Geostationaarinen kiertorata
Geostationaarinen kiertorata (tai Geostationary Earth Orbit - GEO) on geosynkroninen kiertorata, joka sijaitsee suoraan maapallon päiväntasaajan (0° leveysaste) yläpuolella. Kuten kaikilla geosynkronisilla kiertoradoilla, sen jakso (yhden kiertoradan kesto) on 24 tuntia. Tämä tarkoittaa, että se kiertää maapallon ympäri yhtä nopeasti kuin maapallo pyörii, joten se näyttää pysyvän koko ajan saman pisteen yläpuolella. Maasta käsin katseleva henkilö näkee geostationaarisella radalla olevan satelliitin pysyvän paikallaan taivaalla.
Geostationäärinen kiertorata.Maassa oleville jokainen satelliitti näyttää pysyvän yhdessä paikassa taivaalla. Pohjoisnavalta katsottuna
Geostationäärinen kiertorata.Pyörivän Maan (vihreä piste sinisellä pallolla) tarkkailijalle violetit ja punaiset satelliitit näyttävät pysyvän samassa paikassa taivaalla.
Sivukuva 2 satelliittia Maasta
5 x 6 asteen näkymä geostationaarisen vyön osasta, jossa näkyy useita geostationaarisia satelliitteja. Päiväntasaajan yläpuolella olevat satelliitit muodostavat kuvan poikki vinon vyön: tämän viivan yläpuolella näkyy muutamia kohteita, joilla on pieni kaltevuus päiväntasaajasta. Huomaa, että satelliitit ovat pistemäisiä, kun taas tähdet ovat luoneet pieniä jälkiä Maan pyörimisestä johtuen.
Satelliitit geostationaarisella kiertoradalla
Viestintäsatelliitit ja sääsatelliitit käyttävät usein näitä kiertoratoja, jotta niiden kanssa kommunikoivien satelliittiantennien ei tarvitse liikkua niiden seuraamiseksi. Maa-antennit voidaan suunnata pysyvästi kiinteään kohtaan taivaalla. Tämä on halvempaa ja helpompaa kuin satelliittiantenni, joka liikkuu jatkuvasti satelliitin seuraamiseksi. Kukin antenni pysyy päiväntasaajan yläpuolella tietyllä pituusasteella (etäisyys itään tai länteen).
Herman Potočnik julkaisi ajatuksen geosynkronisesta satelliittiviestintäsatelliitista ensimmäisen kerran vuonna 1928 (mutta ei laajalti). Ajatus geostationaarisesta kiertoradasta tuli tunnetuksi ensimmäisen kerran brittiläisen tieteiskirjailijan Arthur C. Clarken vuonna 1945 Wireless World -lehdessä julkaisemassa artikkelissa "Extra-Terrestrial Relays - Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?". Kiertorataa, jonka Clarke ensimmäisenä kuvasi soveltuvaksi lähetys- ja relesatelliitteja varten, kutsutaan joskus nimellä Clarke Orbit. Kirjailijan mukaan nimetty Clarke-vyöhyke on maapallon yläpuolella oleva avaruuden osa - noin 35 786 km merenpinnan yläpuolella, päiväntasaajan yläpuolella, jossa voidaan toteuttaa lähes geostationaarisia kiertoratoja. Clarke-rata (toinen nimi geostationaariselle kiertoradalle) on noin 265 000 km:n (165 000 mi) päässä.
Kiertoradan yksityiskohdat
Satelliitti kiertää maapallon pyörimissuunnassa, jolloin kiertoaika on yhtä pitkä kuin maapallon kiertoaika, jota kutsutaan tähtivuorokaudeksi (lähes 24 tuntia).
Kiertoradan on oltava päiväntasaajan yläpuolella. Koska kaikki kiertoradat kiertävät maapallon keskipisteen ympäri, jos satelliitti olisi kallistunut päiväntasaajan yläpuolelle (esimerkiksi niin, että satelliitti olisi suoraan New Yorkin yläpuolella), sen olisi heilahdettava jokaisella kiertoradalla yhtä kauas etelänavalle. Sen on vietettävä yhtä paljon aikaa päiväntasaajan kummallakin puolella. Jos se siis on suoraan päiväntasaajan yläpuolella, se ei liiku lainkaan pohjoiseen tai etelään. (Geosynkroniset kiertoradat ovat geostationaaristen kiertoratojen kaltaisia, mutta niihin kuuluvat myös ne, jotka kulkevat päiväntasaajan ylä- ja alapuolella).
Radan korkeus on tarkka etäisyys, koska radan nopeus riippuu siitä, kuinka kaukana se on Maan keskipisteestä. Kiertorata on tasapaino keskipakovoiman ja Maan painovoiman välillä. Maata lähempänä olevat kohteet tuntevat enemmän painovoimaa. Tämän vuoksi matalalla kiertoradalla olevat kohteet (kuten kansainvälinen avaruusasema) kiertävät Maata hyvin nopeasti, noin 90 minuuttia kutakin kiertorataa kohti. Kauempana sijaitsevilla esineillä kestää kauemmin kukin kiertorata. Esimerkiksi kuun kiertorata kestää noin 29 päivää.
Koska kiertorata on niin korkealla, radio- (ja valo-) aalloilla kestää noin 1/4 sekunnin matka satelliittiin ja takaisin Maahan. Tämä tarkoittaa, että televisioaseman ja kaukana olevan toimittajan välisessä haastattelussa voi olla puolen sekunnin ero (1/4 sekuntia studiosta toimittajalle ja 1/4 sekuntia takaisin studioon, josta signaali lähetetään katsojalle). Tämä puolen sekunnin viive on havaittavissa monissa uutislähetyksissä.
Kun satelliitit saavuttavat elinkaarensa lopun, olisi liian kallista tuoda ne takaisin Maahan palamaan ilmakehässä. On paljon halvempaa siirtää ne hieman korkeammalle (300 km) "hautausmaakiertoradalle", jossa ne pysyvät käytännössä ikuisesti.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on geostationaarinen kiertorata?
A: Geostationäärinen rata on geosynkroninen rata, joka on suoraan Maan päiväntasaajan yläpuolella ja jonka jakso on 24 tuntia, jolloin se näyttää pysyvän koko ajan saman paikan yläpuolella.
K: Mitä eroa on geostationaarisella ja geosynkronisella kiertoradalla?
V: Geostationaariset kiertoradat ovat eräänlainen geosynkroninen kiertorata, joka on suoraan maapallon päiväntasaajan yläpuolella ja näyttää pysyvän koko ajan saman pisteen yläpuolella, kun taas geosynkroninen kiertorata voi olla millä tahansa leveysasteella, ja sen jakso on 24 tuntia.
K: Mikä on geostationaarisen kiertoradan tarkoitus?
V: Geostationaarisen kiertoradan tarkoituksena on pitää satelliitti kiinteässä asennossa suhteessa Maan pintaan ja tarjota jatkuva viestintä- ja havainnointimahdollisuus.
K: Kuinka nopeasti geostationaarisella kiertoradalla oleva satelliitti kiertää Maata?
V: Geostationaarisella kiertoradalla oleva satelliitti kiertää maapalloa samalla nopeudella kuin maapallo pyörii eli noin 1 000 mailia tunnissa.
K: Miten geostationaarista satelliittia Maasta katsova henkilö havaitsee sen liikkeen?
V: Geostationaarista satelliittia Maasta katsova henkilö näkee, että se ei liiku, vaan se on tasainen piste taivaalla.
K: Voiko geostationaarinen kiertorata olla millä tahansa leveysasteella?
V: Ei, geostationaarinen kiertorata voi olla vain maapallon päiväntasaajalla, joka on 0° leveysasteella.
K: Mitä etuja geostationaariset kiertoradat tarjoavat satelliittiviestinnälle ja -havainnoinnille?
V: Geostationaariset radat tarjoavat jatkuvan ja johdonmukaisen kattavuuden tietyllä alueella maapallolla, mikä mahdollistaa jatkuvan viestinnän ja havainnointimahdollisuudet ilman, että satelliitin sijaintia tarvitsee jatkuvasti säätää.
