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MISR. http://www-misr.jpl.nasa.gov/miview0.html. Satelliten Orbits Warum sind Orbits wichtig?. Der Orbit kontrolliert die vom Satelliten aus sichtbare Fläche;
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MISR http://www-misr.jpl.nasa.gov/miview0.html Satelliten Orbits Warum sind Orbits wichtig? • Der Orbit kontrolliert die vom Satelliten aus sichtbare Fläche; • Dadurch wird auch die Ausrichtung und Projektion des Satellitenbildes bestimmt, d.h. ohne den Orbit zu kennen ist es nicht möglich die Position der Bildelemente (Pixel) auf der Erdoberfläche zu bestimmen.
{ Sind nur von der Höhe abhängig, nicht von der Masse des Satelliten Kreisförmige Satellitenbahn Gravitationskraft: = Graviationskonstante = 6.673 x 10-11 Nm2/kg2 Fliehkraft: Gleichsetzen der Kräfte liefert…. Winkelgeschwindigkeit: Bahn- oder Tangentialgeschwindigeit: Umlaufperiode:
Orbital Parameter –Definitionen: • Apogäum – erdfernster Punkt • Perigäum – erdnächster Punkt • Exzentrizität – Abweichung von einer Kreisbahn -> Geschwindigkeit fast konst. (Link) • Abstand eines Satelliten vom Erdmittelpunkt: • Die Position des Satelliten auf seiner Bahn wird durch (, a, e) bestimmt; • Die Bahnebene wird bzgl. eines Inertialsystems durch drei weitere Parameter bestimmt: • i: Inklination – Der Winkel den der Orbit mit dem Äquator hat, bestimmt auch die höchste erreichbare Breite; • : Rektaszension (right ascension), Winkel zwischen x-Achse (Verbindungslinie Erde-Sonne bei Tag und Nachtgleiche und dem Schnittpunkt des aufsteigenden Astes der Bahn mit der Äquatorebene; • : Winkel zwischen aufsteigendem Knoten und dem Perigäum. (Link) • Die Position eines Satelliten ist also durch 6 Parameter gegeben! Satellitenbahnen sind Ellipsen
Die meisten Orbits von Umweltsatelliten sind nahezu zirkulare Orbits. Störungen können verursacht werden durch: • Asphärische Graviationspotentiale (Die Erde ist keine Kugel) -> sehr wichtig: hierdurch kommt es zur Präzession. • Gravitation anderer Körper (Sonne, Mond, etc.) • Strahlungsdruck (Die Vikingsonde zum Mars hätte ohne Strahlungsdruckkorrektur den Mars um 15000 km verfehlt). • Bombardierung mit galaktischen Partikeln (Sonnenwind) • Luftreibung, besonders wichtig unterhalb von 850 km • Atmosphärischer Auftrieb • Elektromagnetische Kräfte • Bis auf die erste werden hierdurch zufällige Störungen der Bahn verursacht, die durch die Beobachtung und durch Nachführung des Orbits korrigiert werden können.
Sonnen-synchroner, Polarer Orbit • Die Orbitstörung durch das nicht-sphärische Gravitationsfeld kann vorteilhaft genutzt werden in dem die Inklination und die Orbithöhe so gewählt werden, dass der Orbit so präzessiert wie sich die Erde um die Sonne dreht. • Ein sonnensynchroner Orbit ist also ein Orbit, für den die Orbitebene immer gleich zur Sonne bleibt und der Satellit den Äquator jeden Tag zur selben lokalen Zeit überfliegt. • Der Orbit ist nicht fest, sondern er muss sich mit 1° pro Tag bewegen, um die Erddrehung um die Sonne auszugleichen. für 12.00 LT für z ~ 1000 km, i ~ 98 degrees (90 degrees = North Pole)
Local Time: wobei: UT= Weltzeit, universal time, GMT (Greenwich Meridian Time) = Länge (Grad) Äquatorüberflugszeit (equator crossing time): wobei: N= Länge des aufsteigenden oder absteigenden Überflugs Länge der Sonne: mit folgt: = const. für sonnensynchrone Orbits, d.h. man kannn jedem Satelliten eine ETC zuordnen (Morgen-, Mittag-, Abendsatellit)
Meteorologische Satelliten Orbits: • (2) geostationärer Orbit – Der Subsatellitenpunkt ist konstant über dem Äquator, d.h. der Satellit muss genau so schnell sein, wie die Erde sich dreht. • Kepler's 3tes Gesetz: • T2 = 4p2/M(r + z)3 • T = Periode • = Gravitationskonstante • M = Masse der Erde • r = Radius der Erde • z = Höhe des Satelliten • Lösung für z bei gegebenen T = 24 hrs • z = 35,800 km
Eine kleine Weltreise… • Die Welt im Griff • Neuestes Komposit
Zusammenfassung: • LEO = Low Earth Orbit 300-1500 km • MEO= Medium Earth Orbit 8000-20000 km • GEO = Geostationary Orbit ~36000 km • Polare Orbits, je niedriger die Orbithöhe desto: • Kürzer die Periode • Geringer die Abdeckung der Oberfläche • Stärker das Signal • Besser die räumliche Auflösung • Größer die Reibung und kürzer die Lebenszeit http://www.mmm.ucar.edu/pm/satellite/coverage.html#geostationary
Spezielle Orbits • Beispiel: TOPEX/POSEIDON (USA, Frankreich, 1992) • Oberflächenhöhe (Änderungen z.B. durch Tide) mit 13 cm Genauigkeit; • Weil die Sonne dies antreibt macht ein sonnensynchroner Orbit keinen Sinn. Man würde immer dasselbe messen; • Ziel war ein equidistantes Gitter von Überflügen zu haben; • Die Überflüge sollten sich mit einem Winkel von 45° schneiden, so dass man die Neigung der Oberfläche in Ost-West und Nord- Süd Richtung messen kann (polare und tropische Orbits kommen nicht in Frage); • Hohe Breiten sollen auch betrachtet werden; Ergebnis: Orbit in 1334km Höhe, Inklination=66°, das sorgt für 45° Schneidewinkel in 30° Breite
Beispiel: Satellit der das Schwerefeld der Erde vermisst, GRACE Das Schwerefeld hängt nur von der internen Struktur ab, so dass ein sonnensynchroner Orbit nicht notwendig ist; Der Satellit sollte der Erde so nah wie möglich sein, um auch kleine Änderungen des Schwerefeldes detektieren zu können; Ein optimaler Orbit ist in ~160 km Höhe mit einer Inklination von 90° (noch tiefer und er würde verglühen).
Observational Geometry y Satellite • side scanning: • achieved by changing the roll about a non-zero angle or using the scanning mirror • used in radar observations with an antenna on satellite • loses horizontal resolution • along track scanning (or line imaging) • achieved by changing the pitch (y-axis) • or using a 2-D detector array, with the forward • motion of the satellite giving the second dimension • limb scanning: • used in atmospheric sounding • worst horizontal resolution, but good vertical resolution • simple nadir viewing: • no scanning • looks vertical downwards • limited coverage • good horizontal resolution • circular scanning: • achieved by changing the yaw (z-axis) or using scanning mirror • sweeps out an arc • Cross Track Scanning: • simple scanning, achieved by changing the roll (x-axis) or scanning mirror • rotate through pixels Flight direction x z Earth Scanline Subsatellite point Groundtrack