స్టేషన్ కీపింగ్

ఉపగ్రహాన్ని అది ఉన్న కక్ష్యలోనే ఉంచేందుకు థ్రస్టర్లను మండించి చేసే కక్ష్యా చర్యలను కక్ష్యా స్టేషన్ కీపింగ్ అంటారు.  

భూమి శుద్ధ గోళాకారంలో కాక, భూమధ్య రేఖ వద్ద ఉబ్బి ఉంటుంది. అందుచేత దాని గురుత్వాకర్షక శక్తిలో క్రమత లోపిస్తుంది. ఈ కారణం చేత ఉద్భవించే నాన్-కెప్లేరియన్ బలాలతో పాటు, సూర్య చంద్రుల గురుత్వాకర్షక శక్తులనూ, సౌర ధార్మిక వత్తిడి మొదలైన వాటినీ ఎదుర్కొని, కక్ష్యలో ఉండేందుకు గాను ఉపగ్రహాలు వ్యతిరేక బలాన్ని ప్రయోగించాల్సి ఉంటుంది. 

పై శక్తులు కక్ష్యా తలాన్ని అస్థిరపరుస్తాయి. సౌర సమవర్తన కక్ష్యకు భూమి యొక్క అపక్రమ గోళాకారం కలిగించే ప్రిసెషన్ ఉపగ్రహానికి ఉపయోగ పడేదే. కాని  సూర్య చంద్రుల గురుత్వాకర్షక శక్తి కలిగించే కోణ చలనం  అవాంఛనీయమైనది. సూర్య చంద్రుల గురుత్వాకర్షక శక్తి కలిగించే కోణ చలనాన్ని ఎదుర్కొనేందుకు భూస్థిర ఉపగ్రహాలకు చాలా ఇంధనం ఖర్చవుతుంది. ఈ కోణాన్ని వీలైనంత తక్కువగా ఉంచకపోతే భూమ్మీద ఉండే స్థిర ఏంటెన్నాలు ఆ ఉపగ్రహాన్ని అనుసరించలేవు.

నిమ్న కక్ష్యల్లో ఉండే ఉపగ్రహాల విషయంలో వాతావరణ గుంజుబాటు (డ్రాగ్) కు వ్యతిరేక చర్యలు తరచూ తీసుకుంటూ ఉండాలి. కొన్ని ఉపగ్రహాల విషయంలో ఇది తిరిగి  భూవాతావరణంలోకి ప్రవేశించకుండా  నిరోధించేందుకు ఆవశ్యకం కాగా, మరి కొన్ని విషయాల్లో భూభ్రమణంతో కచ్చితమైన అనుసంధానంతో ఉండేందుకు ఆవశ్యకం.

సౌర ధార్మిక పీడనం సాధారణంగా ఎక్సెంట్రిసిటీని అస్థిరపరుస్తుంది. కొన్ని ఉపగ్రహాల విషయంలో దీనికి  చురుగ్గా ప్రతిచర్య చేయాలి. భూస్థిర ఉపగ్రహాల విషయంలో నాన్-స్టీరబుల్ ఏంటెన్నాలతో అనుసరించాలంటే  ఎక్సెంట్రిసిటీని కనీస స్థాయిలో ఉంచాలి. అలాగే భూపరిశీలక ఉపగ్రహాలను ఒక స్థిరమైన గ్రౌండ్ ట్రాక్ తో కక్ష్య పునరావృతమౌతూ ఉండాలి. ఎక్సెంట్రిసిటీ వెక్టర్ వీలైనంత స్థిరంగా ఉండాలి. ఫ్రోజెన్ ఆర్బిట్ డిజైనుతో దీన్ని  చాలావరకు నియంత్రించినప్పటికీ, సూక్ష్మ స్థాయి నియంత్రణకు థ్రస్టర్లు అవసరం.

లాగ్రాంజియన్ పాయింట్ వద్ద ఉన్న హేలో కక్ష్య అస్థిరమైనది కాబట్టి ఆ కక్ష్యలో ఉండే ఉపగ్రహాలకు స్టేషన్ కీపింగ్ మరీ ముఖ్యం. థ్రస్టర్లను మండిస్తూ, ఉపగ్రహాన్ని చురుగ్గా నియంత్రిస్తూ ఉండకపోతే, స్థానంలోగానీ, వేగంలో గానీ ఏ మాత్రపు స్వల్పమైన తేడా వచ్చినా ఉపగ్రహం పూర్తిగా కక్ష్య నుండి బయటకు పోయే అవకాశం ఉంది.

భూ నిమ్న కక్ష్యలో స్టేషన్ కీపింగ్ 
బాగా నిమ్న కక్ష్యలో పరిభ్రమించే ఉపగ్రహంపై వాతావరణ గుంజుబాటు బలంగా ఉంటుంది. ఎప్పటికప్పుడు కక్ష్యలో నిలిపే చర్యలు తీసుకోకపోతే, దాని జీవిత కాలం ముగియక ముందే, భూవాతావరణంలోకి లాగేస్తుంది. అంతర్జాతీయ అంతరిక్ష కేంద్రం దీనికో ఉదాహరణ. అది భూమి నుండి 330 నుండి 410 కిమీల మధ్య పరిభ్రమిస్తూ ఉంటుంది. వాతావరణ గుంజుబాటు కారణంగా కేంద్రం కక్ష్యా శక్తిని కోల్పోతూ ఉంటుంది. ఇది భూవాతావరణ ప్రవేశానికి దారితీస్తుంది. దీన్ని నివారించేందుకు ఎప్పటికప్పుడు తిరిగి పై కక్ష్యలోకి తోస్తూ ఉంటారు. ఎంత ఎత్తున ఉన్న కక్ష్యలోకి పంపాలనేది వాతావరణ గుంజుబాటును వ్యతిరేకించేందుకు అవసరమైన డెల్టా-వి, మనుషులు, వస్తువులను కేంద్రానికి తీసుకువెళ్ళేందుకు అవసరమైన డెల్టా-వి - ఈ రెండింటి తులనలో ఏది అనుకూలంగా ఉంటే అది చేస్తారు. కక్ష్యకు ఉచ్ఛ స్థాయి పరిమితికి కారణం సోయుజ్ వాహనం కలిగించే అడ్డంకులు. 2008 ఏప్రిల్ 25 న జూల్స్ వెర్న్ అనే ఆటోమేటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫర్  వెహికిల్, కేంద్రం యొక్క కక్ష్యను మొదటిసారిగా పెంచి, సోయుజ్ కు ప్రత్యామ్నాయంగా నిలబడింది.

భూ పరిశీలక ఉపగ్రహాల స్టేషన్ కీపింగ్ 
భూపరిశీలక ఉపగ్రహాలు భూ ఉపరితలం నుండి 700 - 800 కి.మీ. ఎత్తున పరిభ్రమిస్తూ ఉంటాయి. వీటిపై వాతావరణ గుంజుబాటు బాగా తక్కువగా ఉంటుంది. అందుచేత, భూవాతావరణంలోకి తిరిగి ప్రవేశించడం గురించి ఆందోళన పడనక్కర లేదు. కానీ కక్ష్యాకాలం భూభ్రమణంతో సమస్థితిలో ఉండేందుకుగాను, ఈ ఎత్తులో ఉండే అతి తక్కువ వాతావరణ గుంజుబాటుకు కూడా ప్రతిచర్య చేయాలి. ఇందుకుగాను కక్ష్యకు తిర్యగ్రేఖ దిశలో థ్రస్టర్లను మండించాలి. అయితే ఇందుకు అవసరమయ్యే డెల్టా-వి చాలా తక్కువగా కొన్ని మిల్లీమీటర్లు/సె స్థాయిలో మాత్రమే ఉంటుంది. ఫ్రోజెన్ ఆర్బిట్ డిజైన్ను ఉపయోగిస్తే ఇదే డెల్టా-వి తో ఎక్సెంట్రిసిటీ వెక్టరును కూడా నియంత్రించవచ్చు. 

స్థిరమైన గ్రౌండ్ ట్రాక్ ను కొనసాగించేందుకు గాను సూర్య  చంద్రుల ఆకర్షణ కారణంగా ఏర్పడే కోణ చలనాన్ని భర్తీ చేసే చర్యలు తీసుకోవాలి. కక్ష్యా తలానికి లంబ కోణంలో థ్రస్టర్లను  మండించడం ద్వారా దీన్ని సాధిస్తారు. సౌర  సమన్వయ ఉపగ్రహాల విషయంలో సూర్యాకర్షణ వలన కలిగే కోణ చలనం మరీ ఎక్కువగా ఉంటుంది; కోణాన్ని స్థిరంగా ఉంచేందుకు సంవత్సరానికి 1–2 మీ/సె డెల్టా-వి అవసరమౌతుంది.

భూ స్థిర కక్ష్యలో స్టేషన్ కీపింగ్ 

సూర్య, చంద్రుల గురుత్వ శక్తి కారణంగా భూస్థిర ఉపగ్రహాల కక్ష్యా కోణం సంవత్సరానికి 0.85 డిగ్రీల చొప్పున మారుతుంది. దీనికి ప్రతిగా థ్రస్టర్లను కక్ష్యా తలానికి లంబకోణంలో మండించాలి. దీనికోసం అవసరమైన డెల్టా-వి సంవత్సరానికి 45 మీ/సె. భూస్థిరకక్ష్య స్టేషన్ కీపింగ్ లోని ఈ భాగాన్ని ఉత్తర-దక్షిణ నియంత్రణ అంటారు.

కక్ష్యాకాలాన్ని, ఎక్సెంట్రిసిటీ వెక్టరును నియంత్రించేందుకు థ్రస్టరును కక్ష్యకు తిర్యగ్రేఖ దిశలో (టాంజెన్షియల్)  జ్వలింపజేస్తారు. దీన్ని తూర్పు-పశ్చిమ నియంత్రణ అంటారు. కక్ష్యా కాలం సరిగ్గా భూభ్రమణ కాలంతో సమస్థితిలో ఉండేలా, ఎక్సెంట్రిసిటీ వీలైనంత తక్కువగా ఉండేలా ఈ జ్వలనాలను రూపొందిస్తారు. కక్ష్యా కాలంలో వచ్చే తేడా  భూభ్రమణంలో ఉన్న అసౌష్టవం కారణంగా ఏర్పడుతుంది. ఎక్సెంట్రిసిటీలో కలిగే అపక్రమం సౌర ధార్మిక పీడనం వలన ఏర్పడుతుంది.

తూర్పు-పశ్చిమ నియంత్రణకు అవసరమైన ఇంధనం, ఉత్తర-దక్షిణ నియంత్రణతో పోలిస్తే చాలా తక్కువ. వయసైపోతున్న భూస్థిర ఉపగ్రహాలలో ఇంధనం బాగా తగ్గిపోయినపుడు ఉత్తర-దక్షిణ నియంత్రణను ఆపేసి తూర్పు-పశ్చిమ నియంత్రణను మాత్రమే కొనసాగిస్తారు. భూమితో పోలిస్తే సాపేక్షికంగా ఈ ఉపగ్రహం ఉత్తర-దక్షిణాల్లో కదులుతుంది.  ఈ కదలిక మరీ పెరిగిపోతే, ఆ ఉపగ్రహాన్ని అనుసరించేందుకు గాను స్టీరింగు చేయగల ఏంటెన్నా అవసరమౌతుంది. ఆర్టెమిస్, దీనికో ఉదాహరణ.[citation needed]

బరువు తగ్గించుకోడానికి, భూస్థిర ఉపగ్రహాల్లో అత్యధిక ఇంధన సామర్థ్యం గల ప్రొపల్షన్ వ్యవస్థ ఉండాలి. ఆధునిక ఉపగ్రహాల్లో అధిక స్పెసిఫిక్ ఇంపల్స్  వ్యవస్థలైన ప్లాస్మా లేక అయాన్ థ్రస్టర్లను వాడుతున్నారు.

లిబ్రేషన్ పాయింట్ల వద్ద స్టేషన్ కీపింగ్ 
లాగ్రాంజియన్ పాయింట్ల వద్ద కూడా ఉపగ్రహ కక్ష్యలు ఉండే అవకాశం ఉంది. వీటిని లిబ్రేషన్ పాయింట్లు అని కూడా అంటారు. సౌరవ్యవస్థలోని ఏ రెండు భారీవస్తువులకు సంబంధించైనా ఐదు స్థలాల్లో గురుత్వాకర్షక బావులు ఉంటాయి. ఉదాహరణకు సూర్యుడు-భూమి వ్యవస్థలో ఐదు స్థలాలు ఉన్నాయి. అలాగే ఐదు స్థలాలు భూమి-చంద్రుని వ్యవస్థలోనూ ఉన్నాయి. అలాగే మిగతా వ్యవస్థలలో కూడా ఉన్నాయి. చిన్న ఉపగ్రహాలు స్టేషన్ కీపింగ్ కోసం కనీస పరిమాణంలో ఇంధనం వాడుతూ ఈ గురుత్వాకర్షక బావుల  చుట్టూ పరిభ్రమించవచ్చు. హేలో, లిస్సాజౌస్ కక్ష్యలు అటువంటివే.

లిబ్రేషన్ పాయింట్ల వద్ద ఉండే కక్ష్యలు గతిశీలకంగా అస్థిరమైనవి. అంటే సమతౌల్య స్థితి నుండి కొద్దిపాటి చలనం కలిగినా సమయం గడిచే కొద్దీ అది విస్తారంగా పెరిగే అవకాశం ఉంది. ఆ కారణంగా లిబ్రేషన్ పాయింట్ కక్ష్యల్లో ఉన్న ఉపగ్రహాలు కక్ష్యా స్టేషన్ కీపింగ్ కొరకు ప్రొపల్షన్ వ్యవస్థలను ఉపయోగించవలసి ఉంటుంది.

ఒక ముఖ్యమైన లిబ్రేషన్ పాయింటు, భూమి-సూర్యుడు L1. మూడు హీలియోఫిజిక్స్ ఉపగ్రహాలు సుమారు 2000 నుండి L1 లో పరిభ్రమిస్తున్నాయి. అక్కడ స్టేషన్ కీపింగ్ ఇంధనం ఖర్చు  బాగా తక్కువ. మిగతా వ్యవస్థలు బాగానే ఉంటే ఈ ఉపగ్రహాలు దశాబ్దాల తరబడి పనిచేస్తాయి. ఈమూడు ఉపగ్రహాలకు -అడ్వాన్స్‌డ్ కాంపొజిషన్ ఎక్స్ప్లోరర్,  సోలార్ హీలియోస్ఫెరిక్ అబ్సర్వేటరీ, గ్లోబల్ జియోసైన్స్ విండ్ - స్టేషన్ కీపింగ్ ఇంధన అవసరం 1 మీ/సె లేదా అంతకంటె తక్కువగా ఉంటుంది. 

భూమి-సూర్యుడు L2 — భూమి నుండి సుమారు 1.5 మిలియన్ కిలోమీటర్ల దూరంలో సూర్య వ్యతిరేక దిశలో — మరో ముఖ్యమైన లాగ్రాంజియన్ పాయింటు. ESA హెర్షెల్ స్పేస్ అబ్సర్వేటరీ లిస్సాజౌస్ కక్ష్యలో 2009 నుండి 2013 వరకు పనిచేసింది. ఆ సమయంలో స్పేస్ టెలిస్కోపుకు అవసరమైన శీతలీకరణి అయిపోయింది. దాదాపు నెలకోసారి  స్టేషన్ కీపింగ్ చర్యలు తీసుకున్నారు.

మూలాలు 

కృత్రిమ ఉపగ్రహాలు