Изкуственият сателит е чудо на технологията и инженерството. Само помислете какво трябва да разберат учените, за да се случи това: първо има гравитация, после всеобхватни познания по физика и разбира се самата природа на орбитите. Така че наистина въпросът как спътниците да останат в орбита е многодисциплинарен, който включва много технически и академични знания.
Първо, за да разберем как спътник обикаля около Земята, важно е да разберем какво включва орбитата. Йохан Кеплер е първият, който точно описва математическата форма на орбитите на планетите. Докато орбитите на планетите около Слънцето и Луната около Земята се смятаха за идеално кръгли, Кеплер се натъкна на концепцията за елиптични орбити. За да може един обект да остане в орбита около Земята, той трябва да има достатъчно скорост, за да прибере пътя си. Това е толкова вярно за естествен сателит, колкото и за изкуствен. От откритието на Кеплер учените също успяха да заключат, че колкото по-близо е един спътник до обект, толкова по-силна е силата на привличане, следователно той трябва да пътува по-бързо, за да поддържа орбита.
Следва разбиране на самата гравитация. Всички обекти притежават гравитационно поле, но само при особено големи обекти (т.е. планети) тази сила се усеща. В случая на Земята гравитационното дърпане се изчислява на 9,8 m / s2. Това обаче е конкретен случай на повърхността на планетата. При изчисляване на обекти в орбита около Земята се прилага формулата v = (GM / R) 1/2, където v е скоростта на спътника, G е гравитационната константа, M е масата на планетата и R е разстоянието от центъра на Земята. Разчитайки на тази формула, можем да видим, че скоростта, необходима за орбита, е равна на квадратния корен на разстоянието от обекта до центъра на Земята, пъти ускорението поради гравитацията на това разстояние. Така че, ако искахме да поставим сателит в кръгова орбита на 500 км над повърхността (това, което учените биха нарекли LEO с ниска земна орбита), той ще се нуждае от скорост ((6.67 x 10-11 * 6.0 x 1024) / ( 6900000)) 1/2 или 7615,77 m / s. Колкото по-голяма е височината, толкова по-малка е необходимата скорост за поддържане на орбитата.
Така че наистина, способността на сателитите да поддържа своята орбита се свежда до баланс между два фактора: скоростта му (или скоростта, с която ще се движи по права линия), и гравитационното дърпане между спътника и планетата, която орбитира. Колкото по-висока е орбитата, толкова по-малка е скоростта. Колкото по-близо е орбитата, толкова по-бързо трябва да се придвижи, за да гарантира, че тя не пада обратно на Земята.
Написахме много статии за спътници за Space Magazine. Ето статия за изкуствените спътници и тук за геосинхронна орбита.
Ако искате повече информация за спътниците, разгледайте тези статии:
Орбитални обекти
Списък на спътниците в геостационарна орбита
Записахме и епизод на Astronomy Cast за космическата совалка. Слушайте тук, Епизод 127: Космическият совал в САЩ.
Източници:
http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite
http://science.howstuffworks.com/satellite6.htm
http://www.bu.edu/satellite/classroom/lesson05-2.html
http://library.thinkquest.org/C007258/Keep_Orbit.htm#
