Sztuczny satelita to cud technologii i inżynierii. Zastanów się, co naukowcy muszą zrozumieć, aby tak się stało: najpierw grawitacja, potem wszechstronna znajomość fizyki i oczywiście natura samych orbit. Tak naprawdę pytanie o to, jak satelity pozostają na orbicie, jest interdyscyplinarne i wymaga ogromnej wiedzy technicznej i akademickiej.
Po pierwsze, aby zrozumieć, w jaki sposób satelita okrąża Ziemię, ważne jest, aby zrozumieć, co pociąga za sobą orbita. Johann Kepler jako pierwszy dokładnie opisał matematyczny kształt orbit planet. Podczas gdy orbity planet wokół Słońca i Księżyca wokół Ziemi były uważane za idealnie okrągłe, Kepler natknął się na koncepcję orbit eliptycznych. Aby obiekt pozostawał na orbicie wokół Ziemi, musi mieć wystarczającą prędkość, aby móc podążać swoją ścieżką. Dotyczy to zarówno naturalnego satelity, jak i sztucznego. Na podstawie odkrycia Keplera naukowcy mogli również wywnioskować, że im bliżej satelity znajduje się obiekt, tym silniejsza jest siła przyciągania, dlatego musi on podróżować szybciej, aby utrzymać orbitę.
Następnie następuje zrozumienie samej grawitacji. Wszystkie obiekty posiadają pole grawitacyjne, ale siła ta jest odczuwalna tylko w przypadku szczególnie dużych obiektów (tj. Planet). W przypadku Ziemi siłę grawitacji oblicza się na 9,8 m / s2. Jest to jednak szczególny przypadek na powierzchni planety. Przy obliczaniu obiektów na orbicie wokół Ziemi obowiązuje wzór v = (GM / R) 1/2, gdzie v jest prędkością satelity, G jest stałą grawitacyjną, M jest masą planety, a R jest odległością od centrum Ziemi. Opierając się na tym wzorze, możemy zobaczyć, że prędkość wymagana na orbitę jest równa pierwiastkowi kwadratowemu odległości od obiektu do środka Ziemi pomnożonemu przez przyspieszenie ziemskie w tej odległości. Więc jeśli chcielibyśmy umieścić satelitę na orbicie kołowej na 500 km nad powierzchnią (co naukowcy nazwaliby LEO na niskiej orbicie Ziemi), potrzebowałaby prędkości ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024) / ( 6900000)) 1/2 lub 7615.77 m / s. Im większa wysokość, tym mniejsza prędkość jest potrzebna do utrzymania orbity.
Tak naprawdę zdolność satelitów do utrzymania swojej orbity sprowadza się do równowagi między dwoma czynnikami: jej prędkością (lub prędkością, z jaką miałby poruszać się w linii prostej) oraz przyciąganiem grawitacyjnym między satelitą a planetą, na której krąży. Im wyższa orbita, tym mniejsza wymagana jest prędkość. Im bliżej orbity, tym szybciej musi się poruszać, aby nie spadła z powrotem na Ziemię.
Napisaliśmy wiele artykułów o satelitach dla czasopisma Space Magazine. Oto artykuł o sztucznych satelitach i artykuł o orbicie geosynchronicznej.
Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji na temat satelitów, sprawdź te artykuły:
Obiekty orbitalne
Lista satelitów na orbicie geostacjonarnej
Nagraliśmy także odcinek Astronomy Cast o promie kosmicznym. Posłuchaj tutaj, odcinek 127: The US Space Shuttle.
Źródła:
http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite
http://science.howstuffworks.com/satellite6.htm
http://www.bu.edu/satellite/classroom/lesson05-2.html
http://library.thinkquest.org/C007258/Keep_Orbit.htm#
