Los seis satélites TDRS más recientes (del 8 al 13) se insertaron en órbitas de inclinación moderada de aproximadamente 7° y, en todos los casos, sus inclinaciones disminuyeron inmediatamente a tasas de aproximadamente +/-1 o +/-0,5 grados por año.
Tengo curiosidad tanto sobre la mecánica orbital subyacente como sobre el diseño de la misión que se lleva a cabo aquí.
Preguntas:
Respuestas relacionadas y potencialmente útiles:
Los seis satélites TDRS (del 8 al 13) están26388, 27389, 27566, 39070, 39504, 42915
Los datos provienen de la siguiente consulta en Space-Track.org:
https://www.space-track.org/basicspacedata/query/class/gp_history/NORAD_CAT_ID/26388,27389,27566,39070,39504,42915/orderby/TLE_LINE1 DESC/EPOCH/2000-01-01--2022-01-01/format/tle
guión para trazar:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from datetime import datetime, timedelta
fname = 'TDRS TLEs for inclination.txt'
with open(fname, 'r') as infile:
TLEs = np.array(infile.readlines()).reshape(-1, 2)
print('TLEs.shape: ', TLEs.shape)
satdict_unsorted = dict()
for L1, L2 in TLEs:
satid = int(L1[2:7])
year = 2000 + int(L1[18:20])
decimal_days = float(L1[20:32])
# https://stackoverflow.com/a/34910712/3904031
datetim = datetime(year, 1, 1) + timedelta(decimal_days - 1)
seconds_since_epoch = (datetim - datetime(1970, 1, 1)).total_seconds()
decimal_year = 1970. + seconds_since_epoch / (365.2564 * 24 * 3600)
inc = float(L2[8:16])
raan = float(L2[17:25])
ecc = float('.' + L2[26:33])
n = float(L2[52:63])
T = 24 * 3600 / n
info = [year, decimal_days, seconds_since_epoch, decimal_year,
inc, raan, ecc, T, n]
try:
satdict_unsorted[satid].append(info)
except:
satdict_unsorted[satid] = [info]
satdict = dict()
for key, thing in satdict_unsorted.items():
thing.sort(key=lambda x: x[2])
print('len(thing): ', len(thing))
print('len(thing[1]): ', len(thing[1]))
satdict[key] = np.array(list(zip(*thing)))
if True:
fig, (ax1, ax2, ax3, ax4) = plt.subplots(4, 1)
names = 'inc (deg)', 'RAAN (deg)', 'Ecc', 'T (sec)'
T_siderial = 23 * 3600 + 56 * 60 + 4.09
for key, thing in satdict.items():
years, inc, raan, ecc, T, n = thing[3:9]
ax1.plot(years, inc, label=str(key))
ax1.set_ylabel('inc (deg)')
ax2.plot(years, raan, label=str(key))
ax2.set_ylabel('RAAN (deg)')
ax3.plot(years, ecc, label=str(key))
ax3.set_ylabel('Ecc')
# implement a crude rolling median removing TLEs too close together
d_t = years[1:] - years[:-1]
d_inc = inc[1:] - inc[:-1]
keep = d_t > 100. / 3600 / 365.2564 # years
dinc_dt = d_inc[keep] / d_t[keep]
yearz = years[:-1][keep] # fudge
N = 20
rolling = [np.median(dinc_dt[i:i+N]) for i in range(len(dinc_dt)-N)]
ax4.plot(yearz[10:-10], rolling)
ax4.set_ylabel('d inc/dt (deg/year)')
ax1.legend()
ax2.legend()
ax1.set_ylim(0, 10)
ax3.set_yscale('log')
ax4.set_ylim(-1.2, 1.2)
ax4.plot(ax4.get_xlim(), [0, 0], '-k')
fig.suptitle('TDRS')
plt.show()
Estos satélites están en el mismo ciclo de 53 años de RAAN y cambios de inclinación como cualquier satélite geosíncrono cuya inclinación no se mantiene activamente. Esencialmente, es la influencia combinada de la Luna, el Sol y el achatamiento de la Tierra (J2) lo que tira de la órbita.
Hay un buen artículo sobre esto: Anderson, Paul; et al. (2015). Consideraciones operativas de la dinámica de sincronización de desechos GEO (PDF). 66º Congreso Internacional de Astronáutica. Jerusalén, Israel.
Consulte la figura 2 en la página 4 para ver una representación gráfica de los cambios de RAAN/inclinación de las órbitas. No lo agregaré aquí debido a los derechos de autor poco claros.
¿Por qué siempre se desplazan hacia abajo hacia la inclinación cero, y los que llegan allí parecen ser "repelidos" por cero y en lugar de cruzar cero disminuyen la velocidad, se detienen en una inclinación positiva pequeña pero finita y luego comienzan de nuevo?
Esto es lo que realmente sucede: el cambio en la inclinación se detiene y el cambio en RAAN se acelera.
¡di/dt parece parabólico cerca del mínimo pero lineal por lo demás!
Eso es solo una coincidencia: hay partes del ciclo que son casi lineales y partes fuertemente curvadas en otras posiciones.
¿Por qué la inclinación de los tres satélites TDRS más recientes cambia a la mitad de la tasa de los primeros tres?
Están en una órbita con un RAAN diferente: los más antiguos se insertaron a aproximadamente -60 °, mientras que los más nuevos están a solo -30 °. Esto los acerca al punto de equilibrio y, por lo tanto, los hace evolucionar más lentamente.
¿Por qué se tomó la decisión de poner TDRS 8 a 13 con una inclinación de aproximadamente 7°?
Siempre es más barato lanzarse a una órbita inclinada que a una órbita exactamente estacionaria (a menos que su puerto espacial esté en el ecuador, eso es). La inclinación elegida y el RAAN ligeramente negativo aseguran que el satélite orbitará siempre con una inclinación inferior a la inicial durante los próximos 20 años. Solo después de este tiempo, la inclinación será mayor con un pico de aproximadamente 14 °, pero en este momento es probable que ya esté fuera de servicio.
asdfex
UH oh