مدار مركزي الأرض
يشمل المدار الجيومركزي، أو المدار الذي يدور حول الأرض، أي جسم يدور حول الأرض ، مثل القمر أو الأقمار الصناعية . في عام 1997، قدّرت وكالة ناسا وجود حوالي 2465 حمولة قمر صناعي تدور حول الأرض، و6216 قطعة من الحطام الفضائي، وفقًا لما رصده مركز غودارد لرحلات الفضاء . [ 1 ] وقد خضع أكثر من 16291 جسمًا أُطلق سابقًا لتفكك مداري ودخل الغلاف الجوي للأرض . [ 1 ]
تدخل المركبة الفضائية مدارها عندما يكون تسارعها المركزي الناتج عن الجاذبية أقل من أو يساوي التسارع المركزي الناتج عن المركبة الأفقية لسرعتها. في مدار أرضي منخفض ، تبلغ هذه السرعة حوالي 7.8 كم/ث (28100 كم/س؛ 17400 ميل/س) ؛ [ 2 ] في المقابل، كانت أسرع سرعة طائرة مأهولة تم تحقيقها على الإطلاق (باستثناء السرعات التي حققتها المركبات الفضائية الخارجة من مدارها) 2.2 كم/ث (7900 كم/س؛ 4900 ميل/س) في عام 1967 بواسطة طائرة نورث أمريكان إكس-15 . [ 3 ] تبلغ الطاقة اللازمة للوصول إلى سرعة مدار الأرض على ارتفاع 600 كم (370 ميل) حوالي 36 ميجا جول /كجم، أي ستة أضعاف الطاقة اللازمة لمجرد الصعود إلى الارتفاع نفسه. [ 4 ]
تتعرض المركبات الفضائية التي يكون حضيضها أقل من حوالي 2000 كيلومتر (1200 ميل) لمقاومة الغلاف الجوي للأرض، [ 5 ] مما يقلل من ارتفاع مدارها. يعتمد معدل انخفاض المدار على مساحة المقطع العرضي للقمر الصناعي وكتلته، بالإضافة إلى تغيرات كثافة الهواء في الغلاف الجوي العلوي. يصبح الانخفاض أسرع عند أقل من حوالي 300 كيلومتر (190 ميل) ، حيث تُقاس أعمارها بالأيام. بمجرد أن يهبط القمر الصناعي إلى 180 كيلومترًا (110 أميال) ، لا يتبقى له سوى ساعات قليلة قبل أن يتبخر في الغلاف الجوي. [ 6 ] تبلغ سرعة الإفلات اللازمة للتحرر تمامًا من مجال جاذبية الأرض والانتقال إلى الفضاء بين الكواكب حوالي 11.2 كيلومترًا في الثانية (40300 كيلومتر في الساعة؛ 25100 ميل في الساعة) . [ 7 ]
قائمة المصطلحات والمفاهيم
- ارتفاع
- كما هو مستخدم هنا، ارتفاع جسم ما فوق متوسط سطح محيطات الأرض ( متوسط مستوى سطح البحر ).
- أناليما
- مصطلح فلكي يُستخدم لوصف رسم مواقع الشمس على الكرة السماوية على مدار عام كامل. يشبه إلى حد كبير شكل الرقم ثمانية.
- أبوجي
- هي أبعد نقطة يمكن أن يصل إليها قمر صناعي أو جسم سماوي من الأرض، حيث تكون السرعة المدارية عند أدنى مستوى لها.
- الغرابة
- مقياس لمدى انحراف المدار عن الدائرة الكاملة. يتم تعريف الانحراف المركزي بدقة لجميع المدارات الدائرية والإهليلجية ، والمسارات المكافئة والزائدية .
- المستوى الاستوائي
- كما هو مستخدم هنا، مستوى وهمي يمتد من خط الاستواء على الأرض إلى الكرة السماوية .
- سرعة الإفلات
- كما هو مستخدم هنا، فإن السرعة الدنيا التي يحتاجها جسمٌ بدون قوة دفع للابتعاد عن الأرض إلى أجل غير مسمى. سيسلك الجسم الذي يسير بهذه السرعة مسارًا مكافئًا ؛ أما إذا تجاوز هذه السرعة، فسيسلك مسارًا زائدًا .
- دفعة
- التكامل للقوة على مدى الزمن الذي تؤثر فيه. تُقاس بوحدة ( نيوتن.ثانية أو رطل.ثانية ) .
- الميل
- الزاوية بين مستوى مرجعي ومستوى أو محور آخر . وبالمعنى الذي نناقشه هنا، فإن المستوى المرجعي هو المستوى الاستوائي للأرض .
- قوس مداري
- قوس وهمي في السماء كما يُرى من أي موقع معين على سطح الأرض.
- الخصائص المدارية
- المعلمات الست للعناصر الكبلرية اللازمة لتحديد ذلك المدار بشكل فريد.
- الفترة المدارية
- كما هو محدد هنا، هو الوقت الذي يستغرقه القمر الصناعي لإكمال دورة كاملة حول الأرض.
- نقطة الحضيض
- هي أقرب نقطة اقتراب لقمر صناعي أو جسم سماوي من الأرض، والتي ستكون عندها السرعة المدارية في أقصى حد لها.
- يوم فلكي
- الزمن الذي يستغرقه جسم سماوي للدوران 360 درجة. بالنسبة للأرض، يبلغ هذا الزمن: 23 ساعة و56 دقيقة و4.091 ثانية.
- التوقيت الشمسي
- كما هو مستخدم هنا، التوقيت المحلي كما تم قياسه بواسطة الساعة الشمسية .
- سرعة
- سرعة الجسم في اتجاه معين. وبما أن السرعة تُعرَّف على أنها كمية متجهة ، فإن كلاً من السرعة والاتجاه مطلوبان لتحديدها.
الأنواع
فيما يلي قائمة بتصنيفات المدارات المختلفة التي تتمركز حول الأرض.
تصنيفات الارتفاع
- المدار العابر للغلاف الجوي (TAO)
- المدارات المتمركزة حول الأرض ذات الارتفاعات عند الأوج أعلى من 100 كم (62 ميل) والحضيض الذي يتقاطع مع الغلاف الجوي المحدد . [ 8 ]
- مدار أرضي منخفض (LEO)
- تدور هذه الأقمار في مدارات مركزية الأرض على ارتفاعات تتراوح بين 160 كيلومترًا (100 ميل) و 2000 كيلومتر (1200 ميل) فوق مستوى سطح البحر . عند ارتفاع 160 كيلومترًا، تستغرق الدورة الواحدة حوالي 90 دقيقة، وتبلغ سرعة الدوران المداري 8 كيلومترات في الثانية (26000 قدم في الثانية) .
- مدار أرضي متوسط (MEO)
- مدارات مركزية الأرض بارتفاعات عند الأوج تتراوح بين 2000 كم (1200 ميل) والمدار المتزامن مع الأرض عند 35786 كم (22236 ميل) .
- المدار المتزامن مع الأرض (GSO)
- مدار دائري مركزي حول الأرض على ارتفاع 35,786 كيلومترًا (22,236 ميلًا) . تساوي فترة المدار يومًا فلكيًا واحدًا ، متزامنة مع فترة دوران الأرض. تبلغ سرعته حوالي 3 كيلومترات في الثانية (9,800 قدم في الثانية) .
- مدار أرضي مرتفع (HEO)
- المدارات الأرضية المركزية التي يكون ارتفاعها عند نقطة الأوج أعلى من ارتفاع المدار الأرضي المتزامن. ومن الحالات الخاصة للمدارات الأرضية العالية المدار الإهليلجي العالي ، حيث يكون الارتفاع عند نقطة الحضيض أقل من 2000 كيلومتر (1200 ميل) . [ 9 ]
تصنيفات الميل
- مدار مائل
- مدار لا يساوي ميله بالنسبة للمستوى الاستوائي صفرًا.
- مدار قطبي
- قمر صناعي يمر فوق قطبي الكوكب أو بالقرب منهما في كل دورة. ولذلك، يكون ميله 90 درجة (أو قريبًا جدًا منها) .
- مدار متزامن مع الشمس القطبية
- مدار شبه قطبي يمر بخط الاستواء في نفس التوقيت المحلي في كل مرة . وهو مفيد للأقمار الصناعية التي تلتقط الصور لأن الظلال ستكون متطابقة في كل مرة.
تصنيفات اللامركزية
- مدار دائري
- مدار ذو انحراف مركزي يساوي صفرًا ومساره يرسم دائرة.
- مدار إهليلجي
- مدار ذو انحراف مركزي أكبر من 0 وأقل من 1، ويرسم مساره شكل قطع ناقص .
- مدار نقل هوهمان
- مناورة مدارية تنقل مركبة فضائية من مدار دائري إلى آخر باستخدام دفعتين من المحرك . سُميت هذه المناورة نسبةً إلى والتر هوهمان .
- مدار النقل المتزامن مع الأرض (GTO)
- مدار إهليلجي مركزي الأرض حيث يكون الحضيض على ارتفاع مدار أرضي منخفض (LEO) والأوج على ارتفاع مدار متزامن مع الأرض .
- مدار بيضاوي للغاية (HEO)
- مدار مركزي مع نقطة أوج أعلى من 35786 كم ونقطة حضيض منخفضة (حوالي 1000 كم) مما يؤدي إلى فترات بقاء طويلة بالقرب من نقطة الأوج.
- مدار مولنيا
- مدار بيضاوي الشكل للغاية بزاوية ميل 63.4 درجة وفترة مدارية تبلغ نصف يوم فلكي (حوالي 12 ساعة). يقضي هذا القمر الصناعي معظم وقته فوق منطقة محددة من الأرض.
- مدار التندرا
- مدار بيضاوي الشكل للغاية بزاوية ميل 63.4 درجة وفترة مدارية تعادل يومًا فلكيًا واحدًا (حوالي 24 ساعة). يقضي هذا القمر الصناعي معظم وقته فوق منطقة محددة من الأرض.
- مسار زائدي
- مدار ذو انحراف مركزي أكبر من 1. تصل سرعة الجسم إلى قيمة تتجاوز سرعة الإفلات ، وبالتالي سيفلت من جاذبية الأرض ويستمر في السفر إلى ما لا نهاية بسرعة (بالنسبة للأرض) تتباطأ إلى قيمة محدودة، تُعرف باسم السرعة الزائدة القطعية .
- مسار الهروب
- يجب استخدام هذا المسار لإطلاق مسبار بين الكواكب بعيدًا عن الأرض، لأن الزيادة عن سرعة الإفلات هي ما يغير مداره الشمسي المركزي عن مدار الأرض.
- مسار الالتقاط
- هذا هو انعكاس مسار الإفلات؛ فالجسم الذي يتحرك بسرعة كافية، وليس موجهاً مباشرة نحو الأرض، سيتجه نحوها ويتسارع. وفي غياب دافع محرك التباطؤ لوضعه في مدار، فإنه سيتبع مسار الإفلات بعد نقطة الحضيض.
- مسار مكافئ
- مدار ذو انحراف مركزي يساوي 1 تمامًا. سرعة الجسم تساوي سرعة الإفلات ، وبالتالي سيفلت من جاذبية الأرض ويستمر في الحركة بسرعة (بالنسبة للأرض) تتباطأ حتى تصل إلى الصفر. مركبة فضائية تُطلق من الأرض بهذه السرعة ستتحرك مسافة ما بعيدًا عنها، لكنها ستتبعها حول الشمس في نفس المدار الشمسي المركزي . من الممكن، وإن كان غير مرجح، أن يسلك جسم يقترب من الأرض مسارًا مكافئًا، لكن السرعة والاتجاه يجب أن يكونا دقيقين للغاية.
التصنيفات الاتجاهية
- مدار أمامي
- مدار يدور فيه إسقاط الجسم على المستوى الاستوائي حول الأرض في نفس اتجاه دوران الأرض.
- مدار رجعي
- مدار يدور فيه إسقاط الجسم على المستوى الاستوائي حول الأرض في الاتجاه المعاكس لاتجاه دوران الأرض.
التصنيفات المتزامنة مع الأرض
- المدار شبه المتزامن (SSO)
- مدار على ارتفاع يبلغ حوالي 20200 كم (12600 ميل) وفترة مدارية تبلغ حوالي 12 ساعة.
- المدار المتزامن مع الأرض (GEO)
- تدور هذه الأقمار الصناعية على ارتفاع يبلغ حوالي 35,786 كيلومترًا (22,236 ميلًا) . وسترسم هذه الأقمار شكلًا يشبه الأناليما (الشكل 8) في السماء.
- المدار الثابت بالنسبة للأرض (GSO)
- مدار متزامن مع الأرض بميل صفري. بالنسبة لمراقب على الأرض، سيبدو هذا القمر الصناعي كنقطة ثابتة في السماء.
- مدار كلارك
- اسم آخر للمدار الثابت بالنسبة للأرض. سمي على اسم الكاتب آرثر سي كلارك .
- نقاط التذبذب المداري للأرض
- تقع نقاط التوازن للأجسام التي تدور حول الأرض عند خط عرض 105 درجة غرباً وخط طول 75 درجة شرقاً. ويتجمع أكثر من 160 قمراً صناعياً عند هاتين النقطتين. [ 10 ]
- مدار فائق التزامن
- مدار التخلص/التخزين فوق مدار الأرض الثابت بالنسبة للأرض. ستنجرف الأقمار الصناعية غربًا.
- مدار دون التزامن
- مدار انجراف قريب من مدار الأرض الثابت بالنسبة للأرض (GSO) ولكنه أدنى منه. ستنجرف الأقمار الصناعية شرقاً.
- مدار المقبرة ، مدار التخلص، مدار الخردة
- مدار يقع على بعد بضع مئات من الكيلومترات فوق المدار المتزامن مع الأرض، والذي يتم نقل الأقمار الصناعية إليه في نهاية فترة تشغيلها.
التصنيفات الخاصة
- مدار متزامن مع الشمس
- مدار يجمع بين الارتفاع والميل بحيث يمر القمر الصناعي فوق أي نقطة محددة على سطح الكوكب في نفس التوقيت الشمسي المحلي . يتيح هذا المدار وضع القمر الصناعي في ضوء الشمس بشكل دائم، وهو مفيد لأقمار التصوير والتجسس والأرصاد الجوية .
- مدار القمر
- الخصائص المدارية لقمر الأرض. متوسط ارتفاعه 384,403 كيلومتر (238,857 ميل) ، مدار بيضاوي مائل .
التصنيفات غير الجغرافية
- مدار حدوة الحصان
- مدار يبدو للمراقب الأرضي أنه يدور حول كوكب، ولكنه في الواقع يدور معه في مدار مشترك . انظر الكويكبات 3753 (كرويثني) و 2002 AA 29 .
- رحلة شبه مدارية
- عملية إطلاق تقترب فيها المركبة الفضائية من ارتفاع المدار ولكنها تفتقر إلى السرعة اللازمة للحفاظ عليه.
السرعات المماسية على ارتفاع
| مدار | المسافة بين المركزين | الارتفاع فوق سطح الأرض | سرعة | الفترة المدارية | الطاقة المدارية النوعية |
|---|---|---|---|---|---|
| دوران الأرض حول محورها على سطحها عند خط الاستواء (للمقارنة ؛ وليس مدارًا) | 6378 كم | 0 كم | 465.1 م/ث (1674 كم/س أو 1040 ميل/س) | 23 ساعة 56 دقيقة 4.09 ثانية | -62.6 ميجا جول/كجم |
| الدوران حول سطح الأرض (خط الاستواء) نظرياً | 6378 كم | 0 كم | 7.9 كم/ث (28,440 كم/س أو 17,672 ميل/س) | ساعة واحدة و24 دقيقة و18 ثانية | -31.2 ميجا جول/كجم |
| مدار أرضي منخفض | 6600 – 8400 كم | 200 – 2000 كم |
| من ساعة و29 دقيقة إلى ساعتين و8 دقائق | -29.8 ميجا جول/كجم |
| مدار مولنيا | 6900 – 46300 كم | 500 – 39,900 كم | 1.5–10.0 كم/ث (5,400–36,000 كم/س أو 3,335–22,370 ميل/س) على التوالي | 11 ساعة و 58 دقيقة | -4.7 ميجا جول/كجم |
| ثابت بالنسبة للأرض | 42000 كم | 35,786 كم | 3.075 كم/ث (11,070 كم/س أو 6,879 ميل/س) | 23 ساعة 56 دقيقة 4.09 ثانية | -4.6 ميجا جول/كجم |
| مدار القمر | 363,000 – 406,000 كم | 357,000 – 399,000 كم | 0.97–1.08 كم/ث (3,492–3,888 كم/س أو 2,170–2,416 ميل/س) على التوالي | 27.27 يومًا | -0.5 ميغا جول/كغ |
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 "تقرير حالة الأقمار الصناعية، 1997" . مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا . 1 فبراير 2000. مؤرشف من الأصل في 23 أغسطس 2006. تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2006 .
- ↑ هيل، جيمس في إتش (أبريل 1999)، "الوصول إلى مدار أرضي منخفض" ، مستقبل الفضاء ، مؤرشف من الأصل في 2012-03-19 ، تم استرجاعه في 2012-03-18 .
- ↑ شاينر، ليندا (1 نوفمبر 2007)، جولة حول طائرة X-15 ، مجلة الطيران والفضاء ، تم الاطلاع عليها في 19-06-2009 .
- ↑ ديموتاكيس، ب.؛ وآخرون (أكتوبر 1999)، 100 رطل إلى مدار أرضي منخفض (LEO): خيارات إطلاق الحمولة الصغيرة ، مؤسسة ميتري، ص 1-39 ، مؤرشفة من الأصل في 2017-08-29 ، تم استرجاعها في 2012-01-21 .
- ↑ غوش، إس إن (2000)، علوم الغلاف الجوي والبيئة ، دار النشر المتحالفة، الصفحات 47-48 ، رقم ISBN 978-8177640434
- ↑ كينويل، جون؛ ماكدونالد، أندرو (2011)، أعمار الأقمار الصناعية والنشاط الشمسي ، مكتب الأرصاد الجوية التابع لكومنولث أستراليا، فرع الطقس الفضائي، مؤرشف من الأصل في 2011-12-28 ، تم استرجاعه في 2011-12-31 .
- ↑ ويليامز، ديفيد ر. (17 نوفمبر 2010)، "صحيفة حقائق الأرض" ، علوم القمر والكواكب ، ناسا، مؤرشفة من الأصل في 30 أكتوبر 2010 ، تم استرجاعها في 2012-05-10 .
- ↑ ماكدويل، جوناثان (24 مايو 1998). "تقرير جوناثان الفضائي" .
المدار العابر للغلاف الجوي (TAO): رحلة مدارية يكون فيها الحضيض أقل من 80 كم ولكنه أعلى من الصفر. يُحتمل استخدامه في مهمات الكبح الهوائي والمركبات العابرة للغلاف الجوي، وكذلك في بعض المراحل المؤقتة من الرحلة المدارية (مثل مهمة مكوك الفضاء قبل مهمة OMS-2، وبعض حالات الفشل عند عدم إعادة تشغيل نقطة الأوج).
- ↑ تعريفات المدارات الجيومركزية من مركز غودارد لرحلات الفضاء، مؤرشفة في 27 مايو 2010 على موقع Wayback Machine
- ↑ قمر صناعي خارج عن السيطرة يهدد مركبات فضائية أخرى قريبة ، بقلم بيتر ب. دي سيلدينغ، SPACE.com، 3 مايو 2010. مؤرشف في 5 مايو 2010 على موقع Wayback Machine
روابط خارجية
- السرعة المدارية
- مدار أرضي متوسط
- موقع NASA.gov مؤرشف بتاريخ 4 مايو 2015 على موقع Wayback Machine
- هل هناك المزيد من الأقمار حول الأرض؟ الأمر ليس بهذه الغرابة (تمت أرشفته في 21 فبراير 2010)
- الكويكب القريب من الأرض 3753 كرويثن – رفيق الأرض الفضولي
- الكويكب المداري المشترك مع الأرض 2002 AA29
فئة :
- مدارات الأرض