Sind sonnensynchrone Umlaufbahnen immer von Nord nach Süd?

Sie haben recht mit Ihrem Verständnis,

Sobald es die Nähe des Südpols erreicht, insbesondere den südlichsten Punkt seiner Umlaufbahn, wird es nach Norden fliegen.

Der Grund, warum sie von Nord nach Süd sagten , ist, um es von den Umlaufbahnen zu unterscheiden, die von West nach Ost verlaufen (die übrigens von West nach Ost bleiben).

Dies wird auch sehr schön durch die Bodenspur des Satelliten demonstriert: Der Satellit bewegt sich abwechselnd nach Süden und Norden.

(Quelle: tornado.sfsu.edu )

Die Nord-Süd-Bewegung (oder Süd-Nord) selbst erzeugt keine sonnensynchrone Umlaufbahn. Es ist tatsächlich die Abweichung von der geraden Nord-Süd-Richtung, gekoppelt mit der Abflachung des Primärsystems (des Planeten oder eines anderen Körpers, den der Satellit umkreist), die sonnensynchrone Umlaufbahnen ermöglicht.

Der Wikipedia-Artikel zur Knotenpräzession ist eine gute allgemeine Quelle zu diesem Thema.

Wenn sich ein Planet weit entfernt von einem signifikanten Gravitationsobjekt (wie der Sonne) befindet und sich nicht dreht, nimmt er aufgrund der Schwerkraft eine Kugelform an. Umlaufbahnen um ein kugelsymmetrisches Objekt sind sehr einfach: Sie ändern ihre Form nicht, sie ändern ihre Ausrichtung nicht usw. Aber kein Planet ist genau kugelförmig, und die Abweichung eines Planeten von der Kugelform kann zu einer interessanten Entwicklung der Umlaufbahnen um ihn herum führen.

Wenn sich ein Planet dreht, wölbt sich der Äquator durch die Zentrifugalkraft. Diese Situation kann als eine etwas kleinere kugelförmige Masse angesehen werden, wobei die Wölbung eine "zusätzliche Masse" ist (ausreichend, um die tatsächliche Masse des Planeten zu ergeben), die um den Äquator des rotierenden Planeten zentriert ist. Wenn ein Objekt mit einer Neigung von beispielsweise 45° umkreist, wenn es sich über der Nordhalbkugel befindet, zieht diese zusätzliche Masse den Satelliten sanft nach Süden. Schließlich erreicht es den Äquator, wo es "einen Knoten überquert". Knoten sind die Stellen, an denen die Umlaufbahn die Äquatorialebene schneidet. Der aufsteigende Knoten ist der Ort, an dem der Satellit von der südlichen zur nördlichen Hemisphäre wechselt, und der absteigendeKnoten ist das Gegenteil. Aufgrund dieser südlichen Anziehungskraft über der Nordhalbkugel erreicht der Satellit den absteigenden Knoten etwas früher, weiter westlich, als dies der Fall wäre, wenn der Planet rein kugelförmig wäre. Die Ebene seiner Umlaufbahn hat sich nach Westen gedreht!

Während über der südlichen Hemisphäre die Ausbuchtung nach Norden zieht, erreicht sie den aufsteigenden Knoten noch früher, sodass sich die Umlaufbahn noch weiter in die gleiche Richtung gedreht hat. Die Ausbuchtung (und das daraus entstehende Drehmoment auf den Satelliten) bewirkt eine Präzession der Bahnebene.

Die Gleichung, die die Rate dieser Präzession mit den Eigenschaften des Planeten und der Umlaufbahn in Beziehung setzt, lautet

$$\omega_p = -\frac{3}{2} J_2\frac{R_p^2}{p^2}\omega \cos i$$ Wo$\omega_p$ist die Präzessionsrate in Radiant pro Sekunde,$J_2$ist ein Parameter, der die Abweichung des Schwerefelds von der Kugel beschreibt, die sich aus der Ausbuchtung ergibt,$R_p$ist der durchschnittliche Radius des Planeten,$p$ist das "Semi-Latus-Rektum" der Augenhöhle, ein Parameter, der sich auf die Größe und Exzentrizität der Augenhöhle bezieht,$\omega$ist die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit des umlaufenden Objekts um die primäre ($2\pi$Radianten dividiert durch die Umlaufzeit) und$i$ist die Bahnneigung. Der Wikipedia-Artikel gibt eine etwas andere Version dieser Gleichung an, aber sie sind gleichwertig.

Für eine qualitative Beschreibung der Präzession müssen Sie den größten Teil dieser Gleichung nicht beachten. Wenn die Exzentrizität und Größe der Umlaufbahn unverändert bleibt, dann alles links davon$\cos i$ist konstant. Mit einem positiven$i$("Prograde Orbit"), der aufsteigende Knoten wandert nach Westen (die "negative" Richtung), wie im obigen qualitativen Beispiel.

Aber während die Erde um die Sonne kreist, wandert die Richtung vom Erdmittelpunkt zur Sonne in einem an den Sternen befestigten Bezugssystem (einem „Trägheits“-Koordinatensystem) nach Osten . Um eine sonnensynchrone Umlaufbahn herzustellen, muss die Neigung erfolgen$\cos i$negativ, wodurch diese westliche Präzessionsrichtung umgekehrt wird. Zu machen$\cos i$Negativ,$i$muss größer als 90° sein ($\frac{\pi}{2}$Bogenmaß) oder rückläufig – aber nur geringfügig.

Wenn Sie alle Parameterwerte in die Gleichung einsetzen und ein Objekt in einer niedrigen kreisförmigen Erdumlaufbahn (kreisförmiges LEO) annehmen,$i$endet irgendwo bei 97-98°, abhängig von der genauen Umlaufbahnhöhe. Diese ist nur 7-8° von der geraden Nord-Süd-Richtung entfernt, daher wird sie allgemein als polare Umlaufbahn bezeichnet. Aber diese 7-8° der rückläufigen Komponente, die Abweichung von der genauen Polarität, ist entscheidend für die Sonnensynchronität. In der Tat, wenn die Umlaufbahn genau polar ist,$i$ist 90° also$\cos i$Null ist und keine Präzession auftritt.

Für Umlaufbahnen in höheren Lagen$\omega$ist kleiner, also zu pflegen$\omega_p$auf den sonnensynchronen Wert$\cos i$muss einen größeren negativen Wert haben. Dies bedeutet, dass seine Umlaufbahnneigung weiter von der genauen Polarität entfernt sein muss.

Zusätzlich zu der Antwort von Hans sind dies die Begriffe, die in der Raumfahrtgemeinschaft verwendet werden, um die Umlaufbahnen zu beschreiben, auf die Sie sich beziehen.

Satelliten, die "von Norden nach Süden" umkreisen, werden als polare Umlaufbahnen bezeichnet . Dies sind alles Umlaufbahnen, die den Satelliten über den Polen platzieren. Diese Bahnen haben eine Neigung (Winkel zwischen der Ebene der Bahn und dem Äquator) von etwa 90º.

Eine sonnensynchrone Umlaufbahn gehört zur Gruppe der polaren Umlaufbahnen. Seine Neigung beträgt etwas mehr als 90º (abhängig von der Höhe der Umlaufbahn). Dadurch wird sichergestellt, dass die Umlaufbahn relativ zur Sonne in der gleichen Position bleibt. Das bedeutet, dass der Satellit jeden Tag zur gleichen Tageszeit einen bestimmten Punkt auf der Erde überfliegt, was für einige Anwendungen wertvoll ist.