- Средняя околоземная орбита — это особая область космического пространства, расположенная между низкой околоземной орбитой (LEO) и геостационарной орбитой (GEO).
- Спутники на MEO находятся на высоте, как правило, от 2000 до 36 000 километров (от 1243 до 22 300 миль) над поверхностью Земли.
- Спутники MEO известны прежде всего своей важной ролью в глобальных навигационных системах, самым ярким примером которых является глобальная система позиционирования (GPS).
Спутник на средней околоземной орбите (MEO) обращается вокруг Земли на высоте, превышающей высоту спутников на низкой околоземной орбите (LEO), но меньшей, чем у спутников на геостационарной орбите (GEO). Орбиту MEO, которую иногда также называют промежуточной круговой орбитой (Ico), можно назвать широким полем возможностей для тех, кто разворачивает спутники; она устанавливает баланс между затратами на группировки на больших высотах и покрытием, которое дают низкоорбитальные спутники. Спутники MEO работают на высотах от 1000 до 22 000 миль и совершают оборот вокруг Земли как минимум дважды в сутки.
Орбиты одних идеально круговые, другие движутся по эллиптическим траекториям, но после выведения все они непрерывно следуют по одной и той же орбите.
Читайте также:Как космическая погода влияет на спутники?
Определение орбиты MEO
Средняя околоземная орбита (MEO) — это область космического пространства между низкой околоземной орбитой (LEO) и геостационарной орбитой (GEO), расположенная, как правило, на высоте от 2000 до 36 000 километров (от 1243 до 22 300 миль) над поверхностью Земли.
Спутники MEO необходимы для глобальных навигационных систем, таких как глобальная система позиционирования (GPS). Такие спутники образуют группировку, обеспечивающую глобальное покрытие и предоставляющую точные услуги позиционирования, навигации и синхронизации. Передавая сигналы с точной информацией о времени, наземные приёмники GPS могут с высокой точностью определять своё местоположение, скорость и время благодаря множеству спутников MEO, видимых из любой точки Земли.
Для удержания спутников на траектории на MEO требуется меньше энергии из-за минимального гравитационного притяжения Земли и меньшего атмосферного сопротивления.
«Поддержание позиции на MEO проще, чем на LEO, и требует меньше топлива», — отмечает Грегори Хеннинг, руководитель проекта по моделированию космического мусора в Aerospace Corporation.
Помимо меньшего расхода топлива, одно из главных преимуществ орбиты MEO заключается в том, что спутники находятся в более высокой точке наблюдения, чем на LEO, а значит, для полного покрытия Земли требуется меньше спутников. Это делает орбиту MEO идеальной для навигационных спутников. На ней размещаются глобальная система позиционирования (GPS) США, а также Galileo, ГЛОНАСС и BeiDou — европейская, российская и китайская версии GPS.
«Если бы вы попытались выполнить миссию GPS на LEO, потребовалось бы огромное количество спутников», — говорит Хеннинг. По сравнению с тысячами спутников на LEO на орбите MEO их меньше 200.
«Компромисс заключается в том, что чем дальше от Земли, тем мощнее должен быть луч передатчика; следовательно, оборудование становится крупнее, а сам спутник больше, что делает запуск (спутников на MEO), как правило, более дорогим по сравнению с LEO», — отмечает Керстин Ауман, аналитик по осведомлённости о космической обстановке (SSA) в Aerospace Corporation.
Ещё один компромисс, уникальный для орбиты MEO, связан с двумя зонами заряженных частиц высокой энергии над экватором, известными как радиационные пояса Ван Аллена. Спутники, пересекающие эти пояса, должны иметь специальную защиту, чтобы избежать повреждения электронных систем.
Наряду с LEO орбита MEO является целевой орбитой новой программы предупреждения, сопровождения и противоракетной обороны, разрабатываемой в Space Systems Command. Она дополнит существующие спутники SBIRS (Space-Based Infrared) на геосинхронной орбите и обеспечит дополнительный уровень устойчивости национальных средств космического обнаружения.
Читайте также:Илон Маск запускает спутниковый интернет-сервис Starlink в Индонезии
Как появились спутники MEO?
Они не являются новым понятием в мире спутников. Первый телекоммуникационный спутник Telstar, запущенный в 1962 году, был спутником на средней околоземной орбите, предназначенным для передачи высокоскоростных телефонных сигналов. После его запуска быстро стало ясно, что одного спутника MEO в космосе недостаточно: он обеспечивал трансатлантическую телефонную связь лишь в течение 20 минут за каждый виток продолжительностью около 2,5 часа. Так родилась концепция спутниковых группировок, состоящих из нескольких спутников MEO.
Каковы преимущества спутников MEO?
Спутники MEO уравновешивают характеристики спутников LEO и GEO. Спутники LEO, которые обычно движутся вокруг экватора по круговой траектории, требуют около двух десятков аппаратов для обеспечения непрерывного покрытия.
Спутники MEO находятся на больших высотах и обеспечивают более широкое покрытие. При 24 спутниках MEO четыре из них в любой момент могут покрывать любую точку Земли, что помогает поставщикам услуг избегать перерывов связи из-за погодных условий или препятствий. Спутники LEO, однако, имеют преимущество: они дают более чёткие снимки для наблюдения и требуют меньше энергии для передачи данных.
Спутники GEO работают на гораздо больших высотах и обеспечивают обширное покрытие. Они совершают оборот вокруг Земли за 24 часа и кажутся неподвижными относительно Земли, что идеально для устойчивой ретрансляции связи. Теоретически три спутника GEO, разнесённые на 120 градусов, могли бы обеспечить непрерывное глобальное покрытие. Однако ограниченное число орбитальных позиций для спутников, использующих одну и ту же радиочастоту, создаёт риски помех или столкновений.
Кроме того, для вывода спутника на орбиту GEO, расположенную на высоте 22 300 миль (35 800 км), требуется большая ракета и значительный запас топлива на борту. Обычно спутники достигают этой орбиты не напрямую: сначала они выходят на геосинхронную переходную орбиту, а затем в нужный момент включают двигатели, чтобы подняться на требуемую высоту.
Спутники MEO предлагают компромисс между преимуществами и недостатками спутников LEO и GEO. Хотя период обращения спутников MEO больше, чем у LEO, с точки зрения земного наблюдателя они всё равно движутся. Группировка спутников MEO требует меньше аппаратов, чем LEO, но больше, чем GEO, что уравновешивает затраты на создание и развёртывание. Более низкая, чем у GEO, высота также снижает задержку.
Кроме того, спутники MEO могут принимать более слабые сигналы на меньших высотах, чем спутники GEO. По мощности передачи и размеру антенн они занимают золотую середину между скромными требованиями LEO и существенными потребностями GEO.
Каковы области применения спутников MEO?
Помимо применения в оборонной отрасли, спутники MEO хорошо подходят для развёртывания в целях связи. Чаще всего их используют для GPS-слежения и мобильной телефонной связи, хотя успешные развёртывания всё чаще заставляют рассматривать их как потенциальное решение для растущих потребностей асинхронного режима передачи (ATM) и других широкополосных сетей связи.
Навигационные системы остаются наиболее распространённым применением спутников MEO. К действующим группировкам относятся глобальная система позиционирования (GPS) и российская система ГЛОНАСС. Предложенная для Европейского союза навигационная система MEO Galileo должна была начать работу в 2013 году.