Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

10.1.6
RCS Fuel Allocation
The operational stage starts when final orbit has been achieved. A GEO satellite
requires frequent correction of orbit parameters to ensure that the desired longitude
and low inclination are maintained. Otherwise, the satellite will not remain within
the beamwidth of the largest class of ground antenna (e.g., ones lacking automatic
tracking). That critical requirement and its consequences for fuel allocation are
discussed here.
If the Earth could be represented by a sphere of uniform mass density (or at
least composed of concentric spherical shells of uniform mass), the GEO satellite
would stay put at this longitude indefinitely. The reality, indicated in Figure 10.6,
is that the Earth is not uniform. To that is added the presence of gravitational pull
from the sun and from the moon. As a result, the orbit distorts over time so that
the satellite appears to move relative to a point on the Earth. First, the orbit
becomes somewhat elliptical, a property called eccentricity, and the plane of the
orbit inclines relative to that of the equator. Eccentricity is not particularly trouble-
some and is easily corrected along with the primary orbital adjustments. Inclination,
on the other hand, makes the satellite appear to move perpendicular to the plane
of the equator, with the period of motion being 24 hours. The bulges in the Earth’s
mass produce east-west drift along the orbit. With the satellite as shown in line
with the bulges, the gravity is in balance and the satellite tends to stay put. Likewise,
positions 90 degrees away in the orbit have equal pull from each bulge, and no
force acts to move the satellite. Intermediary positions experience a maximum force

---

10.1
The Launch Mission
347
Figure 10.6
Variations in the geostationary orbit in the plane of the equator.
that tneds to drift the satellite toward an equilibrium longitude. Fuel usage for a
satellite positioned at the worst longitudes is still a small fraction of the total
budget, which is dominated by the required to remove inclination (north-south
stationkeeping). The actual physical and mathematical relationships are much more
complex than that; however, this simple model can be a way of visualizing the
three forms of orbit distortion.
Most stationkeeping fuel of a GEO satellite is consumed to correct inclination.
Properties of the orbit are shown in Figure 10.7, which has been exaggerated for
clarity. Produced by gravity from the moon and, to some extent, from the sun,
inclination increases by approximately 0.8 degree per year. For a given inclination
angle, the satellite is below the equator at one point in time and then the same