UMJETNI SATELITI: ČEMU SLUŽE, KAKO RADE, VRSTE, VAŽNI SU - ARTE - 2025

U sateliti su vozila ili naprave ugrađene posebno će biti objavljen u prostor bez posade, kako bi se orbiti oko Zemlje ili nekog drugog nebeskog tijela.

Prve ideje o izgradnji umjetnih satelita nastale su od autora znanstvene fantastike, primjerice Julesa Vernea i Arthura C. Clarka. Potonji je bio radnički časnik Kraljevskih zračnih snaga i na kraju Drugog svjetskog rata zamišljao je ideju o upotrebi tri satelita u orbiti oko Zemlje za održavanje telekomunikacijske mreže.

Slika 1. Umjetni satelit koji kruži oko Zemlje. Izvor: Wikimedia Commons.

U to vrijeme još nisu bila dostupna sredstva za postavljanje satelita u orbitu. Bilo je potrebno još nekoliko godina da je američka vojska proizvela prve satelitske komunikacije početkom 1950-ih.

Svemirska utrka između Sjedinjenih Država i Sovjetskog Saveza potaknula je umjetnu satelitsku industriju. Prvi uspješno postavljen u orbitu bio je sovjetski satelit Sputnik 1957. I emitirao je signale u rasponu od 20-40 MHz.

Nakon toga uslijedilo je lansiranje odjeka Echo I u svrhu komunikacije. Od tada su obje snage naslijedile brojne lansiranja u orbitu, a kasnije su se mnoge države pridružile novoj tehnologiji.

Za što su umjetni sateliti?

-U telekomunikacijama, za prijenos radija, televizije i poruka mobitela.

- u znanstvenim i meteorološkim istraživanjima, uključujući kartografiju i astronomska promatranja.

-Za vojne obavještajne svrhe.

- Za navigaciju i lokaciju koristi, jer je GPS (Global Positioning System) jedan od najpoznatijih.

-Pratiti površinu zemlje.

-U svemirskim stanicama dizajniranim za doživljaj života izvan Zemlje.

Kako djeluju?

U svojoj Principiji Isaac Newton (1643.-1727.) Utvrdio je što je potrebno za postavljanje satelita u orbitu, iako je umjesto satelita kao primjer upotrijebio topovsku kuglu ispaljenu s vrha brda.

Pucano određenom vodoravnom brzinom, metak slijedi uobičajenu paraboličnu putanju. Povećavajući brzinu, vodoravni doseg postaje sve veći i veći, nešto što je bilo jasno. No, hoće li određena brzina probiti metak u orbitu oko Zemlje?

Zemlje se kriju od linije koja se dodiruje s površinom brzinom 4,9 m na svakih 8 km. Svaki objekt izbačen iz mirovanja pasti će 4,9 m tijekom prve sekunde. Stoga će metak ispaliti vodoravno s vrha brzinom od 8 km / s tijekom prve sekunde 4,9 m.

Ali i Zemlja će se u tom vremenu spustiti 4,9 m, jer se zakriva ispod topa. To se nastavlja vodoravno kretati, prekrivajući 8 km i tijekom te sekunde ostat će na istoj visini u odnosu na Zemlju.

Naravno, ista se stvar događa nakon sljedeće sekunde i u svim uzastopnim sekundama, pretvorivši metak u umjetni satelit, bez ikakvog dodatnog pogona, sve dok nema trenja.

Međutim, trenje uzrokovano zračnim otporom je neizbježno, zbog čega je potrebno i raketno postrojenje.

Raketa podiže satelit na veliku visinu, gdje tanja atmosfera nudi manji otpor i pruža mu potrebnu vodoravnu brzinu.

Takva brzina mora biti veća od 8 km / s i manja od 11 km / s. Potonje je brzina bijega. Projektiran ovom brzinom, satelit bi napustio gravitacijski utjecaj Zemlje, odlazeći u svemir.

Umjetna satelitska struktura

Umjetni sateliti sadrže različite složene mehanizme za obavljanje svojih funkcija, koji uključuju primanje, obradu i slanje različitih vrsta signala. Oni također moraju biti lagani i imati autonomiju rada.

Glavne strukture zajedničke su svim umjetnim satelitima koji zauzvrat imaju nekoliko podsustava prema namjeni. Montirani su u kućištu napravljenom od metala ili drugih lakših spojeva, koje služi kao oslonac i naziva se sabirnica.

U autobusu možete pronaći:

- Centralni upravljački modul, koji sadrži računalo s kojim se podaci obrađuju.

- Prijem i odašiljanje antena za komunikaciju i prijenos podataka radio valovima, kao i teleskopima, kamerama i radarima.

- Sustav solarnih panela na krilima, kako bi se dobila potrebna energija i punjive baterije kada je satelit u hladu. Ovisno o orbiti, satelitima je potrebno oko 60 minuta sunčeve svjetlosti za napuniti baterije, ako su u niskoj orbiti. Udaljeniji sateliti provode mnogo više vremena izloženi sunčevoj radijaciji.

Budući da sateliti provode dugo vremena izloženi ovom zračenju, potreban je zaštitni sustav kako ne bi došlo do oštećenja drugih sustava.

Izloženi dijelovi se jako zagrijavaju, dok u hladu postižu ekstremno niske temperature, jer nema dovoljno atmosfere koja bi regulirala promjene. Iz tog razloga su potrebni radijatori koji uklanjaju toplinu, a aluminijski poklopci za očuvanje topline kad je to potrebno.

Vrste umjetnih satelita

Ovisno o njihovoj putanji, umjetni sateliti mogu biti eliptični ili kružni. Naravno, svaki satelit ima dodijeljenu orbitu, koja je uglavnom u istom smjeru u kojem se Zemlja okreće, a naziva se asinhrona orbita. Ako iz nekog razloga satelit putuje suprotno, tada ima retrogradnu orbitu.

Pod gravitacijom se predmeti kreću eliptičnim stazama prema Keplerovim zakonima. Umjetni sateliti ne izbjegavaju to, međutim, neke eliptične orbite imaju tako mali ekscentričnost da se mogu smatrati kružnim.

Orbita se također može nagnuti u odnosu na Zemljin ekvator. Na nagibu od 0 ° to su ekvatorijalne orbite, ako su 90 °, one su polarne orbite.

Nadmorska visina satelita je također važan parametar, s obzirom da je između 1500 - 3000 km prvi pojas Van Allena, područje koje treba izbjegavati zbog visoke brzine zračenja.

Slika 2. Orbite, visine i brzine umjetnih satelita. Izbačeni sateliti prelaze u groblje orbite, iako ima ostataka u svim orbitama. Izvor: Wikimedia Commons.

Satelitske orbite

Orbita satelita je odabrana u skladu s misijom koju ima jer imaju više ili manje povoljne visine za različite operacije. Prema ovom kriteriju, sateliti su klasificirani kao:

- LEO (Low Zemaljska orbita), oni su visoki između 500 i 900 km i opisuju kružnu stazu, s razdobljima od oko 1 sat i pol i nagibom od 90 °. Koriste se za mobitele, faksove, osobne pozive, za vozila i brodove.

- MEO (srednja zemaljska orbita), nalaze se na nadmorskoj visini između 5000-12000 km, nagibu od 50 ° i u periodu od oko 6 sati. Također su zaposleni u mobitelima.

- GEO (geosinhrona zemaljska orbita), ili geostacionarna orbita, iako postoji mala razlika između dva pojma. Prvi mogu biti različitih nagiba, dok su drugi uvijek na 0 °.

U svakom slučaju, nalaze se na velikoj nadmorskoj visini -36.000 km više ili manje-. Oni putuju kružnim orbitama u razdobljima od 1 dana. Zahvaljujući njima, između ostalih usluga dostupni su faks, telefonija na daljinu i satelitska televizija.

Slika 3. Dijagram orbita umjetnih satelita. 1) Zemlja. 2) LEO. 3) MEO, 4) Geosinhrone orbite. Izvor: Wikimedia Commons.

Geostacionarni sateliti

U početku su komunikacijski sateliti imali različita razdoblja od Zemljine rotacije, ali to je otežalo pozicioniranje antena i komunikacija je izgubljena. Rješenje je bilo postavljanje satelita na visinu tako da se njegovo razdoblje podudara s rotacijom Zemlje.

Na ovaj način satelit orbitira zajedno sa Zemljom i čini se da je fiksno s obzirom na nju. Visina potrebna za postavljanje satelita u geosinhronu orbitu je 35786,04 km i poznata je kao Clarkeov pojas.

Visina orbite se može izračunati utvrđivanjem razdoblja, koristeći sljedeći izraz, izveden iz Newtonovog zakona univerzalne gravitacije i Keplerovih zakona:

Gdje je P period, a je duljina polu-glavne osi eliptične orbite, G je univerzalna konstanta gravitacije, a M je masa Zemlje.

Budući da se na taj način orijentacija satelita u odnosu na Zemlju ne mijenja, to jamči da će on uvijek imati kontakt s njom.

Najvažniji umjetni sateliti Zemlje

sputnjik

Slika 4. Replika Sputnika, prvog umjetnog satelita u orbiti u povijesti. Izvor: Wikimedia Commons.

Bio je to prvi umjetni satelit u povijesti čovječanstva, stavljen u orbitu bivšeg Sovjetskog Saveza u listopadu 1957. Nakon toga su slijedila još 3, u sklopu programa Sputnik.

Prvi Sputnik bio je prilično malen i lagan: 83 kg aluminija uglavnom. Bio je u stanju emitirati frekvencije između 20 i 40 MHz, bio je u orbiti tri tjedna, nakon čega je pao na Zemlju.

Replike Sputnjika danas se mogu vidjeti u mnogim muzejima Ruske Federacije, Europe, pa čak i Amerike.

Svemirski šatl

Druga poznata misija s posadom bila je svemirski transportni sustav STS ili svemirski šatl koji je djelovao od 1981. do 2011. i sudjelovao je, između ostalih važnih misija, u pokretanju svemirskog teleskopa Hubble i međunarodne svemirske stanice, osim misija popravak ostalih satelita.

Svemirski šatl imao je asinhronu orbitu i bio je ponovo upotrebljiv jer je mogao doći i otići na Zemlju. Od pet trajekata, dva su slučajno uništena zajedno s njihovim posadama: Challenger i Columbia.

GPS sateliti

Global Positioning System poznat je po tome što precizno locira ljude i predmete bilo gdje na svijetu. GPS mreža sastoji se od najmanje 24 satelita na visokoj nadmorskoj visini, od kojih su sa Zemlje uvijek 4 satelita vidljiva.

Oni su u orbiti na nadmorskoj visini od 20 000 km, a njihovo razdoblje je 12 sati. GPS koristi matematičku metodu sličnu triangulaciji za procjenu položaja objekata, koja se naziva trilateracija.

GPS nije ograničen na pronalaženje ljudi ili vozila, već je koristan i za kartografiju, geodeziju, geodeziju, spasilačke operacije i sportske prakse, među ostalim važnim aplikacijama.

Svemirski teleskop Hubble

Riječ je o umjetnom satelitu koji nudi neusporedivu nikada ranije viđenu sliku Sunčevog sustava, zvijezda, galaksija i dalekog svemira, bez da Zemljina atmosfera ili svjetlosno zagađenje blokiraju ili izobličuju daleku svjetlost.

Slika 5. Pogled svemirskog teleskopa Hubble. Izvor: NASA putem Wikimedia Commonsa.

Stoga je njegovo lansiranje 1990. bilo najznačajniji napredak u astronomiji u novije vrijeme. Hubbleov ogromni cilindar od 11 tona sjedi na nadmorskoj visini od 54 milje (548 km) koja kruži oko Zemlje u kružnom gibanju, s vremenom od 96 minuta.

Očekuje se da će deaktivirati između 2020. i 2025. godine, a zamijenit će ga svemirski teleskop James Webb.

Internacionalna Svemirska postaja

Poznat kao ISS (Međunarodna svemirska stanica), to je orbitirajuća istraživačka laboratorija kojom upravlja pet svemirskih agencija širom svijeta. Do sada je najveći umjetni satelit koji postoji.

Za razliku od ostalih satelita, u Svemirskoj stanici postoje ljudi na brodu. Pored fiksne posade od najmanje dva astronauta, stanicu su čak posjetili i turisti.

Namjena stanice je prvenstveno znanstvena. Ima 4 laboratorije u kojima se istražuju učinci nulte gravitacije te se provode astronomska, kosmološka i klimatska promatranja, kao i različiti eksperimenti u biologiji, kemiji i utjecaju zračenja na razne sustave.

Chandra

Ovaj umjetni satelit je opservatorij za otkrivanje rendgenskih zraka koje apsorbira Zemljina atmosfera i stoga ih nije moguće proučiti s površine. NASA ga je stavila u orbitu 1999. godine preko svemirskog šatla Columbia.

Komunikacijski sateliti Iridium

Oni čine mrežu od 66 satelita na nadmorskoj visini od 780 km u orbiti tipa LEO, u vremenu od 100 minuta. Dizajnirala ih je telefonska kompanija Motorola kako bi osigurala telefonsku komunikaciju na nepristupačnim mjestima. Međutim, usluga je vrlo skupa.

Galileo satelitski sustav

To je sustav pozicioniranja koji je razvila Europska unija, ekvivalentan GPS-u i za civilnu upotrebu. Trenutno djeluje 22 satelita, ali još je u izradi. U otvorenoj verziji može locirati osobu ili predmet s preciznošću od jednog metra i interoperabilan je sa satelitima GPS sustava.

Landsat serija

To su sateliti posebno dizajnirani za promatranje zemljine površine. Svoj posao započeli su 1972. Između ostalog, oni su zaduženi za mapiranje terena, snimanje podataka o kretanju leda na polovima i opsegu šuma, kao i za istraživanje rudara.

Glonass sustav

To je geolokacijski sustav Ruske Federacije, ekvivalentan GPS-u i mreži Galileo.

Promatranje umjetnih satelita

Umjetni sateliti sa Zemlje amateri mogu vidjeti jer odražavaju sunčevu svjetlost i mogu se vidjeti kao svjetlosne točke, čak i ako je sunce zašlo.

Da biste ih locirali, preporučljivo je instalirati jednu od aplikacija za satelitsko pretraživanje na telefon ili konzultirati internetske stranice koje prate satelite.

Na primjer, svemirski teleskop Hubble može se vidjeti golim okom, ili još bolje, dobrim dvogledom, ako znate gdje gledati.

Pripreme za promatranje satelita iste su kao i za promatranje meteorskih pljuskova. Najbolji se rezultati postižu u vrlo tamnim i vedrim noćima, bez oblaka i bez mjeseca, ili s mjesecom niskim na horizontu. Što dalje od svjetlosnog zagađenja to je bolje, morate donijeti i toplu odjeću i tople napitke.

Reference

1. Europska svemirska agencija. Sateliti. Oporavak od: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela s primjenama. 6.. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Astronomija za lutke.
4. LONAC. O svemirskom teleskopu Hubble. Oporavak od: nasa.gov.
5. Što su umjetni sateliti i kako djeluju? Oporavilo od: youbioit.com
6. Wikiučilište. Umjetni sateliti. Oporavilo sa: es.wikiversity.org.