ОРБИТЫ СТАЦИОНАРНЫХ ВЫСОТ, «КРУГОВЫЕ ОРБИТЫ»

© Г.М.Соловьев, Ю.Г.Крымова
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2002 г.

В трудах К.Э. Циолковского определены основные условия вывода в космос орбитальных станций и заселения орбит ИСЗ. Запуски первых спутников показали необходимость выбора класса орбит в зависимости от цели космического полета. Определенный интерес в этом плане представляют «круговые» орбиты, предельным случаем которых являются орбиты стационарных высот. Класс орбит стационарных высот определяется, как совокупность орбит спутников Земли в нецентральном гравитационном поле, у которых высота над поверхностью общего земного эллипсоида в точках с одинаковой геоцентрической широтой не изменяется и остается постоянной в процессе эволюции орбиты. Определяются основные свойства орбит стационарных высот и соотношения для расчета средних и оскулирующих параметров орбит стационарных высот с заданными характеристиками.

Показано, что опорная орбита, определяемая решением Д. Брауэра (1959 г), при эксцентриситете равном или близким к нулю соответствует реальной орбите, обладающей свойствами орбиты стационарных высот. Для этих орбит только зональные гармоники гравитационного потенциала Земли нечетной степени вызывают значительные периодические возмущения в радиус-векторе и высоте. Амплитуды этих возмущений составляют несколько километров. Их величина уменьшается медленно с ростом высоты орбиты и степени гармоник. Определены основные свойства орбит стационарных высот и соотношения для расчета соответствующих параметров опорной и оскулирующей орбит с заданными характеристиками. Получены выражения, позволяющие выбирать параметры орбиты стационарных высот с заданными значениями экстремальных высот, средней высоты, заданными значениями высоты или радиус-вектора в конкретных точках орбиты. Орбиты имеют на витке две минимальные, равные между собой высоты. Они расположены в северной части орбиты на восходящей и нисходящей части витка. Их местоположение и высота изменяются как функции наклонения плоскости орбиты к плоскости земного экватора. Максимальная высота расположена в точке с аргументом широты 270 градусов. Имеется второй локальный (меньший) максимум высоты. Он находится в точке с аргументом широты 90 градусов. Наибольший перепад высот на витке — у полярных орбит. Он равняется примерно 28 км. Для экваториальных орбит перепад высот становится равным нулю. Следовательно, круговыми могут быть только экваториальные орбиты.

Понятие орбит стационарных высот используется при выборе орбит и проектировании орбитальных систем, при задании параметров целевой орбиты, реализуемой в процессе коррекции или в результате выведения ракетой-носителем или разгонным блоком. Для этого используется математический аппарат, устанавливающий в произвольных точках витка взаимно однозначное, прямое соответствие параметров опорной орбиты параметрам оскулирующей орбиты и наоборот.