Что такое геостационарная орбита, как долго с неё падать
18 сентября 2019 г. в 18:07
Геостационарная орбита обладает четырьмя свойствами:
1. Геостационарная орбита - круговая.
2. Геостационарная орбита расположена в плоскости экватора планеты.
3. Направление полёта по геостационарной орбите совпадает с направлением вращения планеты.
4. Период обращения по геостационарной орбите равен звёздным суткам этой планеты.
Я не буду упражняться в неологизмах, а буду называть стационарную орбиту любой планеты - геостационарной. Это не создаст путаницы.
По третьему закону Кеплера, период обращения тем больше, чем больше большая полуось орбиты (в случае круговой орбиты, большая полуось - это её радиус).
Следовательно:
1. Чем длиннее сутки на планете, тем выше находится геостационарная орбита.
2. Для планет с очень длинными сутками геостационарная орбита может не существовать вовсе. Вернее, её теоретическая высота может находиться за пределами сферы, в которой планета может удерживать спутники.
3. Для планет земной массы с длиной суток сравнимой с земными - геостационарная орбита находится очень высоко. Например, для Земли радиус ГСО равен 42 тыс.км, а высота от поверхности Земли - около 36 тыс.км. Это значительно выше обычных для пилотируемой космонавтики низких орбит, и в несколько раз больше радиуса Земли.
Как долго падать с ГСО
Чтобы упасть, как известно, нужно затормозить. Чтобы упасть с ГСО нужно уменьшить свою скорость, причём настолько, чтобы перицентр орбиты попал в планету.
Пусть высота ГСО равна R, а радиус планеты r. Тогда большая полуось орбиты падения будет равна
a = (R+r)/2.
Значит время полёта по нисходящему участку орбиты:
τ = 0.5·((R+r)/(2R))^(3/2) [сут].
Более простая и менее точная формула для быстрой прикидки:
Предположим, что мы опустим перицентр орбиты прямо в центр планеты. Тогда полуось будет равна
a = (R+0)/2 = 0.5R;
А теоретическое время полёта до центра:
τ = 0.5·(0.5)^(3/2) = 0.5^(5/2) = 0.177 [сут] (1 делённая на четыре корня из 2)
Это очень примерная оценка среднего времени падения, т.к. с одной стороны, движущийся по такой траектории аппарат столкнётся с планетой раньше, не достигнув её центра, а с другой стороны - реально, вряд ли кто-то будет спускать аппарат по такой траектории, скорее всего выберут что-то более близкое к первому варианту.