KONSTGJORDA SATELLITER: VAD ÄR DE FÖR, HUR DE FUNGERAR, TYPER, VIKTIGA - ARTE - 2025

De satelliter är fordon eller anordningar inbyggda specifikt att släppas till utrymmet utan besättning, för att kretsa runt jorden eller någon annan himlakropp.

De första idéerna om att bygga konstgjorda satelliter kom från science fiction-författare, till exempel Jules Verne och Arthur C. Clark. Den sistnämnda var en radaroffiser i det kungliga flygvapnet och i slutet av andra världskriget upptäckte idén att använda tre satelliter i omloppsbana runt jorden för att upprätthålla ett telekommunikationsnätverk.

Bild 1. Konstgjord satellit som kretsar runt jorden. Källa: Wikimedia Commons.

Vid den tiden var medlen ännu inte tillgängliga för att placera en satellit i omloppsbana. Det tog ytterligare några år för USA: s militär att producera den första satellitkommunikationen i början av 1950-talet.

Rymdloppet mellan Förenta staterna och Sovjetunionen förstärkte den konstgjorda satellitindustrin. Den första framgångsrikt placerade i omloppsbana var den sovjetiska Sputnik-satelliten 1957 och den sände signaler inom 20-40 MHz-intervallet.

Detta följdes av lanseringen av Echo I av USA för kommunikationsändamål. Sedan dess lyckades många lanseringar i omloppsbana av båda makterna och följaktligen gick många länder med i den nya tekniken.

Vad är konstgjorda satelliter för?

-I telekommunikation, för vidarebefordran av radio-, tv- och mobiltelefonmeddelanden.

-Vetenskaplig och meteorologisk forskning, inklusive kartografi och astronomiska observationer.

-För militär underrättelseändamål.

-För navigering och platsanvändning är GPS (Global Positioning System) ett av de mest kända.

-För att övervaka landytan.

-I rymdstationer, utformade för att uppleva livet utanför jorden.

Hur fungerar de?

I sitt Principia fastställde Isaac Newton (1643-1727) vad som var nödvändigt för att placera en satellit i omloppsbana, även om han istället för en satellit, som ett exempel använde en kanonboll som avfyrades från toppen av en kulle.

Avfyrat med en viss horisontell hastighet följer kulan den vanliga paraboliska banan. Genom att öka hastigheten blir den horisontella räckvidden större och större, något som var tydligt. Men kommer en viss hastighet att få kulan att gå in i bana runt jorden?

Jorden kröker sig från en linjetangens till ytan med en hastighet av 4,9 m för varje 8 km. Varje föremål som släpps från vila kommer att falla 4,9 m under den första sekundet. Därför, när man skjuter kula horisontellt från en topp med en hastighet av 8 km / s, kommer den att falla 4,9 m under den första sekunden.

Men jorden kommer också att ha fallit ner 4,9 m under den tiden, när den krökades under kanonkulan. Detta fortsätter att röra sig horisontellt, täcker de 8 km och skulle förbli i samma höjd med avseende på jorden under den sekunden.

Naturligtvis händer samma sak efter nästa sekund och på alla på varandra följande sekunder och förvandlar kulan till en konstgjord satellit utan ytterligare framdrivning, så länge det inte finns någon friktion.

Friktion orsakad av luftmotstånd är emellertid oundviklig, varför en boosterraket är nödvändig.

Raketen lyfter upp satelliten till en stor höjd, där den tunnare atmosfären erbjuder mindre motstånd och ger den den nödvändiga horisontella hastigheten.

Sådan hastighet måste vara större än 8 km / s och mindre än 11 ​​km / s. Det senare är utrymningshastigheten. Projektet med denna hastighet skulle satelliten överge jordens gravitationspåverkan och gå ut i rymden.

Konstgjord satellitstruktur

Konstgjorda satelliter innehåller olika komplexa mekanismer för att utföra sina funktioner, som involverar mottagning, bearbetning och sändning av olika typer av signaler. De måste också vara lätta och ha autonomi.

Huvudstrukturerna är gemensamma för alla konstgjorda satelliter, som i sin tur har flera delsystem enligt syftet. De är monterade i ett hölje av metall eller andra lätta föreningar, som fungerar som stöd och kallas en buss.

På bussen hittar du:

- Den centrala styrmodulen, som innehåller datorn, med vilken data behandlas.

- Mottagning och överföring av antenner för kommunikation och dataöverföring med radiovågor samt teleskop, kameror och radar.

- Ett system med solpaneler på vingarna för att erhålla nödvändig energi och uppladdningsbara batterier när satelliten är i skuggan. Beroende på omloppsbana behöver satelliter cirka 60 minuters solljus för att ladda sina batterier, om de är i låg omloppsbana. Mer avlägsna satelliter tillbringar mycket mer tid utsatt för solstrålning.

Eftersom satelliter tillbringar lång tid utsatt för denna strålning krävs ett skyddssystem för att undvika skador på andra system.

De utsatta delarna blir väldigt varma, medan de i skuggan når extremt låga temperaturer, eftersom det inte finns tillräckligt med atmosfär för att reglera förändringarna. Av denna anledning krävs radiatorer för att eliminera värme och aluminiumhöljen för att spara värme vid behov.

Typer av konstgjorda satelliter

Beroende på deras bana kan artificiella satelliter vara elliptiska eller cirkulära. Naturligtvis har varje satellit en tilldelad bana, som i allmänhet är i samma riktning som jorden roterar, kallad asynkron bana. Om satelliten av någon anledning reser motsatt väg, har den en retrograd bana.

Under tyngdkraften rör sig objekt på elliptiska banor enligt Keplers lagar. Konstgjorda satelliter undviker inte detta, men vissa elliptiska banor har en så liten excentricitet att de kan betraktas som cirkulära.

Banorna kan också luta med avseende på jordens ekvatorn. Vid en lutning av 0º är de ekvatoriella banor, om de är 90º är de polära banor.

Satellitens höjd är också en viktig parameter, eftersom mellan 1500 - 3000 km hög är det första Van Allen-bältet, ett område som ska undvikas på grund av dess höga strålningshastighet.

Bild 2. Banor, höjder och hastigheter för konstgjorda satelliter. Kasserade satelliter passerar in på kyrkogårdsbanan, även om det finns rester i alla banor. Källa: Wikimedia Commons.

Satellitbanor

Satellitens omlopp väljs enligt uppdraget den har, eftersom det finns mer eller mindre gynnsamma höjder för olika operationer. Enligt detta kriterium klassificeras satelliter som:

- LEO (Low Earth Orbit) , de är mellan 500 och 900 km höga och beskriver en cirkulär väg, med perioder på ungefär en och en halv timme och en lutning på 90º. De används för mobiltelefoner, fax, personliga personsökare, för fordon och för båtar.

- MEO (Medium Earth Orbit) , ligger på en höjd mellan 5000-12000 km, lutning på 50º och en period av cirka 6 timmar. De är också anställda i mobiltelefoner.

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit) , eller geostationär bana, även om det finns en liten skillnad mellan de två termerna. Den förstnämnda kan ha variabel lutning, medan den senare alltid är 0 °.

I alla fall är de på en hög höjd -36 000 km mer eller mindre. De reser cirkulära banor under perioder på 1 dag. Tack vare dem finns bland annat fax, fjärrtelefoni och satellit-tv.

Bild 3. Diagram över banor från konstgjorda satelliter. 1) Jorden. 2) LEO. 3) MEO, 4) Geosynkrona banor. Källa: Wikimedia Commons.

Geostationära satelliter

I början hade kommunikationssatelliterna andra perioder än jordens rotation, men detta gjorde det svårt att placera antennerna och kommunikationen försvann. Lösningen var att placera satelliten på en sådan höjd att dess period sammanföll med jordens rotation.

På detta sätt kretsar satelliten tillsammans med jorden och verkar vara fixerad med avseende på den. Den höjd som krävs för att placera en satellit i en geosynkron bana är 35786.04 km och kallas Clarke-bältet.

Omloppets höjd kan beräknas genom att fastställa perioden med hjälp av följande uttryck härledd från Newtons Law of Universal Gravitation och Keplers lagar:

Där P är perioden, är a längden på den halv-huvudaxeln för den elliptiska bana, G är den universella gravitationskonstanten och M är jordens massa.

Eftersom på detta sätt satelliets orientering med avseende på jorden inte förändras, garanterar den att den alltid kommer att ha kontakt med den.

Jordens viktigaste konstgjorda satelliter

Sputnik

Bild 4. Replika av Sputnik, den första konstgjorda satelliten i omloppsbana i historien. Källa: Wikimedia Commons.

Det var den första konstgjorda satelliten i mänsklighetens historia, som sattes i omloppsbana av fd Sovjetunionen i oktober 1957. Denna satellit följdes av ytterligare 3, som en del av Sputnik-programmet.

Den första Sputnik var ganska liten och lätt: främst 83 kg aluminium. Den kunde avge frekvenser mellan 20 och 40 MHz, den var i omloppsbana i tre veckor, varefter den föll till jorden.

Kopior av Sputnik kan ses idag i många museer i Ryssland, Europa och till och med Amerika.

Rymdfärjan

Ett annat välkänt bemannat uppdrag var rymdtransportsystemet STS eller rymdfärjan, som var i drift 1981 till 2011 och deltog, bland andra viktiga uppdrag, i lanseringen av Hubble rymdteleskop och den internationella rymdstationen, utöver uppdrag av reparation av andra satelliter.

Rymdfärjan hade en asynkron bana och var återanvändbar, eftersom den kunde komma och gå till jorden. Av de fem färjorna förstördes två av misstag tillsammans med sina besättningar: Challenger och Columbia.

GPS-satelliter

Global Positioning System är allmänt känt för att hitta människor och objekt med hög precision överallt i världen. GPS-nätverket består av minst 24 höghöjdsatelliter, varav det alltid finns fyra satelliter synliga från jorden.

De är i omloppsbana på en höjd av 20 000 km och deras period är 12 timmar. GPS använder en matematisk metod som liknar triangulering för att bedöma objektens position, kallad trilateration.

GPS är inte begränsat till att hitta personer eller fordon, det är också användbart för kartografi, kartläggning, geodesi, räddningsinsatser och idrottsutövningar, bland andra viktiga applikationer.

Hubble rymdteleskopet

Det är en konstgjord satellit som erbjuder ojämförliga aldrig tidigare sett bilder av solsystemet, stjärnor, galaxer och det avlägsna universum, utan att jordens atmosfär eller ljusföroreningar blockerar eller förvränger avlägset ljus.

Bild 5. Vy över Hubble-rymdteleskopet. Källa: NASA via Wikimedia Commons.

Därför var lanseringen 1990 det mest anmärkningsvärda framsteget inom astronomi på senare tid. Hubbles enorma 11-ton cylinder sitter på en höjd av 548 km (1240 miles) som kretsar runt Jorden i en cirkulär rörelse, med en period av 96 minuter.

Det förväntas bli avaktiverat mellan 2020 och 2025, och kommer att ersättas av rymdteleskopet James Webb.

Internationell rymdstation

Känd som ISS (International Space Station) och är ett kretsloppsforskningslaboratorium som förvaltas av fem rymdbyråer runt om i världen. Hittills är det den största konstgjorda satelliten som finns.

Till skillnad från resten av satelliterna finns det i rymdstationen människor ombord. Förutom den fasta besättningen på minst två astronauter har stationen till och med besökts av turister.

Stationens syfte är främst vetenskapligt. Det har fyra laboratorier där effekterna av nolltyngdekraft undersöks och astronomiska, kosmologiska och klimatobservationer utförs, liksom olika experiment i biologi, kemi och strålningens påverkan på olika system.

Chandra

Denna konstgjorda satellit är ett observatorium för att upptäcka röntgenstrålar, som absorberas av jordens atmosfär och därför inte kan studeras från ytan. NASA satte den i omloppsbana 1999 via rymdfärjan Columbia.

Iridium-kommunikationssatelliter

De utgör ett nätverk av 66 satelliter på en höjd av 780 km i banor av LEO-typ, med en period på 100 minuter. De designades av Motorola-telefonföretaget för att tillhandahålla telefonkommunikation på otillgängliga platser. Men det är en mycket hög kostnadstjänst.

Galileo satellitsystem

Det är det positioneringssystem som utvecklats av Europeiska unionen, motsvarande GPS och för civilt bruk. Den har för närvarande 22 satelliter som fungerar, men den är fortfarande under uppbyggnad. Den kan lokalisera en person eller ett objekt med 1 meters precision i den öppna versionen och det är interoperabelt med GPS-systemets satelliter.

Landsat-serien

De är satelliter speciellt designade för att observera jordens yta. De började sitt arbete 1972. De ansvarar bland annat för att kartlägga terrängen, registrera information om isens rörelse vid polerna och skogens omfattning samt gruvprospektering.

Glonassystem

Det är Rysslands geolokationssystem, motsvarande GPS och Galileo-nätverket.

Observation av konstgjorda satelliter

Konstgjorda satelliter kan ses från jorden av amatörer eftersom de reflekterar solljus och kan ses som ljuspunkter, även om solen har gått ner.

För att hitta dem rekommenderas att du installerar en av satellitsökningsprogrammen på telefonen eller konsulterar webbplatser som spårar satelliter.

Till exempel kan Hubble Space Telescope vara synligt med blotta ögat, eller ännu bättre, med bra kikare, om du vet vart du ska titta.

Förberedelserna för att observera satelliter är desamma som för att observera meteorduschar. De bästa resultaten erhålls på mycket mörka och klara nätter, utan moln och utan måne, eller med månen låg i horisonten. Ju längre bort från ljusföroreningar desto bättre måste du också ta med varma kläder och varma drycker.

referenser

1. Europeiska rymdorganisationen. Satelliter. Återställd från: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6:e. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Astronomy for Dummies.
4. POTT. Om Hubble Space Telescope. Återställd från: nasa.gov.
5. Vad är konstgjorda satelliter och hur fungerar de? Återställd från: youbioit.com
6. Wikiversity. Konstgjorda satelliter. Återställd från: es.wikiversity.org.