¿Por qué los períodos orbitales son diferentes para diferentes constelaciones de sistemas de posicionamiento GNSS?

Mi pregunta está restringida a los sistemas de posicionamiento global (los regionales tienen restricciones geosincrónicas, lo que limita drásticamente la elección de la órbita)

El diagrama en esta pregunta destaca diferentes altitudes para diferentes constelaciones. Esta diferencia también está presente en esta tabla comparativa . Todos los satélites del sistema de posicionamiento global están en órbita entre 19 130 km (GLONASS) y 23 222 km (GALILEO) (casi un 20 % de diferencia de altitud).

Dada la misión (que es bastante similar), hubiera esperado menos diferencia. ¿Por qué sus operadores deciden operarlos a diferentes altitudes?

La ingeniería es siempre una serie de compensaciones. Las órbitas más altas significan menos propulsor gastado para el mantenimiento de la posición y más tiempo a la vista, pero señales más débiles. Diferentes operadores van a tener diferentes conjuntos de compensaciones.

Respuestas (1)

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Los sistemas de navegación por satélite necesitan órbitas predecibles con mucha precisión. Una órbita baja está influenciada por un arrastre no predecible con precisión. Se necesita una órbita más alta para mantener muy baja la influencia de la resistencia. Para limitar el número de satélites necesarios, también es necesaria una órbita alta. Una mayor distancia al suelo aumenta el área de la Tierra donde el satélite es visible y se puede recibir.

Para obtener datos orbitales muy precisos, las posiciones de los satélites deben medirse desde estaciones terrestres con frecuencia. Para la medición se utiliza un período de órbita de unas 12 horas, los satélites pasarán por una estación terrestre dos veces al día. Para el cálculo exacto, se utiliza la duración de un día sideral , 23 horas, 56 minutos y 4 segundos.

El GPS utiliza 1/2 día sideral, 11:58:02 y una altura de órbita de 20192 km.

Otros sistemas de navegación por satélite utilizan periodos orbitales similares, 17 órbitas cada 8 a 10 días siderales.

Glonass utiliza 8/17 de un día sideral, 11:15:48 y una altura de órbita de 19140 km.

BeiDou usa 9/17 de un día sideral, 12:40:16 y una altura de órbita de 21224 km.

Galileo utiliza 10/17 de un día sideral, 14:04:45 y una altura de órbita de 23232 km.

La razón de 1/2 también se puede escribir como 17/34, las otras como 16/34, 18/34 y 20/34. Las diferencias son pequeñas. Por lo tanto, todos los satélites podrían medirse aproximadamente dos veces al día desde las mismas estaciones terrestres.

Calculé las alturas de las órbitas usando una calculadora en línea , los valores resultantes difieren un poco de los que se encuentran en Wikipedia.

¿Cuál es el significado del denominador común 17?
¿Puede explicar por qué GPS, GLONASS, Beidou, Galileo, etc. han elegido esas altitudes/períodos orbitales (más allá de estar en una región con una resistencia insignificante)? Por ejemplo, el GPS eligió 1/2 día sideral para que tuvieran pistas terrestres repetitivas.
@Uwe No estoy seguro de que 17 signifique algo. Los satélites serían visibles regularmente ya sea que sus períodos fueran o no fracciones racionales de un día sideral porque son muy altos. La verificación mediante la propagación de todos los TLE GNSS en Celestrak muestra que las órbitas no son realmente una pista terrestre repetida, creo que la respuesta a la que se vincula es engañosa. Entonces, acabo de preguntar: ¿El "17" realmente significa algo con respecto a que las órbitas GNSS son facciones racionales de un día sideral?