ഭൂസ്ഥിര ഭ്രമണപഥം

ഭൂമധ്യരേഖയ്ക്ക് മുകളിലായി 35,786 കിലോമീറ്റർ (22,236 മൈൽ) ഉന്നതിയിൽ ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണദിശയിൽ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ഭ്രമണപഥമാണ് ഭൂസ്ഥിരഭ്രമണപഥം (geostationary orbit). ഇതിന് ഭൂമിയുടെ കേന്ദ്രത്തിൽ നിന്നും 42,164 കി.മീ. ആരമുണ്ട്. ഇത് ഭൂസമകാല മധ്യരേഖാഭ്രമണപഥം (geosynchronous equatorial orbit) എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു.

അത്തരമൊരു ഭ്രമണപഥത്തിലെ ഒരു വസ്തുവിന്റെ പരിക്രമണകാലം ഭൂമിയുടെ ഭ്രമണ കാലഘട്ടത്തിന് തുല്യമാണ്. അതായത് ഒരു നക്ഷത്രദിനം. അതിനാൽ ഭൂമിയിലെ നിരീക്ഷകർക്ക് അത് ആകാശത്ത് ചലിക്കാതെ ഒരു സ്ഥലത്തു തന്നെ നിൽക്കുന്നതായി കാണപ്പെടുന്നു. 1940 കളിൽ സയൻസ് കൽപ്പിതകഥാകാരനായ ആർതർ സി ക്ലാർക്ക് ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷനിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗമായി ജിയോസ്റ്റേഷണറി ഓർബിറ്റ് എന്ന ആശയം അവതരിപ്പിച്ചു. ഇത്തരത്തിലുള്ള ഭ്രമണപഥത്തിൽ സ്ഥാപിച്ച ആദ്യത്തെ ഉപഗ്രഹം വിക്ഷേപിച്ചത് 1963 ലാണ്.

വാർത്താവിനിമയ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ പലപ്പോഴും ഭൂസ്ഥിര ഭ്രമണപഥത്തിൽ സ്ഥാപിക്കുന്നതിനാൽ ഭൂമിയിൽ സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ട ഉപഗ്രഹ ആന്റിനകൾ തിരിക്കേണ്ടതില്ല, പകരം ആകാശത്തേയ്ക്ക് ഒരേ ദിശയിൽ തിരിച്ചു വച്ചിരുന്നാൽ മതിയാകും. തത്സമയ നിരീക്ഷണത്തിനും വിവരശേഖരണത്തിനുമായി കാലാവസ്ഥാ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഈ ഭ്രമണപഥത്തിലാണ് സ്ഥാപിച്ചിട്ടുളളത്. കൂടാതെ, മുൻകൂർ അറിവുളള ഒരു കാലിബ്രേഷൻപോയിൻറ് ഉപയോഗിച്ച് ജിപിഎസ് കൃത്യത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുളള നാവിഗേഷൻ ഉപഗ്രഹങ്ങളും ഈ ഭ്രമണപഥത്തിലാണ് സ്ഥാപിച്ചിട്ടുളളത്.

മിക്ക വാണിജ്യ വാർത്താവിനിമയ ഉപഗ്രഹങ്ങളും പ്രക്ഷേപണ ഉപഗ്രഹങ്ങളും എസ്‌ബി‌എ‌എസ് ഉപഗ്രഹങ്ങളും ഭൂസ്ഥിര ഭ്രമണപഥത്തിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്.

ഭൂസ്ഥിര വാർത്താവിനിമയ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിന്റെ ഒരു വലിയ പ്രദേശത്ത് നിന്ന് ദൃശ്യമാണ്, അക്ഷാംശത്തിലും രേഖാംശത്തിലും 81 ° വ്യാപ്തിയുമുണ്ട്. ഇവ ആകാശത്ത് നിശ്ചലമായി കാണപ്പെടുന്നു, അതിനാൽ ഭൂതല നിലയങ്ങളിൽ (Ground Station) കറങ്ങുന്ന ആന്റിനകൾ ആവശ്യമില്ല. ഇക്കാരണത്താൽ തന്നെ വളരെ ചെലവുകുറഞ്ഞതും ചെറുതുമായ ആൻ്റിനകൾ ഉപയോഗിച്ചുകൊണ്ട് ഈ ഉപഗ്രഹങ്ങളുമായി ബന്ധം സ്ഥാപിക്കാനാകും. എന്നിരുന്നാലും, ഭൂമധ്യരേഖയിലെ ഒരു ഭൂതല പ്രക്ഷേപിണിയിൽ നിന്ന് ഉപഗ്രഹത്തിലേക്കും തിരിച്ചും ഒരു സിഗ്നൽ കടന്നുപോകാൻ ഏകദേശം 240ms എടുക്കുന്നതിനാൽ വിളംബകാലം (Latency) ഒരു പ്രധാന ഘടകമാണ്. ഈ കാലതാമസം ശബ്ദസന്ദേശങ്ങൾ പോലുള്ള വേഗത്തിൽ മറുപടി കിട്ടേണ്ട തരം ആശയവിനിമയത്തിന് തടസ്സം ഉണ്ടാക്കുന്നു, ^[1]

ഭൂസ്ഥിര ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഭൂമധ്യരേഖയ്ക്കു നേരെമുകളിൽ നിൽക്കുകയും ധ്രുവങ്ങൾക്ക് സമീപമുള്ള ഒരു നിരീക്ഷകന് അത് ആകാശത്ത് വളരെ താഴ്ന്നു നിൽക്കുന്നതായി കാണപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. അക്ഷാംശം വർദ്ധിക്കുന്നതനുസരിച്ച് ഭൂമിയുടെ താപ ഉത്സർജ്ജനം, വിക്ഷണരേഖയിലെ തടസ്സങ്ങൾ, നിലത്തുനിന്നോ സമീപത്തുള്ള കെട്ടിങ്ങളിൽ നിന്നോ ഉള്ള സിഗ്നൽ പ്രതിഫലനങ്ങൾ തുടങ്ങിയവ കാരണം ആശയവിനിമയം കൂടുതൽ ബുദ്ധിമുട്ടായിത്തീരുന്നു. ഏകദേശം 81 ഡിഗ്രിക്ക് മുകളിലുള്ള അക്ഷാംശങ്ങളിൽ, ഭൂസ്ഥിര ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ചക്രവാളത്തിന് താഴെയാണ്, അവയെ കാണാൻ കഴിയില്ല. ^[2] ഇക്കാരണത്താൽ, ചില റഷ്യൻ വാർത്താവിനിമയ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലുള്ള മോൾനിയ, തുന്ദ്ര ഭ്രമണപഥങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു, അവയ്ക്‌ ഉയർന്ന അക്ഷാംശങ്ങളിൽ മികച്ച ദൃശ്യപരതയുണ്ട്. ^[3]

കാലാവസ്ഥാ നിരീക്ഷണം, സമുദ്രശാസ്ത്രം, അന്തരീക്ഷ ട്രാക്കിംഗ് എന്നിവയ്ക്കായി ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിന്റെയും അന്തരീക്ഷത്തിന്റെയും ദൃശ്യചിത്രങ്ങളും ഇൻഫ്രാറെഡ് ചിത്രങ്ങളും നൽകാൻ ആഗോളത്തിലുളള ഭൂസ്ഥിര കാലാവസ്ഥാ ഉപഗ്രഹങ്ങളുടെ ഒരു പ്രവർത്തന ശൃംഖല ഉപയോഗിക്കുന്നു. 2019 ലെ കണക്കനുസരിച്ച് 19 ഉപഗ്രഹങ്ങൾ പ്രവർത്തനത്തിലോ സ്റ്റാൻഡ്-ബൈയിലോ ഉണ്ട്. ^[4] ഈ ഉപഗ്രഹ സംവിധാനങ്ങളിൽ താഴെപ്പറയുന്നവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• NOAA പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്ന യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിന്റെ GOES ^[5]
• യൂറോപ്യൻ ബഹിരാകാശ ഏജൻസി ആരംഭിച്ച യൂറോപ്യൻ കാലാവസ്ഥാ ഉപഗ്രഹ ഓർഗനൈസേഷൻ നടത്തുന്ന EUMETSAT എന്ന Meteosat ശ്രേണി ^[6]
• റിപ്പബ്ലിക്ക് ഓഫ് കൊറിയ COMS-1, ^[7] GK-2A ബഹുദൗത്യ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ. ^[8]
• റഷ്യൻ ഇലക്ട്രോ-എൽ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ
• ജാപ്പനീസ് ഹിമാവാരി പരമ്പര ^[9]
• ചൈനീസ് ഫെൻഗ്യുൻ പരമ്പര
• ഇന്ത്യയുടെ ഇൻസാറ്റ് പരമ്പര <

ഈ ഉപഗ്രഹങ്ങൾ സാധാരണയായി ദൃശ്യ- ഇൻഫ്രാറെഡ് വർണരാജികളിലെ ചിത്രങ്ങൾ 0.5 മുതൽ 4 ചതുരശ്ര കിലോമീറ്റർ വരെയുള്ള സ്പേഷ്യൽ റെസല്യൂഷനിൽ പകർത്തുന്നു. ^[10] വ്യാപ്തി സാധാരണയായി 70 ° ആണ്, ^[10] ചില സന്ദർഭങ്ങളിൽ ഇതിൽ കുറവുമാണ്. ^[11]

അഗ്നിപർവ്വത ചാരം കണ്ടെത്തുന്നതിനും, ^[12] മേഘങ്ങളുടെ ഉയർന്ന താപനിലയും ജലബാഷ്പവും അളക്കുന്നതിനും, സമുദ്രമാപനത്തിനും, ^[13] ഭൂമിയുടെ താപനിലയും സസ്യങ്ങളുടെ നിബിഢത അളക്കുന്നതിനും, ^{[14] [15]} ചുഴലിക്കാറ്റ് പാത പ്രവചിക്കുന്നതിനും തത്സമയ ക്ലൗഡ് കവറേജും മറ്റ് വിനിമയത്തിനും ഭൂസ്ഥിര ഉപഗ്രഹ ചിത്രങ്ങൾ സഹായിക്കുന്നു. ^[16] ചില വിവരങ്ങൾ കാലാവസ്ഥാ പ്രവചന മാതൃകകളിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്, എന്നാൽ അവയുടെ വിശാലമായ ദൃശ്യപരത, മുഴുവൻ സമയ നിരീക്ഷണം, കുറഞ്ഞ റെസല്യൂഷൻ എന്നിവ കാരണം, ഭൂസ്ഥിര കാലാവസ്ഥാ ഉപഗ്രഹ ചിത്രങ്ങൾ പ്രധാനമായും ഹ്രസ്വകാല, തത്സമയ പ്രവചനത്തിനാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ^{[17] [15]}

ഒരു അധിക റഫറൻസ് സിഗ്നൽ നൽകിക്കൊണ്ട് ജിഎൻഎസ്എസ് സംവിധാനങ്ങളുടെ കൃത്യത വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ ഭൂസ്ഥിര ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം. ^[19] ഇത് ഏകദേശം 5 മുതൽ 1 മീറ്റർ വരെയോ അതിലും താഴെയോ ആയി സ്ഥാനകൃത്യത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ^[20]

ഭൂസ്ഥിര ഉപഗ്രഹങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന പഴയതും നിലവിലുള്ളതുമായ സ്ഥാനനിർണയ സംവിധാനങ്ങൾ ചുവടെ:

• യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സ് ഫെഡറൽ ഏവിയേഷൻ അഡ്മിനിസ്ട്രേഷൻ (FAA) നടത്തുന്ന വൈഡ് ഏരിയ ആഗ്മെന്റേഷൻ സിസ്റ്റം (WAAS);
• യൂറോപ്യൻ ജിയോസ്റ്റേഷനറി നാവിഗേഷൻ ഓവർലേ സർവീസ് (എഗ്നൊസ്), പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്ന ഇ എസ്എസ് പി
• ജപ്പാനിലെ ലാൻഡ്, ഇൻഫ്രാസ്ട്രക്ചർ ആൻഡ് ട്രാൻസ്പോർട്ട് ജപ്പാൻ സിവിൽ ഏവിയേഷൻ ബ്യൂറോ (JCAB) യുടെ മൾട്ടി-ഫങ്ഷണൽ സാറ്റലൈറ്റ് ഓഗ്മെന്റേഷൻ സിസ്റ്റം (MSAS),
• ഇന്ത്യയുടെ ജിപിഎസ് എയ്ഡഡ് ജിയോ ആഗ്മെന്റഡ് നാവിഗേഷൻ (ഗഗൻ) സംവിധാനം .
• ജോൺ ഡീറും സി-നവ് പൊസിഷനിംഗ് സൊല്യൂഷൻസ് ( ഓഷ്യനറിംഗ് ) പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്ന വാണിജ്യപരമായ സ്റ്റാർഫയർ നാവിഗേഷൻ സിസ്റ്റം,
• ഫുഗ്രൊ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്ന വാണിജ്യോന്മുഖമായ സ്റ്റാർഫിക്സ് ഡിജിപിഎസ് സിസ്റ്റം ആൻഡ് ഓംനിസ്റ്റാർ സിസ്റ്റം, .

ഒരു സാധാരണ ജിയോസ്റ്റേഷണറി ഭ്രമണപഥത്തിന് ഇനിപ്പറയുന്ന സവിശേഷതകളുണ്ട്:

• ചെരിവ്: 0 °
• കാലയളവ്: 1436 മിനിറ്റ് (ഒരു നക്ഷത്രദിനം ) ^{[21] :121}
• വികേന്ദ്രത: 0
• പെരിജിയുടെ വാദം: നിർവചിച്ചിട്ടില്ല
• അർദ്ധ-മുഖ്യാക്ഷം : 42,164 കി.മീ

ഭ്രമണപഥത്തിൻ്റെ ചരിവ് പൂജ്യമാണെങ്കിൽ ആ ഭ്രമണപഥം ഭൂമധ്യരേഖയ്ക്ക് നേരേ മുകളിലായിരിക്കും, ഇത് ഒരു ഭൂതല നിരീക്ഷകന് അത് നിശ്ചലമായി കാണുന്നതിന് കാരണമാകുന്നു.. ^{[21] :122}

പരിക്രമണ കാലയളവ് കൃത്യമായി ഒരു നക്ഷത്ര ദിവസത്തിന് തുല്യമാണ്. ഭ്രമണപഥത്തിൻ്റെ മറ്റു പ്രത്യേകതകളൊന്നും തന്നെ ബാധിക്കാതെ ദിവസവും ഉപഗ്രഹം ഭൂമിയുടെ ഉപരിതലത്തിന് മുകളിലുള്ള അതേ പോയിന്റിലേക്ക് മടങ്ങും എന്നാണ് ഇതിനർത്ഥം. ഒരു ഭൂസ്ഥിര ഭ്രമണപഥം എല്ലാകാലത്തും ഒരേ രേഖാംശങ്ങൾ നിലനിർത്തുന്നു ^{[21] :121} ഈ പരിക്രമണ കാലയളവ്, പരിക്രമണത്തിന്റെ അർദ്ധ-പ്രധാന അക്ഷവുമായി താഴെപ്പറയുന്ന സൂത്രവാക്യം പ്രകാരം നേരിട്ട് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു:

${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {a^{3} \over \mu }}}$

എവിടെ:

a എന്നത് ഭ്രമണപഥത്തിന്റെ അർദ്ധമുഖ്യാക്ഷത്തിന്റെ ദൈർഘ്യമാണ്

${\displaystyle \mu }$ കേന്ദ്രവസ്തുവിൻ്റെ പ്രാമാണിക ഗുരുത്വാകർഷണ പരാമിതിയാണ് ^{[21] :137}

വികേന്ദ്രത പൂജ്യം ആയതിനാൽ, ഇത് ഒരു വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ഭ്രമണപഥമാണ് . ഉപഗ്രഹം ഭൂമിയോട് കൂടുതൽ അടുക്കുകയോ അകലേക്ക് നീങ്ങുകയോ ചെയ്യുന്നില്ലെന്ന് ഇത് ഉറപ്പാക്കുന്നു, ഇത് ആകാശത്തിലുടനീളം അതിനെ അങ്ങോട്ടും ഇങ്ങോട്ടും ട്രാക്കു ചെയ്യാൻ സാധ്യമാക്കും. ^{[21] :122}

• ഭ്രമണപഥങ്ങളുടെ പട്ടിക
• ഭൂസമകാല ഭ്രമണപഥത്തിലെ ഉപഗ്രഹങ്ങളുടെ പട്ടിക
• ഓർബിറ്റൽ സ്റ്റേഷൻ കീപ്പിംഗ്
• ഭൂസ്ഥിര പരിക്രമണപഥത്തിൽ എത്തിച്ചേരുന്ന സ്പേസ് എലിവേറ്റർ

• ഭൂസ്ഥിര ഭ്രമണപഥത്തിലേക്ക് ഒരു ഉപഗ്രഹം എങ്ങനെ എത്തിക്കും
• ഭ്രമണപഥ ബലതന്ത്രം (റോക്കറ്റ് ആൻഡ് സ്പേസ് ടെക്നോളജി)
• ഭൂസ്ഥിര ഭ്രമണപഥത്തിലെ ഉപഗ്രഹങ്ങളുടെ പട്ടിക
• ക്ലാർക്ക് ബെൽറ്റ് സ്നാപ്പ്ഷോട്ട് കാൽക്കുലേറ്റർ
• 3D തത്സമയ ഉപഗ്രഹ ട്രാക്കിംഗ്
• ഭൂസ്ഥിര സാറ്റലൈറ്റ് ഓർബിറ്റ് അവലോകനം
• ജിയോസ്റ്റേഷണറി സാറ്റലൈറ്റ് നിർമ്മിച്ച 'ഇലക്ട്രോ എൽ' ഫോട്ടോകൾ ഉപയോഗിച്ചുളള ഭൂമിയുടെ ദൈനംദിന ആനിമേഷൻ, ഉപഗ്രഹം എല്ലാ ദിവസവും ഗ്രഹത്തിന്റെ 48 ചിത്രങ്ങൾ ചിത്രീകരിക്കുന്നു.
• എഞ്ചിനീയറിംഗ് വിദ്യാർത്ഥികൾക്കുള്ള ഭ്രമണപഥബലതന്ത്രം

1. ↑ Kohn, Daniel (March 6, 2016). "The Teledesic Network: Using Low-Earth-Orbit Satellites to Provide Broadband, Wireless, Real-Time Internet Access Worldwide". Teledesic Corporation, USA.
2. ↑ Soler, Tomás; Eisemann, David W. (August 1994). "Determination of Look Angles To Geostationary Communication Satellites" (PDF). Journal of Surveying Engineering. 120 (3): 123. doi:10.1061/(ASCE)0733-9453(1994)120:3(115). ISSN 0733-9453. Retrieved April 16, 2019.Soler, Tomás; Eisemann, David W. (August 1994). "Determination of Look Angles To Geostationary Communication Satellites" (PDF). Journal of Surveying Engineering. 120 (3): 123. doi:10.1061/(ASCE)0733-9453(1994)120:3(115). ISSN 0733-9453. Retrieved April 16, 2019.
3. ↑ History Committee of the American Astronautical Society (August 23, 2010). Johnson, Stephen B. (ed.). Space Exploration and Humanity: A Historical Encyclopedia. Vol. 1. Greenwood Publishing Group. p. 416. ISBN 978-1-85109-514-8. Retrieved April 17, 2019.
4. ↑ "Satellite Status". World Meteorological Organization. Retrieved July 6, 2019.
5. ↑ "Our Satellites". NOAA National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS).
6. ↑ "Meteosat". EUMETSAT.int. Archived from the original on 2020-01-14. Retrieved 2021-07-31.
7. ↑ "Satellite Launches for the Middle East and South Korea" (PDF). Arianespace. Archived from the original (PDF) on July 4, 2010. Retrieved June 26, 2010.
8. ↑ Heinrich, Ralph (September 9, 2014). "Airbus Defence and Space supports South Korean weather satellite programme". Airbus. Archived from the original on 2019-12-26. Retrieved 2021-07-31.
9. ↑ Graham, William (October 6, 2014). "Japan lofts Himawari 8 weather satellite via H-IIA rocket". NASASpaceFlight.com.
10. ↑ ^{10.0 10.1} "About environmental satellites". BOM. Retrieved July 6, 2019.
11. ↑ "Coverage of a geostationary satellite at Earth". The Planetary Society.
12. ↑ "NOAA Satellites, Scientists Monitor Mt. St. Helens for Possible Eruption". SpaceRef. October 6, 2004. Archived from the original on 2012-09-10. Retrieved 2021-07-31.
13. ↑ "GOCI". NASA. Archived from the original on 2021-06-24. Retrieved August 25, 2019.
14. ↑ Miura, Tomoaki; Nagai, Shin; Takeuchi, Mika; Ichii, Kazuhito; Yoshioka, Hiroki (2019-10-30). "Improved Characterisation of Vegetation and Land Surface Seasonal Dynamics in Central Japan with Himawari-8 Hypertemporal Data". Scientific Reports (in ഇംഗ്ലീഷ്). 9 (1): 15692. doi:10.1038/s41598-019-52076-x. ISSN 2045-2322. PMC 6821777. PMID 31666582.
15. ↑ ^{15.0 15.1} Hanson, Derek; Peronto, James; Hilderbrand, Douglas (November 12, 2015). "NOAA's Eyes in the Sky – After Five Decades of Weather Forecasting with Environmental Satellites, What Do Future Satellites Promise for Meteorologists and Society?". World Meteorological Organization. Archived from the original on 2022-11-05. Retrieved 2021-07-31.
16. ↑ "GOES-R: Today's Satellite for Tomorrow's Forecast Dataset". Science On a Sphere. NOAA.
17. ↑ Tollefson, Jeff (March 2, 2018). "Latest US weather satellite highlights forecasting challenges". Nature. 555 (7695): 154. Bibcode:2018Natur.555..154T. doi:10.1038/d41586-018-02630-w. PMID 29517031.
18. ↑ "Deployment of an SBAS system demonstration in Southern Africa". GMV. August 6, 2016. Retrieved October 1, 2019.
19. ↑ "Satellite Navigation – WAAS – How It Works". FAA. June 12, 2019.
20. ↑ "Satellite Based Augmentation System test-bed project". Geoscience Australia. Archived from the original on July 7, 2019.
21. ↑ ^{21.0 21.1 21.2 21.3 21.4} Wertz, James Richard; Larson, Wiley J. (1999). Larson, Wiley J.; Wertz, James R. (eds.). Space Mission Analysis and Design. Microcosm Press and Kluwer Academic Publishers. Bibcode:1999smad.book.....W. ISBN 1-881883-10-8.Wertz, James Richard; Larson, Wiley J. (1999). Larson, Wiley J.; Wertz, James R. (eds.). Space Mission Analysis and Design. Microcosm Press and Kluwer Academic Publishers. Bibcode:1999smad.book.....W. ISBN 1-881883-10-8.