उपग्रह कक्षाएँ और विद्युत-चुंबकीय आवृत्ति बैंड
पाठ्यक्रम: GS Paper-III (अंतरिक्ष के क्षेत्र में जागरूकता, सूचना और संचार प्रौद्योगिकी)। भू-तुल्यकालिक (GSO / GEO) बनाम गैर-भूस्थिर (NGSO — LEO एवं MEO) उपग्रह कक्षाएँ: | कक्षा का प्रकार | पृथ्वी की सतह स
स्थायी सामान्य अध्ययन • 6 नवंबर 2026
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महत्त्वपूर्ण तथ्य — एक नज़र में
- आवृत्ति का आरोही क्रम (Frequency Order): IMT (MHz) < L (1–2 GHz) < S (2–4 GHz) < C (4–8 GHz) < X (8–12 GHz) < Ku (12–18 GHz) < Ka (26.5–40 GHz) < Q/V (33–75 GHz)।
- L एवं S बैंड: GPS, NavIC (L1, L5, S), NISAR रडार और मोबाइल सैटेलाइट सर्विस (MSS / D2D)।
- Ku बैंड: घरेलू DTH टीवी डिश और LEO सैटेलाइट यूजर टर्मिनल।
- GEO बनाम LEO लेटेंसी: GEO (35,786 किमी) = ~600 ms उच्च लेटेंसी; LEO (400–1200 किमी) = ~20–40 ms निम्न लेटेंसी।
- NavIC तारामंडल: 7 उपग्रह (3 GEO + 4 झुकी हुई GSO); भारतीय सीमा से 1,500 किमी बाहर तक कवरेज।
पाठ्यक्रम संबद्धता एवं उपग्रह कक्षाओं का वर्गीकरण (GSO बनाम NGSO)
- पाठ्यक्रम: GS Paper-III (अंतरिक्ष के क्षेत्र में जागरूकता, सूचना और संचार प्रौद्योगिकी)।
- भू-तुल्यकालिक (GSO / GEO) बनाम गैर-भूस्थिर (NGSO — LEO एवं MEO) उपग्रह कक्षाएँ:
| कक्षा का प्रकार | पृथ्वी की सतह से ऊँचाई (Altitude) | परिक्रमण काल एवं कक्षीय विशेषताएँ | प्रमुख अनुप्रयोग एवं उदाहरण (Prelims High-Yield) |
|---|---|---|---|
| 1. निम्न पृथ्वी कक्षा (Low Earth Orbit - LEO [NGSO]) | 160 किमी से 2,000 किमी (सामान्यतः 400–1,200 किमी) | परिक्रमण काल ~90 से 120 मिनट (दिन में पृथ्वी के 12–16 चक्कर)। पृथ्वी के अत्यंत पास होने के कारण सिग्नल विलंबता (Latency) अत्यंत कम (~20–40 मिलीसेकंड) होती है, किंतु एक उपग्रह छोटा क्षेत्र कवर करता है इसलिए बड़े उपग्रह तारामंडल (Mega-constellations) की आवश्यकता होती है। | • हाई-स्पीड सैटेलाइट ब्रॉडबैंड एवं Direct-to-Device (D2D) (जैसे Starlink, OneWeb, Amazon Kuiper)। • अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (ISS ~400 किमी) एवं भारतीय अंतरिक्ष स्टेशन (BAS)। • उच्च-रिज़ॉल्यूशन पृथ्वी अवलोकन उपग्रह। |
| 2. सूर्य-तुल्यकालिक कक्षा (Sun-Synchronous Orbit - SSO [LEO का विशेष रूप]) | 600 किमी से 800 किमी | ध्रुवीय कक्षा (Polar orbit — झुकाव ~98°); उपग्रह पृथ्वी के किसी भी दिए गए अक्षांश के ऊपर से प्रतिदिन समान स्थानीय सौर समय (Same local solar time) पर गुजरता है, जिससे छाया और प्रकाश की स्थिति समान रहती है। | • सुदूर संवेदन (Remote Sensing), कृषि, वन आवरण, मानचित्रण और जासूसी उपग्रह (जैसे भारत के Cartosat, Resourcesat, EOS/RISAT — PSLV द्वारा प्रक्षेपित)। |
| 3. मध्यम पृथ्वी कक्षा (Medium Earth Orbit - MEO [NGSO]) | 2,000 किमी से 35,786 किमी से कम (मुख्यतः ~20,200 किमी) | परिक्रमण काल ~12 घंटे। विलंबता (~100–150 मिलीसेकंड) और कवरेज क्षेत्र के बीच संतुलन। | • वैश्विक नौवहन उपग्रह प्रणालियाँ (GNSS): अमेरिका का GPS, रूस का GLONASS, यूरोप का Galileo, चीन का BeiDou; तथा O3b संचार तारामंडल। |
| 4. भू-स्थिर कक्षा (Geostationary Orbit - GEO [GSO]) | 35,786 किमी (भूमध्य रेखा के ठीक ऊपर) | परिक्रमण काल पृथ्वी के घूर्णन काल के बराबर (23 घंटे 56 मिनट 4 सेकंड); झुकाव (Inclination) = 0°; विकेंद्रता (Eccentricity) = 0 (वृत्ताकार)। पृथ्वी से देखने पर आकाश में एक ही बिंदु पर स्थिर दिखता है। केवल 3 उपग्रहों से (ध्रुवों को छोड़कर) पूरी पृथ्वी कवर हो सकती है, किंतु दूरी अधिक होने से विलंबता उच्च (~600 मिलीसेकंड) होती है। | • पारंपरिक दूरसंचार/टीवी प्रसारण (INSAT / GSAT / CMS श्रृंखला) और मौसम विज्ञान उपग्रह (INSAT-3DR, INSAT-3DS)। |
| 5. भू-तुल्यकालिक कक्षा (Geosynchronous Orbit - GSO) | 35,786 किमी | परिक्रमण काल 23 घंटे 56 मिनट 4 सेकंड ही होता है, किंतु यह भूमध्य रेखा पर 0° पर न होकर किसी कोण पर झुकी (Inclined) होती है (आकाश में अंग्रेजी के '8' के आकार का एनालेम्मा / Analemma बनाती है)। (नोट: सभी भू-स्थिर कक्षाएँ भू-तुल्यकालिक होती हैं, किंतु सभी भू-तुल्यकालिक कक्षाएँ भू-स्थिर नहीं होतीं)। | • भारत की क्षेत्रीय नौवहन प्रणाली NavIC (IRNSS / NVS श्रृंखला): इसके 7 उपग्रहों में से 3 GEO (0° झुकाव) में और 4 झुकी हुई GSO (~29° झुकाव) में स्थापित हैं। |
उपग्रह और दूरसंचार आवृत्ति बैंड (IEEE / ITU रेडियो स्पेक्ट्रम बैंड)
भौतिकी का मूल नियम: जितनी कम आवृत्ति (Lower Frequency / लंबी तरंगदैर्ध्य) होगी, सिग्नल की कवरेज दूरी और बादलों/भवनों/पेड़ों को भेदने की क्षमता उतनी ही अधिक होगी (Rain Fade से अप्रभावित), किंतु डेटा ट्रांसफर गति (Bandwidth) उतनी ही कम होगी। इसके विपरीत, जितनी उच्च आवृत्ति (Higher Frequency / छोटी तरंगदैर्ध्य) होगी, डेटा गति (Gbps) उतनी ही अधिक होगी, किंतु वर्षा और वायुमंडलीय नमी से सिग्नल के कमजोर होने ('रेन फेड' / Rain Attenuation) की समस्या उतनी ही अधिक होगी:
| आवृत्ति बैंड | आवृत्ति परास (Frequency Range) | भौतिक गुण एवं मुख्य अंतरिक्ष/दूरसंचार अनुप्रयोग (TRAI एवं ISRO संदर्भ) |
|---|---|---|
| IMT सब-GHz एवं मिड-बैंड | 600, 700, 800, 900, 1800, 2100 MHz | स्थलीय 4G/5G मोबाइल नेटवर्क और अब TRAI द्वारा अनुशंसित IMT-आधारित Direct-to-Device (D2D) उपग्रह सेवा (उत्कृष्ट भवन और वृक्ष भेदन क्षमता)। |
| L-बैंड (L-Band) | 1 से 2 गीगाहर्ट्ज (GHz) | बादलों, कोहरे, वर्षा और वनस्पति को आसानी से पार करता है। अनुप्रयोग: GPS, NavIC (L1 एवं L5 बैंड), NISAR रडार, और मोबाइल सैटेलाइट सर्विस (MSS / D2D सैटेलाइट फोन)। |
| S-बैंड (S-Band) | 2 से 4 GHz | मौसम रडार (डॉप्लर रडार), NavIC, ISRO टेलीमेट्री, NISAR (NASA-ISRO SAR में L और S दोनों बैंड हैं), और MSS आधारित D2D स्मार्टफोन सेवा। |
| C-बैंड (C-Band) | 4 से 8 GHz | भारी वर्षा (Rain fade) के प्रति कम संवेदनशील; इसलिए भारत जैसे मानसूनी देश में टीवी चैनलों के प्रसारण और बैंक/रक्षा VSAT फीडर लिंक के लिए सर्वाधिक विश्वसनीय फिक्स्ड सैटेलाइट सर्विस (FSS) बैंड। |
| X-बैंड (X-Band) | 8 से 12 GHz | मुख्यतः सैन्य रडार, मिसाइल फायर-कंट्रोल रडार और सामरिक रक्षा उपग्रह संचार के लिए आरक्षित। |
| Ku-बैंड (Ku-Band) | 12 से 18 GHz | घरों की छत पर लगने वाली छोटी डिश (DTH — Direct-to-Home टेलीविजन) और Starlink/OneWeb के यूजर टर्मिनलों में व्यापक उपयोग। भारी मूसलाधार बारिश में सिग्नल प्रभावित (Rain fade) होता है। |
| Ka-बैंड (Ka-Band) | 26.5 से 40 GHz | उच्च-थ्रूपुट उपग्रह (High-Throughput Satellites - HTS जैसे GSAT-11, GSAT-20/CMS-03) और हाई-स्पीड इन-फ्लाइट व ब्रॉडबैंड इंटरनेट (यूजर और फीडर लिंक दोनों में)। |
| Q/V-बैंड (Q/V-Band) | 33 से 75 GHz | अत्यंत उच्च बैंडविड्थ; TRAI की हालिया सिफारिशों में GSO और NGSO उपग्रहों के बड़े अर्थ स्टेशन गेटवे (Feeder Links) के लिए अनुमत। |
संबंधित UPSC के वास्तविक विगत वर्ष के प्रश्न (सत्यापित स्टैटिक PYQs)
प्रारंभिक परीक्षा (UPSC CSE Prelims 2018, GS Paper-I): प्रश्न: भारतीय क्षेत्रीय संचालन उपग्रह प्रणाली (IRNSS) के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
- IRNSS के तुल्यकालिक (Geostationary) कक्षाओं में तीन उपग्रह हैं और भूतुल्यकालिक (Geosynchronous) कक्षाओं में चार उपग्रह हैं।
- IRNSS की व्याप्ति संपूर्ण भारत पर और इसकी सीमाओं के लगभग 5500 वर्ग किमी बाहर तक है।
- 2019 के मध्य तक भारत की पूर्ण वैश्विक व्याप्ति वाली अपनी उपग्रह संचालन प्रणाली होगी।
उपर्युक्त कथनों में से कौन-सा/से सही है/हैं?
उत्तर चुनकर जाँचें
कथन 1 पूर्णतः सही है (NavIC/IRNSS में 3 उपग्रह GEO में और 4 उपग्रह GSO में हैं)। कथन 2 गलत है क्योंकि इसकी व्याप्ति भारतीय सीमा से बाहर 1,500 किलोमीटर की दूरी तक है, न कि 5500 वर्ग किमी। कथन 3 भी गलत है क्योंकि IRNSS एक क्षेत्रीय प्रणाली है।
स्वयं निर्मित स्टैटिक अभ्यास प्रश्न
प्रश्न 1. उपग्रह संचार में प्रयुक्त रेडियो आवृत्ति बैंडों और कक्षाओं के संदर्भ में निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
- L-बैंड और S-बैंड की तुलना में Ku-बैंड और Ka-बैंड उच्च डेटा ट्रांसफर गति प्रदान करते हैं, किंतु वे भारी वर्षा के दौरान 'रेन फेड' (Rain Attenuation) के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं।
- भू-स्थिर कक्षा (GEO) की तुलना में निम्न पृथ्वी कक्षा (LEO) में स्थित संचार उपग्रहों में सिग्नल विलंबता (Latency) बहुत कम होती है।
उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?
उत्तर चुनकर जाँचें
दोनों कथन भौतिकी के सिद्धांतों के पूर्णतः अनुरूप हैं। उच्च आवृत्ति (Ku/Ka बैंड) की तरंगदैर्ध्य वर्षा की बूंदों के आकार के करीब होने के कारण प्रकीर्णित व अवशोषित होती है (Rain fade), जबकि LEO उपग्रह (400–1200 किमी) GEO उपग्रह (35,786 किमी) की तुलना में पृथ्वी से लगभग 30–60 गुना करीब होने के कारण अत्यंत कम लेटेंसी (~20–40 ms) देते हैं।