Die Machbarkeit eines Satelliten, der zu einer festen Zeit umkreist

Ich sprach mit einigen Freunden von mir, von denen einer ein Luft- und Raumfahrtingenieur war. Er postulierte die Unmöglichkeit eines hypothetischen „Margaritaville-Satelliten“, der die Erde so umkreiste, dass es, wo immer er sich oben befand, sechs Uhr war (die Idee war, dass der Margaritaville-Satellit rund um die Uhr in Happy Hour ist), was der Erde entspricht Drehung genau.

Es gab jedoch Meinungsverschiedenheiten darüber, ob der Satellit tatsächlich in eine solche Umlaufbahn gebracht werden könnte oder nicht, als ob er sich mit exakter Erdgeschwindigkeit drehen würde und praktisch nur direkt auf die Erde "fallen" würde.

Ist es möglich, die Umlaufbahn eines Satelliten mit der Tageszeit der Erde zu synchronisieren, ohne irgendeine Art von Antrieb, um ihn in der Luft zu halten?

@Pearsonartphoto: Was bedeutet hier "mit exakter Erdgeschwindigkeit rotieren"? Satelliten tun dies ständig; das ist eine geostationäre Umlaufbahn . Eine Umlaufbahn mit "fester Zeit" müsste mit der Winkelgeschwindigkeit der Sonne umkreisen , wie von der Erde aus gesehen (oder äquivalent der Winkelgeschwindigkeit der Erde in ihrer Umlaufbahn um die Sonne), was in einer Höhe von etwa 2,1 x 10 erreicht werden könnte ^6km.
Es entspricht ungefähr einem Jet, der sich mit der Geschwindigkeit der Erdrotation nach Osten bewegt. Im Wesentlichen würde dieser Jet bis zu seiner Landung auf der gleichen Sonnenzeit bleiben. Der nach Osten gerichtete Vektor bleibt in diesem Fall derselbe, wobei die Nord/Süd-Komponente eine korrekte Umlaufbahn ermöglicht.
@Pearsonartphoto: Das ist die Geschwindigkeit des Jets relativ zum Boden : nach Westen mit der Geschwindigkeit der Erde und leicht nach Osten mit der Geschwindigkeit der Sonne über den Himmel. Bei einem umlaufenden Satelliten ist nur letzteres beteiligt.
Heute viel zu müde, um irgendetwas Vernünftiges zu beantworten ... Guter Fang bei meiner Ost/West-Mischung ... Aber ich bin immer noch der Meinung, dass der Vektor des Satelliten so sein würde, dass das Kreuzprodukt des sich nach Westen bewegenden Jets und des Nordvektors wäre gleich Umlaufgeschwindigkeit. Wenn sich der Satellit am Boden bewegt, ändert sich im Wesentlichen die Bodenzeit relativ zu der Geschwindigkeit des Satelliten.
@Pearsonartphoto: Ja, von der Erde aus gesehen würden der Satellit und das Flugzeug den gleichen gewünschten Effekt erzielen, indem sie in Bezug auf die Sonne stationär erscheinen. Aber die Umlaufgeschwindigkeit des Satelliten wird nicht relativ zu einem Punkt auf der sich drehenden Erdoberfläche gemessen.

Antworten (3)

Es gibt definitiv Satelliten, die dies erreichen. Die Art der Umlaufbahn wird als „ sonnensynchron “ bezeichnet. Es kann nicht immer 18:00 Uhr sein, aber es kann immer entweder 18:00 Uhr oder 6:00 Uhr sein. Der Trick besteht darin, dass es sich um eine leicht rückläufige polare Umlaufbahn handelt, die dieses Kunststück ermöglicht.

Es ist sehr üblich, dass Erdbeobachtungssatelliten (und übrigens Mars-, Mond-, Venus- und Merkurbeobachtungssatelliten) dieser Art von Umlaufbahn folgen, da die Beleuchtung für alle Fotos gleich bleibt.

Aber nicht ganz gleichzeitig, der schnellste (niedrigste) LEO ist etwa 80 Minuten, also würde es eine halbe Stunde von Nord nach Süd dauern. Nach ein paar Margaritas wäre es dir natürlich egal
@Martin: Eigentlich ist es zumindest die mittlere Sonnenzeit. Der Trick besteht darin, dass sich die Umlaufbahn für Ihre halbstündige Bewegung am Boden um mehr als eine halbe Stunde verschiebt. Es ist irgendwie seltsam, aber es funktioniert.
Ja, ich hatte gedacht, dass es nicht funktioniert, da überall auf dem Meridian die gleiche Unmittelbarkeit der lokalen Sonnenzeit vorhanden ist. Aber natürlich ändert sich auch der 'Ort' unter dem Satelliten von Ost nach West. Es war ein flüssiger relativistischer Effekt (dh zu spät + nicht genug Kaffee!)
Beachten Sie, dass dies davon abhängt, welche "Zeit" gesucht wird. Wenn es mittlere Sonnenzeit ist, funktioniert die hier beschriebene Lösung (und es ist sehr clever, die Umlaufbahn ein wenig zu neigen, um die Bewegung der Sonne während eines Umlaufs zu kompensieren). Ich bin mir nicht sicher über die scheinbare Sonnenzeit. Damit dies funktioniert, müsste die Ebene der Umlaufbahn des Satelliten im Laufe des Jahres mit unterschiedlicher Geschwindigkeit präzedieren (um eine Achse senkrecht zur Ebene der Ekliptik). Vielleicht gibt es eine Möglichkeit, den gleichen Effekt mit einer exzentrischen Umlaufbahn zu erzielen, die um eine Achse senkrecht zur Ebene dieser Umlaufbahn präzediert.
Wenn es Uhrzeit ist, ist das natürlich unmöglich, da es in jeder Zeitzone für einen Augenblick nur 6:00 Uhr ist.

Stimmt mit der Antwort von Ted Bunn überein, dass es möglich ist, einen Satelliten mit Hilfe der Lagrange-Punkte über einen festen Zeitpunkt auf der Erde zu halten. Einer dieser L-Punkte befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Sonne, was nicht viel hilft. Bei den anderen vier gibt es zwei Probleme. Einer ist, dass es genau vier Lösungen gibt, die genau 4 Ortszeit auf der Erde entsprechen: High Noon; Mitternacht; UNGEFÄHR 7 Uhr morgens; und ungefähr 17 Uhr. Das andere Problem ist, dass alle diese L-Punkte weit, weit außerhalb von LEO oder der geosynchronen Umlaufbahn liegen.

Eine andere Möglichkeit, die sehr wenig stationären Treibstoff verbrauchen würde, wäre, den Satelliten in genau die gleiche Umlaufbahn um die Sonne wie die Erde zu schicken. Für einen erdgebundenen Beobachter würde es daher so aussehen, als befände sich der Satellit immer über dem Teilungspunkt von Tag und Nacht (6:00 Uhr oder 18:00 Uhr, je nachdem, ob der Satellit der Erde in der gemeinsamen Umlaufbahn um die Erde vorauseilt oder ihr nacheilt Sonne).

Der Satellit müsste viel, viel weiter entfernt sein als die geostationäre Umlaufbahn, um der ständigen Anziehungskraft der Erde standhalten zu können. Es könnte möglich sein, es weit genug außerhalb und nahe genug in der Mondumlaufbahn zu platzieren, um genügend periodische Mondanziehungskraft zu erhalten, um die Positionshaltung zu unterstützen.

Es sind also sechs Lösungen aufgetaucht, um die Position über eine feste lokale Erdzeit mit wenig oder keinem Kraftstoffverbrauch zu halten: ~7:00 Uhr; 6.00; Mittag; ~17:00 Uhr; 18:00 Uhr; und Mitternacht. Glücklicherweise fällt eine dieser Lösungen mit der „Margaritaville-Zeit“ zusammen.

Abgesehen von der von @Pearsonartphoto erwähnten sonnensynchronen Umlaufbahn gibt es noch eine andere Möglichkeit. Wenn Sie möchten, dass Ihr Satellit relativ zur Erde und zur Sonne eine konstante Position beibehält, können Sie ihn an einem der Erde-Sonne- Lagrange-Punkte platzieren . Bei L1 ist es immer Mittag und bei L2 immer Mitternacht. L4 befindet sich immer direkt über einem Punkt auf der Erde, der einer Zeit am Morgen entspricht, und L5 befindet sich immer direkt über einem Punkt, der einer Zeit am Nachmittag entspricht, obwohl in letzteren Fällen die Punkte so weit entfernt sind, dass es ein bisschen komisch ist diese terrestrischen Tageszeiten mit den Zeiten an Bord des Satelliten zu identifizieren.

Die Machbarkeit eines Satelliten, der zu einer festen Zeit umkreist
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