KUNSTIGE SATELLITTER: HVA ER DE FOR, HVORDAN DE FUNGERER, TYPER, VIKTIG - ARTE - 2025

De satellitter er biler eller enheter bygget spesielt for å bli sluppet til plassen uten mannskap, for å bane rundt jorden eller annet himmellegeme.

De første ideene om å bygge kunstige satellitter kom fra science fiction-forfattere, for eksempel Jules Verne og Arthur C. Clark. Sistnevnte var en radaroffiser i Royal Air Force, og på slutten av andre verdenskrig, unnfanget ideen om å bruke tre satellitter i bane rundt jorden for å opprettholde et telenett.

Figur 1. Kunstig satellitt som kretser rundt jorden. Kilde: Wikimedia Commons.

På den tiden var ikke midlene ennå tilgjengelige for å plassere en satellitt i bane. Det tok noen år til for USAs militær å produsere den første satellittkommunikasjonen på begynnelsen av 1950-tallet.

Romløpet mellom USA og Sovjetunionen styrket den kunstige satellittindustrien. Den første vellykket plassert i bane var den sovjetiske Sputnik-satellitten i 1957, og den sendte ut signaler i området 20-40 MHz.

Dette ble fulgt av lanseringen av Echo I av USA for kommunikasjonsformål. Siden den gang ble mange oppskytninger på bane etterfulgt av begge makter, og mange land ble deretter tilsluttet den nye teknologien.

Hva er kunstige satellitter for?

-I telekommunikasjon, for videresending av radio-, tv- og mobiltelefonmeldinger.

-I vitenskapelig og meteorologisk forskning, inkludert kartografi og astronomiske observasjoner.

-For militær etterretningsformål.

-For navigasjons- og stedsbruk, er GPS (Global Positioning System) et av de mest kjente.

-For å overvåke landoverflaten.

-I romstasjoner, designet for å oppleve livet utenfor Jorden.

Hvordan fungerer de?

I sin Principia etablerte Isaac Newton (1643-1727) det som var nødvendig for å plassere en satellitt i bane, selv om han i stedet for en satellitt som eksempel brukte en kanonkule avfyrt fra toppen av en ås.

Avfyrt med en viss horisontal hastighet, følger kulen den vanlige parabolske banen. Når du øker hastigheten, blir den horisontale rekkevidden større og større, noe som var tydelig. Men vil en viss hastighet føre til at kulen går i bane rundt jorden?

Jorden krummer seg fra en linje tangens til overflaten med en hastighet på 4,9 m for hver 8 km. Ethvert objekt som løslates fra hvile vil falle 4,9 m i løpet av det første sekundet. Når du skyter kulen horisontalt fra en topp med en hastighet på 8 km / s, vil den derfor falle 4,9 m i løpet av det første sekundet.

Men Jorden vil også ha falt ned 4,9 m på den tiden, da den bøyes under kanonkulen. Dette fortsetter å bevege seg horisontalt, dekker de 8 km og vil forbli i samme høyde med hensyn til jorden i løpet av det sekundet.

Naturligvis skjer det samme etter neste sekund og i løpet av de påfølgende sekundene, og gjør om kulen til en kunstig satellitt uten ytterligere fremdrift, så lenge det ikke er friksjon.

Friksjon forårsaket av luftmotstand er imidlertid uunngåelig, og det er derfor en boosterrakett er nødvendig.

Raketten løfter satellitten til en høyde, der den tynnere atmosfæren gir mindre motstand og gir den den nødvendige horisontale hastigheten.

Slik hastighet må være større enn 8 km / s og mindre enn 11 km / s. Det siste er rømningshastigheten. Prosjektert med denne hastigheten ville satellitten forlate jordens gravitasjonspåvirkning og gå ut i verdensrommet.

Kunstig satellittstruktur

Kunstige satellitter inneholder forskjellige komplekse mekanismer for å utføre sine funksjoner, som innebærer mottak, prosessering og sending av forskjellige typer signaler. De må også være lette og ha autonomi av drift.

Hovedstrukturene er felles for alle kunstige satellitter, som igjen har flere undersystemer i henhold til formålet. De er montert i et hus laget av metall eller andre lette forbindelser, som fungerer som støtte og kalles en buss.

På bussen kan du finne:

- Den sentrale kontrollmodulen, som inneholder datamaskinen, som dataene blir behandlet med.

- Mottak og overføring av antenner for kommunikasjon og dataoverføring med radiobølger, samt teleskoper, kameraer og radarer.

- Et system med solcellepaneler på vingene, for å skaffe nødvendig energi og oppladbare batterier når satellitten er i skyggen. Avhengig av bane, trenger satellitter omtrent 60 minutter med sollys for å lade batteriene, hvis de er i lav bane. Flere fjernsatellitter bruker mye mer tid utsatt for solstråling.

Siden satellitter bruker lang tid utsatt for denne strålingen, er det nødvendig med et beskyttelsessystem for å unngå skade på andre systemer.

De utsatte delene blir veldig varme, mens i skyggen når de ekstremt lave temperaturer, fordi det ikke er nok atmosfære til å regulere endringene. Av denne grunn er radiatorer påkrevd for å eliminere varme og aluminiumsdeksler for å spare varme når det er nødvendig.

Typer kunstige satellitter

Avhengig av banen deres, kan kunstige satellitter være elliptiske eller sirkulære. Selvfølgelig har hver satellitt en tildelt bane, som generelt er i samme retning som jorden roterer, kalt asynkron bane. Hvis satellitten av en eller annen grunn reiser motsatt vei, har den en retrograd bane.

Under tyngdekraften beveger objekter seg i elliptiske stier i henhold til Keplers lover. Kunstige satellitter slipper ikke unna dette, men noen elliptiske baner har så liten eksentrisitet at de kan betraktes som sirkulære.

Banene kan også være tilbøyelige til jordens ekvator. Ved en helning på 0º er de ekvatoriale baner, hvis de er 90º er de polare baner.

Høyden på satellitten er også en viktig parameter, siden mellom 1500 - 3000 km høy er det første Van Allen-beltet, et område som må unngås på grunn av dets høye strålingshastighet.

Figur 2. Områder, høyder og hastigheter på kunstige satellitter. Nedlagte satellitter passerer på kirkegårdens bane, selv om det er rester i alle bane. Kilde: Wikimedia Commons.

Satellittbaner

Satellittens bane er valgt i henhold til oppdraget den har, siden det er mer eller mindre gunstige høyder for forskjellige operasjoner. I følge dette kriteriet er satellitter klassifisert som:

- LEO (Low Earth Orbit) , de er mellom 500 og 900 km høye og beskriver en sirkulær bane, med perioder på omtrent halvannen time og en helning på 90º. De brukes til mobiltelefoner, fakser, personlige personsøkere, for kjøretøy og til båter.

- MEO (Medium Earth Orbit) , de er i en høyde mellom 5000-12000 km, helling på 50º og en periode på omtrent 6 timer. De er også ansatt i mobiltelefoner.

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit) , eller geostasjonær bane, selv om det er en liten forskjell mellom de to begrepene. Førstnevnte kan ha variabel helling, mens sistnevnte alltid er på 0º.

I alle fall er de i stor høyde -36 000 km mer eller mindre-. De reiser sirkulære baner i perioder på 1 dag. Takket være dem er faks, fjerntelefoni og satellitt-TV tilgjengelig, blant andre tjenester.

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

Geostasjonære satellitter

I begynnelsen hadde kommunikasjonssatellittene andre perioder enn jordens rotasjon, men dette gjorde det vanskelig å plassere antennene og kommunikasjonen gikk tapt. Løsningen var å plassere satellitten i en høyde slik at perioden falt sammen med jordens rotasjon.

På denne måten går satellitten i bane sammen med jorden og ser ut til å være fikset med hensyn til den. Høyden som kreves for å plassere en satellitt i en geosynkron bane er 35786.04 km og er kjent som Clarke-beltet.

Høyden på bane kan beregnes ved å etablere perioden, ved hjelp av følgende uttrykk, avledet fra Newtons Law of Universal Gravitation og Keplers lover:

Der P er perioden, a er lengden på den halv-hovedaksen til den elliptiske bane, G er den universelle gravitasjonskonstanten og M er jordens masse.

Siden satellittens orientering i forhold til jorden på denne måten ikke endres, garanterer den at den alltid vil ha kontakt med den.

De viktigste kunstige satellittene på jorden

Sputnik

Figur 4. Replika av Sputnik, den første kunstige satellitten i bane i historien. Kilde: Wikimedia Commons.

Det var den første kunstige satellitten i menneskehetens historie, satt i bane av det tidligere Sovjetunionen i oktober 1957. Denne satellitten ble fulgt av tre til, som en del av Sputnik-programmet.

Den første Sputnik var ganske liten og lett: hovedsakelig 83 kg aluminium. Den var i stand til å sende ut frekvenser mellom 20 og 40 MHz. Den var i bane i tre uker, hvoretter den falt til jorden.

Replikaer fra Sputnik kan sees i dag i mange museer i Russland, Europa og til og med Amerika.

Romfergen

Et annet kjent bemannet oppdrag var Space Transport System STS eller Space Shuttle, som var i drift fra 1981 til 2011 og deltok, blant andre viktige oppdrag, i lanseringen av Hubble romteleskop og Den internasjonale romstasjonen, i tillegg til oppdrag fra reparasjon av andre satellitter.

Romfergen hadde en asynkron bane og var gjenbrukbar, siden den kunne komme og gå til Jorden. Av de fem fergene ble to tilfeldigvis ødelagt sammen med mannskapene sine: Challenger og Columbia.

GPS-satellitter

Global Positioning System er viden kjent for nøyaktig å lokalisere mennesker og gjenstander hvor som helst på kloden. GPS-nettverket består av minst 24 høydesatellitter, hvorav det alltid er 4 satellitter synlige fra Jorden.

De er i bane i en høyde av 20 000 km og perioden er 12 timer. GPS bruker en matematisk metode som ligner triangulering for å vurdere posisjonen til objekter, kalt trilateration.

GPS er ikke begrenset til å lokalisere mennesker eller kjøretøy, det er også nyttig for kartografi, oppmåling, geodesi, redningsaksjoner og sportsutøvelse, blant andre viktige applikasjoner.

Hubble-romteleskopet

Det er en kunstig satellitt som gir uovertrufne bilder som aldri er sett før av solsystemet, stjerner, galakser og det fjerne universet, uten at jordens atmosfære eller lysforurensning blokkerer eller forvrenger fjernt lys.

Figur 5. Utsikt over Hubble-romteleskopet. Kilde: NASA via Wikimedia Commons.

Derfor ble lanseringen i 1990 den mest bemerkelsesverdige fremskritt i astronomien i nyere tid. Hubbles enorme 11-tonns sylinder sitter i en høyde av 548 km (1240 miles) som kretser rundt Jorden i en sirkulær bevegelse, med en periode på 96 minutter.

Det forventes å bli deaktivert mellom 2020 og 2025, erstattet av James Webb romteleskopet.

Internasjonal romstasjon

Det er kjent som ISS (International Space Station), og er et kretsløpende forskningslaboratorium, administrert av fem romfartsorganisasjoner rundt om i verden. Så langt er det den største kunstige satellitten som eksisterer.

I motsetning til resten av satellittene, er det i romstasjonen mennesker om bord. I tillegg til det faste mannskapet på minst to astronauter, har stasjonen til og med blitt besøkt av turister.

Stasjonens formål er først og fremst vitenskapelig. Den har 4 laboratorier der effektene av nulltyngdekraft blir undersøkt og astronomiske, kosmologiske og klimaobservasjoner blir utført, samt forskjellige eksperimenter innen biologi, kjemi og påvirkning av stråling på forskjellige systemer.

Chandra

Denne kunstige satellitten er et observatorium for å oppdage røntgenstråler, som blir absorbert av jordas atmosfære og derfor ikke kan studeres fra overflaten. NASA satte den i bane i 1999 via Space Shuttle Columbia.

Iridium-kommunikasjonssatellitter

De utgjør et nettverk av 66 satellitter i en høyde av 780 km i baner av LEO-type, med en periode på 100 minutter. De ble designet av Motorola-telefonselskapet for å gi telefonkommunikasjon på utilgjengelige steder. Imidlertid er det en meget høy kostnadstjeneste.

Galileo satellittanlegg

Det er posisjoneringssystemet som er utviklet av Den europeiske union, tilsvarer GPS og for sivil bruk. Den har for tiden 22 satellitter som opererer, men den er fortsatt under bygging. Den er i stand til å lokalisere en person eller et objekt med 1 meters presisjon i den åpne versjonen, og det er interoperabelt med satellittene til GPS-systemet.

Landsat-serien

De er satellitter spesialdesignet for å observere jordoverflaten. De begynte arbeidet i 1972. De har blant annet ansvar for å kartlegge terrenget, registrere informasjon om isens bevegelse ved polene og skogens omfang, samt gruvedrift.

Glonassystem

Det er geolokasjonssystemet til Russland, tilsvarende GPS og Galileo-nettverket.

Observasjon av kunstige satellitter

Kunstige satellitter kan sees fra jorden av amatører, da de reflekterer sollyset og kan sees som lyspunkter, selv om solen har gått ned.

For å finne dem, anbefales det å installere en av satellitt-søknadene på telefonen eller konsultere internettsider som sporer satellitter.

For eksempel kan Hubble-romteleskopet være synlig med det blotte øye, eller enda bedre, med god kikkert, hvis du vet hvor du skal se.

Forberedelsene til å observere satellitter er de samme som for å observere meteordusjer. De beste resultatene oppnås på veldig mørke og klare netter, uten skyer og uten måne, eller med månen lavt i horisonten. Jo lenger borte fra lysforurensning jo bedre, du må også ta med varme klær og varm drikke.

referanser

1. European Space Agency. Satellitter. Gjenopprettet fra: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. Sjette. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Astronomy for Dummies.
4. GRYTE. Om Hubble-romteleskopet. Gjenopprettet fra: nasa.gov.
5. Hva er kunstige satellitter, og hvordan fungerer de? Gjenopprettet fra: youbioit.com
6. Wikiversity. Kunstige satellitter. Gjenopprettet fra: es.wikiversity.org.