Χρήση ηλιακά συγχρονισμένων δορυφόρων πολικής τροχιάς

Από RemoteSensing Wiki

Στόχος μεθόδου

Πολλές φορές δορυφόροι πολικής τροχιάς ακολουθούν τροχιές, οι οποίες μπορεί να είναι επίσης ηλιακά συγχρονισμένες (sun-synchronous), με την έννοια ότι καλύπτουν κάθε περιοχή του κόσμου σε μια σταθερή τοπική ώρα της ημέρας, η οποία ονομάζεται τοπική ηλιακή ώρα. Σε κάθε δοσμένο γεωγραφικό πλάτος, η θέση του ηλίου στον ουρανό καθώς ο δορυφόρος περνάει από πάνω θα είναι η ίδια την ίδια εποχή. Το γεγονός αυτό εξασφαλίζει συνεχείς και αμετάβλητες συνθήκες φωτισμού, όταν λαμβάνονται εικόνες σε μια συγκεκριμένη εποχή κατά τη διάρκεια διαδοχικών χρόνων ή σε μια συγκεκριμένη περιοχή κατά τη διάρκεια μιας σειράς ημερών. Αυτός ο παράγοντας είναι πολύ σημαντικός για την ανίχνευση και παρακολούθηση αλλαγών μεταξύ των συλλεγόμενων εικόνων ή για τη συναρμολόγηση γειτονικών εικόνων μεταξύ τους, αφού δεν απαιτούνται διορθώσεις εξαιτίας διαφορετικών συνθηκών φωτισμού.

                                                               Σχήμα 1: Ηλιακά συγχρονισμένη τροχιά

Η συγκεκριμένη τροχιά σχεδιάζεται έτσι ώστε να διασφαλίζεται ότι η γωνία μεταξύ του τροχιακού επιπέδου και του ηλίου παραμένει σταθερή, οδηγώντας έτσι σε αμετάβλητες συνθήκες φωτισμού. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με μια προσεκτική επιλογή των παραμέτρων της τροχιάς ώστε να παραχθεί μια προπόρευση της τροχιάς ίση προς τη φαινομενική κίνηση του ήλιου ως προς τη γήινη τροχιά, για παράδειγμα περίπου 1ο ανατολικά κάθε ημέρα. Το τροχιακό επίπεδο του δορυφόρου πρέπει να αποκλίνει από την ακριβή πολική τροχιά από βορρά προς νότο. Με μια κλίση των 98,7ο ως προς το επίπεδο του ισημερινού, η ασύμμετρη βαρυτική έλξη της γης, προκαλεί την προπόρευση της τροχιάς κατά το απαιτούμενο ποσό. Το σημαντικό χαρακτηριστικό είναι ότι σε κάθε μισό της διανυόμενης τροχιάς, ο δορυφόρος διασχίζει μια συγκεκριμένη γραμμή γεωγραφικού πλάτους την ίδια πάντα ηλιακή ώρα. Η ηλιακά συγχρονισμένη τροχιά είναι εφικτή λόγω του γεγονότος ότι το σχήμα της γης δεν είναι απόλυτα σφαιρικό, έτσι οι τροχιές των δορυφόρων μπορούν να επηρεαστούν από την ασύμμετρη βαρυτική έλξη. Μια τροχιά η οποία είναι πολική θα επηρεαστεί από τη διόγκωση που παρουσιάζει η επιφάνεια της γης στην περιοχή κοντά στον ισημερινό. Η ασυμμετρία αυτή ενεργεί έτσι ώστε να περιστρέφει σταδιακά το επίπεδο της τροχιάς γύρω από τον άξονα της γης. Όταν η κλίση επιλεγεί κατάλληλα (περίπου 8ο από την πολική τροχιά) η κίνηση του δορυφόρου ταιριάζει απόλυτα με την κίνηση του ήλιου στον ουρανό. Συνήθως, οι ηλιακά συγχρονισμένες τροχιές είναι τροχιές μεσαίου ή χαμηλού ύψους (700-1000km από την επιφάνεια της γης).

Πλεονεκτήματα της ηλιακά συγχρονισμένης τροχιάς

Το χαμηλό ύψος μιας ηλιακά συγχρονισμένης τροχιάς επιτρέπει καλή χωρική ανάλυση. Επιπλέον διευκολύνει τις ενεργές μετρήσεις με χρήση οργάνων ραντάρ ή lidar. Η κυκλική τροχιά οδηγεί σε σταθερή ταχύτητα του δορυφόρου, η οποία είναι πολύ σημαντική για την απόκτηση σταθερής ανάλυσης ανίχνευσης κατά μήκος του ανιχνευόμενου μονοπατιού στο έδαφος. Η σχεδόν πολική τροχιά επιτρέπει παγκόσμια κάλυψη για την παρατήρηση ολόκληρης της γης. Ύψη τροχιάς που κυμαίνονται από 700 έως 900km, επιτρέπουν τόσο τη σάρωση ενός αρκετά μεγάλου μονοπατιού, προσφέροντας καθημερινή παγκόσμια κάλυψη όσο και μια καλή χωρική ανάλυση. Σε αρκετές από τις αποστολές περιβαλλοντικής παρακολούθησης χρησιμοποιούνται ηλιακά συγχρονισμένοι δορυφόροι με χαμηλές σχεδόν πολικές τροχιές, όπως οι μετεωρολογικοί δορυφόροι NΟΑΑ καθώς και οι δορυφόροι Landsat, SPOT και ERS. Ο ηλιακός συγχρονισμός παρέχει χρονικά σταθερές συνθήκες φωτισμού για τις παρατηρούμενες επιφάνειες, ενώ μια πολύ ενδιαφέρουσα ιδιότητα είναι η σχεδόν σταθερή αναλογία της ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει στο δορυφόρο σε κάθε τροχιά, με την οποία επιτυγχάνεται σχεδόν σταθερή τροφοδοσία ηλιακής ενέργειας για τη δορυφορική πλατφόρμα.

Περιορισμοί για την ηλιακά συγχρονισμένη τροχιά

Με τη χρήση ενός μόνο ηλιακά συγχρονισμένου δορυφόρου δεν είναι εφικτή η συνεχής χρονική παρακολούθηση. Ο δορυφόρος περνά από τις πολικές περιοχές σε κάθε τροχιακή περίοδο, αλλά σαρώνει τις περιοχές του ισημερινού σε πολύ πιο αραιά διαστήματα. Η δυσκολία αυτή θα μπορούσε να αντιμετωπιστεί με τη χρήση μιας ομάδας τέτοιων δορυφόρων, όμως προς το παρόν το ενδεχόμενο αυτό είναι πιθανό μόνο για τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές και όχι για περιβαλλοντική παρακολούθηση.