Órbita sincrónica con el sol

Tipo de órbita geocéntrica

Diagrama que muestra la orientación de una órbita sincrónica con el Sol (verde) en cuatro puntos del año. También se muestra una órbita no sincrónica con el Sol (magenta) como referencia. Las fechas se muestran en blanco: día / mes.

Una órbita sincrónica del sol ( SSO ), también llamada órbita heliosincrónica , ^[1] es una órbita casi polar alrededor de un planeta, en la que el satélite pasa sobre cualquier punto dado de la superficie del planeta en el mismo tiempo solar medio local . ^{[2] [3]} Más técnicamente, es una órbita dispuesta de modo que precesa a través de una revolución completa cada año, por lo que siempre mantiene la misma relación con el Sol. Una órbita sincrónica con el Sol es útil para satélites de imágenes , espías y meteorológicos , ^[4]porque cada vez que el satélite está en lo alto, el ángulo de iluminación de la superficie del planeta debajo será casi el mismo.

Aplicaciones

Una órbita sincrónica con el Sol es útil para satélites de imágenes , espionaje y meteorológicos , ^[4] porque cada vez que el satélite está en lo alto, el ángulo de iluminación de la superficie del planeta debajo será casi el mismo. Esta iluminación constante es una característica útil para los satélites que obtienen imágenes de la superficie de la Tierra en luz visible o infrarroja.longitudes de onda, como satélites meteorológicos y espías; y para otros satélites de teledetección, como los que llevan instrumentos de teledetección oceánicos y atmosféricos que requieren luz solar. Por ejemplo, un satélite en órbita sincrónica con el Sol podría ascender a través del ecuador doce veces al día cada vez aproximadamente a las 15:00 hora local media.

Diagrama que muestra una órbita sincrónica con el Sol desde una vista superior del plano de la eclíptica con zonas de hora solar local (LST) como referencia y un nodo descendente de 10:30 am. Las zonas LST muestran cómo varía la hora local debajo del satélite en diferentes latitudes y diferentes puntos de su órbita.

Los casos especiales de la órbita sincrónica del Sol son la órbita del mediodía / medianoche , donde el tiempo de paso solar medio local para las latitudes ecuatoriales es alrededor del mediodía o la medianoche, y la órbita de amanecer / anochecer , donde el tiempo de paso solar medio local para latitudes ecuatoriales es alrededor del amanecer o el atardecer, de modo que el satélite monta el terminador entre el día y la noche. Montar el terminador es útil para los satélites de radar activos, ya que los paneles solares de los satélites siempre pueden ver el Sol, sin ser ensombrecidos por la Tierra. También es útil para algunos satélites con instrumentos pasivos que necesitan limitar la influencia del Sol en las mediciones, ya que es posible apuntar siempre los instrumentos hacia el lado nocturno de la Tierra. La órbita de amanecer / anochecer se ha utilizado para la observación solar.satélites científicos como Yohkoh , TRACE , Hinode y PROBA2 , lo que les proporciona una visión casi continua del Sol.

Precesión orbital

Una órbita heliosincrónica se consigue teniendo la osculador plano orbital precesión (girar) aproximadamente un grado hacia el este cada día con respecto a la esfera celeste para mantener el ritmo con el movimiento de la Tierra alrededor del sol . ^[5] Esta precesión se logra ajustando la inclinación a la altitud de la órbita (ver Detalles técnicos ) de modo que el abultamiento ecuatorial de la Tierra , que perturba las órbitas inclinadas, hace que el plano orbital de la nave espacial precese con la velocidad deseada. El plano de la órbita no está fijo en el espacio en relación con las estrellas distantes, sino que gira lentamente sobre el eje de la Tierra.

Las órbitas típicas sincrónicas del Sol alrededor de la Tierra tienen una altitud de unos 600 a 800 km, con períodos en el rango de 96 a 100 minutos e inclinaciones de alrededor de 98 °. Esto es ligeramente retrógrado en comparación con la dirección de rotación de la Tierra: 0 ° representa una órbita ecuatorial y 90 ° representa una órbita polar. ^[5]

Las órbitas sincronizadas con el sol son posibles alrededor de otros planetas achatados , como Marte . Un satélite que orbita un planeta como Venus que es casi esférico necesitará un empujón exterior para mantener una órbita sincrónica con el Sol.

Detalles técnicos

La precesión angular por órbita para un satélite en órbita terrestre viene dada por

${\displaystyle \Delta \Omega =-3\pi {\frac {J_{2}R_{E}^{2}}{p^{2}}}\cos i,}$

dónde

J ₂ es el coeficiente del segundo término zonal (1.082 63 × 10 ⁻³ ) relacionado con el achatamiento de la Tierra (ver modelo geopotencial ),

R _E es el radio medio de la Tierra, aproximadamente 6378 km

p es el recto semilato de la órbita,

i es la inclinación de la órbita hacia el ecuador.

Una órbita será sincrónica con el Sol cuando la tasa de precesión ρ sea igual al movimiento medio de la Tierra alrededor del Sol, que es de 360 ​​° por año sideral (1.990 968 71 × 10 ⁻⁷  rad / s ), por lo que debemos establecerΔ Ω/T= ρ , donde T es el período orbital.

Como el período orbital de una nave espacial es

${\displaystyle 2\pi {\sqrt {\frac {a^{3}}{\mu }}}}$

donde a es el semieje mayor de la órbita y μ es el parámetro gravitacional estándar del planeta (398 600 .440 km ³ / s ² para la Tierra); como p ≈ a para una órbita circular o casi circular, se deduce que

${\displaystyle \rho \approx -{\frac {3J_{2}R_{E}^{2}{\sqrt {\mu }}\cos i}{2a^{\frac {7}{2}}}}=-\left(360^{\circ }{\text{ per year}}\right)\times \left({\frac {a}{12\,352{\text{ km}}}}\right)^{-{\frac {7}{2}}}\cos i=-\left(360^{\circ }{\text{ per year}}\right)\times \left({\frac {T}{3.795{\text{ h}}}}\right)^{-{\frac {7}{3}}}\cos i,}$

o cuando ρ es 360 ° por año,

${\displaystyle \cos i\approx -{\frac {2\rho }{3J_{2}R_{E}^{2}{\sqrt {\mu }}}}a^{\frac {7}{2}}=-\left({\frac {a}{12\,352{\text{ km}}}}\right)^{\frac {7}{2}}=-\left({\frac {T}{3.795{\text{ h}}}}\right)^{\frac {7}{3}}}$

Como ejemplo, para a =7200 km (la nave espacial a unos 800 km sobre la superficie de la Tierra) se obtiene con esta fórmula una inclinación sincrónica con el Sol de 98,696 °.

Tenga en cuenta que de acuerdo con esta aproximación cos i es igual a -1 cuando el semieje mayor es igual a12 352  km , lo que significa que solo las órbitas más pequeñas pueden estar sincronizadas con el Sol. El período puede estar en el rango de 88 minutos para una órbita muy baja ( a =6554 km , i = 96 °) a 3.8 horas ( a =12 352  km , pero esta órbita sería ecuatorial con i = 180 °). Puede ser posible un período superior a 3,8 horas utilizando una órbita excéntrica con p <12 352  km , pero una >12 352  kilometros .

Si uno quiere que un satélite sobrevuele algún lugar determinado de la Tierra todos los días a la misma hora, puede realizar entre 7 y 16 órbitas por día, como se muestra en la siguiente tabla. (La tabla se ha calculado asumiendo los períodos dados. El período orbital que debería usarse es en realidad un poco más largo. Por ejemplo, una órbita ecuatorial retrógrada que pasa sobre el mismo lugar después de 24 horas tiene un período real de aproximadamente365/364≈ 1.0027 veces mayor que el tiempo entre pasos elevados. Para las órbitas no ecuatoriales, el factor está más cerca de 1.)

Órbitas por día	Periodo ( h )		Altura sobre la superficie de la Tierra (km)	Latitud máxima	inclinaciones nación
dieciséis	1+1/2	= 1:30	000 274	83,4 °	0 96,6 °
15	1+3/5	= 1:36	000 567	82,3 °	0 97,7 °
14	1+5/7	1:43	000 894	81,0 °	0 99,0 °
13	1+11/13	1:51	00 1262	79,3 °	100,7 °
12	2		00 1681	77,0 °	103,0 °
11	2+2/11	2:11	00 2162	74,0 °	106,0 °
10	2+2/5	= 2:24	00 2722	69,9 °	110,1 °
0 9	2+2/3	= 2:40	00 3385	64,0 °	116,0 °
0 8	3		00 4182	54,7 °	125,3 °
0 7	3+3/7	3:26	00 5165	37,9 °	142,1 °

Cuando se dice que una órbita sincrónica con el Sol pasa sobre un punto de la Tierra a la misma hora local cada vez, esto se refiere a la hora solar media , no a la hora solar aparente . El Sol no estará exactamente en la misma posición en el cielo durante el transcurso del año (ver Ecuación del tiempo y Analema ).

Las órbitas sincronizadas con el sol se seleccionan principalmente para los satélites de observación de la Tierra , con una altitud típicamente entre 600 y1000 km sobre la superficie de la Tierra. Sin embargo, incluso si una órbita permanece sincronizada con el Sol, otros parámetros orbitales como el argumento de periapsis y la excentricidad orbital evolucionarán, debido a perturbaciones de orden superior en el campo gravitacional de la Tierra, la presión de la luz solar y otras causas. Los satélites de observación de la Tierra, en particular, prefieren órbitas con altitud constante cuando pasan sobre el mismo lugar. La selección cuidadosa de la excentricidad y la ubicación del perigeo revela combinaciones específicas donde las perturbaciones se cancelan en gran medida y, por lo tanto, la órbita es relativamente estable: una órbita congelada . El ERS-1, ERS-2 y Envisat de la Agencia Espacial Europea , así como elLas naves espaciales MetOp de EUMETSAT y RADARSAT-2 de la Agencia Espacial Canadiense operan todas en órbitas congeladas sincrónicas con el Sol. ^[6]

Ver también

• Análisis de perturbaciones orbitales (naves espaciales)
• Analemma
• Órbita geosincrónica
• Órbita geoestacionaria
• Lista de órbitas
• Órbita polar
• Sistema geodésico mundial

Referencias

1. Tscherbakova, NN; Beletskii, VV; Sazonov, VV (1999). "Estabilización de las órbitas heliosincrónicas de un satélite artificial de la Tierra por presión solar" . Investigación cósmica . 37 (4): 393–403. Código bibliográfico : 1999KosIs..37..417S .
2. "SATÉLITES Y ÓRBITAS" (PDF) .
3. "Tipos de órbitas" . marine.rutgers.edu . Consultado el 24 de junio de 2017 .
4. Nuestro planeta cambiante: la vista desde el espacio (1ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. 2007. págs.  339 . ISBN 978-0521828703.
5. Rosengren, M. (noviembre de 1992). "ERS-1 - Un observador de la Tierra que sigue exactamente su camino elegido". Boletín de la ESA (72). Código Bibliográfico : 1992ESABu..72 ... 76R .
6. Rosengren, Mats (1989). "Técnica mejorada para el control pasivo de excentricidad (AAS 89-155)". Avances en las Ciencias Astronáuticas . 69 . AAS / NASA. Código Bibliográfico : 1989ommd.proc ... 49R .

Lectura adicional

• Sandwell, David T., El campo de gravedad de la Tierra - Parte 1 (2002) (p. 8)
• Entrada del diccionario Sun-Synchronous Orbit , de la Comisión del Centenario de Vuelo de EE. UU.
• Preguntas y respuestas de la NASA
• Boain, Ronald J. (febrero de 2004). "Los AB-C del diseño de la órbita síncrona solar" (PDF) . Conferencia de Mecánica de Vuelo Espacial. Archivado desde el original (PDF) el 25 de octubre de 2007.

Enlaces externos

• Lista de satélites en órbita sincrónica con el Sol