18 .
^ شاينر ، ليندا (1 نوفمبر 2007) ، X-15 Walkaround ، مجلة الهواء والفضاء ، استرجاعها 2009-06-19 .
^ ديموتاكيس ، ص ؛ وآخرون. (أكتوبر 1999) ، 100 رطل إلى مدار أرضي منخفض (LEO): خيارات إطلاق الحمولة الصغيرة ، The Mitre Corporation ، الصفحات 1-39 ، مؤرشفة من الأصلي في 2017-08-29 ، استرجاعها 2012-01-21 .
^ Ghosh ، SN (2000) ، Atmospheric Science and Environment ، Allied Publishers ، pp.47–48 ، ISBN 978-8177640434
^ كينويل ، جون ؛ ماكدونالد ، أندرو (2011) ، عمر القمر الصناعي والنشاط الشمسي ، مكتب الكومنولث الأسترالي للطقس ، فرع طقس الفضاء ، مؤرشفة من الأصلي في 2011-12-28 ، استرجاعها 2011-12-31 .
^ ويليامز ، ديفيد ر. (17 نوفمبر 2010) ، "صحيفة حقائق الأرض" ، علوم الكواكب والقمر ، ناسا ، المؤرشفة من الأصلي في 30 أكتوبر 2010 ، استرجاعها 2012-05-10 .
^ تعريفات مدارات مركزية الأرض من مركز جودارد لرحلات الفضاء أرشفة 27 مايو 2010 ، في آلة Wayback .
^ يهدد الأقمار الصناعية الخارجة عن السيطرة المركبات الفضائية القريبة الأخرى ، بقلم بيتر ب دي سيلدينج ، موقع SPACE.com ، 5/3/10. أرشفة 5 مايو 2010 ، في آلة Wayback ...

روابط خارجية

[Goddard-1997-1] أ ^ب "تقرير حالة القمر الصناعي ، 1997" . ناسا مركز جودارد لرحلات الفضاء . 2000-02-01. مؤرشفة من الأصلي في 23 أغسطس 2006 . تم الاسترجاع 2006-09-10 .

[hill1999-2] Hill، James VH (أبريل 1999) ، "Getting to Low Earth Orbit" ، Space Future ، مؤرشفة من الأصلي في 2012-03-19 ، استرجاعها 2012-03-18 .

[shiner20071101-3] شاينر ، ليندا (1 نوفمبر 2007) ، X-15 Walkaround ، مجلة الهواء والفضاء ، استرجاعها 2009-06-19 .

[dimotakis1999-4] ديموتاكيس ، ص ؛ وآخرون. (أكتوبر 1999) ، 100 رطل إلى مدار أرضي منخفض (LEO): خيارات إطلاق الحمولة الصغيرة ، The Mitre Corporation ، الصفحات 1-39 ، مؤرشفة من الأصلي في 2017-08-29 ، استرجاعها 2012-01-21 .

[5] Ghosh ، SN (2000) ، Atmospheric Science and Environment ، Allied Publishers ، pp.47–48 ، ISBN 978-8177640434

[slsa-6] كينويل ، جون ؛ ماكدونالد ، أندرو (2011) ، عمر القمر الصناعي والنشاط الشمسي ، مكتب الكومنولث الأسترالي للطقس ، فرع طقس الفضاء ، مؤرشفة من الأصلي في 2011-12-28 ، استرجاعها 2011-12-31 .

[williams2010-7] ويليامز ، ديفيد ر. (17 نوفمبر 2010) ، "صحيفة حقائق الأرض" ، علوم الكواكب والقمر ، ناسا ، المؤرشفة من الأصلي في 30 أكتوبر 2010 ، استرجاعها 2012-05-10 .

[nasa-8] تعريفات مدارات مركزية الأرض من مركز جودارد لرحلات الفضاء أرشفة 27 مايو 2010 ، في آلة Wayback .

[9] يهدد الأقمار الصناعية الخارجة عن السيطرة المركبات الفضائية القريبة الأخرى ، بقلم بيتر ب دي سيلدينج ، موقع SPACE.com ، 5/3/10. أرشفة 5 مايو 2010 ، في آلة Wayback ...

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]