¿Por qué ICESAT-2 y CRYOSAT 2 tienen inclinaciones de casi exactamente 92 grados?

Esa y Nasa de la BBC alinean satélites para medir el hielo marino antártico dice:

El martes se autorizó a la nave espacial europea Cryosat-2 a elevar su órbita poco menos de un kilómetro.

Esto aumentará enormemente el número de observaciones coincidentes que puede hacer con la misión Icesat-2 de los estadounidenses.

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El Icesat-2 de la NASA, que orbita el globo a unos 500 km de altitud, utiliza un láser para medir la distancia a la superficie de la Tierra y, por lo tanto, la altura de los objetos. Este haz de luz se refleja directamente en la parte superior de la nieve.

El Cryosat-2 de Esa, por otro lado, a unos 720 km de altitud, utiliza un radar como herramienta de altura, y penetra mucho más profundamente en la capa de nieve antes de recuperarse.

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El martes, los gerentes de Esa dieron su aprobación final a la campaña conjunta conocida como Cryo2Ice.

Cryosat disparará sus propulsores el 16 de julio para subir unos cientos de metros más alto en el cielo. La maniobra, que tardará un par de semanas en completarse, no comprometerá la longevidad de la misión ya que la nave espacial tiene suficiente combustible a bordo.

El director de la misión de Esa's Cryosat, el Dr. Tommaso Parrinello, le dijo a BBC News: "Icesat está bastante por debajo de nosotros, por lo que no podemos bajar para encontrarnos con ellos, pero al subir encontramos esta increíble órbita resonante en la que por cada 19 órbitas para nosotros y 20 órbitas para ellos: nos encontraremos en los polos dentro de un cierto lapso de tiempo Básicamente, cada 1,5 días, nos encontramos sobre los polos con unas pocas horas de diferencia entre sí y eso significa que podemos observar el mismo hielo casi simultáneamente.

Pero esto solo funciona a lo largo de un camino extendido de vía terrestre si tienen las mismas inclinaciones, ¡ y he aquí que sí!

Los TLE actuales para estos de https://celestrak.org/satcat/search.php son:

ICESAT-2                
1 43613U 18070A   20189.92212711  .00000701  00000-0  25259-4 0  9993
2 43613  92.0063  66.8810 0002210  90.4354 269.7149 15.28271517101018

CRYOSAT 2               
1 36508U 10013A   20189.86496501  .00000000  00000-0 -64194-6 0  9997
2 36508  92.0333 112.6828 0008788 129.2185 230.9804 14.52174175543231

Movimiento medio de CRYOSAT 2 de 15,2827 órbitas por día veces 19 20 es 14.518565, solo un poco más rápido que las 14.5217 órbitas por día de ICESAT-2, por lo que es fácil ver cómo una pequeña elevación de la órbita de ICESAT-2 llevará las dos órbitas a un estado de coincidencia de movimiento medio de 19:20. (Aunque suene intuitivo, "resonancia" no es la palabra correcta aquí ).

Pregunta: ¿Por qué ICESAT-2 y CRYOSAT 2 tienen inclinaciones de casi exactamente 92 grados? A estas altitudes, una órbita heliosincrónica estaría en torno a los 98°, así que no es eso. Y aunque las trayectorias terrestres de las órbitas a 86,4° o 93,6° cruzan el ecuador perpendicularmente , eso parece irrelevante aquí. Entonces, ¿qué tienen de especial los 92,0° grados y por qué ambas naves espaciales tenían esta inclinación?

No tengo suficiente tiempo para escribir una respuesta completa, así que un comentario. Tanto ICESAT-2 como CRYOSAT 2 tienen órbitas terrestres repetidas. En el caso de órbitas heliosincrónicas, la inclinación se elige de modo que la órbita tenga una precesión de 360° cada año. En el caso de que se repita la trayectoria en tierra, la inclinación se elige de modo que la trayectoria en tierra se repita después de un número entero de órbitas.
@DavidHammen Supongo que la pregunta tiene dos partes; 1) ¿Por qué lo mismo, y 2) ¿Por qué alrededor de 92.0°? Para períodos cortos de tiempo, una pista de tierra repetida solo necesita el período correcto, por lo que la inclinación se elige por su tasa de precesión para mantener la condición de repetición durante un período prolongado de tiempo. ¿Una altitud ligeramente diferente no podría compensar la tasa de precesión de una inclinación diferente?
Cuando haga los cálculos, encontrará que hay casi repeticiones en posibles inclinaciones para repetir órbitas terrestres con diferentes altitudes y con diferente número de órbitas después de las cuales se repite la trayectoria terrestre. No quiero publicar esa matemática. Hacerlo llevaría horas.
@DavidHammen pero no veo por qué una inclinación específica como 92.0° sería especial . Me parece que uno puede tener órbitas de seguimiento terrestre repetidas para cualquier inclinación.
Como las repeticiones son discretas (en este caso, números enteros), las inclinaciones que dan como resultado órbitas repetidas en el suelo también son discretas (pero obviamente no son números enteros).
Hay documentos, múltiples documentos, sobre este tema. Puede encontrar algunos de ellos con una búsqueda de Google Scholar para repetir la órbita terrestre.
@DavidHammen Veo, creo; (p. ej. 1 , 2 , 3 ) no es la precesión debida a j 2 pero los términos de gravedad de orden superior que pueden hacer que algunas inclinaciones funcionen mucho mejor que otras, un poco como "órbitas congeladas".

Respuestas (1)

ICESAT-2

El equipo de POD desarrolló la órbita ICESat-2 con los requisitos iniciales de: (1) una órbita con una inclinación de 92° para cubrir el hielo polar y el hielo marino sin dejar de producir cruces de órbitas para las observaciones cruzadas del altímetro, (2) una órbita congelada para limitar la variación de altitud en cualquier latitud dada para mantener la geometría del patrón de haz en la superficie, (3) una repetición de ~91 días para muestrear la variación estacional con una repetición cercana de ~30 días para el muestreo temporal del hielo marino, (4) órbita terrestre baja para consideraciones radiométricas con instrumentos de altímetro.

ICE, CLOUD y Land Elevation Satellite (ICESat-2) Project Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD) para la determinación precisa de la órbita, el diseño de la órbita y la calibración de parámetros de geolocalización

CRIOSAT-2

El control de la órbita de Cryosat es diferente de los otros satélites de observación de la Tierra de la ESA descritos anteriormente porque:

  • El sistema de propulsión no permite la ejecución de maniobras significativas fuera del plano.
  • No hay ningún requisito sobre la evolución de LTAN. No se requiere sincronismo solar.
  • El ciclo de repetición previsto es muy largo en comparación con los de ERS-2 y Envisat.

...

Una órbita de referencia generada de forma clásica para Cryosat no mostraría una distribución homogénea de longitudes en los cruces de nodos, ya que existiría una deriva no constante de la ascensión recta del nodo ascendente inducida por la deriva de inclinación. Dicha órbita de referencia no cumple con los requisitos científicos de la misión Cryosat porque se requiere una distribución homogénea de longitudes en los cruces de nodos para tener la densidad correcta de cruces de trayectoria terrestre. Este efecto se compensa diseñando una órbita de referencia con un período orbital no constante. Esta estrategia significa, en otras palabras, adelantar o retrasar los tiempos de los cruces del ecuador de tal manera que se logre una distribución homogénea de los nodos.

CRYOSAT-2: DE LEOP A LA ADQUISICIÓN DE LA ÓRBITA DE REFERENCIA

Esto es excelente, exactamente lo que necesitaba! Aparentemente más que " un poco como "órbitas congeladas " Aunque la órbita de CRYOSAT-2 no es realmente una órbita congelada clásica, hace el trabajo de manera similar.
@uhoh, pensé que disfrutarías de las referencias vinculadas. Estaban un poco por encima de mi cabeza.
¿Por qué ICESAT-2 y CRYOSAT 2 tienen inclinaciones de casi exactamente 92 grados?
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