![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
vitus_wagner) wrote2025-02-08 09:23 pm
Минимальная спутниковая группировка
Представим себе такую задачу- прилетает на некоторую планету планетологическая экспедиция. На звездоелете, грузоподъемность которого, естственно, ограничена.
И ей нужно обеспечить себе связь, ну а заодно и спутниковую фотосъемку. С минимальными затратами и оптимальным качеством.
Какое минимальное количество спутников для этого понадобится?
Первая мысль которая приходит в голову, рисуем вокруг Земли равносторонний треугольник, и в вершинах его размещаем спутники. Получается что между спутниками прямая связь, и каждый спутник обслуживает дугу в 120 градусов. Естественно, что спутник размещенный на орбите с высотой, равной радиусу планеты, будет относительно ее поверхности перемещаться. Но для высокой техники сверхцивилизации это не страшно. Если уже сейчас, когда мы не умеем доставлять экспедиции даже на Марс, не говоря уж о других звездных системах, терминалы Starlink прекрасно наводятся на низкоорбитальные спутники, то уж там явно сделать терминал с фазированной решеткой не проблема.
Но это было бы хорошо, будь у нас двумерный случай. В случае же трехмерного шарика 100% покрытие получается только по экватору. И то на середине межспутникового интервала рельеф сильно мешать будет.
Соответствнно, вероятно спутниким надо чуточку выше запускать. Но чем они выше, тем больше межспутниковые расстояния. Если вывести эти три спутника на геостационарную орбиту, то в случае необходимости передавать сигнал через два спутника там пинг приблизится к секунде, поскольку сигналу придетя преодолить сначала высоту геостационарной орбиты (36000 км) потом меежспутниковое расстояние, равное корню из трех радиуса (т.е. высоты + радиус Земли) и еще раз высоту, а потом все то же самое обратно.
Кажется что наличие трех орбитальных плоскостей с трем спутниками на каждой на высоте орбиты равной радиусу Земли с (чтоб получился равносторонний треугольник. описанный вокруг Земли) обеспечат достаточное покрытие.
no subject
no subject
Это аборигенам плевать на связь в полярных районах. У планетологов может быть другое мнение. Смотрим с какой интенстивностью сейчас земляне копаются в полярных районах Луны и Марса. Ну и на Земле - Арктика это кухня погодны всего Северного полушария, а покровные ледники Атарктитды и Гренландии - естственная летопись состава атмосферы на целые геологические эпохи
Поэтому время, которое экспедиция из дюжины человек тратит на изучение полярных районов обследуемой планеты может быть непропорционально велико по сравнению с их площедью.
no subject
Связь и фотосъемка требуют кардинально разных орбит. Для фотосъемки нужны солнечно-синхронные орбиты, как у реального Landsat-7.
Для связи проще всего развесить три (а если нужна отказоустойчивость - пять) спутника на стационарную орбиту. Да, пинг большой, зато трекать не надо. Если есть желание трекать, то можно повесить пониже, но не на радиус, а на два с хвостиком, чтобы друг друга видели и могли ретранслировать (собственно, именно так в KSP все и делают).
Если надо покрыть полярные области, то не надо изобретать велосипед, а надо взять две молниеподобных орбиты, одну с апоцентром над северным полюсом, другую - над южным, и на каждой с интервалом в полупериод повесить два спутника (для отказоустойчивости - три с зазором в треть периода). Тогда в любой момент времени хотя бы один (бОльшую часть времени - два) спутник висит достаточно высоко над полюсом, чтобы покрыть все приполярные области, и он, естественно, видит спутники на экваториальной орбите для ретрансляции.
Ленивые KSPшники с той же целью вешают три спутника с мощной антенной на высокую полярную орбиту. Если не хотеть высокую, то можно и на низкую, но тогда временами в районе полюсов не будет связи, что, кстати, может быть вполне приемлемо.
no subject
Вот это тоже интересно насчет связи и фотосъемки. Выгдно ли при ограниченных ресурсах использовать разные спутники для этих задач?
В случае обитаемой планеты с миллионами абонентов и, соотвественно, тысячными облаками низкоорбитальных спутников, естественно эти задачи совмещать.
Если спутников мало, то возникают всякие мысли по поводу солнечно-синхронных орбит чтоб из немногочисленных спутников выжать максимум, напревав на ночную съемку в инфракрасном окне прозрачности. А может быть эта спектральна зона тоже что-то интересное можнет рассказать?
no subject
Зависит от задач. "Фоточки с пролетной траектории" - тоже популярный в современности жанр. Но если мы говорим о реальном исследовании, то со спутниками ситуация, как с недвижимостью: главное - это орбита.
Плюс к тому: качественное фотооборудование не может быть легким и компактным, равно как и качественная антенна, поэтому совмещенный спутник связи и фото будет плохо фотографировать и плохо ретранслировать - а еще обе эти активности будут драться за ограниченный бюджет энергии.
Тем паче что, как мы видим с реальным Ландсатом, чтобы отфотографировать всю планету в пристойном качестве, нужен один (прописью: один) спутник. Преимущество более свежих максаровских спутников в более быстром обновлении информации - но их и больше, а для планетолога обновление картины планеты раз в месяц вполне приемлемо.
> В случае обитаемой планеты с миллионами абонентов и, соотвественно, тысячными облаками низкоорбитальных спутников, естественно эти задачи совмещать.
Так почему же старлинки не фотографируют, а максаровское созвездие не ретранслирует?
> возникают всякие мысли по поводу солнечно-синхронных орбит чтоб из немногочисленных спутников выжать максимум
Не надо изобретать велосипед. Есть помянутый мной Ландсат на помянутой мной ССО. Если вам нужен инфракрасный спектр, повесьте ССО-спутник над терминатором снимать территорию перед локальным восходом или после локального заката - да, неидеально, зато солнечные батареи всегда подсвечены, что при локальной полуночи обеспечить затруднительно.
no subject
Мы рассматриваем не современность, где космонавтика практически превратилась в карго-культ, а более-менее развитую цивилизацию, в которой экспедиционные исследования экзопланет - налаженная рутина.
Но экзопланет много. Настолько много что даже мультипланетная сверхцивилизация не может выделить на каждую звездную систему, достойнюую изучения, значительные ресурсы.
Соответственно имеем один экспедиционный корабль, 12-15 человек народа, из которого примерно половина технический персонал (экипаж), а не исследователи, и пару-тройку месяцев на всё про всё. То есть это на Землю или Марс пару-тройку месяцев, а на какой-нибудь Энцелад хорошо если неделю удастся выделить. У них там в полетном плане после Солнца еще пяток звездных систем, которые надо обследовать. И полная уверенность, что если они не найдут чего-то очень интересного, в следующий раз эти системы прилетят обследовать через несколько веков.
no subject
Теперь обратно к теме. Ландсат-7 делает полный цикл по Земле за 16 дней. На чем-то большем это займет большее время, на чем-то меньшем - меньшее. Разрешение в видимом диапазоне около 30 метров на пиксел - и это технологии 90-х. "Так чего ж еще тебе, собака, нужно" - в том смысле, что вот за две недели на планету земных габаритов есть полная съемка, причем не видимым диапазоном единым. И рельеф есть, да, с примерно сходным разрешением, но для двух- или пятикилометровки сгодится. А если прищуриться и поднять разрешение на порядок (физика позволяет и на два), то у вас есть пятисотметровая топокарта.
И раз уж дело в неделях и месяцах, то вешаете на экваториальной орбите два ретранслятора диаметрально противоположно друг другу, и по одному ретранслятору на южную и северную "молнию". В итоге у вас почти в любой точке шарика примерно 2/3 времени есть связь с длиной дырок порядка часов, что одновременно незначительное препятствие и с литературной стороны сразу потенциал для классического сюжета: "случилась жопа, а связи нет".
no subject
С Королевым ещзе хуже. Это раннее детство земной космонавтики. Цивилизация-младенчик выбралась из колыбельки ползает по гоманвским траекториям и тянет в рот всё, до чего может дотянуться.
Очевидно что ни одна более-менее взрослая цивилизация так себя вести не будет.
no subject
no subject
На какой высоте и возможно ли это для спутников — не знаю.
no subject
Плоскость орбиты спутника обязательно проходит через центр плаенты, вокруг которой он обращается. Поэтому тетрэр не получится. Придется из плоских фигур, пересекающихся по диаметру планеты нужную конфигурацию набирать.
no subject
зы. об том, чтобы расстояния были одинаковыми и т.п. речь, вроде, не шла...
no subject
пара спутников на экваториальной орбите. И две полярные орбиты по два спутника. Вроде всегда получается по 90 градусов.
no subject
На получается по 90. Получается по 180.
Вообще тут надо рассматтривать еще следующие факторы 1. Какова должна быть минимальная высота спутника над горизщонтом, чтобы с ним была возможна устойчивая связь? Если у нас на орбите всего два спутника, то вкакой-то части Земли оба неизбеждно будут ниже горизонта. 2. Какое расстояние должен пройти радиосигнал туда и обратно через несколько спутников, чтобы обеспечить обмен информацией между двумя абонентами в разных точках Земли* В раскинскуие 150мс мы не уложимся, конечно но все-так ждать ответа секундами это полохо.
no subject
С "иногда октаэдром" не получилось.
Может получится с "иногда кубом"?