» » » » » » » Sateliți artificiali

Sateliți artificiali

postat în: Gravitația, Mecanica | 0

Soyuz TMA-7 (Soyuz TMA-7)

În contextul zborului spațial, un satelit este un obiect artificial care a fost intenționat plasat pe orbită. Astfel de obiecte sunt denumite uneori sateliți artificiali pentru a le distinge de sateliții naturali, cum ar fi Luna Pământului.

În 1957, Uniunea Sovietică a lansat primul satelit artificial din lume, Sputnik 1. De atunci, au fost lansați aproximativ 6.600 de sateliți din mai mult de 40 de țări. Conform estimărilor din 2013, 3600 au rămas pe orbită. Dintre acestea, circa 1000 au fost operaționali; în timp ce restul și-au trăit viețile utile și au devenit resturi spațiale. Aproximativ 500 de sateliți operaționali se află pe orbita inferioară a Pământului, 50 pe orbita medie a Pământului (la 20.000 km), iar restul pe orbită geostaționară (la 36.000 km). Câțiva sateliți mari au fost lansați din mai multe subsisteme și asamblați pe orbită. Peste o duzină de sonde spațiale au fost plasate în orbită în jurul altor corpuri și au devenit sateliți artificiali la Lună, Mercur, Venus, Marte, Jupiter, Saturn, câțiva asteroizi, o cometă și Soarele.

(Flota NASA de sateliți pentru monitorizarea pământului, martie 2015):

Sateliți sunt utilizați în mai multe scopuri. Tipurile comune includ sateliți de observare a teritoriului în scopuri militare și civile, sateliți de comunicații, sateliți de navigație, sateliți meteorologici și telescoape spațiale. Stațiile spațiale și navele spațiale umane pe orbită sunt, de asemenea, sateliți. Orbitele sateliților variază foarte mult, în funcție de scopul satelitului, și sunt clasificate în mai multe moduri. Clasele bine cunoscute (care se suprapun) includ orbita pământului, orbita polară și orbita geostaționară.

Un vehicul de lansare este o rachetă care plasează un satelit pe orbită. De obicei, se ridică de pe o platformă de lansare pe uscat. Unele sunt lansate de pe mare dintr-un submarin sau o platformă maritimă mobilă, sau la bordul unui avion.

Sateliții sunt, de obicei, sisteme semi-independente controlate de calculator. Subsistemele sateliților participa la multe sarcini, cum ar fi generarea de energie electrica, controlul termic, telemetria, controlul atitudinii si controlul orbitei.

Zborul orbital

Space Shuttle Discovery(Rachete Space Shuttle Discovery la viteza orbitală, văzute imediat după separarea de propulsor.)

Un zbor spațial orbital (sau zbor orbital) este un zbor în care o navă spațială este plasată pe o traiectorie unde ar putea rămâne în spațiu pentru cel puțin o orbită. Pentru a face acest lucru în jurul Pământului, acesta trebuie să fie pe o traiectorie liberă, care are o altitudine la perigeu (altitudinea cea mai apropiată) de peste 100 km; aceasta este, cel puțin ca o convenție, limita spațiului. A rămâne în orbită la această altitudine necesită o viteză orbitală de ~ 7,8 km/s. Viteza orbitală este mai lentă pentru orbite mai mari, dar atingerea acestora necesită un delta-v (impuls) mai mare.

Datorită frânării atmosferice, cea mai mică altitudine la care un obiect dintr-o orbită circulară poate realiza cel puțin o revoluție completă fără propulsie este de aproximativ 150 km.

Expresia „zbor spațial orbital” este folosită în cea mai mare parte pentru a se distinge de zborurile sub-orbitale ale spațiului, care sunt zboruri în care apogeul unei nave spațiale ajunge în spațiu, dar perigeul este prea mic.

Lansarea pe orbită

Zborul spațial orbital de pe Pământ a fost realizat doar cu vehicule de lansare care utilizează motoare cu rachete pentru propulsie. Pentru a ajunge pe orbită, racheta trebuie să transmită încărcăturii utile un delta-v de aproximativ 9,3-10 km/s. Această valoare este în principal (~ 7,8 km/s) pentru accelerația orizontală necesară pentru a atinge viteza orbitală, dar îinând cont de rezistența atmosferică (aproximativ 300 m/s cu coeficientul balistic al unui vehicul de 20 m alimentat), influența gravitației (în funcție de timpul de ardere și detalii ale traiectoriei și vehiculului de lansare) și obținerea altitudinii.

Principala tehnică dovedită presupune lansarea aproape verticală pe câțiva kilometri în timp ce se efectuează o manevră folosindu-se de atracția gravitațională, și apoi aplatizarea progresivă a traiectoriei la o altitudine de 170+ km și accelerarea pe o traiectorie orizontală (cu racheta înclinată în sus pentru a lupta împotriva gravitației și pentru a menține altitudinea ) pentru o ardere de 5-8 minute până cand viteza orbitală este atinsă. În prezent, sunt necesare 2-4 etape pentru a atinge delta-v necesar. Cele mai multe lansări sunt prin sisteme de lansare consumabile.

Racheta Pegasus pentru sateliți mici se lansează de pe o aeronavă la o altitudine de 12 km.

Au fost folosite multe metode propuse pentru realizarea zborului spațial orbital care are potențialul de a fi mult mai accesibil decât rachetele. Unele dintre aceste idei, cum ar fi ascensorul spațial și rotovatorul, necesită materiale noi mult mai puternice decât cele cunoscute în prezent. Alte idei propuse includ acceleratoarele de la sol, cum ar fi buclele de lansare, avioanele spațiale asistate de rachete, cum ar fi motoarele de reacție Skylon, avioane spațiale alimentate cu scramjet sau folosind motor RBCC. Lansarea ca un proiectil a fost propusă pentru cargo.

Începând cu anul 2015, SpaceX au demonstrat progrese semnificative în abordarea mai incrementală a reducerii costului zborului spațial orbital. Potențialul lor de reducere a costurilor vine în principal de la aterizarea propulsivă de pionierat cu stația de rachetă reutilizabilă, precum și capsula lor Dragon, dar include și reutilizarea celorlalte componente, cum ar fi forma frontală conică și utilizarea tipăririi 3D a unui superaliaj pentru a construi mai eficient motoare de rachetă, cum ar fi SuperDraco. Etapele inițiale ale acestor îmbunătățiri ar putea reduce costul unei lansări orbitale cu un ordin de mărime.

Stabilitate

Stația Spațială Internațională(Stația Spațială Internațională în timpul urcării sale pe orbita Pământului în 2001. Trebuie să fie re-propulsată periodic pentru a-și menține orbita)

Un obiect pe orbită la o altitudine mai mică de aproximativ 200 km este considerat instabil din cauza frânării atmosferice. Pentru ca un satelit să fie într-o orbită stabilă (adică durabilă pentru mai mult de câteva luni), 350 km este o altitudine mai standard pentru o orbită a Pământului joasă. De exemplu, la 1 februarie 1958 satelitul Explorer 1 a fost lansat pe o orbită cu un perigeu de 358 kilometri. A rămas în orbită mai mult de 12 ani înainte de reintrarea în atmosferă peste Oceanul Pacific la 31 martie 1970.

Cu toate acestea, comportamentul exact al obiectelor pe orbită depinde de altitudine, de coeficientul lor balistic și de detaliile privind vremea în spațiu care poate afecta înălțimea atmosferei superioare.

Orbite

Există trei „benzi” principale de orbite în jurul Pământului: orbita Pământului joasă, orbita medie a Pământului și orbita geostaționară.

Datorită mecanicii orbitale, orbitele se află într-un anumit plan, în mare măsură fix, în jurul Pământului, care coincide cu centrul Pământului și poate fi înclinat în raport cu ecuatorul. Pământul se rotește în jurul axei sale pe orbita sa, iar mișcarea relativă a navei spațiale și mișcarea suprafeței Pământului determină poziția în care nava spațială apare în cer de la sol și care părți ale Pământului sunt vizibile de pe nava spațială.

Este posibilă calcularea unei zone de la sol deasupra căreia se găsește o navă spațială la u moment dat, și acest lucru este util pentru a ajuta la vizualizarea orbitei.

Manevre orbitale

Misiunea Skylab s-a cuplat la stația spațială Skylab(Misiunea Skylab s-a cuplat la stația spațială Skylab)

În zborul spațial, o manevră orbitală constă în utilizarea sistemelor de propulsie pentru a schimba orbita unei nave spațiale. Pentru nave spațiale departe de Pământ – de exemplu, cele care se află în orbite în jurul Soarelui – o manevră orbitală se numește manevră spațială profundă.

Deorbitarea și reintrarea

Vehiculele spațiale (inclusiv toate ambarcațiunile potențial cu echipaj uman) trebuie să găsească o modalitate de a încetini cât mai mult posibil, în timp ce se află încă în straturile atmosferice superioare și pentru a evita lovirea de Pământ sau arderea. Pentru multe zboruri spațiale orbitale, decelerarea inițială este asigurată prin retrofigurarea motoarelor de rachetă ale navei, perturbând orbita (prin scăderea perigeului în atmosferă) pe o traiectorie suborbitală. Multe nave spațiale în orbită joasă (de exemplu, nanosateliți sau nave spațiale care au fost deplasate în afara stației păstrarea combustibilului sau sunt nefuncționale) rezolvă problema de decelerare de la viteze orbitale prin frânarea atmosferică (aerodinamică) pentru a oferi decelerarea inițială. În toate cazurile, odată ce decelerarea inițială a scăzut perigeul orbital în mezosferă, toate navele pierd cea mai mare parte a vitezei rămase și, prin urmare, energia cinetică, prin efectul de frânare atmosferică cu ajutorul sistemului de frânare.

Sistemul de frânare intenționat se realizează prin orientarea inversă ambarcațiunii, astfel încât să aibă scuturile de căldură spre atmosferă pentru a se proteja împotriva temperaturilor ridicate generate de comprimarea atmosferică și frecarea cauzată de trecerea prin atmosferă la viteze hipersonice. Energia termică este disipată în principal prin comprimarea încălzirii aerului într-o undă de șoc înaintea vehiculului, folosind o formă de protecție împotriva căldurii, cu scopul de a minimiza căldura care intră în vehicul.

Zborurile spațiale sub-orbitale, fiind la o viteză mult mai mică, nu generează o căldură la fel de mare la reintrare.

Chiar dacă obiectele orbite sunt consumabile, majoritatea autorităților spațiale recomandă reintrarea controlată pentru a minimiza pericolul pentru vieți și proprietăți de pe planetă.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *