CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG ĐIỆN TỪ HỌC TRONG THÔNG TIN LIÊN LẠC
3.4. THÔNG TIN VŨ TRỤ - VỆ TINH TRUYỀN THÔNG
3.4.3. Các loại quỹ đạo chuyển động của vệ tinh nhân tạo
3.4.3.1. Quỹ đạo địa tĩnh.
Là quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo Trái Đất (vĩ độ 0º). Bất kỳ điểm nào trên mặt phẳng xích đạo đều quay tròn xung quanh Trái Đất th o cùng một hướng và với cùng một chu kỳ (vận tốc góc) giống như sự tự quay của Trái Đất. Nó là trường hợp đặc biệt của quỹ đạo địa đồng bộ, và là quỹ đạo được những người khai thác hoạt động của vệ tinh nhân tạo ưa thích (bao gồm các vệ tinh viễn th ng và truyền hình).
Các vị trí vệ tinh chỉ có thể khác nhau th o kinh độ.
Trang 89
Ý tưởng về vệ tinh địa đồng bộ cho mục đích viễn th ng đã được Herman Potocnik đưa ra lần đầu tiên năm 1928. Các quỹ đạo địa đồng bộ và địa tĩnh cũng đã được Arthur C. Clarke, tác giả truyện khoa học viễn tưởng phổ biến lần đầu tiên năm 1945 như là các quỹ đạo có ích cho các vệ tinh viễn th ng. Do đó, đ i khi các quỹ đạo này còn được nói đến như là các quỹ đạo Clark . Tương tự, "vành đai Clark " là một phần của khoảng kh ng vũ trụ nằm phía trên mực nước biển trung bình khoảng 35.786 km trong mặt phẳng xích đạo, trong đó các quỹ đạo gần-địa tĩnh có thể đạt được.
Các quỹ đạo địa tĩnh là hữu ích do chúng làm cho vệ tinh dường như là tĩnh đối với điểm cố định nào đó trên Trái Đất. Kết quả là các ăng t n có thể hướng tới th o một phương cố định mà vẫn duy trì được kết nối với vệ tinh. Vệ tinh quay trên quỹ đạo th o hướng tự quay của Trái Đất ở độ cao khoảng 35.786 km (22.240 dặm) phía trên mặt đất. Độ cao này là đáng chú ý do nó tạo ra chu kỳ quỹ đạo bằng với chu kỳ tự quay của Trái Đất, còn được biết đến như là ngày thiên văn.
Các quỹ đạo địa tĩnh chỉ có thể đạt được rất gần với vòng 35.786 km phía trên xích đạo. Các vệ tinh quỹ đạo địa đồng bộ tròn khác (nếu có) sẽ cắt ngang quỹ đạo địa tĩnh và có thể xảy ra va chạm với các vệ tinh địa tĩnh này. Trên thực tế điều này có nghĩa là tất cả các vệ tinh địa tĩnh cần phải tồn tại trên vòng tròn này, nó đặt ra các vấn đề như phải ngừng hoạt động của các vệ tinh vào cuối chu kỳ hoạt động của nó (ví dụ như khi chúng hết lực đẩy).
Quỹ đạo chuyển tiếp địa tĩnh được sử dụng để chuyển vệ tinh từ quỹ đạo gần Trái Đất vào quỹ đạo địa tĩnh.
Hệ thống toàn thế giới các vệ tinh địa tĩnh đang hoạt động được sử dụng bởi các vệ tinh khí tượng để cung cấp các hình ảnh bằng ánh sáng thường và hồng ngoại về bề mặt và bầu khí quyển Trái Đất.
3.4.3.2. Quỹ đạo trái đất thấp.
Vệ tinh quỹ đạo trái đất thấp (Low Earth Orbit hay là LEO) có quỹ đạo tròn điển hình cao 400 km so với bề mặt trái đất và tương ứng với chu kỳ (thời gian quay quanh trái đất) là khoảng 90 phút. Vì độ cao thấp của nó, những vệ tinh này chỉ có thể nhìn thấy trong vòng bán kinh 1000 km từ điểm chiếu xuống của vệ tinh. Thêm nữa, những vệ tinh thấp thay đổi vị trí của chúng so với bề mặt trái đất rất nhanh. Vì vậy cho một ứng dụng tại một nơi, cần số lượng lớn các vệ tinh này trong để kết nối kh ng bị ngắt quãng. Việc phóng LEO kh ng đắt bằng phóng vệ tinh địa tĩnh, và vì ở gần mặt đất nên kh ng đòi hỏi tín hiệu có cường độ lớn (nhớ rằng cường độ tín hiệu giảm tỉ lệ với bình phương khoảng cách). Do vậy có một sự trao đổi giữa số các vệ tinh và giá cả. Một nhóm các vệ tinh làm việc nhịp nhàng được gọi là một chòm vệ tinh.
Trang 90
Hai chòm vệ tinh dự kiến sẽ cung cấp dịch vụ điện thoại vệ tinh, trực tiếp đến nơi xa là hệ thống vệ tinh Iridium và Globarsatr. Hệ thống Iridium có 66 vệ tinh.
Chòm vệ tinh khác tên là T l d sic, đứng sau là chủ hãng Microsoft Paul ll n có trên 840 vệ tinh. Chòm này sau này được giảm xuống còn 288 vệ tinh và đến cuối cùng kết thúc chỉ có một vệ tinh thử nghiệm được phóng. Người ta còn có khả năng yêu cầu gián đoạn việc đưa tin, sử dụng một vệ tinh quỹ đạo thấp của việc lưu dữ liệu nhận được trong khi đi ngang qua một phần của trái đất và chuyển nó muộn hơn trong khi nó sang phần kia của trái đất. Đó là hệ thống C SC DE của C SSIOPE Canada. Một hệ thống khác sử dụng phương pháp này là Orbcomm.
3.4.3.3. Quỹ đạo Molniya.
Như đã nói, vệ tinh địa tĩnh được đặt để hoạt động trên đường xích đạo. Hệ quả là kh ng phải lúc nào nó cũng thích hợp để cung cấp các dịch vụ ở các vĩ độ cao, vệ tinh địa tĩnh sẽ xuất hiện thấp ở các đường chân trời, ảnh hưởng đến khả năng kết nối và là nguyên nhân của hiện tượng giao thoa gây nhiễu ( do giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ từ mặt đất vào ăng-t n). Vệ tinh đầu tiên của họ vệ tinh Molniya được phóng vào 23 tháng 4 năm 1965 và được sử dụng để thí nghiệm truyền sóng TV đường dài từ Moscow đến một trạm thu tại Sib ria và vùng viễn đ ng của Nga như Norilsk, Khabarovsk, Magada, Vladivostok. Tháng 11 năm 1967 các kỹ sư S Viết tạo ra hệ thống duy nhất của mạng TV quốc gia gọi là vệ tinh Orbita. Đó chính là cơ sở của vệ tinh Molniya.
Quỹ đạo Molniya có thể là một sự thay thế trong những trường hợp đó. Quỹ đạo Molniya có độ nghiêng cao, đảm bảo được độ cao (độ cao của vệ tinh so với đường chân trời. Một vệ tinh có độ cao bằng kh ng tức là nằm trên đường chân trời, nếu có độ cao là 90 độ tức là thẳng đứng trên đầu.) tốt trên những điểm được chọn trong cả phần cực bắc của quỹ đạo.
Xa hơn nữa, Quỹ đạo Molniya được thiết kế để vệ tinh di chuyển phần lớn thời gian của nó trên những vĩ tuyến bắc xa, trong khi đó đường chiếu xuống đất của quỹ đạo chỉ di chuyển nhỏ. Chu kỳ của nó là một nửa ngày, vì vậy vệ tinh có mặt cho mỗi nhiệm vụ trên một vùng 8 h mỗi vòng. Th o cách này, một chòm 3 vệ tinh Molniya (cả dự phòng) có thể cung cấp độ phủ sóng kh ng bị ngắt quãng. Vệ tinh Molniya được sử dụng điển hình cho điện thoại và các dịch vụ TV xuyên Nga. Một chức năng khác là sử dụng chúng cho hệ thống radio di động ( cả khi ở vĩ độ thấp) từ khi mà những chiếc x đi xuyên qua các vùng thành phố cần truy cập tới vệ tinh ở độ cao lớn nhằm mục đích đảm bảo khả năng kết nối ( ví dụ khi ở dưới các tòa nhà cao).