KUNSTIGE SATELLITTER: HVAD ER DE TIL, HVORDAN DE FUNGERER, TYPER, VIGTIGE - ARTE - 2025

De satellitter er køretøjer eller anordninger bygget specielt til at blive frigivet til rummet uden besætning, med henblik på at kredse rundt om Jorden eller andet himmellegeme.

De første ideer om opbygning af kunstige satellitter kom fra science fiction-forfattere, for eksempel Jules Verne og Arthur C. Clark. Sidstnævnte var en radaroffiser i Royal Air Force og indgik i slutningen af ​​2. verdenskrig ideen om at bruge tre satellitter i kredsløb omkring Jorden til at opretholde et telekommunikationsnetværk.

Figur 1. Kunstig satellit, der kredser rundt om Jorden. Kilde: Wikimedia Commons.

På det tidspunkt var midlerne endnu ikke tilgængelige til at placere en satellit i kredsløb. Det tog nogle år mere for det amerikanske militær at producere den første satellitkommunikation i de tidlige 1950'ere.

Rumløbet mellem USA og Sovjetunionen øgede den kunstige satellitindustri. Den første succesfulde placering i kredsløb var den sovjetiske Sputnik-satellit i 1957, og den udsendte signaler i området 20-40 MHz.

Dette blev efterfulgt af lanceringen af ​​Echo I af De Forenede Stater til kommunikationsformål. Siden da blev adskillige lanceringer i kredsløb efterfulgt af begge magter, og efterfølgende tiltrådte mange lande den nye teknologi.

Hvad er kunstige satellitter til?

-I telekommunikation til videresendelse af radio-, tv- og mobiltelefonmeddelelser.

-Videnskabelig og meteorologisk forskning, herunder kartografi og astronomiske observationer.

-For militær efterretningsformål.

-For navigations- og placeringsanvendelser er GPS (Global Positioning System) et af de mest kendte.

-For at overvåge landoverfladen.

-I rumstationer, der er designet til at opleve livet uden for Jorden.

Hvordan fungerer de?

I sin Principia etablerede Isaac Newton (1643-1727), hvad der var nødvendigt for at placere en satellit i kredsløb, skønt han i stedet for en satellit som eksempel brugte en kanonkugle fyret fra toppen af ​​en bakke.

Skudt med en bestemt vandret hastighed følger kuglen den sædvanlige parabolske bane. Når man øger hastigheden, bliver den vandrette rækkevidde større og større, noget der var klart. Men vil en bestemt hastighed forårsage, at kuglen går i bane rundt om Jorden?

Jorden krummer sig fra en linie tangens til overfladen med en hastighed på 4,9 m for hver 8 km. Ethvert objekt frigivet fra hvile falder 4,9 m i løbet af det første sekund. Derfor, når skyder kuglen vandret fra en top med en hastighed på 8 km / s, falder den 4,9 m i løbet af det første sekund.

Men Jorden vil også være faldet 4,9 m i den tid, da den krummer sig under kanonkuglen. Dette fortsætter med at bevæge sig vandret, dækker de 8 km og ville forblive i samme højde med hensyn til Jorden i løbet af dette sekund.

Det samme sker naturligvis efter det næste sekund og i alle de efterfølgende sekunder, idet kuglen bliver til en kunstig satellit uden yderligere fremdrift, så længe der ikke er nogen friktion.

Friktion forårsaget af luftmodstand er imidlertid uundgåelig, hvorfor en boosterraket er nødvendig.

Raketen løfter satellitten til en stor højde, hvor den tyndere atmosfære tilbyder mindre modstand og giver den den nødvendige horisontale hastighed.

En sådan hastighed skal være større end 8 km / s og mindre end 11 km / s. Det sidstnævnte er flugthastigheden. Projektet med denne hastighed ville satellitten opgive jordens gravitationspåvirkning og gå ud i rummet.

Kunstig satellitstruktur

Kunstige satellitter indeholder forskellige komplekse mekanismer til at udføre deres funktioner, som involverer modtagelse, behandling og afsendelse af forskellige typer signaler. De skal også være lette og have autonomi af driften.

Hovedstrukturer er fælles for alle kunstige satellitter, som igen har flere undersystemer i henhold til formålet. De er monteret i et hus lavet af metal eller andre lette forbindelser, der tjener som støtte og kaldes en bus.

På bussen kan du finde:

- Det centrale kontrolmodul, der indeholder computeren, som dataene behandles med.

- Modtagelse og transmission af antenner til kommunikation og datatransmission med radiobølger samt teleskoper, kameraer og radarer.

- Et system med solcellepaneler på vingerne for at få den nødvendige energi og genopladelige batterier, når satellitten er i skyggen. Afhængigt af kredsløb har satellitter brug for cirka 60 minutters sollys for at genoplade deres batterier, hvis de er i lav bane. Flere fjerntliggende satellitter bruger meget mere tid udsat for solstråling.

Da satellitter bruger lang tid udsat for denne stråling, er et beskyttelsessystem påkrævet for at undgå skader på andre systemer.

De udsatte dele bliver meget varme, mens de i skyggen når ekstremt lave temperaturer, fordi der ikke er nok atmosfære til at regulere ændringerne. Af denne grund kræves radiatorer for at eliminere varme og aluminiumsdæksler for at spare varme, når det er nødvendigt.

Typer af kunstige satellitter

Afhængig af deres bane kan kunstige satellitter være elliptiske eller cirkulære. Selvfølgelig har hver satellit en tildelt bane, som generelt er i den samme retning, som Jorden roterer, kaldet asynkron bane. Hvis satellitten af ​​en eller anden grund bevæger sig modsat, har den en retrograd bane.

Under tyngdekraften bevæger objekter sig i elliptiske stier i henhold til Keplers love. Kunstige satellitter undslipper ikke dette, men nogle elliptiske kredsløb har en så lille excentricitet, at de kan betragtes som cirkulære.

Banerne kan også være tilbøjelige til jordens ækvator. Ved en hældning på 0º er de ækvatorbane, hvis de er 90º er de polære bane.

Satellitens højde er også en vigtig parameter, da mellem 1500 - 3000 km høj er det første Van Allen-bælte, et område, der skal undgås på grund af dets høje strålingshastighed.

Figur 2. Kredsløb, højder og hastigheder på kunstige satellitter. Nedlagte satellitter passerer ind på kirkegårdsbanen, selvom der er rester i alle kredsløb. Kilde: Wikimedia Commons.

Satellitbaner

Satellitens bane vælges i henhold til den mission, den har, da der er mere eller mindre gunstige højder for forskellige operationer. I henhold til dette kriterium er satellitter klassificeret som:

- LEO (Low Earth Orbit), de er mellem 500 og 900 km høje og beskriver en cirkulær sti med perioder på cirka halvanden time og en hældning på 90º. De bruges til mobiltelefoner, faxer, personlige personsøgere, til køretøjer og til både.

- MEO (Medium Earth Orbit), de er i en højde mellem 5000-12000 km, hældning på 50º og en periode på ca. 6 timer. De er også ansat i mobiltelefoner.

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit) eller geostationær bane, selvom der er en lille forskel mellem de to udtryk. Førstnævnte kan have variabel hældning, mens sidstnævnte altid er på 0º.

Under alle omstændigheder er de i en høj højde -36.000 km mere eller mindre-. De rejser cirkulære kredsløb i perioder på 1 dag. Takket være dem er fax, fjerntelefoni og satellit-tv tilgængelig blandt andre tjenester.

Figur 3. Diagram over baner fra kunstige satellitter. 1) Jorden. 2) LEO. 3) MEO, 4) Geosynkrone baner. Kilde: Wikimedia Commons.

Geostationære satellitter

I begyndelsen havde kommunikationssatelliterne forskellige perioder end Jordens rotation, men dette gjorde det vanskeligt at placere antennerne, og kommunikationen gik tabt. Løsningen var at placere satellitten i en sådan højde, at dens periode faldt sammen med jordens rotation.

På denne måde går satellitten i kredsløb sammen med Jorden og ser ud til at være fastgjort med hensyn til den. Højden, der kræves for at placere en satellit i en geosynkron bane, er 35786.04 km og er kendt som Clarke-bæltet.

Højden på bane kan beregnes ved at fastlægge perioden ved hjælp af følgende udtryk, afledt af Newtons Law of Universal Gravitation og Keplers love:

Hvor P er perioden, a er længden af ​​den halvhovedakse på den elliptiske bane, G er den universelle gravitationskonstant og M er Jorden.

Da satellitens orientering i forhold til Jorden på denne måde ikke ændres, garanterer den, at den altid kontaktes.

De vigtigste kunstige satellitter på Jorden

Sputnik

Figur 4. Replika af Sputnik, den første kunstige satellit i kredsløb i historien. Kilde: Wikimedia Commons.

Det var den første kunstige satellit i menneskehedens historie, der blev sat i bane af det tidligere Sovjetunionen i oktober 1957. Denne satellit blev efterfulgt af 3 mere, som en del af Sputnik-programmet.

Den første Sputnik var ganske lille og let: hovedsageligt 83 kg aluminium. Den var i stand til at udsende frekvenser mellem 20 og 40 MHz.Den var i kredsløb i tre uger, hvorefter den faldt til Jorden.

Kopier af Sputnik kan ses i dag på mange museer i Den Russiske Føderation, Europa og endda Amerika.

Rumfærgen

En anden velkendt bemandet mission var Space Transport System STS eller Space Shuttle, der var i drift fra 1981 til 2011 og deltog blandt andre vigtige missioner i lanceringen af ​​Hubble Space Telescope og Den Internationale Rumstation, ud over missioner med reparation af andre satellitter.

Rumfærgen havde en asynkron bane og var genanvendelig, da den kunne komme og gå til Jorden. Af de fem færger blev to uheld ødelagt sammen med deres besætninger: Challenger og Columbia.

GPS-satellitter

Global Positioning System er bredt kendt for nøjagtigt at lokalisere mennesker og genstande overalt på kloden. GPS-netværket består af mindst 24 højhøjde-satellitter, hvoraf der altid er 4 satellitter synlige fra Jorden.

De er i kredsløb i en højde af 20.000 km og deres periode er 12 timer. GPS bruger en matematisk metode, der ligner triangulering for at vurdere genstandens placering, kaldet trilateration.

GPS er ikke begrænset til at lokalisere personer eller køretøjer, det er også nyttigt til kartografi, landmåling, geodesi, redningsoperationer og sportspraksis, blandt andre vigtige applikationer.

Hubble-rumteleskopet

Det er en kunstig satellit, der tilbyder uforlignelige billeder, som aldrig er set før, af solsystemet, stjerner, galakser og det fjerne univers, uden at Jordens atmosfære eller lysforurening blokerer eller forvrider fjernt lys.

Figur 5. Udsigt over Hubble-rumteleskopet. Kilde: NASA via Wikimedia Commons.

Derfor blev lanceringen i 1990 det mest bemærkelsesværdige fremskridt inden for astronomi i nyere tid. Hubbles enorme 11-ton cylinder sidder i en højde af 548 km (1240 miles) og kredser rundt om Jorden i en cirkulær bevægelse med en periode på 96 minutter.

Det forventes at blive deaktiveret mellem 2020 og 2025 og erstattes af James Webb-rumteleskopet.

International rum Station

Det er kendt som ISS (International Space Station) og er et kredsløbende forskningslaboratorium, der administreres af fem rumbureauer rundt om i verden. Indtil videre er det den største kunstige satellit, der findes.

I modsætning til de øvrige satellitter er der i rumstationen mennesker ombord. Ud over den faste besætning på mindst to astronauter er stationen endda besøgt af turister.

Stationens formål er primært videnskabeligt. Det har 4 laboratorier, hvor virkningerne af nul tyngdekraft undersøges, og astronomiske, kosmologiske og klimabservationer udføres, samt forskellige eksperimenter inden for biologi, kemi og indflydelse af stråling på forskellige systemer.

Chandra

Denne kunstige satellit er et observatorium til at detektere røntgenstråler, der absorberes af jordens atmosfære og derfor ikke kan studeres fra overfladen. NASA satte den i kredsløb i 1999 via rumfærgen Columbia.

Iridium-kommunikationssatellitter

De udgør et netværk af 66 satellitter i en højde af 780 km i baner af LEO-typen med en periode på 100 minutter. De blev designet af Motorola-telefonselskabet til at levere telefonkommunikation på utilgængelige steder. Det er dog en meget høj omkostningstjeneste.

Galileo satellitsystem

Det er det positioneringssystem, der er udviklet af Den Europæiske Union, svarende til GPS og til civilt brug. Det har i øjeblikket 22 satellitter, der opererer, men det er stadig under opførelse. Det er i stand til at lokalisere en person eller et objekt med en meter præcision i den åbne version, og det er interoperabelt med GPS-systemets satellitter.

Landsat-serien

De er satellitter, der er specielt designet til at observere jordoverfladen. De begyndte deres arbejde i 1972. De har blandt andet ansvaret for at kortlægge terrænet, registrere oplysninger om isens bevægelse ved polerne og skovenes omfang samt efterforskning af minedrift.

Glonassystem

Det er den geografiske placering i Den Russiske Føderation, svarende til GPS og Galileo-netværket.

Observation af kunstige satellitter

Kunstige satellitter kan ses fra Jorden af ​​amatører, da de reflekterer sollys og kan ses som lyspunkter, selvom solen er gået ned.

For at finde dem anbefales det at installere et af satellitsøgningsprogrammerne på telefonen eller konsultere internetsider, der sporer satellitter.

For eksempel kan Hubble-rumteleskopet være synligt med det blotte øje, eller endnu bedre, med god kikkert, hvis du ved, hvor du skal se.

Forberedelserne til at observere satellitter er de samme som til at observere meteorbrusere. De bedste resultater opnås på meget mørke og klare nætter, uden skyer og uden måne, eller med månen lavt i horisonten. Jo længere væk fra lysforurening, jo bedre skal du også medbringe varmt tøj og varme drikke.

Referencer

1. Det Europæiske Rumorganisation. Satellitter. Gendannes fra: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fysik: Principper med applikationer. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Astronomy for Dummies.
4. GRYDE. Om Hubble-rumteleskopet. Gendannes fra: nasa.gov.
5. Hvad er kunstige satellitter, og hvordan fungerer de? Gendannes fra: youbioit.com
6. Wikiversity. Kunstige satellitter. Gendannes fra: es.wikiversity.org.