Wie oft richtet sich die ISS-Umlaufbahn auf den Tag/Nacht-Terminator aus?

Im folgenden Bild (von SAT-Flare kommend ) sieht man die Umlaufbahn der ISS (in rot) und den Tag/Nacht-Terminator (in blau). Der Terminator trennt die Nacht vom Tag entlang der Erdoberfläche. Wie oft wird die ISS-Umlaufbahn auf den Terminator ausgerichtet? Wenn dies der Fall ist, wie lange wird eine solche Ausrichtung dauern? Und schließlich, kann es näher ausgerichtet werden als in diesem Bild?

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Die kurze Antwort: 2-4 Mal pro Jahr tritt die ISS in eine "Vollsonnzeit"-Periode ein. Unmittelbar bevor dies geschieht, wird sich die ISS zu Beginn und am Ende dieses Zeitraums in der Nähe des Terminators aufstellen.

Vollständige Antwort:

Ich werde versuchen, dies zu behandeln, ohne zu viel Orbitalmechanik zu erklären. Entscheidend ist der sogenannte Beta-Winkel, also der Winkel zwischen der Sonne und der Bahnebene. Bei einem Beta von 0 Grad befindet sich der Satellit in maximaler Sonnenfinsternis, während ein ausreichend hoher Beta-Winkel es dem Satelliten ermöglicht, tatsächlich die ganze Zeit in der Sonne zu sein.

Okay, wie kommt dieser Beta-Winkel zustande und welcher Wert ist erforderlich, um diesen Effekt zu sehen? Die erste ist einfacher, also werde ich sie zuerst beantworten. Der Winkel muss so sein, dass der Beta-Winkel größer ist als die Größe der Erde, wie sie von dieser Umlaufbahn aus erscheint. Ich habe eine Offline-Tabelle mit dem Wert (genannt maximaler NADIR-Winkel), der maximale NADIR-Winkel für einen Satelliten in der Höhe der ISS liegt zwischen 350 und 400 km, also beträgt der Wert etwa 70 Grad. Je höher, desto niedriger wird dieser Winkel.

Volle Sonne tritt also auf, wenn der Beta-Winkel über 70 liegt, und sie ist mit dem Terminator ausgerichtet, wenn der Satellit genau bei 70 steht. Wie oft passiert das eigentlich? Es gibt zwei Faktoren, die den Beta-Winkel bestimmen. Der erste ist der Beitrag der Erde, der je nach Jahreszeit bis zu 23 Grad betragen kann (Nordsommer +23, Winter -23). Dies entspricht der axialen Neigung der Erde. Die zweite entspricht der Bahnneigung, die ebenfalls variiert. Die Mathematik im letzten Teil ist etwas komplex, sie dreht sich mit der Geschwindigkeit der Knotenprozession. Die Knotenpräzessionsperiode der ISS dauert etwa alle 2 Monate, wie ich aus der Darstellung des Beta-Winkels in STK ersehen kann. Unter dem Strich kann dies also nur passieren, wenn die Neigung von 51 Grad zum relativen Erdsonnenwinkel von höchstens 23 Grad 70 Grad ergibt. Beachten Sie, dass -70 auch in Ordnung ist.

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Wie Sie aus diesem Diagramm sehen können, ist es nicht sehr verbreitet. Es scheint nur einmal pro Hochsaison zu passieren, obwohl es möglich sein könnte, dass es zweimal pro Halbjahr passiert, aber nicht mehr. So passiert es zwischen 2-4 Mal pro Jahr, immer in der Nähe einer der Sonnenwenden.

Es ist auch erwähnenswert, dass es eine ziemlich einzigartige Sache ist, dies passiert normalerweise nur bei Satelliten in LEO mit Neigungen zwischen 40 und 70 Grad. Es gibt nicht viele Satelliten in diesem Bereich.

Sie vergessen die sonnensynchronen Satelliten von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang.
Diese werden von der Erde aus gesehen über dem Terminator sein, aber nicht vom Weltraum aus gesehen. Aber ja, prinzipiell hast du recht.
Ich versuche, die Bahnpräzession besser zu verstehen. Wenn die Umlaufbahn stabil wie ferne Sterne wäre, würden die ISS-Umlaufbahnknoten jeden Tag früher und früher denselben Meridian kreuzen und über 1 Jahr einen vollständigen Kreis bilden. Mit der Präzession macht die Umlaufbahn diesen vollen Kreis in etwa 90 Tagen, richtig?
Ja, das ist richtig.
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