July 17, 2015

Satellite Pass for Earth Station – Prediction of Ground Trace Coordinates & more

   Satellite  Pass  for  Earth  Stn  –  Prediction  of  Ground  Trace  Coordinates   &  more.

by  R C  Chakraborty,   July 17,  2015,   Pages   268 – 390.

(This   is   Sec. 7,    pp  268 – 390,   of   Orbital   Mechanics  –  Model   &   Simulation   Software  (OM-MSS),   Sec.  1  to 10,   pp  1  –  402.)

Satellites,  look  like  slow-moving  Stars,  are  most  visible  when  they  are  in  Sunlight  while  the  viewer  is  in  darkness.

A  typical  Satellite  in  low  Earth  orbit  (LEO)   circles  the  Earth  about  16  times  each  day.

The  Orbital  Velocity  of  a  LEO  satellite  is  about  7500  meters/sec.

The  Orbital  Velocity  of  a  Geo-stationary  satellite  is  about  3007  meters/sec.

The  Moon,  the  only  natural  satellite  of  earth  has  orbital  velocity  about  1003  meters/sec.

Satellite  Pass  for  Earth  Stn,   is  Computed   for  following  six  satellites  :   LANDSAT 8,   SPOT 6,   CARTOSAT-2B,   ISS (ZARYA),   GSAT-14,   and   MOON.

The  ‘Satellites  Pass’   goes  through  a  Time_Step  of  2 minutes  (120 sec).   For  Moon  the  Time_Step  is  of  1 hr  (3600 sec).

The  input  is  respective  Satellite’s  NASA/NORAD  ‘Two-Line Elements’  (TLE).

The  Output  is   Predictions   of   instantaneous   Ground  trace  Coordinates,   look  angles  &  more  at  each  Time_Step   on   computer   screen   in   a   Table   form    where

respective   columns   indicate  :

Col 1 – Orbit no,                        Col 2 – Node  Ascending  or  Descending,          Col 3 to 6 – Input  time  GMT  D H M S,

Col 7 – True  Anomaly,            Col 8 – Sat  Height  from  earth  surface,             Col 9 – Sat  at  Perigee,  Equator,  or  Apogee,

Col 10 – Sat  Velocity,              Col 11 , 12 – Latitude & Longitude at sub-satellite point on earth surface,

Col 13 – Sat  Slant  Range  from  earth  stn,             Col 14 – Distance  of  sub-satellite  point  from  earth  stn,

Col 15 , 16 – Sat  Pitch  &  Roll  angles,                      Col 17 , 18 – Sat  Elevation  &  Azimuth  angles  at  earth  stn,

Col 19 – Access  to  Sat  through  On  Board  Computer  or  Direct  Line  Of  Sight  based  on  elevation  angle  at  ES,

Col 20 , 21 – Sun  Elevation  &  Azimuth  angles  at  sub-Satellite  point  on  earth  surface,

Col 22 – Data  Acquisition  using  Visible  Band  Camera  or  Night  Vision  Devices  as  per  illumination  over   observed  surface,

Col 23 to 26 – Local  Mean  Time  at  earth  stn,       Col 27, 28 – Sun  Elevation  &  Azimuth  angles  at  earth  stn,

Col 29 – Distance  of  Sub-Sun  point  on  earth  surface  from  earth  stn,

 Col 30 – Line  number .

For   complete   post  (Page  268 – 390)    Move   on   to   Website   URL  :

July 14, 2015

Satellites Orbit Elements – Ephemeris, Keplerian elements, State vectors

   Satellites  Orbit  Elements  –  Ephemeris,  Keplerian  elements,  State vectors

by   R C   Chakraborty,   July 14,  2015,   Pages  164 – 192.

(This   is   Sec. 5,    pp  164 – 192,   of   Orbital   Mechanics  –  Model   &   Simulation   Software  (OM-MSS),   Sec.  1  to 10,   pp  1  –  402.)

Satellite  is  an  artificial object,  intentionally  placed  into  orbit.  Thousands  of  Satellites  have  been  launched  into orbit  around  Earth.  A  few  Satellites  called  Space  Probes  have  been  placed  into  orbit  around  Moon,  Mercury,  Venus,  Mars,  Jupiter,  Saturn, etc.  The  Moon  is  the  Earth’s  only  natural  Satellite,  moves  around  Earth  in  the same  kind  of  orbit.

The  Motion  of  a  Satellite  is  a  direct  consequence  of  the  Gravity  of  a  body  (earth),   around  which  the  satellite  travels  without  any  propulsion.    A  satellite  move  around  Earth  is  pulled  in  by  the  gravitational  force (centripetal)  of  the  Earth.    Contrary  to  this  pull,  the  rotating  motion  of  satellite  around  Earth  has  an  associated  force  (centrifugal)  which  pushes  it  away  from  the  Earth.    The  centrifugal  force  equals  the  gravitational  force  and  perfectly  balance  to  maintain  the  satellite  in  its  orbit.

The  Velocity  of  a  Satellite  in  circular  or  elliptical  orbit  depends  on  its  altitude  ‘h’  at  that  point.   Secondly,  the  mass  of  satellite  does  not  appear  in  its  velocity  equations.    Thus  satellite  velocity  in  its  orbit  is  independent  of  its  mass.   Further,  a  satellite  in  elliptical  orbit  moves  faster  when  closer  to  earth  (near  perigee)  and  moves  slower  when  farther  from  earth  (near  apogee).

Preliminaries   about   Satellite   Orbit   :

Earth  Gravity  and  Satellite  Motion,   Velocity  equations,   Attitude  control,   Time  period,  Orbits,  Low  earth  orbit  (LEO),  Medium  earth  orbit  (MEO),   High   earth  orbit  (HEO),   Geosynchronous  orbit  (GSO),   Geostationary  (GEO),   Equatorial  Orbit,   Polar  Orbit,   Sun-synchronous  orbit.    Satellite  Ephemeris  data,   Satellite  Orbit  Keplerian  Element  Set,   Satellite  Orbit  State  Vectors   Set,   Ground  Trace.

Satellite   Ephemeris   data   and   conversion   utilities  of   the   OM-MSS   software   :

Satellite  Ephemeris  is  expressed  either  by  ‘Keplerian  elements’   or   by  ‘State  Vectors’,   that  uniquely  identify  a  specific  orbit.

1.   NASA / NORAD  ‘Two-Line  Elements’  (TLE)  Ephemeris  Data  Set   :    The  Keplerian  elements  are  encoded  as  text  in  different  formats.    The  most  common  format  is  NASA / NORAD      ‘Two-Line  Elements’  (TLE).

2.   Conversion  of  Keplerian  Element  Set  to  State  Vector  Set  and  Vice  versa   :    Applied  to  six  satellites,  LANDSAT 8,   SPOT 6,   CARTOSAT-2B,   ISS (ZARYA),   GSAT-14,   and   Moon .

3.   Computing  Satellite  Orbit  Keplerian  Element  set  at  Perigee   prior   to Epoch   :    Applied  to  six  satellites,  LANDSAT 8,   SPOT 6,   CARTOSAT-2B,   ISS (ZARYA),   GSAT-14,   and   Moon .

For  complete  post  (Page  164  –  192)   Move   on  to   Website   URL   :


Create a free website or blog at