Kąt beta
W orbitalnych lotach kosmicznych kąt beta ( to kąt między płaszczyzną orbity satelity wokół Ziemi geocentrycznym położeniem Słońca . Kąt beta określa procent czasu, jaki satelita na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) spędza w bezpośrednim świetle słonecznym , pochłaniając energię słoneczną.
Kąt beta nie definiuje unikalnej płaszczyzny orbity: wszystkie satelity na orbicie o danym kącie beta na danej wysokości orbity mają taką samą ekspozycję na Słońce, nawet jeśli krążą wokół Ziemi w różnych płaszczyznach .
Kąt beta waha się od +90° do -90°, a kierunek, w którym satelita krąży wokół swojego głównego ciała, określa, czy znak kąta beta jest dodatni, czy ujemny. Wyimaginowany obserwator stojący na Słońcu definiuje kąt beta jako dodatni, jeśli dany satelita krąży w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, i ujemny, jeśli obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara . Maksymalny czas, jaki satelita w normalnej misji LEO może spędzić w cieniu Ziemi, występuje przy kącie beta równym 0°. Satelita na takiej orbicie spędza co najmniej 59% swojego okresu orbitalnego w świetle słonecznym.
Światło i cień
Stopień cienia orbitalnego obiektu w doświadczeniach LEO jest określany przez kąt beta tego obiektu. Obiekt wystrzelony na początkową orbitę nachyleniem równym dopełnieniu nachylenia Ziemi do ekliptyki daje początkowy kąt beta równy 0 stopni ( = 0 ° dla orbitującego obiektu. Pozwala to obiektowi spędzić maksymalną możliwą długość okresu orbitalnego w cieniu Ziemi i powoduje ekstremalnie zmniejszoną absorpcję energii słonecznej. W odległości LEO wynoszącej 280 kilometrów obiekt znajduje się w świetle słonecznym przez 59% swojej orbity (około 53 minuty w świetle słonecznym i 37 minut w cieniu). Z drugiej strony obiekt wystrzelony na orbitę równoległą do terminatora powoduje kąt beta 90 stopni ( °), a obiekt jest w świetle słonecznym przez 100% czasu. Przykładem może być orbita polarna zainicjowana o lokalnym świcie lub zmierzchu w dniu równonocy . Kąt beta można kontrolować, aby satelita był jak najzimniejszy (w przypadku instrumentów wymagających niskich temperatur, takich jak kamery na podczerwień), utrzymując kąt beta jak najbliżej zera lub odwrotnie, aby utrzymać satelitę w świetle słonecznym tak długo, jak to możliwe jak to możliwe (do konwersji światła słonecznego przez panele słoneczne, do stabilności słonecznej czujników lub do badania Słońca) poprzez utrzymywanie kąta beta tak blisko +90 lub -90, jak to możliwe.
Wyznaczanie i zastosowanie kątów beta
Wartość słonecznego kąta beta dla satelity na orbicie okołoziemskiej można znaleźć za pomocą równania
![{\displaystyle \beta =\sin ^{-1}[\cos(\Gamma )\sin(\Omega )\sin(i)-\sin(\Gamma )\cos(\epsilon )\cos(\Omega )\sin(i)+\sin(\Gamma )\sin(\epsilon )\cos(i)]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83d67d266ba67574dd198ec51bda57a11077ad2b)
gdzie jest ekliptyczną długością słoneczną , jest rektascensją węzła wstępującego (RAAN), nachyleniem orbity i Ω { to nachylenie ekliptyki (obecnie około 23,45 stopnia dla Ziemi). RAAN i nachylenie są właściwościami orbity satelity, a długość geograficzna Słońca jest funkcją pozycji Ziemi na orbicie wokół Słońca (w przybliżeniu liniowo proporcjonalna do dnia w roku względem równonocy wiosennej).
Powyższa dyskusja definiuje kąt beta satelitów krążących wokół Ziemi, ale kąt beta można obliczyć dla dowolnego orbitującego układu trzech ciał: tę samą definicję można zastosować do określenia kąta beta innych obiektów. Na przykład kąt beta satelity krążącego wokół Marsa w stosunku do Ziemi określa, przez jaki czas satelita znajduje się w linii wzroku z Ziemią — to znaczy określa, jak długo Ziemia świeci na satelitę i jak długo Ziemia jest zasłonięta. Ten sam satelita będzie miał również kąt beta w stosunku do Słońca, a w rzeczywistości ma kąt beta dla dowolnego ciała niebieskiego, dla którego można by chcieć go obliczyć: każdy satelita krążący wokół ciała (tj. Ziemi) będzie znajdował się w cień w stosunku do danego obiektu niebieskiego (takiego jak gwiazda) przez pewien czas, a przez resztę czasu w jego linii wzroku. Kąty beta opisujące orbity niegeocentryczne są ważne, gdy agencje kosmiczne wystrzeliwują satelity na orbity wokół innych ciał w Układzie Słonecznym.
Znaczenie w lotach kosmicznych
Kiedy prom kosmiczny służył w misjach na Międzynarodową Stację Kosmiczną , kąt beta orbity stacji kosmicznej był kluczowym czynnikiem; okresy określane jako „beta cutout”, podczas których prom nie mógł bezpiecznie zostać wystrzelony na ISS, były bezpośrednim wynikiem kąta beta stacji kosmicznej w tamtych czasach. Kiedy orbiter był w locie (nie zadokowany do ISS) i leciał pod kątem beta większym niż 60 stopni, orbiter przeszedł w tryb „rotisserie” i powoli obracał się wokół swojej osi X (oś dzioba do ogona), przez przyczyny regulacji termicznej. W przypadku lotów do ISS wahadłowiec mógłby wystartować podczas wyłączenia beta ISS, jeśli ISS znajdowałaby się w fazie beta poniżej 60 stopni w doku i przez całą fazę zadokowania. W związku z tym czas trwania misji wpłynął na czas rozpoczęcia, gdy zbliżały się daty zakończenia wersji beta.
