उपग्रह कैसे काम करते हैं: Orbital Mechanics, मुख्य प्रकार और रोजमर्रा के उपयोग

उपग्रह गिरकर ऊपर रहता है। एक बार जब रॉकेट इसे पर्याप्त गति से आगे की ओर देता है, तो पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण इसे जमीन की ओर खींचता रहता है, लेकिन ग्रह की सतह उसी दर पर घुमावदार होती है जिस दर पर उपग्रह गिरता है, इसलिए यह वास्तव में सतह तक नहीं पहुंचता। NASA का Earth Observatory इस संतुलन को हर कृत्रिम उपग्रह के पीछे मूल भौतिकी के रूप में वर्णित करता है: निम्न कक्षाएं वापस गिरने से बचने के लिए अधिक गति की आवश्यकता करती हैं, जबकि उच्च कक्षाएं धीमी गति की अनुमति देती हैं।

भौतिकी: ऊंचाई, सनकीपन, झुकाव

NASA के विज्ञान विभाग के अनुसार, तीन पैरामीटर किसी भी उपग्रह के पथ को परिभाषित करते हैं। Altitude कक्षीय गति निर्धारित करता है और पृथ्वी के चारों ओर एक लूप पूरा करने के लिए आवश्यक समय। Eccentricity वर्णन करता है कि क्या पथ एक वृत्त है या एक खिंचा हुआ दीर्घवृत्त। Inclination赤道के संबंध में कक्षीय तल का झुकाव है। ये तीनों संख्याएं एक साथ यह निर्धारित करती हैं कि उपग्रह पृथ्वी का कौन सा हिस्सा देख सकता है और यह ओवरहेड से कितनी बार गुजरता है।

NASA ठोस उदाहरण देता है: इसका Aqua उपग्रह, 705 किलोमीटर की ऊंचाई पर, हर 99 मिनट में पृथ्वी की एक परिक्रमा पूरी करता है, जबकि geostationary बेल्ट में स्थित एक उपग्रह लगभग 36,000 किलोमीटर पर एक बार पूरा करने में लगभग 24 घंटे लेता है, जो पृथ्वी के अपने घूर्णन से मेल खाता है।

मुख्य कक्षा परिवार

अंतरिक्ष एजेंसियां अधिकांश उपग्रहों को कुछ मानक कक्षा प्रकारों में समूहीकृत करती हैं, प्रत्येक एक अलग मिशन के लिए उपयुक्त है। European Space Agency (ESA) और NASA एक ही मूल सेट का वर्णन करते हैं, काफी हद तक मेल खाने वाली ऊंचाई रेंज के साथ।

ESA नोट करता है कि भू-स्थिर उपग्रह पश्चिम से पूर्व की ओर सीधे भूमध्य रेखा के ऊपर लगभग 3 किलोमीटर प्रति सेकंड की गति से यात्रा करते हैं, बिल्कुल पृथ्वी की घूर्णन से मेल खाते हैं, इसलिए वे जमीन पर एक निश्चित बिंदु के ऊपर मंडराते हुए दिखाई देते हैं। NASA का कैटलॉग जोड़ता है कि GPS प्रकार के उपग्रह लगभग 20,200 किलोमीटर पर 'अर्ध-समकालिक' कक्षा में बैठे हैं, हर दिन दो कक्षाएं पूरी करते हैं, जबकि Molniya कक्षा एक अत्यधिक खिंचा हुआ दीर्घवृत्त है (सनकीपन 0.722) जो अपनी लगभग 12 घंटे की अवधि में अधिकांश समय उच्च उत्तरी अक्षांशों पर रहता है, यही कारण है कि इसने ऐतिहासिक रूप से आर्कटिक संचार की सेवा की है।

पृथ्वी के चारों ओर परिक्रमा करने वाली कक्षाओं से परे, कुछ अंतरिक्ष यान को Lagrange बिंदुओं पर रखा जाता है — गुरुत्वाकर्षणीय रूप से संतुलित स्थान लगभग 1.5 मिलियन किलोमीटर पृथ्वी से, ESA के अनुसार — जहां गहरे अंतरिक्ष वेधशालाएं पृथ्वी और सूर्य से न्यूनतम हस्तक्षेप के साथ संचालित कर सकती हैं। अन्य पृथ्वी की कक्षा से पूरी तरह बाहर निकल जाते हैं सूर्य के चारों ओर एक सूर्य-केंद्रित पथ के लिए एक बार जब वे पलायन वेग तक पहुंचते हैं।

उपग्रहों का उपयोग

कक्षा चयन सीधे मिशन प्रकार से जुड़ता है। अमेरिकी सरकार की आधिकारिक GPS जानकारी वेबसाइट, GPS.gov, Global Positioning System को तीन भागों से बना हुआ वर्णित करती है: 24 सक्रिय उपग्रहों का एक constellation जो लगातार स्थिति और समय संकेत प्रसारित करते हैं (space segment); दुनिया भर में ट्रैकिंग और कमांड स्टेशन जो उपग्रहों को उनकी उचित कक्षाओं में रखते हैं और उनकी घड़ियों को सही करते हैं (control segment); और receivers जो उन संकेतों से स्थान और समय की गणना करते हैं (user segment)।

• संचार उपग्रह दूरदर्शन, फोन, रेडियो और इंटरनेट संकेतों को रिले करते हैं, मुख्य रूप से माध्यम और भू-स्थिर कक्षा से।
• नेविगेशन उपग्रह जैसे GPS, Galileo, GLONASS और BeiDou माध्यम पृथ्वी कक्षा से सटीक समय और स्थिति संकेत प्रसारित करते हैं ताकि जमीनी receivers अपनी स्थिति की गणना कर सकें।
• पृथ्वी अवलोकन उपग्रह, अक्सर ध्रुवीय या सूर्य-समकालिक कम कक्षाओं में, मौसम पूर्वानुमान, कृषि, मानचित्रण और आपदा प्रतिक्रिया के लिए सतह की इमेजिंग करते हैं।
• वैज्ञानिक उपग्रह सूर्य, ब्रह्मांडीय विकिरण और दूर की खगोलीय वस्तुओं का अध्ययन करते हैं, कभी पृथ्वी की कक्षा से और कभी Lagrange बिंदुओं से।
• निम्न पृथ्वी कक्षा broadband constellations, जैसे Starlink के हजारों उपग्रह जिन्हें स्वतंत्र कैटलॉग द्वारा ट्रैक किया जाता है, जमीनी स्टेशनों और receivers के बीच संकेतों को रिले करके इंटरनेट पहुंच प्रदान करते हैं।

उपग्रहों को कक्षा में रखना

कक्षाएं रखरखाव-मुक्त नहीं हैं। NASA का Earth Observatory नोट करता है कि निम्न पृथ्वी कक्षा उपग्रहों को वायुमंडलीय ड्रैग का अनुभव होता है और उन्हें समय-समय पर अपनी ऊंचाई बढ़ानी चाहिए: Aqua-class उपग्रहों को इतनी बार की आवश्यकता हो सकती है कि हर दो से तीन सप्ताह में एक बार जब सूर्य अत्यधिक सक्रिय हो, लेकिन केवल लगभग वर्ष में चार बार जब सौर गतिविधि कम हो, क्योंकि सौर गतिविधि ऊपरी वायुमंडल की घनत्व में परिवर्तन करती है। सभी ऊंचाइयों पर उपग्रहों को गुरुत्वाकर्षण गड़बड़ियों के लिए भी कभी-कभी सुधार की आवश्यकता होती है और मलबे या अन्य अंतरिक्ष यान के साथ टकराव से बचने के लिए।

उपग्रहों की समग्र आबादी को ट्रैक करना स्वतंत्र पर्यवेक्षकों के लिए एक चल रहा कार्य है। Jonathan's Space Report, एक दीर्घकालीन ट्रैकिंग परियोजना, ने 12 अक्टूबर, 2026 को पृथ्वी की कक्षा में 16,988 सक्रिय payloads की गिनती की, जिनमें से 11,114 Starlink उपग्रह थे; सक्रिय उपग्रहों का विशाल बहुमत निम्न Low Earth Orbit में वर्गीकृत किया गया था।