భూ సమవర్తన కక్ష్య

భూ సమవర్తన కక్ష్యలో తిరుగుతున్న ఉపగ్రహం యానిమేషన్

భూ సమవర్తన కక్ష్య, భూకేంద్రక కక్ష్యల్లో ఒకటి ఇంగ్లీషులో దీన్ని జియో సింక్రొనస్ ఆర్బిట్ అంటారు. ఈ కక్ష్యలో తిరుగుతున్న వస్తువు పరిభ్రమణ కాలం, భూభ్రమణ కాలంతో సమానంగా, అంటే దాదాపు 23 గంటల 56 నిముషాల 4 సెకండ్లు ఉంటుంది. కక్ష్యాకాలం సమానంగా ఉండడం అంటే అర్థం, భూమ్మీద ఉన్న పరిశీలకునికి, భూ సమవర్తన కక్ష్యలో ఉన్న వస్తువు ప్రతి సైడిరియల్ రోజు తరువాత అదే స్థానానికి తిరిగి వస్తుంది. ఒక రోజు సమయంలో ఆ వస్తువు ఆకాశంలో 8 అంకె ఆకారంలో ఉండే పథంలో ప్రయాణిస్తుంది. ఈ 8 ఆకారం యొక్క లక్షణాలు, కక్ష్య వాలు, ఎక్సెంట్రిసిటీలపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఉపగ్రహాలను సాధారాణంగా తూర్పు దిశగా ప్రయోగిస్తారు. భూమికి దగ్గరగా ఉన్న కక్ష్యల్లో తిరిగే ఉపగ్రహాలు భూభ్రమణం కంటే వేగంగా తిరుగుతూంటాయి కాబట్టి, భూమిపై ఉన్న పరిశీలకునికి ఇవి తూర్పు దిశగా ప్రయాణిస్తున్నట్లు కనిపిస్తాయి. భూ సమవర్తన కక్ష్య కంటే ఆవల (దూరంగా) ఉన్న కక్ష్యల్లోని ఉపగ్రహాలు పశ్చిమ దిశగా ప్రయాణిస్తున్నట్లు కనిపిస్తాయి.

భూ సమవర్తన కక్ష్యల్లో ఒక ప్రత్యేకత కలిగినది భూ స్థిర కక్ష్య. ఇది ఒక వృత్తాకార భూసమవర్తన కక్ష్యయే, కానీ దీని వాలు (ఇన్‌క్లినేషన్) మాత్రం సున్నా ఉంటుంది. అంటే ఇది సరిగ్గా భూమధ్య రేఖకు సరిగ్గా ఎదురుగా ఉంటుందన్నమాట. భూమిపై ఉన్న పరిశీలకులకు, భూ స్థిర కక్ష్యలో ఉన్న వస్తువు, ఆకాశంలో ఒకే స్థానంలో స్థిరంగా ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది. భూసమన్వయ కక్ష్యలు ఎన్నైనా ఉండవచ్చు, కానీ సైద్ధాంతికంగా భూ స్థిర కక్ష్య మాత్రం ఒక్కటే ఉంటుంది. భూ సమన్వయ, భూ స్థిర - రెంటినీ ఒకే అర్థంలో వాడడం కద్దు. కచ్చితంగా చెప్పాలంటే, భూ సమవర్తన భూ కక్ష్య, భూ సమవర్తన భూమధ్య రేఖా కక్ష్య, భూ స్థిర కక్ష్యలను సమానార్థంలో వాడవచ్చు.  సమాచార ఉపగ్రహాలు సాధారణంగా భూస్థిర కక్ష్యలో గానీ, లేదా భూ స్థిర కక్ష్యకు దగ్గరగా గానీ ఉంటాయి. దీనివలన, భూమిపై ఉన్న యాంటెన్నాలు శాశ్వతంగా ఒకే దిశలో ఉండేలా స్థాపించవచ్చు, వాటిని పదే పదే కదిలించాల్సిన అవసరం లేదు. 

అర్థ సమవర్తన కక్ష్య యొక్క కక్ష్యాకాలం సగం సైడిరియల్ రోజు ఉంటుంది. భూభ్రమణ వేగం కంటే ఈ కక్ష్యావేగం రెండింతలు ఉండడాన, అది భూమి చుట్టూ రోజుకు రెండుసార్లు తిరుగుతుంది. మోల్నియా కక్ష్య, జీపీయెస్‌ ఉపగ్రహాలు తిరిగే కక్ష్యలు వీటికి ఉదాహరణలు.

కక్ష్య లక్షణాలు

వృత్తాకార భూ సమవర్తన కక్ష్యల వ్యాసార్థం 42,164 కి.మీ. (భూకేంద్రం నుండి) ఉంటుంది. వృత్తాకార, దీర్ఘవృత్తాకార భూ సమవర్తన కక్ష్యలన్నిటికీ ఒకే సెమి-మేజర్ అక్షం ఉంటుంది. వాస్తవానికి, ఒకే కక్ష్యాకాలం ఉన్న కక్ష్యలన్నిటికీ ఒకే సెమి-మేజర్ అక్షం ఉంటుంది.

$a={\sqrt[{3}]{\mu \left({\frac {P}{2\pi }}\right)^{2}}}$

ఈ సమీకరణంలో a సెమి-మేజర్ అక్షం, P కక్ష్యాకాలం, μ భూకేంద్రక గురుత్వ స్థిరాంకం -దీని విలువ 398,600.4418 కి.మీ³/సె².

భూస్థిర కక్ష విషయంలో ఉపగ్రహం యొక్క భూదారి భూమధ్యరేఖమీద ఉన్న ఒక బిదువు అవుతుంది. భూ సమవర్తన కక్ష్య యొక్క భూదారి 8 ఆకారంలో ఉంటుంది. 

భూస్థిర కక్ష్య

ప్రధాన వ్యాసం: భూ స్థిర కక్ష్య

భూమధ్యరేఖ మీద ఉన్న గుర్తుకు ఎదురుగా పైన ఉన్న భూస్థిర ఉపగ్రహం. ఆ గుర్తు మీద ఉన్న పరిశీలకునికి ఈ ఉపగ్రహం ఆకాశంలో స్థిరంగా ఒకే చోట ఉన్నట్లు కనిపిస్తుంది.

భూమధ్య రేఖపై 35,786 కి.మీ ఎత్తులో భూభ్రమణ దిశలో, భూమధ్య రేఖాతలానికి సున్నా డిగ్రీల కోణంలో ఉండే వృత్తాకార కక్ష్యను భూ స్థిర కక్ష్య (ఇంగ్లీషు: Geostationary orbit) అంటారు. అటువంటి కక్ష్యలోని ఏ వస్తువైనా భూ భ్రమణ వేగంతో సమానమైన వేగంతో భూమి చూట్టూ తిరగడం వలన, భూమిపై ఉన్న పరిశీలకులకు చలనరహితంగా అనిపిస్తుంది. సమాచార ఉపగ్రహాలు, వాతావరణ ఉపగ్రహాలు, అప్పుడప్పుడు ఈ కక్ష్యలో ప్రక్షేపిస్తారు. తద్వారా నేలమీద, ఉపగ్రహ స్థానాన్ని బట్టి ఏంటెన్నా దిశలు మార్చవలసిన అవసరం తప్పుతుంది.

కచ్చితంగా భూస్థిర స్థితిలో ఉండే ఉపగ్రహం సైద్ధాంతికంగా మాత్రమే సాధ్యపడుతుంది. వాస్తవంలో ఈ ఉపగ్రహం వివిధ కారణాల వలన కక్ష్యనుండి పక్కకు పోతూ ఊంటుంది. సౌర గాలులు, రేడియేషన్ వత్తిడి, భూమి గురుత్వ బలంలో కలిగే మార్పులు, సూర్య చంద్రుల గురుత్వ బలాలు, మొదలైన వాటి కారణంగా ఈ ఉపగ్రహాలు కక్షనుండి పక్కకు తప్పుకుంటూ ఉంటాయి. వీటిని కక్ష్యలో సరైన స్థానంలో ఉంచడానికి స్టేషన్ కీపింగు చెయ్యాల్సి ఉంటుంది.

ఇతర భూ సమవర్తన కక్ష్యలు

దీర్ఘవృత్తాకార భూ సమవర్తన కక్ష్యలను సమాచార ఉపగ్రహాల కోసం వాడుతారు. బాగా దీర్ఘవృత్తాకార కక్ష్యల్లో ఉండే ఉపగ్రహాలను ట్రాకింగు చెయ్యాలంటే స్టీరబుల్ యాంటెన్నాలుండాలి. 

ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పేస్ అబ్సర్వేటరీ బాగా దీర్ఘవృత్తాకార భూ సమవర్తన కక్ష్యలో ఉండేది. ఈ కక్ష్య యొక్క అపోజీ 70,600 కి.మీ., పెరిజీ 1,000 కి.మీ. దీన్ని రెండు భూస్థిత యాంటెన్నాలు నియంత్రించేవి.

జపాన్ వారి క్వాసీ జెనిత్ ఉపగ్రహ వ్యవస్థ (QZSS) లో మూడు ఉపగ్రహాలుంటాయి. ఇవి జపానుకు మెరుగైన జీపీయెస్ వ్యవస్థను అందిస్తాయి.

సౌర తెరచాపల వంటి గురుత్వేతర బలాలను వాడి ఉపగ్రహాన్ని యాక్టివ్ భూ సమవర్తన కక్ష్య అనే ఊహా కక్ష్యలో ఉంచవచ్చు. ఈ కక్ష్య మామూలుగా గురుత్వ సూత్రాలకు లోబడి పనిచేసే కక్ష్యల కంటే భిన్నంగా ఉంటుంది. 

ఇంకా భావనాత్మకంగానే ఉన్న అంతరిక్ష ఎలివేటరుకు ఒక చివర భూమికి తాడుతో కట్టివేయబడి ఉంటుంది. ఈ కారణంగా గురుత్వ బలం మాత్రమే పనిచేసిన సందర్భంకంటే ఇది తక్కువ కక్ష్యా వ్యవధి కలిగి ఉంటుంది. 

ఇతర సంబంధిత కక్ష్యా రకాలు:

• అధిసమవర్తన కక్ష్య (సూపర్ సింక్రొనస్): భూ సమవర్తన కక్ష్య కంటే పైన ఉండే కక్ష్య. ఇక్కడి ఉపగ్రహాలు పశ్చిమంగా చలిస్తాయి.
• పరసమవర్తన కక్ష్య: భూ సమవర్తన కక్ష్యకు దగ్గరగా, దానికంటే తక్కువ ఎత్తులో ఉండే కక్ష్య. తూర్పు దిశగా స్టేషన్ కీపింగులో ఉన్న ఉపగ్రహాల కోసం దీన్ని వాడుతారు.
• శ్మశాన కక్ష్య: భూ సమవర్తన కక్ష్య కంటే పైన ఉండే కక్ష్య. వయసైపోయిన ఉపగ్రహాలను ఈ కక్ష్యలోకి చేరుస్తారు.

చరిత్ర

ఆర్థర్ సి క్లార్క్

సమాచార ఉపగ్రహాల కోసం భూస్థిర కక్ష్యను వాడాలని ఆర్థర్ సి క్లార్క్ ప్రతిపాదించాడు. ఈ కక్ష్యను క్లార్క్ కక్ష్య అని కూడా అంటారు. ఇక్కడి కక్ష్యలన్నిటినీ కలిపి క్లార్క్ బెల్ట్ అని అంటారు.

భూ సమవర్తన కక్ష్యలో ప్రవేశపెట్టిన మొదటి ఉపగ్రహం సిన్‌కామ్‌ 2 అయితే దానికి కదులుతూ ఉండే యాంటెన్నాలు అవసరం. భూస్థిర కక్ష్యలో ప్రవేశపెట్టిన మొదటి ఉపగ్రహం సిన్‌కామ్‌ 3. అప్పటినుండి, భూస్థిర ఉపగ్రహాలు నిరంతర ఉపయోగంలో ఉన్నాయి. మరీ ముఖ్యంగా టీవీ ప్రసారాల కోసం వీటిని వాడుతున్నారు.

భూస్థిర ఉపగ్రహాలను టెలిఫోను సిగ్నళ్ళకోసం కూడా వాడుతున్నారు. కానీ సిగ్నలు ప్రయాణ కాలంలో ఉండే వ్యవధానం వలన, ఫోనులో మాట్లాడుకునే వారి మధ్య అర సెకండు వరకూ అంతరం ఏర్పడుతుంది. అందుచేత ఫైబర్ ఆప్టిక్ కేబుళ్లను వాడుతున్నారు. పైగా వీటిద్వారా అధిక బ్యాండ్‌విడ్త్ లభిస్తుంది.

ప్రస్తుతం అనేక ప్రాంతాల్లో ఫైబర్ ఆప్టిక్, మైక్రోవేవ్‌ల ద్వారా సమాచార ప్రసారం జరుగుతున్నప్పటికీ, ఆఫ్రికా, లాటిన్ అమెరికా, ఆసియా ఖండాల్లోని అనేక ప్రాంతాల్లో, అనేక ఇతర మారుమూల ప్రాంతాల్లోనూ, సముద్రంలో ఉన్న నౌకల్లోనూ సమాచారం కోసం ఉపగ్రహాలను వాడుతూనే ఉన్నారు.

ఇవి కూడా చూడండి

• కక్ష్య
• భూ స్థిర కక్ష్య
• భూ సమవర్తన ఉపగ్రహం
• శ్మశాన కక్ష్య
• భూ ఉన్నత కక్ష్య
• భూ నిమ్న కక్ష్య
• భూ మధ్యస్థ కక్ష్య