An sztuczny satelita jest cudem technologii i inżynierii. Jedyną rzeczą porównywalną z tym wyczynem pod względem technologicznym jest naukowy know-how, który idzie do umieszczenia i utrzymania jednego na orbicie okołoziemskiej. Wystarczy zastanowić się, co naukowcy muszą zrozumieć, aby to się stało: po pierwsze, jest grawitacja, następnie wszechstronna wiedza z zakresu fizyki, i oczywiście natura orbit samych. Więc naprawdę, pytanie, jak satelity pobyt na orbicie, jest multidyscyplinarny jeden, który obejmuje wiele technicznych i akademickich knowledge.
Pierwszy, aby zrozumieć, jak satelita krąży wokół Ziemi, ważne jest, aby zrozumieć, co orbita pociąga za sobą. Johann Kepler był pierwszym, który 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 pojęcie orbit eliptycznych. Aby obiekt mógł pozostać na orbicie wokół Ziemi, musi mieć wystarczającą prędkość, by móc wrócić na swoją ścieżkę. Jest to tak samo prawdziwe w przypadku naturalnych satelitów, jak i sztucznych. Z odkrycia Keplera, naukowcy byli również w stanie wywnioskować, że im bliżej satelita jest obiektu, tym silniejsza jest siła przyciągania, stąd musi podróżować szybciej, aby utrzymać orbitę.
Następnie przychodzi zrozumienie samej grawitacji. Wszystkie obiekty posiadają pole grawitacyjne, ale tylko w przypadku szczególnie dużych obiektów (np. planet) siła ta jest odczuwalna. W przypadku Ziemi siłę przyciągania grawitacyjnego oblicza się na 9,8 m/s2. Jest to jednak szczególny przypadek na powierzchni planety. Przy obliczaniu obiektów na orbicie okołoziemskiej stosuje się wzór v=(GM/R)1/2, gdzie v to prędkość satelity, G to stała grawitacyjna, M to masa planety, a R to odległość od środka Ziemi. Opierając się na tym wzorze, możemy zauważyć, że prędkość wymagana do orbity jest równa pierwiastkowi kwadratowemu z odległości od obiektu do środka Ziemi razy przyspieszenie spowodowane grawitacją w tej odległości. Więc jeśli chcielibyśmy umieścić satelitę na orbicie kołowej na wysokości 500 km nad powierzchnią Ziemi (co naukowcy nazywają niską orbitą okołoziemską LEO), potrzebowalibyśmy 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.
Więc naprawdę, satelita zdolność do utrzymania swojej orbity sprowadza się do równowagi między dwoma czynnikami: jego prędkość (lub prędkość, z jaką podróżowałby w linii prostej), i grawitacyjne przyciąganie między satelitą a planetą, którą orbituje. Im wyższa orbita, tym mniejsza prędkość jest wymagana. Im bliższa orbita, tym szybciej musi się poruszać, aby nie spaść z powrotem na Ziemię.
Napisaliśmy wiele artykułów o satelitach dla Universe Today. Tutaj jest artykuł o sztucznych satelitach, a tutaj jest artykuł o orbicie geosynchronicznej.
Jeśli chcesz więcej informacji o satelitach, sprawdź te artykuły:
Obiekty orbitalne
Lista satelitów na orbicie geostacjonarnej
Nagraliśmy również odcinek Astronomy Cast o promie kosmicznym. Posłuchaj tutaj, Episode 127: The US Space Shuttle.
