SATELIȚI ARTIFICIALI: PENTRU CE SUNT EI, CUM FUNCȚIONEAZĂ, TIPURI, IMPORTANȚI - ARTE - 2025

De sateliți sunt vehicule sau dispozitive construite special pentru a fi lansat în spațiul fără echipaj, pentru a orbita in jurul Pamantului sau un alt corp ceresc.

Primele idei despre construirea sateliților artificiali au venit de la autori de ficțiune științifică, de exemplu Jules Verne și Arthur C. Clark. Acesta din urmă era un ofițer radar în Royal Air Force și, la sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial, a conceput ideea de a utiliza trei sateliți pe orbită în jurul Pământului pentru a menține o rețea de telecomunicații.

Figura 1. Satelit artificial orbitând pe Pământ. Sursa: Wikimedia Commons.

La acel moment, mijloacele nu erau încă disponibile pentru a pune un satelit pe orbită. Au mai avut nevoie de câțiva ani pentru ca armata Statelor Unite să producă primele comunicații prin satelit la începutul anilor '50.

Cursa spațială dintre Statele Unite și Uniunea Sovietică a impulsionat industria artificială a sateliților. Primul plasat cu succes pe orbită a fost satelitul sovietic Sputnik în 1957 și a emis semnale în intervalul 20-40 MHz.

Aceasta a fost urmată de lansarea Echo I de către Statele Unite, în scopuri de comunicare. De atunci, numeroase lansări pe orbită au fost reușite de ambele puteri și, ulterior, multe țări s-au alăturat noii tehnologii.

Pentru ce sunt sateliții artificiali?

-In telecomunicatii, pentru retransmiterea mesajelor radio, televiziune si telefon mobil.

-În cercetarea științifică și meteorologică, incluzând cartografia și observațiile astronomice.

-În scopuri de informații militare.

-Pentru utilizări de navigație și locație, GPS-ul (Sistem de poziționare globală) este unul dintre cele mai cunoscute.

-Pentru a monitoriza suprafața terenului.

-În stațiile spațiale, proiectate pentru a experimenta viața în afara Pământului.

Cum funcționează?

În Principia sa, Isaac Newton (1643-1727) a stabilit ceea ce era necesar pentru a plasa un satelit pe orbită, deși în loc de satelit, el a folosit ca exemplu o bilă de tun tras din vârful unui deal.

Aruncat cu o anumită viteză orizontală, glonțul urmărește traiectoria parabolică obișnuită. Creșterea vitezei, distanța orizontală devine din ce în ce mai mare, ceva care a fost clar. Dar o anumită viteză va determina glonțul să intre pe orbită în jurul Pământului?

Pământul se curbă de la o linie tangentă la suprafață, în ritm de 4,9 m pentru fiecare 8 km. Orice obiect eliberat din repaus va cădea 4,9 m în prima secundă. Prin urmare, atunci când trageți glonțul pe orizontală dintr-un vârf cu o viteză de 8 km / s, acesta va cădea 4,9 m în prima secundă.

Dar Pământul va fi, de asemenea, coborât cu 4,9 m în acea perioadă, în timp ce se curbă sub bile de tun. Aceasta continuă să se miște orizontal, acoperind cei 8 km și ar rămâne la aceeași înălțime față de Pământ în timpul acelei secunde.

Desigur, același lucru se întâmplă după următoarea secundă și în toate secundele succesive, transformând glonțul într-un satelit artificial, fără nici o propulsie suplimentară, atât timp cât nu există fricțiuni.

Cu toate acestea, frecarea cauzată de rezistența la aer este inevitabilă, motiv pentru care este necesară o rachetă de rapel.

Racheta ridică satelitul la o înălțime mare, unde atmosfera mai subțire oferă o rezistență mai mică și îi oferă viteza orizontală necesară.

O astfel de viteză trebuie să fie mai mare de 8 km / s și mai mică de 11 km / s. Aceasta din urmă este viteza de evacuare. Proiectat cu această viteză, satelitul ar abandona influența gravitațională a Pământului, intrând în spațiu.

Structura artificială a satelitului

Sateliții artificiali conțin diferite mecanisme complexe pentru a-și îndeplini funcțiile, care implică primirea, procesarea și trimiterea diferitelor tipuri de semnale. De asemenea, ele trebuie să fie ușoare și să aibă autonomie de funcționare.

Structurile principale sunt comune tuturor sateliților artificiali, care la rândul lor au mai multe subsisteme în funcție de scop. Sunt montate într-o carcasă din metal sau alți compuși ușori, care servește ca suport și se numește autobuz.

În autobuz puteți găsi:

- Modulul central de control, care conține computerul, cu care sunt prelucrate datele.

- Primirea și transmiterea antenelor pentru comunicații și transmisii de date prin unde radio, precum și telescoape, camere și radare.

- Un sistem de panouri solare pe aripi, pentru a obține energia necesară și bateriile reîncărcabile atunci când satelitul este la umbră. În funcție de orbită, sateliții au nevoie de aproximativ 60 de minute de lumină solară pentru a-și reîncărca bateriile, dacă sunt pe orbită joasă. Sateliții mai îndepărtați petrec mult mai mult timp expus radiațiilor solare.

Întrucât sateliții petrec o lungă perioadă de timp expusă acestei radiații, este necesar un sistem de protecție pentru a evita deteriorarea altor sisteme.

Părțile expuse se încălzesc foarte mult, în timp ce la umbră ating temperaturi extrem de scăzute, deoarece nu există suficientă atmosferă pentru a regla modificările. Din acest motiv, caloriferele trebuie să elimine căldura și capacele de aluminiu pentru a economisi căldura atunci când este necesar.

Tipuri de sateliți artificiali

În funcție de traiectoria lor, sateliții artificiali pot fi eliptici sau circulari. Desigur, fiecare satelit are o orbită atribuită, care este în general în aceeași direcție în care se rotește Pământul, numită orbită asincronă. Dacă din anumite motive, satelitul circulă invers, atunci are o orbită retrogradă.

Sub gravitație, obiectele se mișcă pe căi eliptice conform legilor lui Kepler. Sateliții artificiali nu scapă de acest lucru, cu toate acestea, unele orbite eliptice au o excentricitate atât de mică încât pot fi considerate circulare.

Orbitele pot fi, de asemenea, înclinate cu privire la ecuatorul Pământului. La o înclinație de 0º sunt orbite ecuatoriale, dacă sunt 90 ° sunt orbite polare.

Altitudinea satelitului este, de asemenea, un parametru important, deoarece între 1500 - 3000 km înălțime este prima centură Van Allen, o regiune care trebuie evitată datorită ratei mari de radiații.

Figura 2. Orbitele, altitudinile și viteza sateliților artificiali. Satelitele în uz trec pe orbita cimitirului, deși există rămășițe pe toate orbitele. Sursa: Wikimedia Commons.

Orbite prin satelit

Orbita satelitului este aleasă în funcție de misiunea pe care o are, deoarece există înălțimi mai mult sau mai puțin favorabile pentru diferite operațiuni. Conform acestui criteriu, sateliții sunt clasificați în:

- LEO (Low Orbit Earth) , au o înălțime cuprinsă între 500 și 900 km și descriu o cale circulară, cu perioade de aproximativ 1 oră și jumătate și o înclinație de 90 °. Sunt utilizate pentru telefoane mobile, faxuri, pagere personale, pentru vehicule și pentru bărci.

- MEO (Orbita Pământului Mediu) , se află la o altitudine cuprinsă între 5000-12000 km, înclinația de 50º și o perioadă de aproximativ 6 ore. De asemenea, sunt angajați în telefoanele mobile.

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit) , sau orbită geostationară, deși există o mică diferență între cei doi termeni. Primele pot avea o înclinație variabilă, în timp ce ultimele sunt întotdeauna la 0º.

În orice caz, se află la o altitudine mare -36.000 km mai mult sau mai puțin-. Ei călătoresc pe orbite circulare în perioade de 1 zi. Datorită acestora, fax, telefonie la distanță lungă și televiziune prin satelit sunt disponibile, printre alte servicii.

Figura 3. Diagrama orbitelor sateliților artificiali. 1) Pământ. 2) LEO. 3) MEO, 4) Orbite geosincrone. Sursa: Wikimedia Commons.

Sateliti geostationari

La început sateliții de comunicații au avut perioade diferite decât rotația Pământului, dar acest lucru a făcut dificilă poziționarea antenelor și pierderea comunicării. Soluția a fost să așezați satelitul la o înălțime astfel încât perioada sa să coincidă cu cea a rotației Pământului.

În acest fel, satelitul orbitează împreună cu Pământul și pare să fie fixat în raport cu acesta. Înălțimea necesară pentru a plasa un satelit pe orbita geosincronă este de 35786,04 km și este cunoscută sub numele de centura Clarke.

Înălțimea orbitei poate fi calculată prin stabilirea perioadei, folosind următoarea expresie, derivată din Legea lui Newton a gravitației universale și legile lui Kepler:

Unde P este perioada, a este lungimea axei semi-majore a orbitei eliptice, G este constanta gravitationala universala si M este masa Pamantului.

Deoarece în acest fel, orientarea satelitului față de Pământ nu se schimbă, aceasta garantează că va avea mereu contact cu acesta.

Cei mai importanți sateliți artificiali ai Pământului

Sputnik

Figura 4. Replica lui Sputnik, primul satelit artificial din orbită din istorie. Sursa: Wikimedia Commons.

A fost primul satelit artificial din istoria omenirii, pus pe orbită de fosta Uniune Sovietică în octombrie 1957. Acest satelit a fost urmat de încă 3, ca parte a programului Sputnik.

Primul Sputnik a fost destul de mic și ușor: 83 kg de aluminiu în principal. Era capabil să emită frecvențe între 20 și 40 MHz. A fost pe orbită timp de trei săptămâni, după care a căzut pe Pământ.

Replicile Sputnikului pot fi văzute astăzi în multe muzee din Federația Rusă, Europa și chiar America.

Navetă spațială

O altă misiune binecunoscută cu echipaj a fost sistemul de transport spațial STS sau naveta spațială, care a fost în funcțiune din 1981 până în 2011 și a participat, printre alte misiuni importante, la lansarea telescopului spațial Hubble și a stației spațiale internaționale, pe lângă misiunile de repararea altor sateliți.

Naveta spațială avea o orbită asincronă și era refolosibilă, deoarece putea veni și a pleca pe Pământ. Dintre cele cinci feriboturi, două au fost distruse accidental împreună cu echipajele lor: Challengerul și Columbia.

Sateliti GPS

Sistemul de poziționare globală este foarte cunoscut pentru localizarea precisă a persoanelor și obiectelor oriunde pe glob. Rețeaua GPS este formată din cel puțin 24 de sateliți de mare altitudine, dintre care există întotdeauna 4 sateliți vizibili de pe Pământ.

Sunt pe orbită la o altitudine de 20.000 km, iar perioada lor este de 12 ore. GPS-ul utilizează o metodă matematică similară cu triangulația pentru a evalua poziția obiectelor, numită trilaterare.

GPS-ul nu se limitează la localizarea de persoane sau vehicule, dar este util și pentru cartografie, sondaj, geodezie, operațiuni de salvare și practici sportive, printre alte aplicații importante.

Telescopul spațial Hubble

Este un satelit artificial care oferă imagini incomparabile niciodată văzute ale sistemului solar, stelelor, galaxiilor și universului îndepărtat, fără ca atmosfera Pământului sau poluarea luminii să blocheze sau să distorsioneze lumina îndepărtată.

Figura 5. Vedere a telescopului spațial Hubble. Sursa: NASA prin Wikimedia Commons.

Prin urmare, lansarea sa în 1990 a fost cel mai remarcabil avans în astronomie din ultimele timpuri. Uriașul cilindru de 11 tone al lui Hubble se află la o altitudine de 548 km de orbitare a Pământului într-o mișcare circulară, cu o perioadă de 96 de minute.

Se preconizează că va fi dezactivat între 2020 și 2025, fiind înlocuit de telescopul spațial James Webb.

Statia Spatiala Internationala

Cunoscută sub denumirea de ISS (Stația Spațială Internațională), este un laborator de cercetare orbitant, gestionat de cinci agenții spațiale din întreaga lume. Până acum este cel mai mare satelit artificial existent.

Spre deosebire de restul sateliților, în stația spațială există ființe umane la bord. Pe lângă echipajul fix al cel puțin doi astronauți, stația a fost chiar vizitată de turiști.

Scopul stației este în primul rând științific. Are 4 laboratoare în care se investighează efectele gravitației zero și se efectuează observații astronomice, cosmologice și climatice, precum și diverse experimente în biologie, chimie și influența radiațiilor asupra diferitelor sisteme.

Chandra

Acest satelit artificial este un observator pentru detectarea razelor X, care sunt absorbite de atmosfera Pământului și, prin urmare, nu pot fi studiate de la suprafață. NASA a pus-o pe orbită în 1999 prin intermediul navetei spațiale Columbia.

Sateliti de comunicare Iridium

Ele alcătuiesc o rețea de 66 de sateliți la o altitudine de 780 km pe orbitele de tip LEO, cu o perioadă de 100 de minute. Acestea au fost concepute de compania de telefonie Motorola pentru a furniza comunicații telefonice în locuri inaccesibile. Cu toate acestea, este un serviciu cu costuri foarte mari.

Sistemul satelit Galileo

Este sistemul de poziționare dezvoltat de Uniunea Europeană, echivalent cu GPS și pentru uz civil. În prezent are 22 de sateliți care funcționează, dar este încă în construcție. Este capabil să localizeze o persoană sau un obiect cu o precizie de 1 metru în versiunea deschisă și este interoperabil cu sateliții sistemului GPS.

Seria Landsat

Sunt sateliți special concepuți pentru observarea suprafeței pământului. Și-au început activitatea în 1972. Printre altele, ei sunt responsabili de cartografierea terenului, de înregistrarea informațiilor despre mișcarea gheții la stâlpi și întinderea pădurilor, precum și de prospectarea minelor.

Sistem glonass

Este sistemul de geolocalizare al Federației Ruse, echivalent cu GPS și rețeaua Galileo.

Observarea sateliților artificiali

Sateliții artificiali pot fi văzuți de pe Pământ de amatori, deoarece reflectă lumina soarelui și pot fi văzuți ca puncte de lumină, chiar dacă Soarele a apus.

Pentru a le localiza, este recomandabil să instalați una dintre aplicațiile de căutare prin satelit pe telefon sau să consultați site-urile de internet care urmăresc sateliții.

De exemplu, Telescopul spațial Hubble poate fi vizibil cu ochiul liber, sau mai bine cu binoclul bun, dacă știi unde să arăți.

Pregătirile pentru observarea sateliților sunt aceleași ca pentru observarea ploilor de meteori. Cele mai bune rezultate sunt obținute în nopți foarte întunecate și senine, fără nori și fără lună sau cu luna joasă la orizont. Cu cât este mai departe de poluarea ușoară cu atât mai bine, trebuie să aduci și haine calde și băuturi calde.

Referințe

1. Agenția Spațială Europeană Sateliții. Recuperat din: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fizică: Principii cu aplicații. 6-a. Sala Ed Prentice.
3. Maran, S. Astronomie pentru manechine.
4. OALĂ. Despre telescopul spațial Hubble. Recuperat din: nasa.gov.
5. Ce sunt sateliții artificiali și cum funcționează? Recuperat de la: youbioit.com
6. Wikiversitate. Sateliti artificiali. Recuperat de la: es.wikiversity.org.