Warum sind ICESAT-2 und CRYOSAT 2 beide fast genau um 92 Grad geneigt?

Esa und Nasa der BBC stellen Satelliten zur Messung des antarktischen Meereises auf und sagen:

Europas Raumsonde Cryosat-2 wurde am Dienstag die Genehmigung erteilt, ihre Umlaufbahn um knapp einen Kilometer anzuheben.

Damit wird die Zahl der Koinzidenzbeobachtungen mit der amerikanischen Icesat-2-Mission enorm steigen.

Und

Icesat-2 der Nasa, der den Globus in etwa 500 km Höhe umkreist, misst mit einem Laser die Entfernung zur Erdoberfläche – und damit die Höhe von Objekten. Dieser Lichtstrahl wird direkt von der Schneedecke reflektiert.

Der Cryosat-2 von Esa hingegen verwendet in etwa 720 km Höhe Radar als Höhenwerkzeug, und dieses dringt viel tiefer in die Schneedecke ein, bevor es zurückprallt.

Und

Am Dienstag gaben Manager der Esa die endgültige Genehmigung für die gemeinsame Kampagne namens Cryo2Ice.

Cryosat wird seine Triebwerke am 16. Juli zünden, um einige hundert Meter höher in den Himmel zu steigen. Das Manöver, das einige Wochen in Anspruch nehmen wird, wird die Langlebigkeit der Mission nicht beeinträchtigen, da das Raumschiff über ausreichend Treibstoff an Bord verfügt.

Der Missionsmanager von Esa Cryosat, Dr. Tommaso Parrinello, sagte gegenüber BBC News: „Icesat liegt ziemlich weit unter uns, also können wir nicht nach unten gehen, um sie zu treffen, aber wenn wir nach oben gehen, finden wir diese unglaubliche resonante Umlaufbahn, in der wir alle 19 Umlaufbahnen haben und 20 Umlaufbahnen für sie - wir treffen uns mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung an den Polen, im Grunde treffen wir uns alle 1,5 Tage im Abstand von wenigen Stunden über den Polen und können so fast gleichzeitig das gleiche Eis beobachten.

Das funktioniert aber nur auf einem verlängerten Bodengleisweg, wenn sie die gleichen Neigungen haben, und siehe da!

Die aktuellen TLEs für diese von https://celestrak.org/satcat/search.php sind:

ICESAT-2                
1 43613U 18070A   20189.92212711  .00000701  00000-0  25259-4 0  9993
2 43613  92.0063  66.8810 0002210  90.4354 269.7149 15.28271517101018

CRYOSAT 2               
1 36508U 10013A   20189.86496501  .00000000  00000-0 -64194-6 0  9997
2 36508  92.0333 112.6828 0008788 129.2185 230.9804 14.52174175543231

Die mittlere Bewegung von CRYOSAT 2 beträgt 15,2827 Umlaufbahnen pro Tag 19 20 ist 14,518565, nur geringfügig schneller als die Umlaufbahnen von ICESAT-2 mit 14,5217 pro Tag, daher ist leicht zu erkennen, wie eine kleine Umlaufbahnanhebung von ICESAT-2 die beiden Umlaufbahnen in einen mittleren Bewegungskoinzidenzzustand von 19:20 bringt. (Obwohl intuitiv klingend, ist „Resonanz“ hier nicht das richtige Wort ).

Frage: Warum sind ICESAT-2 und CRYOSAT 2 beide fast genau um 92 Grad geneigt? In diesen Höhen würde eine sonnensynchrone Umlaufbahn bei etwa 98° liegen, also ist es das nicht. Und während die Bodenspuren von Bahnen bei 86,4° oder 93,6° den Äquator senkrecht kreuzen , scheint das hier irrelevant zu sein. Was ist also so besonders an 92,0° Grad und warum befanden sich beide Raumfahrzeuge in dieser Neigung?

Ich habe nicht genug Zeit, um eine vollständige Antwort zu schreiben, also einen Kommentar. Sowohl ICESAT-2 als auch CRYOSAT 2 haben wiederholte Umlaufbahnen am Boden. Bei sonnensynchronen Bahnen wird die Neigung so gewählt, dass die Bahn jedes Jahr um 360° präzediert. Bei sich wiederholenden Bodenspurumläufen wird die Neigung so gewählt, dass sich die Bodenspur nach einer ganzzahligen Anzahl von Umlaufbahnen wiederholt.
@DavidHammen Die Frage besteht wohl aus zwei Teilen; 1) warum gleich und 2) warum etwa 92,0°? Für kurze Zeiträume braucht eine wiederholte Bodenspur nur die richtige Periode, also wird die Neigung nach ihrer Präzessionsrate gewählt, um den Wiederholungszustand über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten? Eine etwas andere Höhe könnte die Präzessionsrate einer anderen Neigung nicht kompensieren?
Wenn Sie rechnen, werden Sie feststellen, dass es fast Wiederholungen möglicher Neigungen für wiederholte Bodenumlaufbahnen mit unterschiedlichen Höhen und mit einer unterschiedlichen Anzahl von Umlaufbahnen gibt, nach denen sich die Bodenspur wiederholt. Ich möchte diese Mathematik nicht posten. Das würde Stunden dauern.
@DavidHammen, aber ich verstehe nicht, warum eine bestimmte Neigung wie 92,0 ° etwas Besonderes wäre . Es scheint mir, dass man für jede Neigung wiederholte Bodenbahnbahnen haben kann.
Da die Wiederholungen diskret sind (in diesem Fall ganze Zahlen), sind auch die Neigungen, die zu wiederholten Umlaufbahnen am Boden führen, diskret (aber offensichtlich keine ganzen Zahlen).
Es gibt Papiere, mehrere Papiere, zu diesem Thema. Sie können einige von ihnen mit einer Google-School-Suche nach wiederholter Bodenspurumlaufbahn finden.
@DavidHammen Ich verstehe, denke ich; (z. B. 1 , 2 , 3 ) es ist nicht die Präzession aufgrund von J 2 aber die Schwerkraftterme höherer Ordnung, die dazu führen können, dass einige Neigungen viel besser funktionieren als andere, ein bisschen wie "eingefrorene Umlaufbahnen".

Antworten (1)

ICESAT-2

Das POD-Team entwickelte die ICESat-2-Umlaufbahn mit den anfänglichen Anforderungen von: (1) einer um 92° geneigten Umlaufbahn zur Abdeckung von Polareis und Meereis, während gleichzeitig Bahnkreuzungen für Höhenmesser-Crossover-Beobachtungen erzeugt werden, (2) eine gefrorene Umlaufbahn zur Begrenzung der Höhenvariation bei jedem gegebenen Breitengrad, um die Strahlmustergeometrie auf der Oberfläche aufrechtzuerhalten, (3) eine ~91-Tage-Wiederholung, um saisonale Schwankungen zu erfassen, mit einer ~30-Tage-Nahe-Wiederholung, um zeitliche Meereisproben zu entnehmen, (4) niedrige Erdumlaufbahn für Überlegungen zur Radiometrie von Höhenmesserinstrumenten.

ICE, CLOUD und Land Elevation Satellite (ICESat-2) Projektalgorithmus Theoretisches Basisdokument (ATBD) für präzise Orbitbestimmung, Orbitdesign und Geolokalisierungsparameterkalibrierung

KRYOSAT-2

Die Cryosat-Umlaufbahnsteuerung unterscheidet sich von den anderen oben beschriebenen Erdbeobachtungssatelliten der ESA aus folgenden Gründen:

  • Das Antriebssystem erlaubt nicht die Ausführung signifikanter Flugmanöver außerhalb der Ebene.
  • Es besteht keine Anforderung an die LTAN-Evolution. Es ist keine Sonnensynchronisation erforderlich.
  • Der beabsichtigte Wiederholungszyklus ist im Vergleich zu denen von ERS-2 und Envisat sehr lang.

...

Eine klassisch erzeugte Referenzbahn für Cryosat würde an den Knotenkreuzungen keine homogene Längenverteilung aufweisen, da es zu einer nicht konstanten Drift der Rektaszension des aufsteigenden Knotens durch die Inklinationsdrift kommen würde. Eine solche Referenzbahn entspricht nicht den wissenschaftlichen Anforderungen der Cryosat-Mission, da eine homogene Verteilung der Längengrade an den Knotenkreuzungen erforderlich ist, um die richtige Dichte von Boden-Track-Kreuzungen zu haben. Dieser Effekt wird kompensiert, indem eine Referenzbahn mit nicht konstanter Umlaufzeit konstruiert wird. Diese Strategie bedeutet mit anderen Worten, die Äquatorüberquerungszeiten so vorzuziehen oder zu verzögern, dass eine homogene Knotenverteilung erreicht wird.

CRYOSAT-2: VON LEOP ZUR ERFASSUNG DER REFERENZORBIT

Das ist ausgezeichnet, genau das, was ich brauchte! Anscheinend mehr als " ein bisschen wie "eingefrorene Umlaufbahnen " Während die Umlaufbahn von CRYOSAT-2 nicht wirklich eine klassische eingefrorene Umlaufbahn ist, erledigt sie die Arbeit auf ähnliche Weise.
@uhoh Ich dachte, dir würden die verlinkten Referenzen gefallen. Sie waren etwas über meinem Kopf.
Warum sind ICESAT-2 und CRYOSAT 2 beide fast genau um 92 Grad geneigt?
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