భూ స్థిర బదిలీ కక్ష్య

వికీపీడియా నుండి
Jump to navigation Jump to search

భూ స్థిర బదిలీ కక్ష్య లేదా భూ సమన్వయ బదిలీ కక్ష్య (GTO) ఒక హోమన్ బదిలీ కక్ష్య. భూ స్థిర కక్ష్యలోకి పంపాల్సిన ఉపగ్రహాలను సాధారణంగా రెండు దశల్లో పంపిస్తారు. మొదటి దశలో ఉపగ్రహవాహక నౌక (రాకెట్) ఉపగ్రహాన్ని బదిలీ కక్ష్యలోకి చేరుస్తుంది. రెండవదశలో ఉపగ్రహంలోని థ్రస్టర్లను మండించి దాన్ని బదిలీ కక్ష్య నుండి భూస్థిర లేదా భూ సమన్వయ కక్ష్యలోకి చేరుస్తారు.[1]

బదిలీ కక్ష్య అధిక దీర్ఘవృత్తాకార భూకక్ష్య. దీని అపోజీ 42,164 కి.మీ. (భూ ఉపరితలం నుండి 35,786 కి.మీ.) ఉంటుంది. ఇది భూ స్థిర కక్ష్య వ్యాసార్థానికి సమానం. బదిలీ కక్ష్య యొక్క కాలం 10.5 గంటలు.[2] అపోజీ భూమధ్యరేఖపై గానీ, దానికి దగ్గరగా గానీ ఉండేలా అపోజీ ఆర్గ్యుమెంటు ఉంటుంది. పెరిజీ, వాతావరణంపైన ఎక్కడైనా ఉండవచ్చు. సాధారణంగా భూతలం నుండి కొద్ది వందల కి.మీ. ఎత్తు ఉంటుంది. అందుచేత లాంచరు డెల్టా-వి అవసరం తక్కువగా ఉంటుంది. అలాగే బూస్టరు కక్ష్యలో ఉండిపోయే కాలం తక్కువగా ఉండి, అంతరిక్ష శిథిలాలు తక్కువగా ఉండేలా చూస్తుంది.

బదిలీ కక్ష్య నుండి భూ స్థిర కక్ష్యలోకి వెళ్ళేందుకు ఎలక్ట్రికల్ ప్రొపల్షన్ లాంటి లో-థ్రస్టు  ఇంజన్లను వాడదలచినపుడు సూపర్‌సింక్రొనస్ (భూస్థిర కక్ష్య కంటే ఎక్కువ అపోజీ) కక్ష్యను బదిలీ కక్ష్యగా ఎంచుకుంటారు. థ్రస్టు తక్కువ కావడాన, ఈ పద్ధతిలో గమ్యాన్ని చేరేందుకు బాగా ఎక్కువ సమయం పడుతుంది.[3][4] వాహకనౌక, ఉపగ్రహాన్ని సూపర్‌సింక్రొనస్ కక్ష్యలోకి ప్రక్షేపిస్తుంది. దీని అపోజీ 42,164 కి.మీ.కి పైన ఉంటుంది. భూ స్థిర బదిలీ కక్ష్యల్లో ఉపగ్రహపు లో-థ్రస్టు  ఇంజన్లను ఇనర్షియల్ దిశలో నిరంతరం మండిస్తారు.

హోమన్ బదిలీ కక్ష్యను వాడేట్లైతే, భూ స్థిర కక్ష్యను చేరేందుకు కొద్ది రోజుల సమయం సరిపోతుంది. లో-థ్రస్టు ఇంజన్లను వాడినట్లైతే, కొన్నినెలల సమయం అవసరం. 

బదిలీకక్ష్యాతలానికీ, భూమధ్య రేఖా తలానికీ మధ్య గల కోణాన్ని బదిలీ కక్ష్య వాలు (ఇన్‌క్లినేషన్) అంటారు. వాహకనౌకను ప్రయోగించిన కేంద్రపు అక్షాంశం, ప్రయోగ అజిముత్ (దిశ) పై ఇది ఆధారపడి ఉంటుంది. వాలు, అసమకేంద్రత (ఎక్సెంట్రిసిటీ) రెండూ సున్నా అయితేనే భూస్థిర కక్ష్యను చేరగలం. ఒక్క అసమకేంద్రత మాత్రమే సున్నా అయితే భూ సమన్వయ కక్ష్యను సాధించగలం గానీ భూ స్థిర కక్ష్యను చేరలేం. కక్ష్యను మార్చేందుకు అవసరమైన డెల్టా వి, తక్షణ వేగానికి అనులోమ నిష్పత్తిలో ఉంటుంది కాబట్టి, ఈ వేగం అతి తక్కువగా ఉండే అపోజీ వద్ద ఇంజన్లను మండించి వాలు, అసమకేంద్రత రెంటినీ ఒకేసారి మారుస్తారు.

సాంకేతిక వివరణ[మార్చు]

అరోహణ లేదా అవరోహణ నోడ్‌ వద్ద కక్ష్య వాలును మార్చేందుకు అవసరమైన V ని కింది విధంగా లెక్కించవచ్చు:[5]

24,582 కి.మీ. సెమీ మేజర్ అక్షం ఉన్న బదిలీ కక్ష్యకు పెరిజీ వేగం 9.88 కి.మీ./సె, అపోజీ వేగం 1.64 కి.మీ/సె ఉంటుంది. అపోజీ వద్ద వాలు మార్పును చేపడితే చాలా తక్కువ ఖర్చు అవుతుందని సుస్పష్టం. వాస్తవంలో, వాలు మార్పుతో పాటు కక్ష్య వర్తులీకరణం (అపోజీ కిక్) కూడా చేపడతారు. దీనివలన తక్కువ V సరిపోతుంది. వాలు మార్పు V, వర్తులీకరణ V ల వెక్టర్ మొత్తమే సంయుక్త V. త్రిభుజంలోని ఏ రెండు భుజాల పొడవుల మొత్తమైనా మూడో దానికంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది కాబట్టి, సంయుక్త విన్యాసంలో ఖర్చయ్యే V విడివిడిగా జరిగే విన్యాసాల్లో అవసరమైన దానికంటే తక్కువగా ఉంటుంది. సంయుక్త V ని కిందివిధంగా లెక్కించవచ్చు:

ఇక్కడ బదిలీకక్ష్య అపోజీ వద్ద వేగ పరిమాణం,  భూ స్థిర కక్ష్యలో వేగం.

ఇతర అంశాలు[మార్చు]

వాలును సున్నాకు తగ్గించేందుకు అతి తక్కువ ఇంధనం అవసరమయ్యే అపోజీ వద్ద కూడా, ఇంధనం బాగానే అవసరమౌతుంది. ఈ కారణంగా భూమధ్య రేఖకు దగ్గరగా ఉన్న ప్రయోగ వేదికలకు ఉన్నత అక్షాంశాల వద్ద ఉండే వేదికలకన్నా చాలా ప్రయోజనం ఉంది. కజఖ్‌స్థాన్ లోని బైకొనూర్ కాస్మోడ్రోమ్‌ 46 డిగ్రీల ఉత్తర అక్షాంశం వద్ద ఉంది. అమెరికాలోని కెనడీ స్పేస్ సెంటరు 28.5 డిగ్రీల ఉత్తర అక్షాంశం వద్ద ఉంది. ఏరియేన్ రాకెట్  ప్రయోగ కేంద్రమైన కౌరు, 5 డిగ్రీల ఉత్తర అక్షాంశం వద్ద ఉంది. పసిఫిక్ మహా సముద్రంలోని తేలియాడే ప్రయోగ వేదికలు సరిగ్గా భూమధ్య రేఖపై ఉంటాయి.

ఉపగ్రహ వాహక రాకెట్లు నేరుగా బదిలీ కక్ష్యను చేరి ఉపగ్రహాన్ని ప్రక్షేపిస్తాయి. కానీ ఈసరికే భూ నిమ్న కక్ష్యలో ఉన్న ఉపగ్రహం బదిలీ కక్ష్యలోకి చేరేందుకు, తన కక్ష్యా దిశలో రాకెట్‌ను పేల్చాల్సి ఉంటుంది. స్పేస్ షటిల్  నుండి ఉపగ్రహాన్ని ప్రయోగించినపుడు ఇలా చేసేవారు; స్పేస్ షటిలు నుండి ఉపగ్రహాన్ని బయటికి పంపాక, షటిలు నుండి అది సరిపడినంత దూరం పోయాక, పెరిజీ కిక్ మోటారు అనే మోటారును మండించి బదిలీని సాధించేవారు. 

కొన్ని వాహకనౌకలు తమ పేలోడును నేరుగా భూ స్థిర కక్ష్యలోకి తీసుకువెళ్ళగలిగినప్పటికీ, చాలా నౌకలు బదిలీ కక్ష్య వరకే వెళ్ళి ఉపగ్రహాన్ని ప్రక్షేపిస్తాయి. ఉపగ్రహాన్ని భూస్థిర కక్ష్యలోకి తీసుకువెళ్ళే బాధ్యత ఆ ఉపగ్రహపు ఆపరేటరుది. అపోజీ దాకా చేసే 5 గంటల ప్రయాణం, దానిలో ఉండే బ్యాటరీ జీవిత కాలం కంటే ఎక్కువగా ఉండవచ్చు. బదిలీ విన్యాసాలు ఒక అపోజీ వద్ద గానీ, అంతకంటే ఎక్కువ అపోజీల వద్దగానీ జరుగుతాయి. ఉపగ్రహం, వాహకనౌక నుండి విడివడ్డాక దానిలో ఉన్న సౌర శక్తి దానికి అవసరమైన శక్తిని ఇస్తుంది. ఈ రోజుల్లో వాహక నౌకలు ఒక్క ప్రయోగంలో చాలా ఉపగ్రహాలను తీసుకుపోతున్నాయి. ఇది ఖర్చులను తగ్గిస్తోంది.

ఈ కారణంగా వాహక నౌక సామర్థ్యాన్ని బదిలీ కక్ష్యకు ఎంత బరువు తీసుకెళ్ళగలదనే విధంగా లెక్కిస్తారు. నేరుగా భూ స్థిర కక్ష్యకు తీసుకెళ్ళగల బరువు కంటే ఇది ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, డెల్టా హెవీ రాకెట్టు సామర్థ్యాన్ని ఇలా చెబుతారు:[6] 

  • భూస్థిర బదిలీ కక్ష్యకు: 14,220 కి.గ్రా. (185 కి.మీ. x 35,786 కి.మీ. 27.0 డిగ్రీల వాలు వద్ద), ప్రస్తుతం పనిచేస్తున్న ఏ ఇతర వాహనానికి కూడా ఇంతటి సామర్థ్యం లేదు. (ఇంత పేలోడును ఇది ఇంతవరకూ తీసుకుపోయిన దాఖలాల్లేవు.)
  • భూస్థిర కక్ష్యకు  6,750 కి.గ్రా.

బదిలీ కక్ష్య నుండి భూ స్థిర కక్ష్యకు చేరవేసే విన్యాసాన్ని ఒకే మోటరు ఇంపల్సుతో చెయ్యాలంటే, అపోజీ భూమధ్య రేఖను దాటే బిందువు వద్ద ఉండాలి. దాని ఎత్తు సమన్వయ కక్ష్య ఎత్తు అంత ఉండాలి కూడా. అంటే దానర్థం, పెరిజీ ఆర్గ్యుమెంటు 0 డిగ్రీలు గాని, 180 డిగ్రీలుగానీ ఉండాలి. భూమి గోళాకారపు అపక్రమం కారణంగా పెరిజీ ఆర్గ్యుమెంటు క్రమంగా అస్థిరతకు లోనౌతుంది కాబట్టి, దాన్ని ప్రయోగ సమయంలోనే పరిగణనలోకి తీసుకుని, సరైన సమయానికి ఉపగ్రహం సరైన స్థానంలో ఉండేలాగా వాహకనౌకను పంపిస్తారు. (ఉదాహరణకు, ఏరియేన్ 5 ప్రయోగాల విషయంలో, అది ఆరవ అపోజీ[7]). బదిలీ కక్ష్య యొక్క వాలు సున్నా అయితే (సముద్రం మీద నుండి ప్రయోగించిన సందర్భాల్లో లాగా), ఇది వర్తించదు.

ఇవి కూడా చూడండి[మార్చు]

మూలాలు[మార్చు]

  1. Larson, Wiley J. and James R. Wertz, eds.
  2. Mark R. Chartrand, Satellite Communications for the Nonspecialist, SPIE Press 2004, p. 164, : googlebooks link
  3. Spitzer, Arnon (1997). Optimal Transfer Orbit Trajectory using Electric Propulsion. USPTO. 
  4. Koppel, Christophe R. (1997). Method and a system for putting a space vehicle into orbit, using thrusters of high specific impulse. USPTO. 
  5. Curtis, H.D. (2010) Orbital Mechanics for Engineering Students, 2nd Ed. Elsevier, Burlington, MA, pp. 356-357.
  6. United Launch Alliance, Delta IV Launch Services User's Guide June 2013, pp. 2-10, Figure 2-9; Archived copy. URL accessed on 2013-10-14.
  7. ArianeSpace, Ariane 5 User's Manual Issue 5 Revision 1, 2011 July, pp. 2-13, http://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2015/09/Ariane5_users_manual_Issue5_July2011.pdf accessed 8 March 2016