Im Orbit im Kreis reisen

Was ist erforderlich, damit ein Satellit 400 km über dem Nordpol positioniert bleibt und somit relativ zur Erdoberfläche im Wesentlichen stationär erscheint? Könnte dies am besten erreicht werden, indem der Satellit in eine Sonnenumlaufbahn mit der gleichen Periode wie die Erde gebracht wird, nur 400 km über dem Pol?

Du meinst, eine geostationäre Umlaufbahn ist zu weit von der Erde entfernt für dich?
@AtmosphericPrisonEscape Geostationär ist sowieso nur über dem Äquator.
Eine Sonnenumlaufbahn mit der gleichen Periode wie die Erde, nur 400 km über dem Pol ist nicht möglich, die Sonne muss in der Ebene der Umlaufbahn stehen und nicht darunter.

Antworten (2)

Könnte dies am besten erreicht werden, indem der Satellit in eine Sonnenumlaufbahn mit der gleichen Periode wie die Erde gebracht wird, nur 400 km über dem Pol?

Nein. Zumindest nicht, ohne dass es kontinuierlich einen Schub gegen die Erde ausübt.

In einer Entfernung von nur 400 km über der Erdoberfläche wird die Erdanziehungskraft (Beschleunigung zur Erde hin) immer noch annähernd dem Wert an der Erdoberfläche (9,8 m/s/s) entsprechen.

Wenn Sie ein Objekt „magisch“ geostationär zur Erde platzieren könnten, 400 km direkt vom Nordpol entfernt, und es dort freigeben könnten, würde es dort nicht bleiben. Ja, technisch gesehen wird es in einer Umlaufbahn um die Sonne sein, genau wie die Erde. Aber es wird nicht in der Umlaufbahn um die Erde sein, also wird es auf das Schwerkraftfeld der Erde mit einer Abwärtsbeschleunigung von ziemlich genau 1 g reagieren.

Es gibt keine Möglichkeit für ein Objekt, die Erde so zu umkreisen, dass es scheint, als ob es über einem Pol stationär wäre. Es gibt Umlaufbahnen, die es einem Objekt ermöglichen, in hohen Breiten zu "verweilen", aber sie befinden sich tatsächlich in stark geneigten, stark elliptischen Umlaufbahnen (siehe Molniya-Umlaufbahn ); sie können geosynchron sein – die meiste Zeit in derselben Region des Himmels erscheinen und wiederholt denselben Weg am Himmel beschreiben (aus der Sicht eines „festen“ bodengestützten Beobachters), aber sie sind es keineswegs geostationär.

Über geostationäre Umlaufbahnen

Die Schwerkraft folgt dem Abstandsgesetz; Je größer der Abstand, desto kleiner die Kraft. In niedrigen Höhen, wie dort, wo die ISS umkreist, muss sich ein Objekt mit etwa 7,6 km/s fortbewegen, um in der Umlaufbahn zu bleiben (wobei etwa alle 90 Minuten eine Umlaufbahn abgeschlossen wird). Der Mond, der die Erde einmal im Monat in einer Entfernung von etwa 239.000 Meilen umkreist, bewegt sich auf seiner Umlaufbahn mit etwa 1 km/s. Bei etwa 22.000 Meilen müsste ein Objekt etwa 3 km/s zurücklegen und alle 24 Stunden eine Umlaufbahn absolvieren. Bei genau der richtigen Geschwindigkeit und Entfernung verläuft die Umlaufbahn synchron zur Erdrotation. Wenn die Umlaufbahn ebenfalls kreisförmig ist und keine Neigung zum Äquator aufweist, erscheint ein Objekt in dieser Umlaufbahn an einem festen Punkt am Himmel, immer direkt über einem bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche. Weitere Informationen hierzu finden Sie in dieser Frage:Wie bleiben Kommunikationssatelliten über einer bestimmten Region positioniert? und dieser Wikipedia-Artikel .

Ich vermute, dass der Fragesteller mit Satelliten und Umlaufbahnen möglicherweise nicht sehr vertraut ist und daher von einer etwas ausführlicheren Erklärung der geostationären Umlaufbahnen profitieren könnte – insbesondere, warum sie nur in einer ganz bestimmten Höhe und nur über dem Äquator möglich sind. Vielleicht lenken Sie sie auf diese Frage ?
Selbst wenn die Erde keine Kraft auf den Satelliten ausübte, würde er immer noch "abstürzen" - 400 km über dem Pol würde er in eine Umlaufbahn mit ungefähr dem gleichen Radius, der gleichen Exzentrizität, der gleichen Periode usw., aber einer anderen Neigung gebracht. Wenn die Erde nur ein schwereloses Hologramm wäre, würde der Satellit sie 3 Monate später durchqueren und 6 Monate später 400 km über dem Südpol erscheinen - die beiden Orbitalebenen haben ein gemeinsames Zentrum (die Sonne) und schneiden sich gegenseitig, was "400 km über" bedeutet. auf der einen Seite der Sonne ist "400 km tiefer" auf der anderen Seite. Sie können keine Umlaufbahn haben, die nur "vom Massenmittelpunkt versetzt" ist.
Der Satellit, um den es geht, befindet sich nicht in der Erdumlaufbahn. Es befindet sich in einer Umlaufbahn um die Sonne und beschattet die Erde, wobei es im Wesentlichen der gleichen Ellipse folgt, auf der beide die Sonne umkreisen. Die Höhe (möglicherweise über jedem Pol) wurde gewählt, um den atmosphärischen Luftwiderstand zu minimieren, aber nahe genug zu sein, um bei SX1-Geschwindigkeiten schnell jeden Punkt über 23,5 Grad Lat zu erreichen.

4.000.000 km, aber nicht 400 km. Selbst wenn Sie die Erde ignorieren, gibt es keine Sonnenumlaufbahn, die 400 km über dem Nordpol bleibt. Es wird im Laufe eines Jahres von 400 km über dem Nordpol auf 400 km über dem Südpol hin und her schwingen. In der Praxis würde die Schwerkraft der Erde sie schnell nach unten ziehen.

In einer Million Kilometer Höhe ist es möglich, einen Satelliten zu haben, der am Pol schwebt, aber er befindet sich nicht wirklich in der Umlaufbahn, sondern verwendet ein Sonnensegel zum Schweben. Das geht nur, wenn Sie weit genug draußen sind, dass die winzige Kraft eines Sonnensegels ausreicht, um der Schwerkraft des Körpers entgegenzuwirken, über dem Sie zu schweben versuchen. Dies hat tatsächlich einen praktischen Nutzen – Sie könnten einen Fernsehsatelliten über dem Mast platzieren, um Kunden zu bedienen, die zu weit nördlich liegen, um von den äquatorialen Satelliten bedient zu werden. Das Patent ist abgelaufen, es steht Ihnen frei, eines zu bauen.

Bearbeiten: Das Patent: https://www.google.com/patents/US5183225

Könntest du das Patent verlinken, falls es irgendwo online ist?
@PaŭloEbermann, es gibt vor langer Zeit eine Frage mit einem Link dazu. Ich denke, der Erfinder ist auch ein berühmter SF-Autor. Ich werde jetzt nachsehen gehen.
@PaŭloEbermann Ich habe es unter einer anderen Antwort von LorenPechtel gefunden ! Es stellt sich heraus, dass ich in den Kommentaren dort dieselbe Frage gestellt habe wie Sie hier.
@LorenPechtel Vielleicht ist es eine gute Idee, diese und auch diese Antwort zu bearbeiten und einen Verweis auf Robert L. Forward und das zugehörige Patent aufzunehmen. Es ist eine ziemlich interessante und bemerkenswerte Information, es ist besser, sie in Antworten zu speichern, wo sie leicht zu finden sind, als sich nur in Kommentaren zu verstecken.
Ich vermute, dass meine Frage nicht richtig verstanden wurde. Es wird davon ausgegangen, dass eine Positionshaltung ebenso erforderlich ist, wie dies bei Satelliten im geosynchronen Erdorbit der Fall ist. Ein Satellit kann in eine Umlaufbahn um die Sonne gestartet und so positioniert werden, dass er der Erde entweder vorauseilt oder ihr folgt, oder sich so positionieren, dass er sich mit der Erde auf ihrem Weg um die Sonne bewegt. Eine Bewegung um 23,5 Grad nach Norden oder Süden, während der Planet die Sonne umkreist, ist erforderlich, um den Satelliten über dem geografischen Pol zu positionieren. Ein solcher Satellit muss sich nicht von Pol zu Pol bewegen.
@uhoh Ich hatte völlig vergessen, dass ich mich vorher darauf bezogen hatte.
@Jim Ich sehe keine Beweise, dass Ihre Frage nicht verstanden wurde. Vielmehr fehlt es Ihnen an Kenntnissen der Orbitalmechanik - es ist nicht nur das Halten der Position. Um Ihren Satelliten 400 km über einem der beiden Pole zu platzieren, müssten Sie auf Raketen schweben, die 1 g aussenden. Der Teil über das Gehen zwischen den Polen ist, was passieren würde, wenn die Erde nicht da wäre – ich habe einfach gezeigt, dass nicht einmal die Sonnenumlaufbahn selbst funktioniert, selbst wenn Sie die Schwerkraft der Erde ignorieren.
@Jim Stellen Sie sich die Erde in einer kreisförmigen Umlaufbahn um die Sonne vor, wobei sie sich genau in der Mitte der Umlaufbahn befindet. Stellen Sie sich nun einen Punkt über dem Nordpol vor. Wenn sich die Erde um die Sonne dreht, bewegt sich dieser Punkt in einem ähnlichen Kreis, aber jetzt ist die Sonne nicht im Zentrum. Dies ist keine Umlaufbahn um die Sonne. Damit diese Umlaufbahn auf die Sonne zentriert ist, müsste sie geneigt werden, sodass sie nach 3 Monaten (90 Grad) die Erdumlaufbahn durchqueren und nach 6 Monaten (180 Grad) über dem Süden liegen würde Pol, vorausgesetzt, er könnte die Erde durchdringen. Es kann nicht die Erde umkreisen und über dem Pol bleiben.
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