Ieri chiacchierando con amici ci stavamo chiedendo come mai i satelliti GPS sono a 20000 km e i Galileo sono a 23000 km.
Perché proprio 20000 e non 5000, 10000 o 30000?
Ho provato a cercare un po’ su internet, ma non ho trovato risposte.
Il primo pensiero va ovviamente alla resistenza atmosferica, ma per evitare disturbi atmosferici e risparmiare propellente basta andare sopra ai 2000 km.
Quindi mi viene da pensare che sia qualcosa relativo alla visibilità dei satelliti da terra, a quanti satelliti contemporaneamente sono visibili dagli utenti, con una elevazione piuttosto alta per essere in visibilità anche in città con tutti gli ostacoli dei palazzi.
Insomma io credo che la motivazione sia fondamentalmente geometrica per massimizzare la probabilità di avere sempre 5 satelliti in visibilità. E forse una quota più bassa significherebbe anche che i satelliti si muovono troppo velocemente e quindi potrebbero dare problemi ai dispositivi commerciali che ricevono il segnale, tipo gli smartphone.
E probabilmente 20000 km è la quota più bassa che lo permette, mentre andare più in alto richiederebbe più potenza di trasmissione del segnale, senza dare vantaggi geometrici.
se fossero in orbita bassa non ne avresti abbastanza in visibilità contemporanea.
"The satellites in the GPS constellation are arranged into six equally-spaced orbital planes surrounding the Earth. Each plane contains four “slots” occupied by baseline satellites. This 24-slot arrangement ensures users can view at least four satellites from virtually any point on the planet. "
https://www.gps.gov/systems/gps/space/ e segui i link
edit: non credo che la velocità di spostamento in cielo sia un fattore, mentre chiaramente la potenza da trasmettere lo è. Mi pare che i TX di bordo abbiano un sacco di potenza, decine di W su un array di eliche.
Sì ma quanti ne hai in visibilità dipende da quanti satelliti hai. Probabilmente se li avessero messi più in basso ci sarebbe stato bisogno di qualche satellite in più…
Comunque io non parlavo di orbita bassa, ma pensavo ad esempio a 5000 o 10000 km.
Trovo curioso che Galileo 30 anni dopo abbia scelto sostanzialmente la stessa orbita di GPS, e quindi mi sarebbe piaciuto capire più in dettaglio come hanno fatto il trade off
Mi sono cercato come funziona il sistema cinese (BeiDou) ed ho scoperto che il precedente, il BeiDou 1 che è stato disattivato nel 2012 aveva pochi satelliti in orbita geostazionaria (ed infatti logicamente era limitato esclusivamente alla Cina) mentre l’attuale BeiDou 2 mantiene ancora alcuni satelliti in geostazionaria per tenere la compatibilità con il precedente mentre la maggior parte dei satelliti sono anche loro in un’orbita similare al GPS, Glonass e Galileo (21150 km). Probabilmente sarà come dice Marco il miglior compromesso tra visibilità e potenza di trasmissione.
Di sicuro l’orbita dei Galileo è perturbata pochissimo, non fanno nessuna e dico nessuna manovra di station keeping (la cosa mi ha stupito non poco, noi in geostazionario facciamo una manovra alla settimana).
Però non mi è chiaro perché un’orbita un po’ più bassa o un po’ più alta dovrebbe avere molte più perturbazioni. Una volta che sei fuori dell’atmosfera…
Magari dico una sciocchezza, ma intuitivamente direi anche che un’orbita con periodo di 12 ore possa risultare particolarmente comoda anche per le fasi iniziali di messa a punto del sistema da Terra, no? Calcoli semplici, visibilità prolunga da una singola stazione a Terra…
Tutte le orbite sono perturbate, in alcune posizioni ci sono fattori che compensano. Le componenti gravitazionali maggiori sono lo schiacciamento terrestre e l’attrazione della Luna, che non ruota nel piano equatoriale terrestre. Che io mi ricordi l’orbita più stabile in assoluto ha un periodo di 12 ore e un’inclinazione di 64°. Da tutto questo escludo perturbazioni dovute a vento e pressioni solari.