KEINOTEKOISET SATELLIITIT: MIHIN NE OVAT, KUINKA NE TOIMIVAT, TYYPIT, TÄRKEÄT - ARTE - 2025

Satelliitit ovat ajoneuvoja tai laitteita rakennettu nimenomaan vapautettava tilaan ilman kuljettajaa, jotta kiertävät maapallon tai muu taivaankappale.

Ensimmäiset ideat keinotekoisten satelliittien rakentamisesta tuli tieteiskirjailijoilta, esimerkiksi Jules Verne ja Arthur C. Clark. Jälkimmäinen oli kuninkaallisten ilmavoimien tutkanupseeri ja toisen maailmansodan lopussa ajatteli kolmen satelliitin käyttämistä kiertoradalla Maan ympäri tietoliikenneverkon ylläpitämiseksi.

Kuva 1. Maata kiertävä keinotekoinen satelliitti. Lähde: Wikimedia Commons.

Tuolloin keinoja ei ollut vielä käytettävissä satelliitin sijoittamiseksi kiertoradalle. Kesti vielä muutama vuosi, ennen kuin Yhdysvaltain armeija tuotti ensimmäisen satelliittiviestinnän 1950-luvun alkupuolella.

Yhdysvaltojen ja Neuvostoliiton välinen avaruuskilpailu vauhditti keinotekoista satelliittiteollisuutta. Ensimmäinen onnistuneesti kiertoradalla ollut Neuvostoliiton Sputnik-satelliitti vuonna 1957 ja se lähetti signaaleja alueella 20–40 MHz.

Tätä seurasi Yhdysvaltojen aloittama Echo I viestintätarkoituksiin. Sittemmin molemmat valtiot ovat onnistuneet lukuisilla laukaisuilla kiertoradalle, ja myöhemmin monet maat liittyivät uuteen tekniikkaan.

Mihin keinotekoiset satelliitit ovat?

-Tietoliikenteessä radio-, televisio- ja matkapuhelinviestien edelleenlähettämistä varten.

-Tieteellisessä ja meteorologisessa tutkimuksessa, mukaan lukien kartografia ja tähtitieteelliset havainnot.

-Sotilaallisiin tiedusteluihin.

- Navigointiin ja paikannuskäyttöön, koska GPS (Global Positioning System) on yksi tunnetuimmista.

- Valvoaksesi maan pintaa.

-Avaruusasemilla, jotka on suunniteltu kokemaan elämää maan ulkopuolella.

Kuinka ne toimivat?

Isaac Newton (1643-1727) määritteli Principiassaan, mitä oli tarpeen satelliitin sijoittamiseksi kiertoradalle, vaikka satelliitin sijaan hän käytti esimerkki tykinkuulaa, joka ampui mäen huipulta.

Tietyllä vaakasuuntaisella nopeudella potkut, luoti seuraa tavallista parabolista suuntausta. Nopeutta lisäämällä vaakasuora ulottuma kasvaa ja kasvaa, mikä oli selvää. Mutta aiheuttaako tietyn nopeuden luoti menemään kiertoradalle maapallon ympäri?

Maa kaareutuu pintaan tangenssista, 4,9 metrin nopeudella 8 km: n välein. Kaikki levosta vapautuneet esineet putoavat 4,9 m ensimmäisen sekunnin aikana. Siksi, kun amput luodia vaakatasossa huipusta nopeudella 8 km / s, se putoaa 4,9 m ensimmäisen sekunnin aikana.

Mutta maapallo on myös laskeutunut 4,9 metriä tuona aikana, kun se kaareutuu tykinkuulan alla. Tämä jatkaa liikkumista vaakasuoraan, kattaen 8 km ja pysyisi samalla korkeudella maan suhteen sillä sekunnilla.

Luonnollisesti sama tapahtuu seuraavan sekunnin kuluttua ja kaikissa peräkkäisissä sekunnissa kääntämällä luoti keinotekoiseksi satelliitiksi ilman ylimääräistä työntövoimaa, kunhan ei ole kitkaa.

Ilmavastuksen aiheuttama kitka on kuitenkin väistämätöntä, minkä vuoksi tehostettava raketti on välttämätön.

Rakettinosto nostaa satelliitin suurelle korkeudelle, jossa ohuempi ilmapiiri tarjoaa vähemmän vastustusta ja tarjoaa sille tarvittavan vaakanopeuden.

Tällaisen nopeuden on oltava yli 8 km / s ja alle 11 km / s. Jälkimmäinen on poistumisnopeus. Tällä nopeudella projisoitu satelliitti hylkää avaruuteen menevän maapallon painovoiman vaikutuksen.

Keinotekoinen satelliittirakenne

Keinotekoiset satelliitit sisältävät erilaisia ​​monimutkaisia ​​mekanismeja toimintojen suorittamiseksi, joihin sisältyy erityyppisten signaalien vastaanottaminen, käsitteleminen ja lähettäminen. Niiden on myös oltava kevyitä ja oltava autonomia.

Päärakenteet ovat yhteisiä kaikille keinotekoisille satelliiteille, joilla puolestaan ​​on useita alijärjestelmiä tarkoituksen mukaan. Ne on asennettu koteloon, joka on valmistettu metallista tai muista kevyistä yhdisteistä, joka toimii tukena ja jota kutsutaan väyläksi.

Bussilla löydät:

- Keskusohjausmoduuli, joka sisältää tietokoneen, jolla tietoja käsitellään.

- Antennien, kuten kaukoputkien, kameroiden ja tutkat, vastaanottaminen ja lähettäminen viestintää ja tiedonsiirtoa varten radioaaltojen avulla.

- Siipien aurinkopaneelijärjestelmä tarvittavan energian ja ladattavien paristojen saamiseksi, kun satelliitti on varjossa. Kiertoradasta riippuen satelliitit tarvitsevat noin 60 minuutin auringonvalon akkujen lataamiseksi, jos ne ovat kiertoradalla matalalla. Kauemmat satelliitit viettävät paljon enemmän aikaa auringon säteilylle.

Koska satelliitit viettävät pitkään säteilylle alttiina, tarvitaan suojajärjestelmä, jotta muille järjestelmille ei aiheutuisi vahinkoa.

Altistuneet osat kuumenevat erittäin varovaisesti, kun taas varjossa ne saavuttavat erittäin matalat lämpötilat, koska muuttujien säätelemiseksi ei ole tarpeeksi ilmapiiriä. Tästä syystä pattereita vaaditaan lämmön ja alumiinipäällysteiden poistamiseksi lämmön säästämiseksi tarvittaessa.

Keinotekoisten satelliittien tyypit

Radasta riippuen keinotekoiset satelliitit voivat olla elliptisiä tai pyöreitä. Jokaisella satelliitilla on tietysti osoitettu kiertorata, joka on yleensä samassa suunnassa kuin maa pyörii, jota kutsutaan asynkroniseksi kiertoradaksi. Jos satelliitti jostain syystä kulkee päinvastaisella tavalla, sen kiertorata on taaksepäin.

Painovoiman ollessa esineet liikkuvat elliptisillä poluilla Keplerin lakien mukaisesti. Keinotekoiset satelliitit eivät pakene tätä, mutta joillakin elliptisillä kiertoradoilla on niin pieni epäkeskeisyys, että niitä voidaan pitää pyöreinä.

Kiertoradat voivat olla myös kaltevia suhteessa maan päiväntasaajaan. 0 ° kaltevuudessa ne ovat päiväntasaajan kiertoratoja, jos ne ovat 90 °, ne ovat polaarisia kiertoratoja.

Satelliitin korkeus on myös tärkeä parametri, koska 1500-3000 km korkea on ensimmäinen Van Allen -vyö, alue, jota on vältettävä korkean säteilynopeudensa vuoksi.

Kuva 2. Keinotekoisten satelliittien kiertoradat, korkeudet ja nopeudet. Käytöstä poistetut satelliitit siirtyvät hautausmaan kiertoradalle, vaikka kaikilla kiertoradoilla on jäännöksiä. Lähde: Wikimedia Commons.

Satelliittien kiertoradat

Satelliitin kiertorata valitaan tehtävänsä mukaan, koska sillä on enemmän tai vähemmän suotuisia korkeuksia eri operaatioille. Tämän kriteerin mukaan satelliitit luokitellaan:

- LEO (maapallon kiertorata), ne ovat korkeudeltaan 500–900 km ja kuvaavat pyöreää polkua, jonka jaksot ovat noin tunti ja puoli ja kallistus 90º. Niitä käytetään matkapuhelimissa, fakseissa, henkilökohtaisissa hakulaitteissa, ajoneuvoissa ja veneissä.

- MEO (Medium Earth Orbit), ne sijaitsevat 5000–12000 km korkeudessa, kallistus 50º ja suunnilleen 6 tunnin jakso. Niitä käytetään myös matkapuhelimissa.

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit) tai geostationaarinen kiertorata, vaikka näiden kahden termin välillä on pieni ero. Edellisillä voi olla vaihteleva kaltevuus, kun taas jälkimmäisillä on aina 0 °.

Joka tapauksessa ne ovat korkealla korkeudella -36 000 km enemmän tai vähemmän-. Ne kulkevat ympyrän kiertoratoja yhden päivän jaksoissa. Niiden ansiosta muun muassa faksi, kaukopuhelin ja satelliittitelevisio ovat saatavana.

Kuva 3. Kaavio keinotekoisten satelliittien kiertoradasta. 1) Maa. 2) LEO. 3) MEO, 4) geosynkroniset kiertoradat. Lähde: Wikimedia Commons.

Geostationaariset satelliitit

Alussa tietoliikennesatelliiteilla oli erilaisia ​​ajanjaksoja kuin Maan kierto, mutta tämä vaikeutti antennien sijoittamista ja viestintä katkesi. Ratkaisuna oli sijoittaa satelliitti sellaiselle korkeudelle, että sen jakso vastasi maan kiertoajanjaksoa.

Tällä tavalla satelliitti kiertää yhdessä maan kanssa ja näyttää olevan kiinteä suhteessa siihen. Satelliitin sijoittamiseksi geosynkroniselle kiertoradalle tarvitaan 35786,04 km, ja se tunnetaan nimellä Clarke vyö.

Kiertoradan korkeus voidaan laskea määrittämällä jakso käyttämällä seuraavaa lauseketta, joka on johdettu Newtonin yleisen painovoiman laista ja Keplerin laista:

Missä P on jakso, a on elliptisen kiertoradan puol pää-akselin pituus, G on yleinen painovoimavakio ja M on maan massa.

Koska tällä tavalla satelliitin suunta maan suhteen ei muutu, se takaa, että sillä on aina kosketus siihen.

Maan tärkeimmät keinotekoiset satelliitit

Sputnik

Kuva 4. Sputnik-kopio, historian ensimmäisen keinotekoisen satelliitin kopio. Lähde: Wikimedia Commons.

Se oli ensimmäinen keinotekoinen satelliitti ihmiskunnan historiassa, jonka entinen Neuvostoliitto asetti kiertoradalle lokakuussa 1957. Tätä satelliittia seurasi vielä 3, osana Sputnik-ohjelmaa.

Ensimmäinen Sputnik oli melko pieni ja kevyt: pääasiassa 83 kg alumiinia. Se pystyi lähettämään taajuuksia välillä 20–40 MHz. Se oli kiertoradalla kolme viikkoa, minkä jälkeen se putosi maahan.

Sputnik-kopioita voi nähdä tänään monissa museoissa Venäjän federaatiossa, Euroopassa ja jopa Amerikassa.

Avaruussukkula

Toinen tunnettu miehitetty operaatio oli STS tai Space Shuttle, joka oli toiminnassa vuodesta 1981 vuoteen 2011 ja osallistui muiden tärkeiden tehtävien joukossa Hubble-avaruuskaukoputken ja kansainvälisen avaruusaseman laukaisuun. muiden satelliittien korjaus.

Avaruussukkula oli asynkroninen kiertorata ja sitä voidaan käyttää uudelleen, koska se voi tulla ja mennä maan päälle. Viidestä lautasta kaksi tuhoutui vahingossa heidän miehistönsä mukana: Challenger ja Columbia.

GPS-satelliitit

Globaali paikannusjärjestelmä tunnetaan laajasti ihmisten ja esineiden paikantamiseksi tarkasti missä tahansa maapallolla. GPS-verkko koostuu ainakin 24 korkeasta satelliitista, joista aina 4 on näkyvissä maan päältä.

Ne ovat kiertoradalla 20 000 km: n korkeudessa ja jakso on 12 tuntia. GPS käyttää objektien sijainnin arviointiin triangulaatiota muistuttavaa matemaattista menetelmää, jota kutsutaan trilateraatioksi.

GPS ei ole rajoitettu ihmisten tai ajoneuvojen paikantamiseen, se on hyödyllinen myös kartografiassa, maanmittauksessa, geodesiassa, pelastustoimenpiteissä ja urheilutavoissa muun tärkeiden sovellusten joukossa.

Hubble-avaruus teleskooppi

Se on keinotekoinen satelliitti, joka tarjoaa vertaansa vailla ennennäkemättömiä kuvia aurinkokunnasta, tähtiistä, galakseista ja kaukaisesta maailmankaikkeudesta ilman, että maapallon ilmapiiri tai valosaasteet estävät tai vääristävät kaukaista valoa.

Kuva 5. Näkymä Hubble-avaruusteleskoopista. Lähde: NASA Wikimedia Commonsin kautta.

Siksi sen käynnistäminen vuonna 1990 oli viime aikojen merkittävin astronomian edistysaskel. Hubblen valtava 11 tonnin sylinteri istuu 540 km: n (340 mailin) ​​korkeudella kiertäessä Maata ympyräliikkeellä 96 minuutin jaksolla.

Sen odotetaan deaktivoituvan vuosien 2020 ja 2025 välillä, ja tilalle tulee James Webbin avaruuskaukoputki.

Kansainvälinen avaruusasema

Tunnetaan nimellä ISS (International Space Station), se on kiertoradalla oleva tutkimuslaboratorio, jota johtaa viisi avaruusjärjestöä ympäri maailmaa. Toistaiseksi se on olemassa oleva suurin keinotekoinen satelliitti.

Toisin kuin muut satelliitit, avaruusasemalla on aluksella ihmisiä. Ainakin kahden astronautin kiinteän miehistön lisäksi asemalle on käynyt jopa turisteja.

Aseman tarkoitus on ensisijaisesti tieteellinen. Sillä on 4 laboratoriota, joissa tutkitaan nollapainon vaikutuksia ja suoritetaan tähtitieteellisiä, kosmologisia ja ilmastohavaintoja, samoin kuin erilaisia ​​biologian, kemian kokeita ja säteilyn vaikutuksia eri järjestelmiin.

Chandra

Tämä keinotekoinen satelliitti on observatorio röntgensäteiden havaitsemiseksi, jotka ovat maan ilmakehän absorboimia ja joita ei siksi voida tutkia pinnalta. NASA laittoi sen kiertoradalle vuonna 1999 Space Shuttle Columbian kautta.

Iridium-tietoliikennesatelliittit

Ne muodostavat 66 satelliitin verkon LEO-tyyppisillä kiertoradalla 780 km: n korkeudessa 100 minuutin ajan. Motorola-puhelinyhtiö on suunnitellut ne tarjoamaan puhelinliikennettä esteettömissä paikoissa. Se on kuitenkin erittäin kallis hintapalvelu.

Galileo-satelliittijärjestelmä

Se on Euroopan unionin kehittämä paikannusjärjestelmä, joka vastaa GPS: ää ja on tarkoitettu siviilikäyttöön. Tällä hetkellä 22 satelliittia toimii, mutta se on vielä rakenteilla. Se pystyy paikallistamaan henkilön tai esineen yhden metrin tarkkuudella avoimessa versiossa ja on yhteensopiva GPS-järjestelmän satelliittien kanssa.

Landsat-sarja

Ne ovat satelliitteja, jotka on erityisesti suunniteltu havaitsemaan maan pintaa. He aloittivat työskentelynsä vuonna 1972. He vastaavat muun muassa maaston kartoittamisesta, tietojen tallentamisesta pylväiden jään liikkumisesta ja metsien laajuudesta sekä kaivostoiminnan etsinnästä.

Glonass-järjestelmä

Se on Venäjän federaation paikannusjärjestelmä, joka vastaa GPS: ää ja Galileo-verkkoa.

Keinotekoisten satelliittien havaitseminen

Amatöörit voivat nähdä maapallosta keinotekoisia satelliitteja, koska ne heijastavat auringonvaloa ja voidaan nähdä valopisteinä, vaikka aurinko olisi laskenut.

Niiden löytämiseksi on suositeltavaa asentaa jokin satelliittihakusovelluksista puhelimeen tai etsiä Internet-sivustoja, jotka seuraavat satelliitteja.

Esimerkiksi Hubble-avaruusteleskooppi voi olla näkyvissä paljaalla silmällä tai vielä paremmalla, hyvällä kiikarilla, jos tiedät mistä etsiä.

Valmistelut satelliittien tarkkailuun ovat samat kuin meteorisuihkujen tarkkailuun. Parhaat tulokset saadaan hyvin pimeinä ja selkeinä öisin, ilman pilviä ja ilman kuuta tai kuun ollessa alhaalla horisontissa. Mitä kauemmas valon saastumisesta, sitä parempi, sinun on myös tuotava lämpimiä vaatteita ja kuumia juomia.

Viitteet

1. Euroopan avaruusjärjestö. Satelliitit. Palautettu: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fysiikka: Periaatteet ja sovellukset. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Nukkeiden tähtitiede.
4. Potin. Tietoja Hubble-avaruusteleskoopista. Palautettu: nasa.gov.
5. Mitä ovat keinotekoiset satelliitit ja miten ne toimivat? Palautettu osoitteesta: youbioit.com
6. Wikiversity. Keinotekoiset satelliitit. Palautettu osoitteesta: es.wikiversity.org.