2. Quỹ đạo vệ tinh

5/24/2015 BÀI QUỸ ĐẠO VỆ TINH MẠNG VSAT (Very Small Aperture Terminal) 5/24/2015 2/21 NỘI DUNG BÀI 2 KHÁI NIỆM VỆ TINH • A đgl vệ tinh B mA < mB A quay quanh B • Ví dụ hệ mặt trời (trang sau) • Vệ tinh nhân tạo trái đất • Vệ tinh thơng tin thực chức trạm chuyển tiếp tín hiệu vơ tuyến khơng gian • Vệ tinh thơng tin sử dụng loại vệ tinh địa tĩnh • Vệ tinh thơng tin hình thành từ tập hợp thiết bị thông tin viễn thông, anten, … Khái niệm vệ tinh Định luật Kepler Cơ sở quỹ đạo vệ tinh Quỹ đạo địa tĩnh - GEO Quỹ đạo elip - HEO Quỹ đạo MEO, LEO Quỹ đạo SSO 3/21 ĐỊNH LUẬT KEPLER 4/21 ĐỊNH LUẬT KEPLER  Vệ tinh bay quanh trái đất tuân theo định luật chuyển động tương tự hành tinh bay quanh mặt trời  JOHANNES KEPLER (1571-1630) nhà thiên văn học (người Đức) đưa định luật áp dụng cho hai vật thể không gian tương tác với thông qua lực hấp dẫn Vật lớn gọi vật chủ, lại thứ cấp hay gọi vệ tinh  1665 ISAAC NEWTON (1642–1727) đưa định luật vạn vật hấp dẫn* (Định luật thứ 3): Để vệ tinh giữ cân quỹ đạo phải cân hai lực hướng tâm li tâm  vệ tinh cần chuyển động… 2.1 Định luật Kepler thứ  Vệ tinh chuyển động vòng quanh trái đất theo quỹ đạo phẳng hình Ellip với tâm trái đất nằm tiêu điểm Ellip Điểm xa quỹ đạo so với tâm trái đất nằm tiêu điểm gọi viễn điểm điểm gần quỹ đạo gọi cận điểm • Hai vật thể có khối lương M m hút với lực tỉ lệ thuận với khối lượng chúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách r chúng: F=GMm/r2 với G số vạn vật hấp dẫn 5/21 6/21 5/24/2015 ĐỊNH LUẬT KEPLER ĐỊNH LUẬT KEPLER 2.2 Định luật Kepler thứ hai  Độ lệch tâm e: e a  b2 a < e (quỹ đạo xích đạo trịn) • Bề rộng búp sóng phủ xuống trái đất BW = 17.3 • Một hệ thống gồm ba vệ tinh quỹ đạo địa tĩnh phủ sóng tồn cầu (810 S ÷ 810 N) trừ vùng cực • vệ tinh tạo thành tam giác với cạnh 88.000 km • GEOs bay với tốc độ góc giống vịng quay trái đất quanh trục (địa tĩnh) => Vệ tinh coi cố định vị trí trái đất (địa tĩnh) • Chỉ có quỹ đạo vệ tinh GEO, gọi quỹ đạo Clarke • Vệ tinh địa tĩnh Syncom2 NASA, Intelsat Series • Khoảng cách không gian tối thiểu GEOs quỹ đạo Clarke 10 - 40 định điều ước quốc tế • Các GEOs có vị trí tương đối so với Trái Đất khơng đổi, vị trí tương đối vệ tinh đặc trưng độ lớn góc hai vệ tinh • Giới hạn vị trí khơng gian vệ tinh gọi khe quỹ đạo (orbital slot) 15/21 16/21 QUỸ ĐẠO VỆ TINH ĐỊA TĨNH - GEO ƢU ĐIỂM • VT cố định => trạm mặt đất không cần bám, liên lạc 24h/ngày • Khơng cần chuyển giao ISL (Intersatellite links) vệ tinh • Ảnh hưởng dịch Doppler khơng đáng kể • Vùng phủ sóng rộng >42% Sbề mặt TĐ NHƢỢC ĐIỂM • Duy trì quỹ đạo tốn phức tạp (do tồn nhiều lực hấp dẫn: mặt trời, mặt trăng, ) • Chỉ có quỹ đạo • Trễ lớn độ cao => 500-600 ms => truyền thoại??? • Yêu cầu CS máy phát lớn độ nhậy máy thu nhỏ tổn hao đường truyền (gần 200dB) • Đưa vệ tinh vào quỹ đạo xác khó, tốn kém… • Khơng phủ sóng vùng địa cực (có vĩ độ >830) 17/21 QUỸ ĐẠO ELIP - HEO ĐẶC ĐIỂM • Quỹ đạo elip nghiêng góc  so với xích đạo, thường chọn có viễn điểm bắc cực (> 40.000 km) VT bay tốc độ chậm, cận điểm nam cực (khoảng 500 km) VT bay tốc độ nhanh • Bắc cực dễ dị tìm bám VT, thời gian sử dụng /ngày lớn  ưu tiên thông tin cho bắc cực 18/21 5/24/2015 QUỸ ĐẠO ĐỒNG BỘ MẶT TRỜI QUỸ ĐẠO MEO, LEO Sun-Synchronous Orbit (SSO) ĐẶC ĐIỂM • VT bay độ cao thấp (vài trăm đến 1-2 chục nghìn km) • Cường độ tín hiệu lớn • VT bay tốc độ cao: + PLEO = 90 phút, tquan sát = 30 phút + PMEO = 5-12 giờ, tquan sát = 2-4 Thời gian phủ ngắn => cần nhiều VT • Ưu điểm: trễ tín hiệu nhỏ, giá thành đưa VT lên quỹ đạo rẻ • Sử dụng: truyền hình, thoại, di động vệ tinh, GPS 19/21 ĐẶC ĐIỂM • SSO dạng quỹ đạo cực (vệ tinh bay từ Bắc xuống Nam gần sát với hai cực Trái đất), với góc nghiêng i độ cao thích hợp địa phương điểm mà vệ tinh bay cắt qua mặt phẳng xích đạo giống • Góc chiếu mặt phẳng quỹ đạo vệ tinh với trục Mặt trời - Trái đất gần không đổi thời điểm => VD hình bên 37.5o • Ứng dụng: vệ tinh quan sát, chụp ảnh bề mặt Trái Đất 20/21 ÔN TẬP định luật Kepler ý nghĩa chúng  vận dụng giải thích tượng liên quan đến chuyển động vệ tinh quỹ đạo? Dựa định luật Kepler, kiểm nghiệm tính tốn độ cao quỹ đạo, tốc độ vệ tinh, chu kỳ bay vệ tinh Đặc điểm quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh? Giải thích quỹ đạo nhất? Đặc điểm quỹ đạo vệ tinh HEO, LEO ứng dụng? Phân biệt quỹ đạo đồng mặt trời đồng trái đất, đưa ví dụ loại vệ tinh dịch vụ sử dụng dạng quỹ đạo Thời gian tồn vệ tinh phụ thuộc yếu tố nào? Giải thích 21/21 ... động vệ tinh quỹ đạo? Dựa định luật Kepler, kiểm nghiệm tính tốn độ cao quỹ đạo, tốc độ vệ tinh, chu kỳ bay vệ tinh Đặc điểm quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh? Giải thích quỹ đạo nhất? Đặc điểm quỹ đạo vệ. .. theo quy luật mặt phẳng quỹ đạo qua tâm trái đất gọi quỹ đạo vệ tinh 11/21 12/21 5/24/2015 CƠ SỞ QUỸ ĐẠO VỆ TINH CƠ SỞ QUỸ ĐẠO VỆ TINH  Phân chia  Mối quan hệ: Độ cao quỹ đạo tỉ lệ thuận với chu... [phút] r - bán kính quỹ đạo vệ tinh [km] h - độ cao vệ tinh với bề mặt trái đất [km] 9/21 CƠ SỞ QUỸ ĐẠO VỆ TINH 10/21 CƠ SỞ QUỸ ĐẠO VỆ TINH  Khái niệm: Sự chuyển động vệ tinh vòng quanh trái