Geostationär bana (GEO) – vad är det? Definition, egenskaper & fakta

Geostationär bana (GEO): definition, egenskaper & fakta om satelliter som kretsar ovanför ekvatorn och verkar stå stilla — avgörande för kommunikation, TV och väder.

Författare: Leandro Alegsa

En geostationär bana (eller geostationär jordbana - GEO) är en typ av geosynkron bana direkt ovanför jordens ekvator (0° latitud). Liksom alla geosynkrona banor har den en period (tid för en omloppsbana) på 24 timmar. Detta innebär att den går runt jorden lika snabbt som jorden snurrar, och därför verkar den vara ovanför samma plats hela tiden. En person som tittar från jorden ser en satellit i en geostationär omloppsbana som orörlig, på en stadig plats på himlen.

 

Vad skiljer geostationär från geosynkron?

Geosynkron betyder att en satellits omloppstid är lika med jordens rotationstid (en sidereal dag, ungefär 23 h 56 min). En geosynkron bana kan ha lutning eller ellipticitet, och dess projektionsbana sett från jordytan kan då röra sig i ett åttaliknande mönster (analemma). En geostationär bana är en särskild geosynkron bana som är cirkulär och ligger exakt i ekvatorialplanet (0° inklination), vilket gör att satelliten ser ut att stå stilla över en punkt på ekvatorn.

Viktiga egenskaper och siffror

  • Höjd över jordens yta: cirka 35 786 km (detta motsvarar ett avstånd från jordens centrum på ungefär 42 164 km).
  • Omloppstid: lika med jordens rotationsperiod (sidereal dag ≈ 23 h 56 min), ofta förenklat till 24 timmar.
  • Orbitplan: måste ligga i ekvatorialplanet (0° latitud) för att vara stationär.
  • Täcker stor del av jordytan: en satellit i GEO ser ungefär en tredjedel av jordens yta (polerna syns inte klart).
  • Kommunikationslatens: rundresan för en signal via GEO ger typiskt en fördröjning i storleksordningen ~240–280 ms plus behandlingstid, vilket påverkar realtidsapplikationer.

Användningsområden

  • Telekommunikation: TV-distribution, satellitbaserad internetaccess, telefon- och datatrafik.
  • Väderövervakning: många vädersatelliter placeras i GEO för kontinuerlig övervakning av stora områden.
  • Maritim och flygkommunikation samt broadcast-tjänster.
  • Positionerings- och navigationsstöd (tilläggstjänster) och vissa övervakningsuppdrag.

Fördelar

  • Fast markpunkt: jordstationer behöver inte rikta om antenner kontinuerligt — enklare och ofta billigare markutrustning.
  • Kontinuerlig täckning: idealiskt för kontinuerliga tjänster som TV och väderövervakning över stora områden.
  • Få satelliter krävs för global täckning: tre välplacerade GEO-satelliter kan täcka nästan hela bebolda delen av jorden (utom poler).

Nackdelar och begränsningar

  • Begränsad användbarhet vid höga latituder och vid polerna — signaler kommer in i mycket låga elevationsvinklar eller inte alls.
  • Relativt hög uppsändnings- och bränslekrav för att nå och bibehålla GEO, vilket ökar kostnaden.
  • Latens gör GEO mindre lämpligt för interaktiva realtidsapplikationer som online-spel eller vissa rösttjänster utan optimering.
  • Begränsade tillgängliga "orbital slots" vid ekvatorn — konkurrens och reglering krävs för frekvens- och positionsallokering.

Hur kommer satelliter dit och hur hålls de kvar?

Sateliter skickas ofta först till en geostationär transferbana (GTO) och använder sedan sitt eget drivsystem för att cirkulera och justera läget till GEO. Det krävs betydande mängd drivmedel för att göra planändringar (inklinering) och för att cirkulera banan i rätt höjd.

Efter insättning i GEO påverkas satelliter av störkrafter (Jordens avplattning, mån- och solgravitation, solstrålning). För att hålla en exakt position utförs regelbundna station-keeping-manövrar i både nord-syd- och öst-väst-led. Bränsleanvändningen för station-keeping begränsar i praktiken satellitens driftstid (typiskt 10–15 år beroende på konstruktion och bränsleeffektivitet).

Orbital slots och reglering

Positioner i GEO (longitude över ekvatorn) är en begränsad resurs och koordineras internationellt av Internationella teleunionen (ITU) och av nationella myndigheter. Satelliter måste hållas på ansvariga longitudes och ha tillräckligt avstånd mellan varandra för att undvika frekvensstörningar och kollisioner.

Slutet av livet

När en geostationär satellit når slutet av sin användbara livslängd flyttas den vanligtvis upp till en så kallad gravrungsbana (graveyard orbit) några hundra kilometer ovanför GEO för att frigöra orbitalslot och minska risken för framtida kollisioner. Standardhöjden är i storleksordningen hundratals kilometer över GEO beroende på regler och satellitens resterande bränsle.

Historiskt

Idén att använda en plats i höjd över ekvatorn för kommunikation populariserades av författaren och ingenjören Arthur C. Clarke 1945 — ibland kallas området runt GEO för Clarke-bältet till hans ära.

Snabbfakta

  • Alternativ benämning: GEO, geostationär jordbana.
  • Avstånd från jordytan: ≈ 35 786 km.
  • Täckning: ungefär en tredjedel av jordytan per satellit (ej polerna).
  • Typiska användningar: TV-sändningar, väderövervakning, satellitkommunikation.
  • Begränsningar: höga kostnader, latens, trånga orbital slots.

Vill du veta mer om relaterade banformer, till exempel geosynkrona banor eller hur omloppsbanor beräknas, kan du läsa vidare på de artiklarna.

Geostationär omloppsbana.För någon på jorden ser varje satellit ut att vara på samma plats på himlen. När man tittar ner mot Nordpolen  Zoom
Geostationär omloppsbana.För någon på jorden ser varje satellit ut att vara på samma plats på himlen. När man tittar ner mot Nordpolen  

Geostationär bana.För en observatör på den roterande jorden (grön punkt på den blå sfären) ser de lila och röda satelliterna ut att vara på samma plats på himlen.  Zoom
Geostationär bana.För en observatör på den roterande jorden (grön punkt på den blå sfären) ser de lila och röda satelliterna ut att vara på samma plats på himlen.  

Sidovy av 2 satelliter på jorden  Zoom
Sidovy av 2 satelliter på jorden  

En 5 x 6 graders vy av en del av det geostationära bältet med flera geostationära satelliter. De som befinner sig ovanför ekvatorn bildar ett diagonalt bälte tvärs över bilden: några objekt med liten lutning mot ekvatorn syns ovanför denna linje. Lägg märke till hur satelliterna är punktformade, medan stjärnorna har skapat små spår på grund av jordens rotation.  Zoom
En 5 x 6 graders vy av en del av det geostationära bältet med flera geostationära satelliter. De som befinner sig ovanför ekvatorn bildar ett diagonalt bälte tvärs över bilden: några objekt med liten lutning mot ekvatorn syns ovanför denna linje. Lägg märke till hur satelliterna är punktformade, medan stjärnorna har skapat små spår på grund av jordens rotation.  

Satelliter i geostationär omloppsbana

Kommunikations- och vädersatelliter använder ofta dessa banor så att de satellitantenner som kommunicerar med dem inte behöver flytta sig för att följa dem. Markantennerna kan riktas permanent mot en fast position på himlen. Detta är billigare och enklare än att ha en parabolantenn som alltid rör sig för att följa en satellit. Varje antenn befinner sig ovanför ekvatorn på en bestämd longitud (avstånd öster eller väster).

Idén om en geosynkron satellit för kommunikation offentliggjordes för första gången 1928 (men utan större spridning) av Herman Potočnik. Idén om en geostationär omloppsbana blev välkänd först i en artikel från 1945 med titeln "Extra-Terrestrial Relays - Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?" av den brittiske science fiction-författaren Arthur C. Clarke, som publicerades i tidskriften Wireless World. Denna bana, som Clarke först beskrev som lämplig för sändnings- och reläkommunikationssatelliter, kallas ibland Clarke-banan. Clarke-bältet, som är uppkallat efter författaren, är denna del av rymden ovanför jorden - ca 35 786 km över havet, över ekvatorn, där nästan geostationära banor kan användas. Clarke-banan (ett annat namn för en geostationär bana) ligger ungefär 265 000 km runt.

 

Detaljer om banan

Satelliten kretsar i jordens rotationsriktning, vilket ger en omloppstid som är lika lång som jordens rotationsperiod, den s.k. sideriska dagen (mycket nära 24 timmar).

Omloppet måste vara ovanför ekvatorn. Eftersom alla banor kretsar kring jordens centrum måste satelliten svänga lika långt till sydpolen i varje omloppsbana om den tippar över ekvatorn (så att den till exempel befinner sig rakt ovanför New York). Den måste tillbringa lika mycket tid på varje sida av ekvatorn. Om den befinner sig direkt över ekvatorn rör den sig alltså inte alls norrut eller söderut. (Geosynkrona banor är som geostationära banor, men inkluderar även de som går över och under ekvatorn).

Banans höjd är ett exakt avstånd eftersom banans hastighet beror på hur långt den befinner sig från jordens centrum. En omloppsbana är en balans mellan centripetalkraften och jordens gravitation. Objekt som befinner sig närmare jorden känner mer av gravitationen. Detta är anledningen till att objekt i låg omloppsbana (som den internationella rymdstationen) kretsar mycket snabbt runt jorden, ungefär 90 minuter för varje omloppsbana. Objekt som befinner sig längre bort tar längre tid för varje omloppsbana. Månen tar till exempel cirka 29 dagar för varje omlopp.

Eftersom omloppsbanan är så hög tar det ungefär 1/4 sekund för radio- (och ljus-) vågorna att ta sig upp till satelliten och tillbaka till jorden. Detta innebär att en intervju som sänds mellan en tv-station och en avlägsen reporter kan ha en lucka på en halv sekund (1/4 sekund för att gå från studion till reportern och 1/4 sekund tillbaka till studion, där signalen sedan sänds till tittaren). Denna halva sekund fördröjning kan märkas i många nyhetssändningar.

När satelliterna har nått slutet av sin livslängd skulle det vara för dyrt att ta dem hela vägen tillbaka till jorden för att brinna upp i atmosfären. Det är mycket billigare att placera dem lite högre upp (300 km) i en "kyrkogårdsbana", där de i princip kommer att stanna för evigt.

 

Frågor och svar

F: Vad är en geostationär bana?


S: En geostationär bana är en typ av geosynkron bana som befinner sig direkt ovanför jordens ekvator och har en period på 24 timmar, vilket gör att den ser ut att befinna sig ovanför samma plats hela tiden.

F: Vad är skillnaden mellan geostationära och geosynkrona banor?


S: Geostationära banor är en typ av geosynkrona banor som befinner sig direkt ovanför jordens ekvator och ser ut att hålla sig ovanför samma punkt hela tiden, medan en geosynkron bana kan befinna sig på vilken latitud som helst och har en period på 24 timmar.

F: Vad är syftet med en geostationär bana?


S: Syftet med en geostationär bana är att hålla en satellit i en fast position i förhållande till jordytan, vilket ger kontinuerlig kommunikations- och observationsförmåga.

F: Hur snabbt rör sig en satellit i en geostationär bana runt jorden?


S: En satellit i en geostationär bana rör sig runt jorden med samma hastighet som jorden snurrar, vilket är ungefär 1 000 miles per timme.

F: Hur uppfattar en person som observerar en geostationär satellit från jorden dess rörelse?


S: En person som observerar en geostationär satellit från jorden ser att den inte rör sig, utan framträder som en stadig punkt på himlen.

F: Kan en geostationär satellit befinna sig på vilken latitud som helst?


S: Nej, en geostationär bana kan bara ligga vid jordens ekvator, vilket är vid 0° latitud.

F: Vilka fördelar har geostationära banor för satellitkommunikation och satellitobservation?


S: Geostationära banor erbjuder kontinuerlig och konsekvent täckning av ett visst område på jorden, vilket möjliggör konstant kommunikation och observation utan att man ständigt behöver justera satellitens position.


Sök
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3