¿Son las órbitas heliosincrónicas siempre de norte a sur?

Tienes razón en tu entendimiento,

Una vez que llegue a las inmediaciones del Polo Sur, concretamente al punto más austral de su órbita, comenzará a dirigirse hacia el norte.

La razón por la que dijeron de norte a sur es para diferenciarlo de las órbitas que van de oeste a este (que, por cierto, se mantienen de oeste a este).

Esto también se demuestra muy claramente por la trayectoria terrestre del satélite: el satélite alterna entre ir al sur y al norte.

(Fuente: tornado.sfsu.edu )

El movimiento norte-sur (o sur-norte) en sí mismo no produce una órbita sincronizada con el sol. En realidad, es la desviación de norte a sur recto, junto con la oblación del primario (el planeta u otro cuerpo que el satélite está orbitando), lo que permite órbitas sincrónicas con el sol.

El artículo de wikipedia sobre la precesión nodal es una buena fuente general sobre este tema.

Si un planeta está ubicado lejos de cualquier objeto gravitante significativo (como el sol) y no gira, la gravedad hace que adopte una forma esférica. Las órbitas alrededor de un objeto esféricamente simétrico son muy simples: no cambian de forma, no cambian de orientación, etc. Pero ningún planeta es exactamente esférico, y la desviación de la esfericidad de un planeta puede generar una interesante evolución de las órbitas a su alrededor.

Si un planeta está girando, la fuerza centrífuga hace que el ecuador se abulte. Esa situación se puede ver como una masa esférica algo más pequeña, con la protuberancia como "masa extra" (suficiente para hacer la masa real del planeta) centrada alrededor del ecuador del planeta en rotación. Si un objeto está orbitando con una inclinación de, digamos, 45°, cuando está sobre el hemisferio norte, esa masa extra atrae suavemente al satélite hacia el sur. Eventualmente llega al ecuador, donde "cruza un nodo". Los nodos son los lugares donde la órbita se cruza con el plano ecuatorial. El nodo ascendente es donde el satélite cruza del hemisferio sur al norte, y el descendenteel nodo es lo contrario. Debido a ese tirón hacia el sur mientras se encuentra sobre el hemisferio norte, el satélite alcanza el nodo descendente un poco antes, más hacia el oeste, de lo que habría sido si el planeta fuera puramente esférico. ¡El plano de su órbita ha girado hacia el oeste!

Mientras que sobre el hemisferio sur, la atracción de la protuberancia es hacia el norte, lo que hace que llegue al nodo ascendente incluso antes, por lo que el plano de la órbita ha girado aún más, en la misma dirección. La protuberancia (y el par de torsión en el satélite que surge de ella) provoca la precesión del plano de la órbita.

La ecuación que relaciona la tasa de esa precesión con las características del planeta y de la órbita es

$$\omega_p = -\frac{3}{2} J_2\frac{R_p^2}{p^2}\omega \cos i$$ dónde$\omega_p$es la tasa de precesión en radianes por segundo,$J_2$es un parámetro que describe la desviación del campo de gravedad de la esférica resultante de la protuberancia,$R_p$es el radio promedio del planeta,$p$es el "semi-latus rectum" de la órbita, un parámetro relacionado con el tamaño y la excentricidad de la órbita,$\omega$es la velocidad angular promedio del objeto en órbita alrededor del primario ($2\pi$radianes dividido por el período de la órbita), y$i$es la inclinación de la órbita. El artículo de Wikipedia da una versión ligeramente diferente de esta ecuación, pero son equivalentes.

Para una descripción cualitativa de la precesión, no necesita prestar atención a la mayor parte de esa ecuación. Si la excentricidad y el tamaño de la órbita permanecen fijos, entonces todo a la izquierda de$\cos i$es constante con un positivo$i$("órbita prograda"), el nodo ascendente migra hacia el oeste (la dirección "negativa"), como en el ejemplo cualitativo anterior.

Pero a medida que la Tierra orbita alrededor del sol, la dirección desde el centro de la Tierra hasta el sol migra hacia el este en un marco de referencia fijado a las estrellas (un marco "inercial"). Para establecer una órbita heliosíncrona, la inclinación tiene que hacer$\cos i$negativo, invirtiendo esa dirección de precesión hacia el oeste. Para hacer$\cos i$negativo,$i$debe ser mayor que 90° ($\frac{\pi}{2}$radianes), o retrógrado , pero solo ligeramente.

Si conecta todos los valores de los parámetros en la ecuación y asume un objeto en una órbita terrestre circular baja (LEO circular),$i$termina estando en algún lugar alrededor de 97-98 °, dependiendo de la altitud de la órbita precisa. Esto está a solo 7-8 ° de distancia de norte a sur, por lo que generalmente se lo conoce como una órbita polar. Pero ese 7-8° de componente retrógrado, la desviación exactamente polar, es fundamental para ser heliosíncrono. De hecho, si la órbita es exactamente polar,$i$es 90° entonces$\cos i$es cero y no se produce precesión.

Para órbitas a altitudes más altas$\omega$es más pequeño, por lo que para mantener$\omega_p$en el valor sincrónico solar$\cos i$debe tener un valor negativo mayor. Esto significa que la inclinación de su órbita debe estar más lejos de ser exactamente polar.

Además de la respuesta de Hans, estos son los términos utilizados en la comunidad de vuelos espaciales para describir las órbitas a las que te refieres.

Los satélites que orbitan "de norte a sur" se denominan órbitas polares . Estas son todas las órbitas que colocan el satélite sobre los polos. Estas órbitas tienen una inclinación (ángulo entre el plano de la órbita y el ecuador) de unos 90º.

Una órbita heliosincrónica pertenece al grupo de órbitas polares. Su inclinación es de algo más de 90º (dependiendo de la altura de la órbita). Esto asegura que la órbita permanezca en la misma posición en relación con el sol. Esto significa que el satélite pasará sobre un punto determinado de la Tierra a la misma hora todos los días, lo que es valioso para algunas aplicaciones.