Kann ein Satellit die Erde so umkreisen, dass er den Mond immer im Blick hat?

Wenn ich Ihre bearbeitete Frage verstehe, dann nein. Während der J2 (Abgeflachtheit) der Erde genug Drehmoment erzeugt, um einmal im Jahr eine sonnensynchrone Umlaufbahn zu drehen, erzeugt er nicht genug Drehmoment, um einmal im Monat eine "mondsynchrone Umlaufbahn" zu drehen. Es gibt also keine solche Umlaufbahn.

Mir ist nicht klar, was der Nutzen einer solchen Umlaufbahn wäre, selbst wenn sie existierte. Wenn Sie Antennen aus der Nähe der Erde auf den Mond richten, können Sie viel mehr Antennen und viel größere Antennen auf der Erdoberfläche haben, als Sie für die gleiche Menge in die Erdumlaufbahn bringen könnten Geld. Sie müssten nur Ihre Gesamtöffnung durch drei teilen, um den Nachteil zu berücksichtigen, dass Sie den Mond nicht immer sehen können.

http://en.wikipedia.org/wiki/Lagrangian_point

Ein Satellit, der am L1-Punkt oder L2-Punkt umkreist, wäre in ständigem Kontakt mit dem Mond. Leider ist keines davon besonders nützlich, um mit einer Mondmission in Kontakt zu bleiben. Der L1-Punkt liegt zwischen Erde und Mond und würde keine Vorteile bieten, wenn man den Empfänger einfach auf die Erde setzt. Der L2-Punkt befindet sich auf der anderen Seite des Mondes und wäre daher nicht in der Lage, mit der Erde zu kommunizieren.

http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19680015886.pdf

Dieser Artikel scheint genau das zu sein, was Sie wollen. Sie schlussfolgern, dass ein Satellit in der Nähe von L2 funktionieren würde.

Es ist auf mehrere Arten möglich. Lassen Sie uns zuerst die Dummen aus dem Weg räumen.

1. Wie ich kommentierte, können Sie den Mond selbst umkreisen. Technisch korrekt, denn alles, was den Mond umkreist, umkreist auch die Erde.

2. Sie können Ihren Satelliten groß genug machen, damit er immer eine Sichtlinie hat. Ein riesiger Pol, der etwas länger als der Durchmesser der Erde ist, kann so angeordnet werden, dass er umkreist, sodass ein Punkt in Sichtlinie ist.

3. Ebenso können Sie Ihren Satelliten die Erde umkreisen lassen (ein Niven-Ring oder eine Dyson-Kugel).

Nicht um die Ecke liegende Antworten:

4. Sie können an einem Lagrange-Punkt umkreisen. Wie dieses Diagramm genau Ihrer Situation zeigt, alle außer$L_3$sind gut:

5. Ich habe die Zahlen dazu nicht ausgeführt, aber es sollte möglich sein, eine synchronisierte polare Umlaufbahn mit dem Mond zu machen. Ich habe mir ein einfaches Beispiel ausgedacht:

   Sprich die Bahnneigung des Mondes waren$0^{\circ}$und kreisförmig. Richten Sie Ihren Satelliten auf der gleichen Umlaufbahn, aber geneigt ein$90^{\circ}$und um eine Viertelumlaufbahn zurück. Es mag ein wenig schwer vorstellbar sein, aber in dieser Konfiguration verläuft die Sichtlinie niemals durch die Erde.

Wenn der Zweck die Satellitenkommunikation zwischen Erde und Mond ist, hier ist meine Rangfolge der Optionen, von einfach und billig bis exotisch und teuer:

1. Keine Satelliten , eine Reihe von Laser-Bodenstationen operiert von der Erdoberfläche zu einem oder zwei Orten auf dem Mond. Die der Erde zugewandte Seite des Mondes hat immer eine Sichtverbindung zur Erde, es ist viel billiger, ein bodengestütztes Lasernetzwerk zu erstellen, und sie müssen auch nicht am Ende eines riesigen Feuerwerks stehen. Mondsprung [Wikipedia]
2. Erde-Mond L4/L5 Lagrange-Punkt-Satellit. Ein Satellit hat immer Sicht auf Erde und Mond. Vorteile sind, dass Sie bei einem riesigen Feuerwerk nur eine Sache brauchen, und diese Punkte sind stabil, sodass es dort bleiben sollte, ohne dass Treibstoff für die Kurskorrektur benötigt wird. Die Nachteile sind, dass Sie immer noch ein erdbasiertes Netzwerk von Bodenstationen oder Satelliten benötigen, mit denen Sie sich verbinden können, wenn sich die Erde dreht, und die Daten zwei Seiten eines Dreiecks vervollständigen, sodass die ohnehin schon schlechte Latenz (1300 ms) noch schlimmer wird (~ 2300ms). EM L-Punkte [Hyperphysik]
3. 1 Die Erde befand sich in einer weiten polaren Umlaufbahn . Indem Sie die Umlaufbahn mit der des Mondes synchronisieren, könnten Sie sicherstellen, dass die Erde niemals die Sichtlinie blockiert. Dies würde jedoch sowohl eine breite Umlaufbahn erfordern, um die Winkelgröße der Erde zu minimieren, als auch einen langen Zeitraum, um es dem Mond zu ermöglichen, die Winkelgröße der Erde während eines Bruchteils seiner Umlaufbahn zu durchqueren. Hilfreicherweise gehen lange Laufzeiten und große Umlaufradien Hand in Hand. Ich denke, ein ungerader Bruchteil der Mondumlaufzeit (1/3, 1/5, 1/7) würde eine Anordnung ermöglichen, die eine direkte Ausrichtung der Erde zwischen ihnen verhindert. Ich weiß nicht, ob die Sonne dies aus der Reihe ziehen würde, daher könnte gelegentlicher Antrieb erforderlich sein.
4. Erde-Mond L1 . Wieder ein Satellit, also eine riesige Rakete, aber diesmal braucht sie Antrieb, da L1 kein stabiler Punkt ist (wenn sie von L1 wegdriftet, muss sie sich selbst zurücktreiben). Mit Ionentriebwerken sollte das aber machbar sein, also nur ein mäßig vergrößertes Feuerwerk. Direkt zwischen Erde und Mond zu sein, hätte 2 Vorteile - leicht zu finden und die niedrigste Latenz.
5. 2+ Erdsättel , orthogonale polare Umlaufbahnen oder gleiche Umlaufbahn 180 Grad voneinander entfernt. Der eine oder andere Satellit kann immer den Mond sehen, denn wenn einer von der Erde verdeckt wird, ist der andere nicht. Gleiche Anforderung für ein bodengestütztes Netzwerk. Aufschäumen, ausspülen, für weitere Satelliten wiederholen.
6. 1 Die Erde befand sich in einer polaren Umlaufbahn (wie in der Frage), aber mit einem Materieschaufel-betriebenen Ionentriebwerk, das eine kontinuierliche Kurskorrektur durchführte . Den Satelliten zu bauen und dort aufzustellen ist einfach, aber der Antrieb wäre völlig experimentell. Es würde sich lohnen, einen Schwestersatelliten mit Kernbrennstoff aufzustellen, damit Sie etwas länger damit verbringen können, die Technologie zu verfeinern, wenn der erste festsitzt.

Fillan Grady hat bereits Beispiele für das Umkreisen eines Lagrange-Punktes gegeben, aber basierend auf Ihrer Antwort darauf und der anschließenden Bearbeitung scheint es, dass Sie eher eine traditionellere Erdumlaufbahn als einen Lagrange-"Cheat" wollen. Aber ich möchte darauf hinweisen, dass diese Punkte gültige Wege sind , um die Erde zu umkreisen, und es gibt einen Grund, warum sie so nützlich sind.

Fazit: Wenn Sie die L-Punkte abziehen, ist es nicht sehr wahrscheinlich und schon gar nicht in einer niedrigen Umlaufbahn. Jede Satellitenumlaufbahn muss einem Großkreis folgen und muss daher den Äquator an zwei Punkten kreuzen. Dies gilt sogar für polare Umlaufbahnen. Darüber hinaus bleiben diese Kreuzungspunkte relativ zur Himmelskugel fest (es sei denn, Sie berufen sich auf eine Art Gravitationspräzession), während sich der Mond um die Erde dreht. Das bedeutet, dass der Mond während dieser Überquerung irgendwann mit ziemlicher Sicherheit gegenüber der Erde stehen wird.

Was Sie tun müssen, ist eine polare Umlaufbahn zu finden, die hoch genug ist (und mit der richtigen Periode und Phase relativ zur Umlaufbahn des Mondes), dass die Erde klein genug ist, um den Mond während keiner dieser Überquerungen jemals zu verdecken. Betrachten Sie einen Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn (24-Stunden-Periode). Eine Berechnung der Rückseite der Hüllkurve besagt, dass die Erde einen Winkeldurchmesser von etwa 20 Grad zu haben scheint. Der Winkelanteil der Umlaufbahn des Mondes, den dies auf der der Erde gegenüberliegenden Seite verbirgt, wird sogar noch größer sein. Geht man jedoch von einer Kreisbahn von 27 Tagen aus, bedeckt der Mond nur etwa 13 Gradseiner Umlaufbahn pro Tag, wenn also der Mond während einer Umlaufbahn kurz davor steht, hinter die Erde zu gehen, wird er auf der anderen Seite noch nicht herausgekommen sein, wenn Ihr Satellit 24 Stunden später an denselben Punkt zurückkehrt.

Nun, eine geosynchrone polare Umlaufbahn würde bereits ziemlich viel Energie benötigen, um sie zu erreichen, und sie ist nicht einmal annähernd das, was Sie benötigen würden. Sie müssten ein ganzes Stück höher fliegen, und es wäre mit ziemlicher Sicherheit billiger, zu L1 zu starten oder ein Netzwerk aus mehreren Satelliten auf Umlaufbahnen mit geringerer Höhe und geringerer Neigung zu verwenden. Aber Sie haben gesagt, dass Sie eine Umlaufbahn in geringer Höhe wollen – das lässt die Erde größer erscheinen, was die Zeit verlängert, in der sich der Mond hinter ihr befindet, während gleichzeitig die Häufigkeit erhöht wird, mit der sich der Satellit in diesem Schatten befindet.

Eine weitere Option - überhaupt nicht im Orbit. Sie können Sonnensegel verwenden, um einen Satelliten über dem Nord- oder Südpol oder der Erde zu schweben. Das Patent darauf ist abgelaufen, Sie können es tun.

Beachten Sie, dass ein solcher Satellit weit draußen sein muss, die Verzögerung, die durch den Satelliten geht, ist erheblich größer als die Verzögerung Erde-Mond. Auf der anderen Seite wird es die Kommunikation mit einem Satelliten in äquatorialer Umlaufbahn aufrechterhalten, wenn es "hinter" den Mond geht, solange es sich nicht in einer zu niedrigen Umlaufbahn befindet.

http://en.wikipedia.org/wiki/Statite

Ja. Sie können es an jedem der Lagrange-Punkte platzieren, die eine Sichtlinie zum Mond haben. Die erste Lösung, die ich untersuchen würde, wäre, es in einer Umlaufbahn um den Mond selbst auf einer Route zu platzieren, die im Allgemeinen senkrecht zur Erde verläuft.

Es sollte eine Reihe akzeptabler orbitaler Lösungen für dieses Problem geben, und der Umgang mit größeren Körpern weiter draußen kostet den geringsten Treibstoff für die Wartung (aber eine größere Menge für den Start).

Neben der Umrundung von Lagrange-Punkten kann eine Umrundung der Erde oder des Mondes von 90 Grad in Bezug auf die Neigung der Erde-Mond-Ebene eine Lösung sein. Es gibt ein einfaches Bild, das ich gemacht habe.

Die erste (um die Erde kreisende) kann die billigste Lösung von allen sein, da sie eine niedrige Umlaufbahn hat.

Ja, es ist möglich.. Eine polare Umlaufbahn, die einen Längsübergang von genau der Geschwindigkeit hat, mit der der Mond die Erde umkreist, würde so etwas zulassen.