วงโคจรประจำที่ (Geostationary Orbit ) หรือที่เรียกอีกอย่างว่าGEOหรือGSOคือวงโคจรซิงโครนัสทางภูมิศาสตร์แบบวงกลม ที่ระดับความสูง 35,786 กิโลเมตร (22,236 ไมล์) เหนือเส้นศูนย์สูตร ของ โลก รัศมี 42,164 กิโลเมตร (26,199 ไมล์) จากศูนย์กลางของโลก และโคจรไปในทิศทาง เดียว กับ การ หมุน ของโลก

วัตถุที่โคจรในวงโคจรแบบนี้จะมีคาบการโคจรเท่ากับคาบการหมุนของโลก ซึ่งก็คือหนึ่งวันดาราศาสตร์ดังนั้นสำหรับผู้สังเกตการณ์บนพื้นดิน วัตถุนั้นจึงปรากฏอยู่นิ่งๆ ในตำแหน่งคงที่บนท้องฟ้า แนวคิดเรื่องวงโคจรคงที่นี้ได้รับความนิยมจากนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์อาร์เธอร์ ซี. คลาร์กในช่วงทศวรรษ 1940 ในฐานะวิธีการปฏิวัติการสื่อสาร และดาวเทียมดวง แรก ที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรในวงโคจรแบบนี้ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศในปี 1963

ดาวเทียมสื่อสาร มักถูกวางไว้ในวงโคจรคงที่ เพื่อให้ เสาอากาศรับสัญญาณดาวเทียมบนโลกไม่จำเป็นต้องหมุนเพื่อติดตามดาวเทียม แต่สามารถชี้ไปยังตำแหน่งบนท้องฟ้าที่ดาวเทียมอยู่ได้อย่างถาวรดาวเทียมตรวจอากาศก็ถูกวางไว้ในวงโคจรนี้เช่นกัน เพื่อการตรวจสอบและเก็บรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์ เช่นเดียวกับดาวเทียมนำทางเพื่อให้ได้จุดสอบเทียบที่ทราบและเพิ่มความแม่นยำของ GPS

ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศโดยผ่านวงโคจรชั่วคราวแล้ววางไว้ใน "ช่อง" เหนือจุดใดจุดหนึ่งบนพื้นผิวโลก ดาวเทียมจำเป็นต้องรักษาระดับตำแหน่งเป็นระยะๆ เพื่อรักษาสถานะเดิม ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าที่ปลดระวางแล้วในปัจจุบันจะถูกวางไว้ในวงโคจรสุสาน ที่สูงกว่า เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกัน

ในปี พ.ศ. 2461 เฮอร์แมน โปโตชนิกได้อธิบายทั้งวงโคจรจีโอซิงโครนัสโดยทั่วไปและกรณีพิเศษของวงโคจรจีโอสเตชันนารีของโลกโดยเฉพาะว่าเป็นวงโคจรที่มีประโยชน์สำหรับสถานีอวกาศ^{[ 1 ]}การปรากฏตัวครั้งแรกของวงโคจรจี โอสเตชันนารี ในวรรณกรรมยอดนิยมเกิดขึ้นในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2485 ใน เรื่อง Venus Equilateralเรื่องแรกโดยจอร์จ โอ. สมิธ [ ^{2 ] แต่}สมิธไม่ได้ลงรายละเอียดนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ ชาวอังกฤษ อาร์เธอร์ ซี. คลาร์ก ได้ทำให้แนวคิดนี้เป็นที่นิยมและขยายความในบทความปี พ.ศ. 2488 เรื่องExtra-Terrestrial Relays – Can Rocket Stations Give Worldwide Radio Coverage?ซึ่งตีพิมพ์ใน นิตยสาร Wireless Worldคลาร์กยอมรับความเชื่อมโยงนี้ในบทนำของThe Complete Venus Equilateral [ ^{3 ] [ 4 ] วง}โคจรซึ่งคลาร์กได้อธิบายเป็นครั้งแรกว่ามีประโยชน์สำหรับดาวเทียมสื่อสารกระจายเสียงและถ่ายทอดสัญญาณ^{[ 4 ]}บางครั้งเรียกว่าวงโคจรคลาร์ก^{[ 5 ]}ในทำนองเดียวกัน กลุ่มดาวเทียมเทียมในวงโคจรนี้เรียกว่าเข็มขัดคลาร์ก^{[ 6 ]}

ในศัพท์ทางเทคนิค วงโคจรจะถูกเรียกว่าวงโคจรแบบจีโอสเตชันนารีหรือวงโคจรแบบจีโอซิงโครนัสที่เส้นศูนย์สูตร โดยคำศัพท์ทั้งสองคำนี้สามารถใช้แทนกันได้^{[ 7 ]}

ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าดวงแรกได้รับการออกแบบโดยHarold Rosenขณะที่เขาทำงานอยู่ที่Hughes Aircraftในปี 1959 โดยได้รับแรงบันดาลใจจากSputnik 1เขาต้องการใช้ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าเพื่อขยายการสื่อสารไปทั่วโลก การสื่อสารระหว่างสหรัฐอเมริกาและยุโรปในขณะนั้นสามารถทำได้เพียง 136 คนในแต่ละครั้ง และต้องอาศัย วิทยุ ความถี่สูงและ สาย เคเบิลใต้น้ำ^{[ 8 ]}

ความเชื่อทั่วไปในขณะนั้นคือ การส่งดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรค้างฟ้าจะต้องใช้ พลังงาน จรวด มากเกินไป และดาวเทียมจะไม่สามารถอยู่รอดได้นานพอที่จะคุ้มค่ากับค่าใช้จ่าย ^{[ 9 ]}ดังนั้นความพยายามในช่วงแรกจึงมุ่งเน้นไปที่กลุ่มดาวเทียมใน วงโคจร ต่ำหรือปานกลางของโลก^{[ 10 ]}กลุ่มแรกคือดาวเทียมบอลลูน Echo แบบพาสซีฟ ในปี 1960 ตามมาด้วยTelstar 1ในปี 1962 ^{[ 11 ]}แม้ว่าโครงการเหล่านี้จะมีปัญหาเรื่องความแรงของสัญญาณและการติดตาม ซึ่งเป็นปัญหาที่สามารถแก้ไขได้โดยใช้วงโคจรค้างฟ้า แต่แนวคิดนี้ก็ถูกมองว่าไม่สามารถนำไปใช้ได้จริง ดังนั้นฮิวจ์จึงมักระงับเงินทุนและการสนับสนุน^{[ 10 ] [ 8 ]}

ในปี พ.ศ. 2504 โรเซนและทีมงานของเขาได้สร้างต้นแบบทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 76 เซนติเมตร (30 นิ้ว) ความสูง 38 เซนติเมตร (15 นิ้ว) น้ำหนัก 11.3 กิโลกรัม (25 ปอนด์) เบาและเล็กพอที่จะส่งขึ้นไปโคจรได้ มันถูกทำให้เสถียรด้วยการหมุนโดยใช้เสาอากาศแบบไดโพลที่สร้างลำแสงรูปทรงแบน^{[ 12 ]}ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2504 พวกเขาได้รับสัญญาให้เริ่มสร้างดาวเทียมจริง^{[ 8 ]}พวกเขาสูญเสียSyncom 1ไปเนื่องจากความล้มเหลวทางอิเล็กทรอนิกส์ แต่Syncom 2ถูกส่งขึ้นไปโคจรในวงโคจรแบบจีโอซิงโครนัสได้สำเร็จในปี พ.ศ. 2506 แม้ว่าวงโคจรเอียง ของมัน ยังคงต้องใช้เสาอากาศที่เคลื่อนที่ได้ แต่มันก็สามารถถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ได้ และทำให้ประธานาธิบดีจอห์น เอฟ. เคนเนดี แห่งสหรัฐอเมริกาในวอชิงตัน ดี.ซี. สามารถโทรศัพท์หา อาบูบาการ์ ทาฟาว่า บาเลวานายกรัฐมนตรีไนจีเรียบนเรือUSNS Kingsportที่จอดเทียบท่าในลากอสเมื่อวันที่ 23 สิงหาคม พ.ศ. 2506 ^{[ 10 ] [ 13 ]}

ดาวเทียมดวงแรกที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรในวงโคจรคงที่คือSyncom 3ซึ่งถูกปล่อยโดยจรวด Delta Dในปี พ.ศ. 2507 ^{[ 14 ]}ด้วยแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้น ดาวเทียมดวงนี้จึงสามารถถ่ายทอดสดการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูร้อนจากญี่ปุ่นไปยังอเมริกาได้ วงโคจรคงที่จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโทรทัศน์ดาวเทียม^{[ 10 ]}

ปัจจุบันมีดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าหลายร้อยดวงที่ให้บริการการสำรวจระยะไกลและการสื่อสาร^{[ 8 ] [ 15 ]}

แม้ว่าพื้นที่ที่มีประชากรอาศัยอยู่ส่วนใหญ่บนโลกจะมีสิ่งอำนวยความสะดวกด้านการสื่อสารภาคพื้นดิน ( ไมโครเวฟไฟเบอร์ออปติก ) โดยมีการเข้าถึงโทรศัพท์ครอบคลุมประชากร 96% และการเข้าถึงอินเทอร์เน็ต 90% ^{[ 16 ]}แต่บางพื้นที่ในชนบทและพื้นที่ห่างไกลในประเทศที่พัฒนาแล้วยังคงต้องพึ่งพาการสื่อสารผ่านดาวเทียม^{[ 17 ] [ 18 ]}

ดาวเทียมสื่อสารเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ดาวเทียมกระจายเสียงและ^{ดาวเทียม} SBASทำงานในวงโคจรคงที่^{[ 19 ] [ 20} ] ^{[ 21 ]}

ดาวเทียมสื่อสารแบบอยู่กับที่ (Geostationary communication satellites) มีประโยชน์เพราะสามารถมองเห็นได้จากพื้นที่กว้างบนพื้นผิวโลก ครอบคลุมระยะทาง 81° ในละติจูดและ 77° ในลองจิจูด^{[ 22 ]}ดาวเทียมเหล่านี้ปรากฏนิ่งอยู่บนท้องฟ้า ซึ่งช่วยลดความจำเป็นที่สถานีภาคพื้นดินจะต้องมีเสาอากาศที่เคลื่อนย้ายได้ นั่นหมายความว่าผู้สังเกตการณ์บนโลกสามารถติดตั้งเสาอากาศขนาดเล็ก ราคาถูก และอยู่กับที่ ซึ่งหันไปทางดาวเทียมที่ต้องการได้เสมอ^{[ 23 ] : 537} อย่างไรก็ตามความหน่วงกลายเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากต้องใช้เวลาประมาณ 240 มิลลิวินาทีสำหรับสัญญาณที่จะส่งผ่านจากเครื่องส่งสัญญาณภาคพื้นดินบนเส้นศูนย์สูตรไปยังดาวเทียมและกลับมาอีกครั้ง^{[ 23 ] : 538} ความล่าช้านี้ก่อให้เกิดปัญหาสำหรับแอปพลิเคชันที่ไวต่อความหน่วง เช่น การสื่อสารด้วยเสียง^{[ 24 ]}ดังนั้นดาวเทียมสื่อสารแบบอยู่กับที่จึงถูกใช้เป็นหลักสำหรับความบันเทิงแบบทิศทางเดียวและแอปพลิเคชันที่ไม่มีทางเลือกอื่นที่มีความหน่วงต่ำ^{[ 25 ]}

ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรโดยตรง และจะปรากฏอยู่ต่ำกว่าบนท้องฟ้าสำหรับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ใกล้ขั้วโลก เมื่อละติจูดของผู้สังเกตการณ์เพิ่มขึ้น การสื่อสารจะยากขึ้นเนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่นการหักเหของบรรยากาศการแผ่รังสีความร้อนของโลกสิ่งกีดขวางการมองเห็น และการสะท้อนสัญญาณจากพื้นดินหรือสิ่งก่อสร้างใกล้เคียง ที่ละติจูดสูงกว่าประมาณ 81° ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะอยู่ต่ำกว่าขอบฟ้าและไม่สามารถมองเห็นได้เลย^{[ 22 ]}ด้วยเหตุนี้ ดาวเทียมสื่อสาร ของรัสเซีย บางดวง จึงใช้ วงโคจร วงรีMolniyaและTundraซึ่งมีทัศนวิสัยที่ดีเยี่ยมที่ละติจูดสูง^{[ 26 ]}

เครือข่ายดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา แบบอยู่กับที่ทั่วโลก ใช้ในการจัดหาภาพที่มองเห็นได้และอินฟราเรดของพื้นผิวโลกและชั้นบรรยากาศสำหรับการสังเกตการณ์สภาพอากาศสมุทรศาสตร์และการติดตามชั้นบรรยากาศ ณ ปี 2019 มีดาวเทียม 19 ดวงที่ใช้งานอยู่หรืออยู่ในสถานะพร้อมใช้งาน^{[ 27 ]}ระบบดาวเทียมเหล่านี้ประกอบด้วย:

• ชุดGOESของสหรัฐอเมริกา ดำเนินการโดย NOAA ^{[ 28 ]}
• ซี รีส์ Meteosatซึ่งปล่อยโดยองค์การอวกาศยุโรปและดำเนินการโดยองค์การดาวเทียมพยากรณ์อากาศยุโรปEUMETSAT ^{[ 29 ]}
• สาธารณรัฐเกาหลีCOMS-1และ^{[ 30 ]} ดาวเทียมภารกิจหลายภารกิจGK-2A ^{[ 31 ]}
• ดาวเทียมElektro-Lของรัสเซีย
• ชุดฮิมาวาริของญี่ปุ่น^{[ 32 ]}
• ชุดเฟิงหยุนของจีน^{[ 33 ]}
• ชุดINSATของอินเดีย^{[ 34 ]}

โดยทั่วไปดาวเทียมเหล่านี้จะบันทึกภาพในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้และอินฟราเรดด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ระหว่าง 0.5 ถึง 4 ตารางกิโลเมตร^{[ 35 ]}โดยทั่วไปแล้วการครอบคลุมจะอยู่ที่ 70° ^{[ 35 ]}และในบางกรณีอาจน้อยกว่านั้น^{[ 36 ]}

ภาพถ่ายดาวเทียมวงโคจรคงที่ถูกนำมาใช้ในการติดตามเถ้าภูเขาไฟ [ ^{37 ]}การวัดอุณหภูมิยอดเมฆและไอน้ำสมุทรศาสตร์ [ ^{38 ]}การวัดอุณหภูมิพื้นดินและการปกคลุมของพืชพรรณ^{[ 39 ] [ 40 ] การ} อำนวย ความสะดวกในการทำนายเส้นทางพายุไซโคลน^{[ 34 ]}และการให้ข้อมูลการปกคลุมของเมฆแบบเรียลไทม์และข้อมูลการติดตามอื่นๆ^{[ 41 ] ข้อมูล}บางส่วนได้ถูกรวมเข้าไว้ในแบบจำลองการพยากรณ์ทางอุตุนิยมวิทยาแต่เนื่องจากมุมมองที่กว้าง การตรวจสอบตลอดเวลา และความละเอียดต่ำ ภาพถ่ายดาวเทียมตรวจอากาศวงโคจรคงที่จึงถูกใช้เป็นหลักสำหรับการพยากรณ์ระยะสั้นและแบบเรียลไทม์^{[ 42 ] [ 40 ]}

ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าสามารถใช้เพื่อเสริม ระบบ GNSSโดยการส่งต่อข้อมูลนาฬิกาปฏิทินดาราศาสตร์และ การแก้ไขข้อผิดพลาด ของชั้นบรรยากาศไอโอโน สเฟียร์ (คำนวณจากสถานีภาคพื้นดินที่มีตำแหน่งที่ทราบ) และให้สัญญาณอ้างอิงเพิ่มเติม^{[ 43 ]}ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำของตำแหน่งจากประมาณ 5 เมตร เป็น 1 เมตร หรือน้อยกว่า^{[ 44 ]}

ระบบนำทางในอดีตและปัจจุบันที่ใช้ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า ได้แก่:

• ระบบเพิ่มกำลังส่งสัญญาณในพื้นที่กว้าง (WAAS) ซึ่งดำเนินการโดยสำนักงานบริหารการบินแห่งสหรัฐอเมริกา (FAA);
• บริการโอเวอร์เลย์การนำทางด้วยดาวเทียมวงโคจรประจำที่ของยุโรป (EGNOS) ซึ่งดำเนินการโดยESSP (ในนามของGSAของสหภาพยุโรป )
• ระบบเสริมภาพด้วยดาวเทียมอเนกประสงค์ (MSAS) ซึ่งดำเนินการโดยสำนักงานการบินพลเรือนแห่งประเทศญี่ปุ่น (JCAB) กระทรวงที่ดิน โครงสร้างพื้นฐาน และการขนส่ง ของญี่ปุ่น
• ระบบนำทางเสริมทางภูมิศาสตร์ด้วย GPS (GAGAN) ที่ดำเนินการโดยอินเดีย^{[ 45 ] [ 46 ]}
• ระบบนำทางเชิงพาณิชย์ StarFireซึ่งดำเนินการโดยJohn DeereและC-Nav Positioning Solutions ( Oceaneering )
• ระบบ Starfix DGPSเชิงพาณิชย์และ ระบบ OmniSTAR ซึ่ง ^{ดำเนิน}การโดยFugro ^[ 47 ^]

ตัวอย่างการเปลี่ยนผ่านจากGTO ชั่วคราว ไปเป็น GSO  เอคโคสตาร์ XVII  ·  โลก .

ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจะถูกปล่อยไปทางทิศตะวันออกเข้าสู่วงโคจรตามทิศทางการหมุนของโลกซึ่งตรงกับอัตราการหมุนของเส้นศูนย์สูตร มุมเอียงที่น้อยที่สุดที่สามารถปล่อยดาวเทียมได้คือมุมเอียงของละติจูดของสถานที่ปล่อย ดังนั้นการปล่อยดาวเทียมจากบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรจะช่วยจำกัดปริมาณการเปลี่ยนแปลงมุมเอียงที่จำเป็นในภายหลัง^{[ 48 ]}นอกจากนี้ การปล่อยจากบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรยังช่วยให้ความเร็วในการหมุนของโลกช่วยส่งดาวเทียมขึ้นไปได้ สถานที่ปล่อยควรมีน้ำหรือทะเลทรายอยู่ทางทิศตะวันออก เพื่อป้องกันไม่ให้จรวดที่ล้มเหลวตกในพื้นที่ที่มีประชากรอาศัยอยู่^{[ 49 ]}

ยาน ปล่อย ส่วน ใหญ่ จะส่งดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าไปยัง วงโคจรถ่ายโอนค้างฟ้า (GTO) โดยตรง ซึ่งเป็นวงโคจรวงรีที่มี จุดสูงสุดอยู่ที่ระดับความสูง GEO และจุดต่ำ สุดอยู่ที่ระดับต่ำ จากนั้นจะใช้ระบบขับเคลื่อนบนดาวเทียมเพื่อยกจุดต่ำสุดให้สูงขึ้น ปรับให้เป็นวงกลม และไปถึง GEO ^{[ 48 ] [ 50 ]}

ดาวเทียมในวงโคจรคงที่ต้องอยู่ในวงแหวนเดียวกันเหนือเส้นศูนย์สูตรข้อกำหนดในการเว้นระยะห่างระหว่างดาวเทียมเหล่านี้ เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนคลื่นความถี่วิทยุที่เป็นอันตรายระหว่างการปฏิบัติงาน หมายความว่ามีช่องวงโคจรที่ใช้งานได้จำนวนจำกัด และด้วยเหตุนี้จึงสามารถใช้งานดาวเทียมในวงโคจรคงที่ได้เพียงจำนวนจำกัดเท่านั้น ซึ่งนำไปสู่ความขัดแย้งระหว่างประเทศต่างๆ ที่ต้องการเข้าถึงช่องวงโคจรเดียวกัน (ประเทศที่อยู่ใกล้เส้นลองจิจูด เดียวกัน แต่มีเส้นละติจูด ต่างกัน ) และคลื่นความถี่วิทยุข้อพิพาทเหล่านี้ได้รับการแก้ไขผ่านกลไกการจัดสรรของสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ ภายใต้ ข้อบังคับวิทยุ^{[ 51} ] ^{[ 52 ]}ในปฏิญญาโบโกตา ปี 1976 ประเทศแปดประเทศที่ตั้งอยู่บนเส้นศูนย์สูตรของโลกได้อ้างสิทธิ์อธิปไตยเหนือวงโคจรคงที่เหนือดินแดนของตน แต่การอ้างสิทธิ์ดังกล่าวไม่ได้รับการยอมรับในระดับ^{สากล[ 53 ]}

ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าจำเป็นต้องมีการรักษาวงโคจรเพื่อรักษาระตำแหน่ง และเมื่อเชื้อเพลิงขับดันหมดลง ดาวเทียมเหล่านั้นก็จะถูกปลดระวาง ระบบส่งสัญญาณและระบบอื่นๆ บนดาวเทียมมักจะมีอายุการใช้งานนานกว่าเชื้อเพลิงขับดัน และด้วยการปล่อยให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ไปตามธรรมชาติในวงโคจรค้างฟ้าแบบเอียง ดาวเทียมบางดวงจึงยังคงใช้งานได้[ ^{54 ] หรือ}อาจถูกยกระดับไปอยู่ในวงโคจรสุสานกระบวนการนี้กำลังได้รับการควบคุมมากขึ้นเรื่อยๆ และดาวเทียมจะต้องมีโอกาส 90% ที่จะเคลื่อนที่สูงกว่า 200 กม. เหนือเข็มขัดวงโคจรค้างฟ้าเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน^{[ 55 ]}

โดยทั่วไปเศษซากอวกาศในวงโคจรคงที่จะมีอัตราการชนที่ต่ำกว่าในวงโคจรต่ำของโลก (LEO)เนื่องจากดาวเทียม GEO ทั้งหมดโคจรในระนาบ ระดับความสูง และความเร็วเดียวกัน อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของดาวเทียมในวงโคจรวงรีทำให้เกิดการชนกันได้ที่ความเร็วสูงสุด 4 กม./วินาที (14,400 กม./ชม.; 8,900 ไมล์/ชม.) แม้ว่าการชนกันจะมีโอกาสเกิดขึ้นค่อนข้างน้อย แต่ดาวเทียม GEO ก็มีความสามารถจำกัดในการหลีกเลี่ยงเศษซากใดๆ^{[ 56 ]}

ที่ระดับความสูงซิงโครนัสทางภูมิศาสตร์ วัตถุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 10 ซม. ไม่สามารถมองเห็นได้จากโลก ทำให้ยากต่อการประเมินความแพร่หลายของวัตถุเหล่านั้น^{[ 57 ]}

แม้จะมีความพยายามลดความเสี่ยง แต่การชนกันของยานอวกาศก็ยังเกิดขึ้นดาวเทียมสื่อสารOlympus-1 ของ องค์การอวกาศยุโรปถูกอุกกาบาตพุ่งชนเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม พ.ศ. 2536 และในที่สุดก็ถูกย้ายไปยังวงโคจรสุสาน^{[ 58 ]}และในปี พ.ศ. 2549 ดาวเทียมสื่อสาร Express-AM11 ของรัสเซีย ถูกวัตถุที่ไม่ทราบชนิดพุ่งชนจนใช้งานไม่ได้^{[ 59 ]}แม้ว่าวิศวกรจะมีเวลาติดต่อกับดาวเทียมมากพอที่จะส่งมันไปยังวงโคจรสุสานก็ตาม ในปี พ.ศ. 2560 ทั้งAMC-9และTelkom-1แตกออกเป็นชิ้นๆ ด้วยสาเหตุที่ไม่ทราบแน่ชัด^{[ 60 ] [ 57 ] [ 61 ]}

โดยทั่วไปแล้ว วงโคจรค้างฟ้าจะมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ความเอียง: 0°
• ช่วงเวลา: 1436 นาที (หนึ่งวันดาราศาสตร์ ) ^{[ 23 ] : 121}
• ความแปลกประหลาด: 0
• ค่าอาร์กิวเมนต์ของจุดใกล้โลกที่สุด: ไม่ได้กำหนด
• แกนกึ่งหลัก : 42,164 กม.

ความเอียงเป็นศูนย์ทำให้มั่นใจได้ว่าวงโคจรจะอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรตลอดเวลา ทำให้วงโคจรหยุดนิ่งเมื่อเทียบกับละติจูดจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์บนพื้นดิน (และใน กรอบอ้างอิง ที่ยึดโลกเป็นศูนย์กลาง ) ^{[ 23 ] : 122}

คาบการโคจรเท่ากับหนึ่งวันดาราศาสตร์พอดี ซึ่งหมายความว่าดาวเทียมจะกลับมายังจุดเดิมเหนือพื้นผิวโลกทุกวัน (ดาราศาสตร์) โดยไม่คำนึงถึงคุณสมบัติการโคจรอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวงโคจรคงที่ทางภูมิศาสตร์ จะทำให้มั่นใจได้ว่าดาวเทียมจะรักษาระดับลองจิจูดเดิมไว้ตลอดเวลา^{[ 23 ] : 121} คาบการโคจรT นี้ เกี่ยวข้องโดยตรงกับแกนกึ่งเอกของวงโคจรผ่านกฎข้อที่สามของเคปเลอร์ :

${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {a^{3} \over \mu }}}$

ที่ไหน:

• aคือความยาวของแกนกึ่งเอกของวงโคจร
• μคือพารามิเตอร์แรงโน้มถ่วงมาตรฐานของวัตถุกลาง^{[ 23 ] : 137}

ค่าความเยื้องศูนย์เป็นศูนย์ ซึ่งทำให้เกิดวงโคจรเป็นวงกลมวิธีนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าดาวเทียมจะไม่เคลื่อนที่เข้าใกล้หรือออกห่างจากโลก ซึ่งจะทำให้มันเคลื่อนที่ไปมาบนท้องฟ้า^{[ 23 ] : 122}

วงโคจรคงที่ (Geostationary orbit) จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออยู่ในระดับความสูงใกล้เคียงกับ 35,786 กิโลเมตร (22,236 ไมล์) และอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรโดยตรง ซึ่งหมายถึงความเร็วในการโคจร 3.07 กิโลเมตรต่อวินาที (1.91 ไมล์ต่อวินาที) และคาบการโคจร 1,436 นาที หรือหนึ่งวันดาราศาสตร์ซึ่งจะทำให้ดาวเทียมโคจรในวงโคจรนี้สอดคล้องกับคาบการหมุนของโลกและมีจุดสังเกต คงที่ บนพื้นดิน ดาวเทียมวงโคจรคงที่ทั้งหมดจะต้องอยู่ในวงแหวนนี้

การรวมกันของแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ แรงโน้มถ่วง ของดวงอาทิตย์และการแบนราบของโลกที่ขั้วโลก ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบพรีเซสชัน ของระนาบวงโคจรของวัตถุที่โคจรอยู่กับที่ โดยมี คาบวงโคจรประมาณ 53 ปี และความชันของความเอียงเริ่มต้นประมาณ 0.85° ต่อปี โดยมีความเอียงสูงสุด 15° หลังจาก 26.5 ปี^{[ 62 ] [ 23 ] : 156} เพื่อแก้ไขการรบกวน นี้ จำเป็นต้องมีการปรับวงโคจรอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งคิดเป็นค่า เดลต้า-วีประมาณ 50 ม./วินาที ต่อปี^{[ 63 ]}

ผลกระทบประการที่สองที่ต้องนำมาพิจารณาคือการเคลื่อนตัวตามแนวยาว ซึ่งเกิดจากความไม่สมมาตรของโลก – เส้นศูนย์สูตรมีลักษณะเป็นวงรีเล็กน้อย ( ความเยื้องศูนย์ของเส้นศูนย์สูตร ) ^{​​[ 23 ] : 156} มีจุดสมดุลที่เสถียรสองจุดซึ่งบางครั้งเรียกว่า "บ่อแรงโน้มถ่วง" ^{[ 64 ]} (ที่ 75.3°E และ 108°W) และจุดที่ไม่เสถียรที่สอดคล้องกันสองจุด (ที่ 165.3°E และ 14.7°W) วัตถุใดๆ ที่วางอยู่ระหว่างจุดสมดุลจะ (หากไม่มีการกระทำใดๆ) ค่อยๆ เร่งความเร็วไปยังตำแหน่งสมดุลที่เสถียร ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงลองจิจูดเป็นระยะ^{[ 62 ]}การแก้ไขผลกระทบนี้ต้องใช้การเคลื่อนที่แบบรักษาสถานีด้วยค่า delta-v สูงสุดประมาณ 2 เมตร/วินาทีต่อปี ขึ้นอยู่กับลองจิจูดที่ต้องการ^{[ 63 ]}

ลมสุริยะและแรงดันรังสีก็ส่งแรงเล็กน้อยไปยังดาวเทียมเช่นกัน เมื่อเวลาผ่านไป แรงเหล่านี้จะทำให้ดาวเทียมค่อยๆ เคลื่อนตัวออกไปจากวงโคจรที่กำหนดไว้^{[ 65 ]}

ในกรณีที่ไม่มีภารกิจการให้บริการจากโลกหรือวิธีการขับเคลื่อนแบบหมุนเวียน การใช้เชื้อเพลิงขับดันเพื่อรักษาสถานีจะจำกัดอายุการใช้งานของดาวเทียมเครื่องขับดันแบบ Hall-effectซึ่งกำลังใช้งานอยู่ในปัจจุบัน มีศักยภาพที่จะยืดอายุการใช้งานของดาวเทียมโดยการให้การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าที่ มีประสิทธิภาพสูง ^{[ 63 ]}

สำหรับวงโคจรวงกลมรอบวัตถุแรงสู่ศูนย์กลางที่จำเป็นในการรักษาวงโคจร ( Fc ₎จะเท่ากับแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อดาวเทียม ( _Fg ) : ^{[ 66 ]}

${\displaystyle F_{\text{c}}=F_{\text{g}}}$

จากกฎแรงโน้มถ่วงสากลของ ไอแซค นิวตัน

${\displaystyle F_{\text{g}}=G{\frac {M_{\text{E}}m_{\text{s}}}{r^{2}}}}$,

โดยที่Fgคือแรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างวัตถุสองชิ้น และ_{ME คือ}มวลของโลก5.9736 × 10 ²⁴  kg , m _sคือมวลของดาวเทียม, rคือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางมวลของดาวเทียมทั้งสองและGคือค่าคงที่ความโน้มถ่วง(6.674 28 ± 0.000 67 ) × 10 ⁻¹¹  m ³ kg ⁻¹ s ⁻² . ^{[ 66 ]}

ขนาดของความเร่งaของวัตถุที่เคลื่อนที่ในวงกลม หาได้จากสูตร:

${\displaystyle a={\frac {v^{2}}{r}}}$

โดยที่vคือขนาดของความเร็ว (เช่น อัตราเร็ว) ของดาวเทียม จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตัน_{แรงสู่ศูนย์กลาง} Fc หาได้จากสูตร:

${\displaystyle F_{\text{c}}=m_{\text{s}}{\frac {v^{2}}{r}}}$[ ^{66 ]​}

เนื่องจากF _c = F _g ,

${\displaystyle m_{\text{s}}{\frac {v^{2}}{r}}=G{\frac {M_{\text{E}}m_{\text{s}}}{r^{2}}}}$,

ดังนั้น

${\displaystyle v^{2}=G{\frac {M_{\text{E}}}{r}}}$

เมื่อแทนค่าvด้วยสมการความเร็วของวัตถุที่เคลื่อนที่รอบวงกลมจะได้ผลลัพธ์ดังนี้:

${\displaystyle \left({\frac {2\pi r}{T}}\right)^{2}=G{\frac {M_{\text{E}}}{r}}}$

โดยที่Tคือคาบการโคจร (เช่น หนึ่งวันดาราศาสตร์) และเท่ากับ86 164 .090 54  วินาที [ ^{67 ]}ซึ่งให้สมการ^{สำหรับ} r : ^{[ 68 ]}

${\displaystyle r={\sqrt[{3}]{\frac {GM_{\text{E}}T^{2}}{4\pi ^{2}}}}}$

ผลคูณGM _Eเป็นที่ทราบด้วยความแม่นยำที่มากกว่าปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งเพียงอย่างเดียว ซึ่งรู้จักกันในชื่อค่าคงที่ความโน้มถ่วงของโลกμ =398 600 .4418 ± 0.0008 km ³ s ⁻²ดังนั้น

${\displaystyle r={\sqrt[{3}]{\frac {\mu T^{2}}{4\pi ^{2}}}}}$

รัศมีวงโคจรที่ได้คือ 42,164 กิโลเมตร (26,199 ไมล์) เมื่อลบรัศมีเส้นศูนย์สูตรของโลก 6,378 กิโลเมตร (3,963 ไมล์) จะได้ความสูง 35,786 กิโลเมตร (22,236 ไมล์) ^{[ 69 ]}

ความเร็ววงโคจรคำนวณได้จากการคูณความเร็วเชิงมุมด้วยรัศมีวงโคจร:

${\displaystyle v=\omega r\quad \approx 3074.6~{\text{m/s}}}$

ด้วยวิธีเดียวกันนี้ เราสามารถกำหนดระดับความสูงของวงโคจรสำหรับวัตถุคู่ใดๆ ที่คล้ายกันได้ รวมถึงวงโคจรคงที่ของวัตถุที่สัมพันธ์กับดาวอังคารหากถือว่ามีรูปทรงกลม (ซึ่งไม่ใช่ทั้งหมด) ^{[ 70 ]}ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงGM ( μ ) สำหรับดาวอังคารมีค่าเท่ากับ42,830  กม. / ^{วินาที}รัศมี^{เส้นศูนย์สูตร}คือ3,389.50 กม.และคาบการหมุนรอบตัวเอง( T ) ที่ทราบ ของดาวเคราะห์ดวงนี้คือ1.025 956 76  วันโลก (88 642 .66 วินาที ) เมื่อใช้ค่าเหล่านี้ ระดับความสูงวงโคจรของดาวอังคารจะเท่ากับ17,039  กม . ^{[ 71 ]}​

• รายชื่อวงโคจร
• รายชื่อดาวเทียมในวงโคจรซิงโครนัสทางภูมิศาสตร์
• การรักษาสถานีวงโคจร
• ลิฟต์อวกาศซึ่งในที่สุดจะไปถึงและไกลกว่าวงโคจรค้างฟ้า

• How to get a satellite to geostationary orbit
• Orbital Mechanics (Rocket and Space Technology)
• List of satellites in geostationary orbit
• Clarke Belt Snapshot Calculator
• 3D Real Time Satellite Tracking
• Geostationary satellite orbit overview
• Daily animation of the Earth, made by geostationary satellite 'Electro L' photos Satellite shoots 48 images of the planet every day.
• Orbital Mechanics for Engineering Students