UMELÉ SATELITY: PRE ČO SÚ, AKO FUNGUJÚ, TYPY, DÔLEŽITÉ - ARTE - 2025

Tieto satelity sú vozidlá alebo zariadenia postavené špeciálne byť prepustený do priestoru bez posádky, aby sa obežnú dráhu okolo Zeme alebo iné nebeské teleso.

Prvé nápady na budovanie umelých satelitov prišli od autorov science fiction, napríklad Julesa Verneho a Arthura C. Clarka. Posledne menovaný bol radarovým dôstojníkom v Royal Air Force a na konci druhej svetovej vojny vymyslel myšlienku použitia troch satelitov na obežnej dráhe okolo Zeme na udržanie telekomunikačnej siete.

Obrázok 1. Umelý satelit obiehajúci okolo Zeme. Zdroj: Wikimedia Commons.

V tom čase ešte neboli k dispozícii prostriedky na umiestnenie satelitu na obežnú dráhu. Trvalo niekoľko rokov, kým armáda Spojených štátov vyrobila prvú satelitnú komunikáciu začiatkom 50. rokov 20. storočia.

Vesmírna rasa medzi Spojenými štátmi a Sovietskym zväzom podporila priemysel umelých satelitov. Prvým úspešne umiestneným na obežnú dráhu bol sovietsky satelit Sputnik v roku 1957 a vysielala signály v rozsahu 20 - 40 MHz.

Nasledovalo spustenie Echo I Spojenými štátmi na komunikačné účely. Odvtedy obe mocnosti nasledovali početné vypustenia na obežnú dráhu a následne sa k novej technológii pripojilo mnoho krajín.

Na čo sú umelé satelity?

- v telekomunikáciách na opakovaný prenos správ rozhlasového, televízneho a mobilného telefónu.

- vo vedeckom a meteorologickom výskume vrátane kartografie a astronomických pozorovaní.

- Na vojenské účely spravodajstva.

-Pre navigáciu a určovanie polohy je GPS (Global Positioning System) jedným z najznámejších.

- Monitorovať povrch pôdy.

- Na vesmírnych staniciach, ktoré sú navrhnuté tak, aby prežívali život mimo Zeme.

Ako fungujú?

Vo svojom Principia Isaac Newton (1643-1727) ustanovil, čo bolo potrebné na umiestnenie satelitu na obežnú dráhu, hoci namiesto satelitu použil ako príklad delovú guľu vystrelenú z vrcholu kopca.

Guľka, vystreľovaná určitou horizontálnou rýchlosťou, sleduje obvyklú parabolickú trajektóriu. Zvýšením rýchlosti sa horizontálny dosah zväčšuje a zväčšuje, čo bolo jasné. Ale spôsobí určitá rýchlosť guľka prechod na obežnú dráhu okolo Zeme?

Zem sa krivka z priamky dotýkajúcej sa povrchu s rýchlosťou 4,9 m na každých 8 km. Akýkoľvek objekt uvoľnený z odpočinku klesne počas prvej sekundy 4,9 m. Preto pri streľbe guľky horizontálne z vrcholu s rýchlosťou 8 km / s, klesne počas prvej sekundy 4,9 m.

V tom čase však Zem zostúpi aj 4,9 m, pretože sa kriví pod delovou guľou. To sa naďalej pohybuje horizontálne, pokrýva 8 km a zostane v tej istej výške vzhľadom na Zem počas tejto sekundy.

Prirodzene to isté sa stane po ďalšej sekunde a vo všetkých nasledujúcich sekundách, keď sa strela zmení na umelý satelit bez ďalšieho pohonu, pokiaľ nedôjde k treniu.

Treniu spôsobenému odporom vzduchu sa však nedá vyhnúť, a preto je potrebná pomocná raketa.

Raketa zdvíha satelit do veľkej výšky, kde tenšia atmosféra ponúka menší odpor a poskytuje mu potrebnú horizontálnu rýchlosť.

Táto rýchlosť musí byť vyššia ako 8 km / sa nižšia ako 11 km / s. To je úniková rýchlosť. Pri tejto rýchlosti by satelit opustil gravitačný vplyv Zeme a vstúpil do vesmíru.

Umelá satelitná štruktúra

Umelé satelity obsahujú rôzne zložité mechanizmy na vykonávanie svojich funkcií, ktoré zahŕňajú príjem, spracovanie a odosielanie rôznych typov signálov. Musia byť tiež ľahké a musia mať autonómiu prevádzky.

Hlavné štruktúry sú spoločné pre všetky umelé satelity, ktoré majú podľa účelu niekoľko subsystémov. Sú namontované v kryte vyrobenom z kovu alebo iných ľahkých zlúčenín, ktorý slúži ako podpera a nazýva sa autobus.

V autobuse nájdete:

- Centrálny riadiaci modul, ktorý obsahuje počítač, s ktorým sa údaje spracúvajú.

- Prijímanie a prenos antén na komunikáciu a prenos údajov pomocou rádiových vĺn, ako aj teleskopov, kamier a radarov.

- Systém solárnych panelov na krídlach na získanie potrebnej energie a nabíjateľných batérií, keď je satelit v tieni. Ak sú satelity na nízkej obežnej dráhe nabité, v závislosti od obežnej dráhy potrebujú satelity asi 60 minút slnečného svetla. Vzdialenejšie satelity trávia oveľa viac času vystaveným slnečnému žiareniu.

Keďže satelity trávia dlho vystavené tomuto žiareniu, je potrebný ochranný systém, aby sa zabránilo poškodeniu iných systémov.

Vystavené časti sú veľmi horúce, zatiaľ čo v tieni dosahujú extrémne nízke teploty, pretože nie je dostatok atmosféry na reguláciu zmien. Z tohto dôvodu sú radiátory potrebné na odstránenie tepla a hliníkových krytov, aby v prípade potreby zachovali teplo.

Druhy umelých satelitov

V závislosti od ich dráhy môžu byť umelé satelity eliptické alebo kruhové. Každý satelit má samozrejme priradenú obežnú dráhu, ktorá je zvyčajne v rovnakom smere, v akom sa Zem otáča, nazývaná asynchrónna obežná dráha. Ak z nejakého dôvodu satelit prechádza opačným smerom, má retrográdnu obežnú dráhu.

Podľa gravitácie sa objekty pohybujú v eliptických cestách podľa Keplerových zákonov. Umelé satelity tomu neuniknú, avšak niektoré eliptické dráhy majú takú malú excentricitu, že ich možno považovať za kruhové.

Obežné dráhy môžu byť tiež naklonené vzhľadom na zemský rovník. Pri sklone 0 ° sú to rovníkové dráhy, ak sú 90 °, sú to polárne dráhy.

Nadmorská výška satelitu je tiež dôležitým parametrom, pretože medzi 1500 - 3000 km je prvý pás Van Allen, čo je oblasť, ktorej je potrebné sa vyhnúť kvôli jeho vysokej miere žiarenia.

Obrázok 2. Obežná dráha, nadmorská výška a rýchlosť umelých satelitov. Nepoužívané satelity prechádzajú na obežnú dráhu cintorína, hoci na všetkých obežných dráhach sú zvyšky. Zdroj: Wikimedia Commons.

Satelitné orbity

Obežná dráha satelitu je zvolená podľa úlohy, ktorú má, pretože pre rôzne operácie existujú viac či menej priaznivé výšky. Podľa tohto kritéria sa satelity klasifikujú ako:

- LEO (Low Earth Orbit) , sú vysoké medzi 500 a 900 km a opisujú okružnú cestu s periódami približne 1 hodina a pol a sklon 90 °. Používajú sa na mobilné telefóny, faxy, osobné pagery, vozidlá a lode.

- MEO (stredná zemská obežná dráha) , sú v nadmorskej výške medzi 5 000 - 12 000 km, sklon 50 ° a približne 6 hodín. Používajú sa aj v mobilných telefónoch.

- GEO (geosynchrónna obežná dráha Zeme) alebo geostacionárna obežná dráha, aj keď medzi týmito dvoma pojmami existuje malý rozdiel. Prvý môže mať rôzny sklon, zatiaľ čo druhý má vždy 0 °.

V každom prípade sú vo veľkej výške - viac ako 36 000 km -. Cestujú okružnými dráhami v období 1 dňa. Vďaka nim je okrem iného k dispozícii fax, diaľkové telefonovanie a satelitná televízia.

Obrázok 3. Schéma dráh umelých satelitov. 1) Zem. 2) LEO. 3) MEO, 4) geosynchrónne obežné dráhy. Zdroj: Wikimedia Commons.

Geostacionárne satelity

Na začiatku mali komunikačné satelity iné obdobia ako rotácia Zeme, ale to sťažovalo umiestnenie antén a komunikácia sa stratila. Riešením bolo umiestniť satelit do takej výšky, aby sa jeho doba zhodovala s obdobím rotácie Zeme.

Týmto spôsobom družica obieha spolu so Zemou a zdá sa, že je voči nej fixovaná. Výška potrebná na umiestnenie satelitu na geosynchrónnu obežnú dráhu je 35786,04 km a nazýva sa Clarke pás.

Výška orbity sa dá vypočítať stanovením periódy pomocou nasledujúceho výrazu odvodeného z Newtonovho zákona univerzálnej gravitácie a Keplerovho zákona:

Ak P je perióda, a je dĺžka poloosy hlavnej osi eliptickej obežnej dráhy, G je univerzálna konštanta gravitácie a M je hmotnosť Zeme.

Pretože týmto spôsobom sa orientácia satelitu vzhľadom na Zem nemení, zaručuje to, že s ňou bude mať vždy kontakt.

Najdôležitejšie umelé satelity Zeme

umelá družica

Obrázok 4. Replika Sputnika, prvého umelého satelitu na obežnej dráhe v histórii. Zdroj: Wikimedia Commons.

Bol to prvý umelý satelit v histórii ľudstva, ktorý v októbri 1957 položil na obežnú dráhu bývalý Sovietsky zväz. Po tomto satelite nasledovali ďalšie 3, ako súčasť programu Sputnik.

Prvý Sputnik bol pomerne malý a ľahký: hlavne 83 kg hliníka. Bol schopný vysielať frekvencie medzi 20 a 40 MHz, bol na obežnej dráhe po dobu troch týždňov, potom klesol na Zem.

Repliky Sputnika nájdete dnes v mnohých múzeách v Ruskej federácii, Európe a dokonca aj v Amerike.

Raketoplán

Ďalšou známou misiou s posádkou bol vesmírny dopravný systém STS alebo raketoplán, ktorý bol v prevádzke od roku 1981 do roku 2011 a okrem ďalších dôležitých misií sa okrem misií Medzinárodného vesmírneho strediska podieľal na vypustení Hubbleovho vesmírneho teleskopu a medzinárodnej vesmírnej stanice. oprava ostatných družíc.

Raketoplán mal asynchrónnu obežnú dráhu a bol opakovane použiteľný, pretože mohol prichádzať a odchádzať na Zem. Z piatich trajektov boli dvaja náhodne zničení spolu so svojimi posádkami: Challenger a Columbia.

Satelity GPS

Globálny pozičný systém je všeobecne známy pre presné lokalizovanie ľudí a objektov kdekoľvek na svete. Sieť GPS pozostáva z najmenej 24 satelitov vo vysokých nadmorských výškach, z ktorých sú vždy viditeľné 4 satelity zo Zeme.

Sú na obežnej dráhe v nadmorskej výške 20 000 km a ich doba je 12 hodín. GPS používa matematickú metódu podobnú triangulácii na hodnotenie polohy objektov, ktorá sa nazýva trilaterácia.

GPS sa neobmedzuje len na lokalizáciu ľudí alebo vozidiel, ale je užitočný aj pre kartografiu, geodéziu, geodéziu, záchranné operácie a športové praktiky, medzi inými dôležitými aplikáciami.

Hubbleov vesmírny teleskop

Je to umelý satelit, ktorý ponúka neporovnateľné, nikdy nevídané obrazy slnečnej sústavy, hviezd, galaxií a vzdialeného vesmíru bez toho, aby zemská atmosféra alebo znečistenie svetla blokovalo alebo rušilo vzdialené svetlo.

Obrázok 5. Pohľad na Hubbleov vesmírny teleskop. Zdroj: NASA prostredníctvom Wikimedia Commons.

Preto jeho spustenie v roku 1990 bolo najpozoruhodnejším pokrokom v astronómii v nedávnej dobe. Hubbleov obrovský 11-tonový valec sa nachádza v nadmorskej výške 548 km obiehajúcich okolo Zeme kruhovým pohybom s periódou 96 minút.

Očakáva sa, že bude deaktivovaný medzi rokmi 2020 a 2025 a nahradí ho vesmírny teleskop James Webb.

Medzinárodná vesmírna stanica

Známy ako ISS (International Space Station), je to obežné výskumné laboratórium, ktoré je spravované piatimi vesmírnymi agentúrami po celom svete. Doposiaľ je to najväčší umelý satelit na svete.

Na rozdiel od ostatných satelitov sú vo vesmírnej stanici na palube ľudské bytosti. Okrem stálych posádok najmenej dvoch astronautov túto stanicu navštívili dokonca turisti.

Účel stanice je primárne vedecký. Má 4 laboratóriá, v ktorých sa skúmajú účinky nulovej gravitácie a vykonávajú sa astronomické, kozmologické a klimatické pozorovania, ako aj rôzne experimenty v biológii, chémii a vplyve žiarenia na rôzne systémy.

Chandra

Tento umelý satelit je observatórium na detekciu röntgenových lúčov, ktoré sú absorbované zemskou atmosférou, a preto sa nedajú študovať z povrchu. NASA ho uviedla na obežnú dráhu v roku 1999 prostredníctvom raketoplánu Columbia.

Iridiové komunikačné satelity

Tvoria sieť 66 satelitov v nadmorskej výške 780 km na obežných dráhach typu LEO s dobou trvania 100 minút. Navrhla ich telefónna spoločnosť Motorola, aby poskytovali telefonickú komunikáciu na neprístupných miestach. Je to však veľmi nákladná služba.

Satelitný systém Galileo

Je to polohovací systém vyvinutý Európskou úniou, rovnocenný s GPS a na civilné použitie. Momentálne má v prevádzke 22 satelitov, ale stále je vo výstavbe. V otvorenej verzii je schopný vyhľadať osobu alebo predmet s presnosťou 1 meter a je interoperabilný so satelitmi systému GPS.

Séria Landsat

Sú to satelity špeciálne navrhnuté na pozorovanie zemského povrchu. Svoju činnosť začali v roku 1972. Okrem iného majú na starosti mapovanie terénu, zaznamenávanie informácií o pohybe ľadu na póloch a rozsahu lesov, ako aj ťažbu.

Glonassov systém

Je to geolokačný systém Ruskej federácie, rovnocenný s GPS a sieťou Galileo.

Pozorovanie umelých satelitov

Umelé satelity môžu amatéri vidieť na Zemi, pretože odrážajú slnečné svetlo a môžu byť vnímané ako svetelné body, aj keď Slnko zapadlo.

Na ich nájdenie je vhodné do telefónu nainštalovať jednu z aplikácií satelitného vyhľadávania alebo navštíviť internetové stránky, ktoré sledujú satelity.

Napríklad Hubbleov vesmírny teleskop môže byť viditeľný voľným okom, alebo ešte lepšie, pomocou dobrého ďalekohľadu, ak viete, kde hľadať.

Prípravy na pozorovanie satelitov sú rovnaké ako na pozorovanie meteorických spŕch. Najlepšie výsledky sa dosahujú za veľmi tmavých a jasných nocí, bez mrakov a bez mesiaca, alebo s nízkym mesiacom na obzore. Čím ďalej od ľahkého znečistenia, tým lepšie musíte priniesť teplé oblečenie a teplé nápoje.

Referencie

1. Európska vesmírna agentúra. Satelity. Získané z: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6 .. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Astronomy for Dummies.
4. POT. O Hubblovom vesmírnom teleskope. Získané z: nasa.gov.
5. Čo sú umelé satelity a ako fungujú? Obnovené z: youbioit.com
6. Wikiversity. Umelé satelity. Obnovené z: es.wikiversity.org.