Кіріспе

Жерсерікті экватордың үстінде белгілі бір бойлықта ұстап тұратын орбита. Геосинхронды орбита (кейде GSO деп қысқартылады) – Жердің өз осімен айналу периодына тең орбиталық периоды бар, Жерге ортақтасқан орбита, ол 23 сағат, 56 минут және 4 секундты (бір шығар күн) құрайды. Айналу мен орбиталық периодтың синхрондалуы, Жер бетіндегі бақылаушы үшін геосинхронды орбитадағы объекті бір шығар күн ішінде аспандағы дәл сол позицияға оралады дегенді білдіреді. Күндің барысында объектінің аспандағы орны тұрақты болуы немесе жол салуы мүмкін, әдетте 8-құбылыс пішіндес, оның нақты сипаттамалары орбитаның еңістігі мен эксцентриситетіне байланысты. Геосинхронды орбитаның ерекше жағдайы – геостационарлық орбита (көбінесе GEO деп қысқартылады), ол Жердің экваторлық жазықтығында орналасқан, еңістігі мен эксцентриситеті 0-ге тең шеңберлі геосинхронды орбита. Геостационарлық орбитадағы спутник Жер бетіндегі бақылаушылар үшін аспандағы бірдей орында қалады. Геосинхронды орбитаға алғашқы сілтеме 1942 жылдың қазанында Джордж О. Смиттың «Венера теңқабырлысы» атты алғашқы әңгімесінде кездеседі, бірақ Смит бұл туралы егжей-тегжейлі түсіндірмеген. Британдық ғылыми-фантастика жазушысы Артур Кларк 1945 жылы «Wireless World» журналында жарияланған «Жерден тыс релелер – Ракета станциялары бүкіл әлемдік радио хабарымен қамтамасыз ете ала ма?» атты мақаласында осы ұғымды танымал етіп, кеңейтті. Кларк «The Complete Venus Equilateral» кітабына кіріспесінде осы байланысты мойындады. Оны кейде Кларк орбитасы деп атайды. Сол сияқты, осы орбитадағы жасанды спутниктер жиынтығы Кларк белдеуі деп аталады. Техникалық терминологияда, егер геосинхронды орбиталар экваторға жақын болса, олар геостационарлық деп аталады, бірақ терминдер біраз көлемде алмастырылып қолданылады. Нақтырақ айтқанда, геосинхронды Жер орбитасы (GEO) геосинхронды экваторлық орбитаның немесе геостационарлық Жер орбитасының синонимі болуы мүмкін. Сол кездегі қалыпты түсінік, спутникті геосинхронды орбитаға орналастыру үшін тым көп ракета қуаты қажет болады және ол шығындарды ақтауға жеткілікті ұзақ өмір сүре алмайды, сондықтан алғашқы күш-жігер Жердің төменгі немесе орта орбитасындағы спутниктердің топтарына жұмсалды. Бұл жобалар геосинхронды спутниктер арқылы шешілетін сигнал күші және бақылаудағы қиындықтарға тап болғанымен, бұл тұжырым практикалық емес деп есептелді, сондықтан Хьюз көбінесе қаржыландыруды және қолдауды тоқтатты. 1961 жылдың тамызында олар жұмыс істейтін спутникті құрылуын бастау туралы келісімге келді. Бүгінде қашықтықтан сезімталдық, навигация және байланыс жүйесін қамтамасыз ететін жүздеген геосинхронды спутниктер бар. Дамыған елдердегі кейбір ауылдық және шалғай аймақтар әлі де спутниктік байланысқа тәуелді.

Геостационарлық орбита

Геостационарлық экваторлық орбита (ГЭО) – Жердің экваторы жазықтығында орналасқан, радиусы шамамен (Жер ортасынан өлшенген) геосинхронды дөңгелек орбита. Абсолютті тұрақты геостационарлық орбита – тек жуықтаумен ғана мүмкін болатын идеал. Іс жүзінде спутник күн желдері, сәулелену қысымы, Жердің гравитациялық өрісінің өзгерістері, Ай мен Күннің гравитациялық әсері сияқты бұзылыстардың салдарынан бұл орбитадан ауытқиды. Орбитаны сақтап тұру процесінде, яғни «орбиталық тұрақтандыруда» жылдамдатқыштар қолданылады. Егер жылдамдатқыштар қолданылмаса, орбита еңкейіп, 55 жыл сайын 0° және 15° аралығында тербелі бастайды. Спутниктің қызмет мерзімінің соңында, отынның азаюына жақын келгенде, спутник операторлары еңісті түзетуге арналған осы қымбат маневрлерден бас тартып, тек эксцентриситетті бақылауға көшуі мүмкін. Бұл спутниктің қызмет ету мерзімін ұзартады, себебі ол уақыт өте келе аз отын тұтынады, бірақ спутникті тек солтүстік-оңтүстік қозғалысын қадағалай алатын жердегі антенналар ғана пайдалана алады. Белгілі бір аймақты үздіріссіз қамту үшін кем дегенде екі спутник қажет. Sirius XM спутниктік радиосы оны АҚШ пен Канаданың солтүстігіндегі сигнал күшін жақсарту үшін пайдаланған.

Квази-зениттік орбита

Квази Зенит спутниктік жүйесі (QZSS) — 42° еңіс және 0,075 эксцентриситетпен геосинхронды орбитада жұмыс істейтін төрт спутниктік жүйе. Әрбір спутник Жапония үстінде тоқталып тұрады, бұл сигналдардың қалалық шатқалдардағы қабылдағыштарға жетіп, содан кейін Австралия үстінен жылдам өтуіне мүмкіндік береді.

Іске қосу

Геосинхронды спутниктер экватордың айналу жылдамдығымен сәйкес келетін проградтық орбитаға шығысқа қарай ұшырылады. Спутникті ұшыруға болатын ең төменгі бұрылыс – ұшыру алаңының ендігіне тең болады, сондықтан спутникті экваторға жақын жерден ұшыру, кейіннен қажетті бұрылыс өзгерту мөлшерін азайтады. Көптеген ұшыру құралдары геосинхронды спутниктерді тікелей геосинхрондык ауысу орбитасына (GTO) орналастырады, бұл GSO биіктігінде апогейі және төмен перигейі бар эллипстік орбита. Борттағы спутниктік қозғалтқыштар перигейді көтеру, орбитаны дөңгелектеу және GSO-ға жету үшін қолданылады. Пайдалы геостационарлық орбитаға шыққаннан кейін, ғарыш аппараты жартылай бас осьті түзету арқылы бойлық орнын өзгерте алады, осылайша жаңа период жұлдыздық тәулікке қарағанда қысқа немесе ұзақ болып, тиісінше шығысқа немесе батысқа қарай көрінетін "қозғалыс" тудырады. Көрсетілген бойлыққа жеткеннен кейін, ғарыш аппаратының периоды геосинхрондыққа қайта орналастырылады.

Статиттік ұсыныс

Статит – орбитасын өзгерту үшін Күн сәулесінің қысымын күн қандатымен (күн желкесімен) пайдаланатын гипотетикалық спутник.

Ғарыш лифтісі

Геосинхронды орбитаның тағы бір түрі – теориялық ғарыш лифтісі. Егер бір ұшы жерге бекітілген болса, геостационарлық белдеуден төменгі биіктіктерде лифт гравитациялық күшпен анықталатын орбиталық кезеңнен қысқарақ болады.

Қызметтен шығарылған спутниктер

Геосинхронды спутниктер өз орналасқан жерінде қалу үшін орбиталық түзетулер қажет, ал қозғалтқыш отыны таусылғанда және енді пайдалы болмағанда олар жоғарырақ "көмесу" орбитасына көшіріледі. Геосинхронды спутниктерді орбитадан түсіру тиімсіз, себебі бұл үшін орбитаны сәл көтеруге жұмсалатын отыннан әлдеқайда көп отын қажет болады; ал атмосфералық қарсылық өте аз болғандықтан, геосинхронды спутниктердің қызмет ету мерзімі мыңдаған жылдарға созылады. Қызметтен шығару процесі күшейтіліп реттелуде, және спутниктердің өмірінің соңында геостационарлық белдеуден 200 км-ден жоғары жылжу мүмкіндігі 90% болуы тиіс.

Ғарыш қалдықтары

Геосинхронды орбиталардағы ғарыш қалдықтарының соқтығысу жылдамдығы LEO-ға қарағанда төмендеу, себебі көптеген GSO спутниктері бір жазықтықта, бірдей биіктікте және жылдамдықпен айналады; бірақ эксцентрлік орбитадағы спутниктердің болуы 4 км/с дейін жылдамдықпен соқтығысуға мүмкіндік береді. Соқтығысу салыстырмалы түрде сирек болғанымен, GSO спутниктерінің қалдықтардан қашу мүмкіндігі шектеулі. 10 см-ден кіші диаметрлі қалдықтарды Жерден көру мүмкін емес, сондықтан олардың қаншалықты таралуын анықтау қиын. Қауіпті азайтуға жасалған барлық күш-жігерге қарамастан, ғарыш аппараттарының соқтығысу жағдайлары болды. 1993 жылдың 11 тамызында Еуропалық ғарыш агенттігінің телекоммуникациялық спутнигі «Олимп-1» метеороидқа шағылысып, соңында «көмезді орбитаға» жылжытылды, ал 2006 жылы ресейлік «Экспресс AM11» байланыс спутнигі белгісіз нысанға шағылысып, істен шықты, бірақ инженерлер спутникпен байланыс уақытын жеткілікті деңгейде сақтап, оны «көмезді орбитаға» жіберуге үлкерді. 2017 жылы «AMC 9» және «Telkom 1» спутниктері белгісіз себептермен ыдырады.