UMĚLÉ SATELITY: PRO CO JSOU, JAK FUNGUJÍ, TYPY, DŮLEŽITÉ - ARTE - 2025

Tyto satelity jsou vozidla nebo zařízení postavené speciálně být propuštěn do prostoru bez posádky, aby se oběžnou dráhu kolem Země nebo jiné nebeské těleso.

První nápady na stavbu umělých satelitů pocházely od autorů sci-fi, například Jules Verne a Arthur C. Clark. Ten byl radarovým důstojníkem královského letectva a na konci druhé světové války vymyslel myšlenku využití tří satelitů na oběžné dráze kolem Země k udržení telekomunikační sítě.

Obrázek 1. Umělý satelit obíhající kolem Země. Zdroj: Wikimedia Commons.

V té době ještě nebyly prostředky k umístění satelitu na oběžné dráze k dispozici. Trvalo několik let, než americká armáda vyrobila první satelitní komunikaci na počátku 50. let.

Vesmírný závod mezi Spojenými státy a Sovětským svazem podpořil umělý satelitní průmysl. Prvním úspěšně umístěným na oběžné dráze byl sovětský satelit Sputnik v roce 1957 a vysílal signály v rozsahu 20–40 MHz.

Následovalo spuštění Echo I Spojenými státy pro komunikační účely. Od té doby byly oběma mocnostmi početné vypouštění na oběžné dráze vystřídány a následně se k nové technologii připojilo mnoho zemí.

K čemu jsou umělé satelity?

- V telekomunikacích pro opakovaný přenos zpráv rozhlasového, televizního a mobilního telefonu.

- ve vědeckém a meteorologickém výzkumu, včetně kartografie a astronomických pozorování.

-Pro vojenské zpravodajské účely.

-Pro navigaci a určování polohy je GPS (Global Positioning System) jedním z nejznámějších.

-Chcete sledovat povrch půdy.

- Ve vesmírných stanicích, které jsou navrženy tak, aby prožívaly život mimo Zemi.

Jak fungují?

Ve svém Principii Isaac Newton (1643-1727) založil to, co bylo nezbytné pro umístění satelitu na oběžné dráze, ačkoli místo satelitu, použil jako příklad kanónový míček vystřelený z vrcholu kopce.

Vystřelil s určitou horizontální rychlostí, kulka následuje obvyklou parabolickou trajektorii. Zvýšením rychlosti se horizontální dosah zvětšuje a zvětšuje, což bylo jasné. Ovšem určitá rychlost způsobí, že kulka půjde na oběžné dráhy kolem Země?

Země se zakřivuje od přímky tečné k povrchu rychlostí 4,9 m na každých 8 km. Jakýkoli předmět uvolněný z odpočinku klesne během první sekundy 4,9 m. Proto při střele horizontálně z vrcholu s rychlostí 8 km / s klesne během první sekundy 4,9 m.

Ale Země bude v té době také klesat 4,9 m, protože se točí pod delovou koulí. To se dál pohybuje vodorovně, pokrývá 8 km a zůstane ve stejné výšce vzhledem k Zemi během této sekundy.

Totéž se přirozeně děje po další vteřině a ve všech po sobě jdoucích sekundách, kdy se kulka změní na umělý satelit bez jakéhokoli dalšího pohonu, pokud nedochází ke tření.

Tření způsobenému odporem vzduchu je však nevyhnutelné, a proto je nezbytná pomocná raketa.

Raketa zvedne satelit do velké výšky, kde tenčí atmosféra nabízí menší odpor a poskytuje mu potřebnou horizontální rychlost.

Tato rychlost musí být větší než 8 km / sa menší než 11 km / s. To je úniková rychlost. Při této rychlosti by satelit opustil gravitační vliv Země na vesmír.

Umělá satelitní struktura

Umělé satelity obsahují různé složité mechanismy pro výkon svých funkcí, které zahrnují příjem, zpracování a odesílání různých typů signálů. Musí být také lehké a musí mít autonomii provozu.

Hlavní struktury jsou společné pro všechny umělé satelity, které podle pořadí mají několik subsystémů. Jsou namontovány v pouzdře vyrobené z kovu nebo jiných lehkých sloučenin, které slouží jako nosič a nazývají se autobusy.

V autobuse najdete:

- Centrální řídicí modul, který obsahuje počítač, se kterým jsou data zpracovávána.

- Přijímání a vysílání antén pro komunikaci a přenos dat rádiovými vlnami, jakož i dalekohledy, fotoaparáty a radary.

- Systém solárních panelů na křídlech pro získání potřebné energie a dobíjecích baterií, když je satelit ve stínu. V závislosti na oběžné dráze potřebují satelity asi 60 minut slunečního světla k dobití svých baterií, pokud jsou na nízké oběžné dráze. Vzdálenější satelity tráví mnohem více času vystaveným slunečnímu záření.

Vzhledem k tomu, že satelity tráví dlouhou dobu vystavenou tomuto záření, je zapotřebí ochranný systém, aby nedošlo k poškození jiných systémů.

Exponované části jsou velmi horké, zatímco ve stínu dosahují extrémně nízkých teplot, protože není dostatek atmosféry pro regulaci změn. Z tohoto důvodu je nutné, aby radiátory odstraňovaly teplo a hliníkové kryty, aby v případě potřeby šetřily teplo.

Druhy umělých satelitů

V závislosti na jejich trajektorii mohou být umělé satelity eliptické nebo kruhové. Každý satelit má samozřejmě přiřazenou orbitu, která je obecně ve stejném směru, jakým se Země otáčí, nazývá se asynchronní orbita. Pokud z nějakého důvodu satelit cestuje opačným způsobem, pak má retrográdní dráhu.

Podle gravitace se objekty pohybují v eliptických drahách podle Keplerových zákonů. Umělé satelity tomu neunikají, nicméně některé eliptické dráhy mají tak malou excentricitu, že je lze považovat za kruhové.

Oběžné dráhy mohou být také nakloněny vzhledem k zemskému rovníku. Při sklonu 0 ° jsou to rovníkové dráhy, pokud jsou 90 °, jsou to polární dráhy.

Nadmořská výška satelitu je také důležitým parametrem, protože mezi 1500 - 3000 km vysoký je první pás Al Allen, region, kterému je třeba se vyhnout kvůli jeho vysoké radiační rychlosti.

Obrázek 2. Oběžná dráha, nadmořská výška a rychlosti umělých satelitů. Nepoužívané satelity procházejí na orbitu hřbitova, i když na všech oběžných drahách jsou zbytky. Zdroj: Wikimedia Commons.

Satelitní oběžné dráhy

Oběžná dráha satelitu je vybrána podle mise, kterou má, protože existují více či méně příznivé výšky pro různé operace. Podle tohoto kritéria jsou satelity klasifikovány jako:

- LEO (Low Earth Orbit), jsou vysoké mezi 500 a 900 km a popisují okružní cestu s periodami přibližně 1 hodinu a půl a sklonem 90 °. Používají se pro mobilní telefony, faxy, osobní pagery, pro vozidla a pro lodě.

- MEO (Medium Earth Orbit), jsou v nadmořské výšce mezi 5 000–12 000 km, sklon 50 ° a přibližně 6 hodin. Jsou také zaměstnáni v mobilních telefonech.

- GEO (geosynchronní orbita Země) nebo geostacionární orbita, i když mezi oběma termíny existuje malý rozdíl. První může mít různý sklon, zatímco druhý je vždy na 0 °.

V každém případě jsou ve vysoké nadmořské výšce - více než 36 000 km -. Cestují po kruhových drahách v období 1 dne. Díky nim je mimo jiné k dispozici fax, dálková telefonie a satelitní televize.

Obrázek 3. Schéma drah umělých satelitů. 1) Země. 2) LEO. 3) MEO, 4) Geosynchronní oběžné dráhy. Zdroj: Wikimedia Commons.

Geostacionární satelity

Zpočátku měly komunikační satelity jiné období než rotace Země, ale to ztěžovalo umístění antén a komunikace byla ztracena. Řešením bylo umístit satelit do takové výšky, aby se jeho doba shodovala s dobou rotace Země.

Tímto způsobem družice obíhá společně se Zemí a zdá se, že je vůči ní pevná. Výška potřebná k umístění satelitu na geosynchronní oběžné dráze je 35786,04 km a je známá jako Clarkeho pás.

Výška orbity může být vypočtena stanovením období pomocí následujícího výrazu, odvozeného z Newtonova zákona univerzální gravitace a Keplerových zákonů:

Kde P je perioda, a je délka poloosy hlavní osy eliptické orbity, G je univerzální gravitační konstanta a M je hmotnost Země.

Protože tímto způsobem se orientace satelitu vzhledem k Zemi nemění, zaručuje to, že s ním bude vždy v kontaktu.

Nejdůležitější umělé satelity Země

Sputnik

Obrázek 4. Replika Sputniku, prvního umělého satelitu na oběžné dráze v historii. Zdroj: Wikimedia Commons.

Byl to první umělý satelit v historii lidstva, který byl v říjnu 1957 uveden na oběžnou dráhu bývalého Sovětského svazu. Po tomto satelitu následovaly další 3 v rámci programu Sputnik.

První Sputnik byl docela malý a lehký: hlavně 83 kg hliníku. Byl schopen vyzařovat frekvence mezi 20 a 40 MHz, byl na oběžné dráze po dobu tří týdnů, poté klesl na Zemi.

Repliky Sputniku lze vidět dnes v mnoha muzeích v Ruské federaci, Evropě a dokonce i v Americe.

Raketoplán

Další známou misí s posádkou byl kosmický dopravní systém STS nebo raketoplán, který byl v provozu od roku 1981 do roku 2011 a kromě dalších důležitých misí se kromě misí opravy ostatních satelitů.

Raketoplán měl asynchronní oběžnou dráhu a byl znovu použitelný, protože mohl přicházet a odcházet na Zemi. Z pěti trajektů byli dva spolu s posádkami náhodně zničeni: Challenger a Columbia.

GPS satelity

Globální poziční systém je všeobecně známý pro přesnou lokalizaci lidí a objektů kdekoli na světě. Síť GPS sestává z nejméně 24 vysokých výškových družic, z nichž vždy jsou ze Země viditelné 4 satelity.

Jsou na oběžné dráze v nadmořské výšce 20 000 km a jejich doba je 12 hodin. GPS používá matematickou metodu podobnou triangulaci k hodnocení polohy objektů, tzv. Trilaterace.

GPS se neomezuje pouze na lokalizaci osob nebo vozidel, ale je užitečný také pro kartografii, geodézii, geodézii, záchranné operace a sportovní praktiky, mimo jiné důležité aplikace.

Hubbleův vesmírný dalekohled

Jedná se o umělý satelit, který nabízí nesrovnatelné nikdy předtím neviděné obrazy sluneční soustavy, hvězd, galaxií a vzdáleného vesmíru, aniž by zemská atmosféra nebo světelné znečištění blokovalo nebo narušovalo vzdálené světlo.

Obrázek 5. Pohled na Hubbleův vesmírný dalekohled. Zdroj: NASA prostřednictvím Wikimedia Commons.

Proto jeho zahájení v roce 1990 bylo nejpozoruhodnějším pokrokem v astronomii v nedávné době. Hubbleův obrovský 11tunový válec sedí v nadmořské výšce 548 km obíhající kolem Země kruhovým pohybem s periodou 96 minut.

Očekává se, že bude deaktivován mezi lety 2020 a 2025 a bude nahrazen kosmickým dalekohledem James Webb.

Mezinárodní vesmírná stanice

Známá jako ISS (International Space Station), je to oběžná výzkumná laboratoř, spravovaná pěti vesmírnými agenturami po celém světě. Doposud jde o největší umělý satelit na světě.

Na rozdíl od ostatních satelitů jsou ve vesmírné stanici na palubě lidé. Kromě pevné posádky nejméně dvou astronautů byla stanice dokonce navštěvována turisty.

Účel stanice je primárně vědecký. Má 4 laboratoře, ve kterých se zkoumají účinky nulové gravitace a provádějí se astronomická, kosmologická a klimatická pozorování, jakož i různé experimenty v biologii, chemii a vlivu záření na různé systémy.

Chandra

Tento umělý satelit je observatoř pro detekci rentgenových paprsků, které jsou absorbovány zemskou atmosférou, a proto nemohou být studovány z povrchu. NASA to uvedla na oběžné dráze v roce 1999 prostřednictvím raketoplánu Columbia.

Iridiové komunikační satelity

Vytvářejí síť 66 satelitů v nadmořské výšce 780 km na oběžné dráze typu LEO s dobou trvání 100 minut. Byly navrženy telefonní společností Motorola, aby poskytovaly telefonní komunikaci na nepřístupných místech. Je to však velmi nákladná služba.

Satelitní systém Galileo

Je to polohovací systém vyvinutý Evropskou unií, ekvivalentní GPS a pro civilní použití. V současné době provozuje 22 satelitů, ale stále je ve výstavbě. Je schopen lokalizovat osobu nebo předmět s přesností 1 metr v otevřené verzi a je interoperabilní se satelity systému GPS.

Série Landsat

Jsou to satelity speciálně určené pro pozorování zemského povrchu. Svou práci zahájili v roce 1972. Mimo jiné mají na starosti mapování terénu, zaznamenávání informací o pohybu ledu na pólech a rozsahu lesů, jakož i průzkum těžby.

Glonass systém

Je to geolokační systém Ruské federace, ekvivalentní GPS a síti Galileo.

Pozorování umělých satelitů

Umělé satelity mohou amatéry vidět na Zemi, protože odrážejí sluneční světlo, a mohou být viděny jako světelné body, i když Slunce zapadlo.

Chcete-li je vyhledat, je vhodné nainstalovat do telefonu jednu z aplikací družicového vyhledávání nebo konzultovat internetové stránky, které sledují satelity.

Například Hubbleův vesmírný dalekohled může být viditelný pouhým okem nebo ještě lépe, s dobrým dalekohledem, pokud víte, kde hledat.

Příprava na pozorování satelitů je stejná jako na pozorování meteorických sprch. Nejlepší výsledky se dosahují za velmi tmavých a jasných nocí, bez mraků a bez Měsíce, nebo s nízkým měsícem na obzoru. Čím dál od světelného znečištění, tím lépe budete muset přinést teplé oblečení a teplé nápoje.

Reference

1. Evropská kosmická agentura. Satelity. Obnoveno z: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Principy s aplikacemi. 6. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Astronomy for Dummies.
4. HRNEC. O Hubbleově kosmickém dalekohledu. Obnoveno z: nasa.gov.
5. Co jsou umělé satelity a jak fungují? Obnoveno z: youbioit.com
6. Wikiverzita. Umělé satelity. Obnoveno z: es.wikiversity.org.