So wie die Sitze in einem Theater unterschiedliche Perspektiven auf eine Aufführung bieten, bieten die unterschiedlichen Umlaufbahnen der Satelliten eine Perspektive, die jeweils einem anderen Zweck dient. Einige scheinen über einem Punkt auf der Oberfläche zu schweben und bieten einen konstanten Blick auf eine Seite der Erde, während andere unseren Planeten umkreisen und an einem Tag viele Orte überfliegen.

Orbit-Typen

In welcher Höhe fliegen Satelliten? Es gibt 3 Arten von Erdumlaufbahnen: hoch, mittel und niedrig. In der Regel befinden sich viele Wetter- und einige Kommunikationssatelliten auf der Höhe, die am weitesten von der Oberfläche entfernt ist. Zu den Satelliten, die sich in einer mittleren erdnahen Umlaufbahn drehen, gehören Navigations- und Spezialsatelliten, die zur Überwachung einer bestimmten Region entwickelt wurden. Die meisten wissenschaftlichen Raumfahrzeuge, einschließlich der Flotte des NASA Earth Observation System, befinden sich in einer niedrigen Umlaufbahn.

Die Geschwindigkeit, mit der Satelliten fliegen, hängt von der Geschwindigkeit ihrer Bewegung ab. Je näher wir der Erde kommen, desto stärker wird die Schwerkraft und die Bewegung beschleunigt sich. Beispielsweise benötigt der Aqua-Satellit der NASA etwa 99 Minuten, um unseren Planeten in einer Höhe von etwa 705 km zu umfliegen, während ein meteorologischer Apparat in 35.786 km Entfernung von der Oberfläche 23 Stunden, 56 Minuten und 4 Sekunden benötigt. In einer Entfernung von 384.403 km vom Erdmittelpunkt vollzieht der Mond in 28 Tagen eine Umdrehung.

Aerodynamisches Paradoxon

Die Änderung der Höhe eines Satelliten ändert auch seine Umlaufgeschwindigkeit. Hier liegt ein Paradoxon vor. Wenn der Betreiber eines Satelliten seine Geschwindigkeit erhöhen möchte, kann er nicht einfach die Triebwerke starten, um ihn zu beschleunigen. Dies erhöht die Umlaufbahn (und Höhe), was zu einer Verringerung der Geschwindigkeit führt. Stattdessen sollten die Triebwerke in die entgegengesetzte Richtung der Fahrtrichtung des Satelliten abgefeuert werden, d. h. eine Aktion, die auf der Erde ein sich bewegendes Fahrzeug verlangsamen würde. Diese Aktion bewegt es nach unten, was die Geschwindigkeit erhöht.

Orbit-Eigenschaften

Neben der Höhe ist die Bahn eines Satelliten durch Exzentrizität und Neigung gekennzeichnet. Die erste bezieht sich auf die Form der Umlaufbahn. Ein Satellit mit geringer Exzentrizität bewegt sich auf einer nahezu kreisförmigen Bahn. Die exzentrische Umlaufbahn hat die Form einer Ellipse. Die Entfernung des Raumfahrzeugs zur Erde hängt von seiner Position ab.

Die Neigung ist der Winkel der Umlaufbahn in Bezug auf den Äquator. Ein Satellit, der direkt über dem Äquator umkreist, hat keine Neigung. Wenn ein Raumschiff den Nord- und Südpol (geographisch, nicht magnetisch) passiert, beträgt seine Neigung 90°.

Alles zusammen – Höhe, Exzentrizität und Neigung – bestimmen die Bewegung des Satelliten und wie die Erde aus seiner Sicht aussehen wird.

hoch in der Nähe der Erde

Wenn ein Satellit genau 42.164 km vom Erdmittelpunkt (etwa 36.000 km von der Oberfläche entfernt) erreicht, tritt er in eine Zone ein, in der seine Umlaufbahn der Rotation unseres Planeten entspricht. Da sich das Fahrzeug mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde bewegt, d. h. seine Umlaufzeit 24 Stunden beträgt, scheint es über einen einzigen Längengrad an Ort und Stelle zu bleiben, obwohl es von Norden nach Süden driften kann. Diese spezielle hohe Umlaufbahn wird als geosynchron bezeichnet.

Der Satellit bewegt sich auf einer Kreisbahn direkt über dem Äquator (Exzentrizität und Neigung sind Null) und steht relativ zur Erde still. Es befindet sich immer über demselben Punkt seiner Oberfläche.

Die Molniya-Umlaufbahn (Neigung 63,4°) wird für die Beobachtung in hohen Breiten verwendet. Geostationäre Satelliten sind an den Äquator gebunden und eignen sich daher nicht für Regionen im äußersten Norden oder Süden. Diese Umlaufbahn ist ziemlich exzentrisch: Das Raumschiff bewegt sich in einer langgestreckten Ellipse, wobei die Erde nahe an einem Rand liegt. Da der Satellit unter dem Einfluss der Schwerkraft beschleunigt, bewegt er sich sehr schnell, wenn er sich unserem Planeten nähert. Wenn er sich entfernt, verlangsamt sich seine Geschwindigkeit, sodass er mehr Zeit an der Spitze der Umlaufbahn am äußersten Rand der Erde verbringt, deren Entfernung 40.000 km erreichen kann. Die Umlaufzeit beträgt 12 Stunden, aber der Satellit verbringt etwa zwei Drittel dieser Zeit auf einer Hemisphäre. Wie in einer halbsynchronen Umlaufbahn folgt der Satellit alle 24 Stunden der gleichen Bahn, die für die Kommunikation im hohen Norden oder Süden verwendet wird.

Niedrige Erde

Die meisten wissenschaftlichen Satelliten, viele meteorologische und Raumstationen befinden sich in einer nahezu kreisförmigen niedrigen Erdumlaufbahn. Ihre Neigung hängt davon ab, was sie überwachen. TRMM wurde eingeführt, um den Niederschlag in den Tropen zu überwachen, daher hat es eine relativ geringe Neigung (35°), bleibt aber nahe am Äquator.

Viele der Überwachungssatelliten der NASA haben eine polnahe, stark geneigte Umlaufbahn. Das Raumschiff bewegt sich in 99 Minuten von Pol zu Pol um die Erde. Die Hälfte der Zeit passiert es die Tagseite unseres Planeten und am Pol geht es auf die Nachtseite.

Während sich der Satellit bewegt, dreht sich die Erde darunter. Wenn sich das Raumfahrzeug zu dem beleuchteten Bereich bewegt, befindet es sich über dem Bereich, der an die Durchgangszone seiner letzten Umlaufbahn angrenzt. Innerhalb von 24 Stunden bedecken Polarsatelliten den größten Teil der Erde zweimal: einmal tagsüber und einmal nachts.

Sonnensynchrone Umlaufbahn

So wie geosynchrone Satelliten über dem Äquator sein müssen, was es ihnen ermöglicht, über demselben Punkt zu bleiben, haben polarumlaufende Satelliten die Fähigkeit, in der gleichen Zeit zu bleiben. Ihre Umlaufbahn ist sonnensynchron – wenn ein Raumschiff den Äquator überquert, ist die lokale Sonnenzeit immer gleich. Zum Beispiel überquert der Satellit Terra ihn immer um 10:30 Uhr über Brasilien. Die nächste Überfahrt in 99 Minuten über Ecuador oder Kolumbien findet ebenfalls um 10:30 Uhr Ortszeit statt.

Eine sonnensynchrone Umlaufbahn ist für die Wissenschaft notwendig, da sie es ermöglicht, das Sonnenlicht auf der Erdoberfläche zu halten, obwohl es sich mit der Jahreszeit ändert. Diese Konsistenz bedeutet, dass Wissenschaftler Bilder unseres Planeten zur gleichen Jahreszeit über mehrere Jahre hinweg vergleichen können, ohne sich Gedanken über zu viele Lichtsprünge machen zu müssen, die den Eindruck von Veränderungen erwecken können. Ohne eine sonnensynchrone Umlaufbahn wäre es schwierig, sie im Laufe der Zeit zu verfolgen und die für die Untersuchung des Klimawandels erforderlichen Informationen zu sammeln.

Die Bahn des Satelliten ist hier sehr begrenzt. Bei einer Höhe von 100 km sollte die Umlaufbahn eine Neigung von 96° haben. Jede Abweichung ist ungültig. Da der atmosphärische Widerstand und die Anziehungskraft von Sonne und Mond die Umlaufbahn des Raumfahrzeugs verändern, muss er regelmäßig korrigiert werden.

Orbitale Insertion: Start

Der Start eines Satelliten erfordert Energie, deren Menge von der Lage des Startplatzes, der Höhe und Neigung der zukünftigen Flugbahn seiner Bewegung abhängt. Um in eine entfernte Umlaufbahn zu gelangen, wird mehr Energie benötigt. Satelliten mit einer erheblichen Neigung (z. B. polare) verbrauchen mehr Energie als solche, die den Äquator umkreisen. Die Umlaufbahn mit geringer Neigung wird durch die Erdrotation unterstützt. bewegt sich in einem Winkel von 51,6397°. Dies ist notwendig, damit Raumfähren und russische Raketen es leichter erreichen können. Die Höhe der ISS beträgt 337-430 km. Polarsatelliten hingegen werden nicht vom Erdimpuls unterstützt, sodass sie mehr Energie benötigen, um die gleiche Entfernung zurückzulegen.

Einstellung

Nach dem Start eines Satelliten müssen Anstrengungen unternommen werden, um ihn auf einer bestimmten Umlaufbahn zu halten. Da die Erde keine perfekte Kugel ist, ist ihre Schwerkraft an manchen Stellen stärker. Diese Unebenheit, zusammen mit der Anziehungskraft von Sonne, Mond und Jupiter (dem massereichsten Planeten im Sonnensystem), verändert die Neigung der Umlaufbahn. GOES-Satelliten wurden im Laufe ihrer Lebensdauer drei- oder viermal korrigiert. Die LEOs der NASA müssen ihre Neigung jährlich anpassen.

Außerdem werden erdnahe Satelliten von der Atmosphäre beeinflusst. Die obersten Schichten bieten, obwohl sie ziemlich verdünnt sind, einen ausreichend starken Widerstand, um sie näher an die Erde zu ziehen. Die Wirkung der Schwerkraft führt zur Beschleunigung der Satelliten. Mit der Zeit verglühen sie, wirbeln tiefer und schneller in die Atmosphäre oder stürzen auf die Erde.

Der Luftwiderstand ist stärker, wenn die Sonne aktiv ist. So wie sich die Luft in einem Ballon ausdehnt und aufsteigt, wenn sie erhitzt wird, steigt und dehnt sich die Atmosphäre aus, wenn die Sonne ihr zusätzliche Energie zuführt. Die dünnen Schichten der Atmosphäre steigen auf und dichtere nehmen ihren Platz ein. Daher müssen Satelliten im Erdorbit etwa viermal im Jahr ihre Position ändern, um den Luftwiderstand auszugleichen. Bei maximaler Sonnenaktivität muss die Position des Gerätes alle 2-3 Wochen angepasst werden.

Weltraumschrott

Der dritte Grund, der eine Änderung der Umlaufbahn erzwingt, ist Weltraumschrott. Einer der Iridium-Kommunikationssatelliten kollidierte mit einem nicht funktionierenden russischen Raumschiff. Sie stürzten ab und bildeten eine Trümmerwolke, die aus mehr als 2500 Teilen bestand. Jedes Element wurde der Datenbank hinzugefügt, die heute über 18.000 von Menschenhand geschaffene Objekte umfasst.

Die NASA überwacht sorgfältig alles, was sich im Weg von Satelliten befinden könnte, denn Weltraumschrott musste bereits mehrmals die Umlaufbahn wechseln.

Ingenieure überwachen die Position von Weltraumschrott und Satelliten, die die Bewegung stören können, und planen bei Bedarf sorgfältig Ausweichmanöver. Dasselbe Team plant und führt Manöver aus, um die Neigung und Höhe des Satelliten anzupassen.

Die Erde hat wie jeder kosmische Körper ein eigenes Gravitationsfeld und angrenzende Umlaufbahnen, die Körper und Objekte unterschiedlicher Größe enthalten können. Meistens meinen sie den Mond und die Internationale Raumstation. Die erste geht in ihre eigene Umlaufbahn und die ISS - in eine erdnahe Umlaufbahn. Es gibt mehrere Umlaufbahnen, die sich in Entfernung von der Erde, relativer Position relativ zum Planeten und Rotationsrichtung voneinander unterscheiden.

Umlaufbahnen künstlicher Erdsatelliten

Bis heute gibt es im nächsten erdnahen Raum viele Objekte, die das Ergebnis menschlicher Aktivitäten sind. Im Grunde handelt es sich um künstliche Satelliten, die der Kommunikation dienen, aber es gibt auch viel Weltraumschrott. Einer der bekanntesten künstlichen Erdsatelliten ist die Internationale Raumstation.

AES bewegen sich auf drei Hauptumlaufbahnen: äquatorial (geostationär), polar und geneigt. Der erste liegt vollständig in der Ebene des Äquatorkreises, der zweite steht streng senkrecht dazu und der dritte befindet sich zwischen ihnen.

geosynchrone Umlaufbahn

Der Name dieser Flugbahn ist darauf zurückzuführen, dass der sich entlang bewegende Körper eine Geschwindigkeit hat, die der Sternperiode der Erdrotation entspricht. Eine geostationäre Umlaufbahn ist ein Spezialfall einer geosynchronen Umlaufbahn, die in derselben Ebene wie der Erdäquator liegt.

Bei einer Neigung ungleich null und einer Exzentrizität von null beschreibt der Satellit, von der Erde aus beobachtet, tagsüber eine Acht am Himmel.

Der erste Satellit in einer geosynchronen Umlaufbahn ist der amerikanische Syncom-2, der 1963 in ihn gestartet wurde. Heutzutage ist die Platzierung von Satelliten in einer geosynchronen Umlaufbahn darauf zurückzuführen, dass die Trägerrakete sie nicht in eine geostationäre Umlaufbahn bringen kann.

geostationäre Umlaufbahn

Diese Bahn hat einen solchen Namen, weil das darauf befindliche Objekt trotz der ständigen Bewegung relativ zur Erdoberfläche statisch bleibt. Der Ort, an dem sich das Objekt befindet, wird als Standpunkt bezeichnet.

Satelliten, die in eine solche Umlaufbahn gebracht werden, werden häufig zur Übertragung von Satellitenfernsehen verwendet, da Sie mit statischer Aufladung die Antenne einmal darauf richten und lange Zeit verbunden bleiben können.

Die Höhe von Satelliten im geostationären Orbit beträgt 35.786 Kilometer. Da sie alle direkt über dem Äquator liegen, wird nur der Meridian benannt, um die Position anzugeben, z. B. 180,0˚E Intelsat 18 oder 172,0˚E Eutelsat 172A.

Der ungefähre Radius der Umlaufbahn beträgt etwa 42.164 km, die Länge etwa 265.000 km und die Umlaufgeschwindigkeit etwa 3,07 km/s.

Hohe elliptische Umlaufbahn

Eine hohe elliptische Umlaufbahn ist eine Flugbahn, deren Höhe am Perigäum um ein Vielfaches geringer ist als am Apogäum. Das Versetzen von Satelliten in solche Umlaufbahnen hat eine Reihe wichtiger Vorteile. Beispielsweise kann ein solches System ausreichen, um ganz Russland oder entsprechend eine Gruppe von Staaten mit gleicher Gesamtfläche zu versorgen. Darüber hinaus sind HEO-Systeme in hohen Breiten funktionaler als geostationäre Satelliten. Und einen Satelliten in eine hohe elliptische Umlaufbahn zu bringen, ist etwa 1,8-mal billiger.

Große Beispiele für Systeme, die auf HEO laufen:

• Weltraumobservatorien, die von NASA und ESA ins Leben gerufen wurden.
• Satellitenradio Sirius XM Radio.
• Satellitenkommunikation Meridian, -Z und -ZK, Molniya-1T.
• Satelliten-GPS-Korrektursystem.

Niedrige Erdumlaufbahn

Dies ist eine der niedrigsten Umlaufbahnen, die je nach Umständen eine Höhe von 160 bis 2000 km und eine Umlaufzeit von 88 bis 127 Minuten haben kann. Das einzige Mal, dass LEO von bemannten Raumfahrzeugen überwunden wurde, war das Apollo-Programm mit der Landung amerikanischer Astronauten auf dem Mond.

Die meisten der derzeit verwendeten oder jemals verwendeten künstlichen Erdsatelliten wurden in einer erdnahen Umlaufbahn betrieben. Aus dem gleichen Grund befindet sich heute der Großteil des Weltraumschrotts in dieser Zone. Die optimale Umlaufgeschwindigkeit für LEO-Satelliten beträgt im Durchschnitt 7,8 km/s.

Beispiele für künstliche Satelliten in LEO:

• Internationale Raumstation (400 km).
• Telekommunikationssatelliten verschiedener Systeme und Netzwerke.
• Aufklärungsfahrzeuge und Sondensatelliten.

Die Fülle an Weltraumschrott im Orbit ist das Hauptproblem der modernen Raumfahrtindustrie. Heute ist die Situation so, dass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision verschiedener Objekte in LEO wächst. Und dies wiederum führt zur Zerstörung und Bildung von noch mehr Fragmenten und Details im Orbit. Pessimistische Prognosen besagen, dass das gestartete Domino-Prinzip die Menschheit vollständig der Möglichkeit berauben kann, den Weltraum zu erforschen.

Niedrige Referenzbahn

Es ist üblich, die niedrige Referenzbahn die Bahn des Geräts zu nennen, die eine Änderung der Neigung, Höhe oder andere signifikante Änderungen vorsieht. Wenn das Gerät keinen Motor hat und keine Manöver durchführt, wird seine Umlaufbahn als erdnahe Umlaufbahn bezeichnet.

Interessanterweise berechnen die russische und die amerikanische Ballistik ihre Höhe unterschiedlich, da erstere auf einem elliptischen Modell der Erde basieren und letztere auf einem kugelförmigen. Aus diesem Grund gibt es nicht nur einen Unterschied in der Höhe, sondern auch in der Position von Perigäum und Apogäum.

„Der Mensch muss sich über die Erde erheben – in die Atmosphäre und darüber hinaus – denn nur so wird er die Welt, in der er lebt, vollständig verstehen.“

Sokrates machte diese Beobachtung Jahrhunderte, bevor Menschen erfolgreich ein Objekt in die Erdumlaufbahn brachten. Und doch scheint der antike griechische Philosoph erkannt zu haben, wie wertvoll ein Blick aus dem Weltraum sein kann, obwohl er überhaupt nicht wusste, wie er das erreichen sollte.

Diese Vorstellung, wie man ein Objekt „in und aus der Atmosphäre“ bringt, musste warten, bis Isaac Newton 1729 sein berühmtes Kanonenkugel-Gedankenexperiment veröffentlichte. Es sieht in etwa so aus:

„Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Kanone auf einem Berg platziert und horizontal abgefeuert. Die Kanonenkugel bewegt sich eine Weile parallel zur Erdoberfläche, erliegt aber schließlich der Schwerkraft und fällt auf die Erde zurück. Stellen Sie sich nun vor, Sie fügen der Kanone immer wieder Schießpulver hinzu. Bei weiteren Explosionen wandert der Kern immer weiter, bis er fällt. Fügen Sie die richtige Menge Schießpulver hinzu und geben Sie dem Kern die richtige Beschleunigung, und er wird ständig um den Planeten fliegen, immer in ein Gravitationsfeld fallen, aber niemals den Boden erreichen.

Im Oktober 1957 bestätigte die Sowjetunion schließlich Newtons Vermutung, indem sie Sputnik 1 startete, den ersten künstlichen Satelliten, der die Erde umkreiste. Dies initiierte den Weltraumwettlauf und zahlreiche Starts von Objekten, die um die Erde und andere Planeten im Sonnensystem fliegen sollten. Seit dem Start von Sputnik haben einige Länder, hauptsächlich die USA, Russland und China, mehr als 3.000 Satelliten ins All geschossen. Einige dieser künstlichen Objekte, wie die ISS, sind groß. Andere passen perfekt in eine kleine Brust. Dank Satelliten empfangen wir Wettervorhersagen, sehen fern, surfen im Internet und telefonieren. Auch jene Satelliten, deren Arbeit wir nicht fühlen und nicht sehen, leisten dem Militär gute Dienste.

Natürlich hat der Start und Betrieb von Satelliten zu Problemen geführt. Heute, mit über 1.000 aktiven Satelliten in der Erdumlaufbahn, ist unser nächstgelegener Weltraumbezirk während der Hauptverkehrszeit geschäftiger als eine Großstadt. Hinzu kommen nicht funktionierende Ausrüstung, verlassene Satelliten, Hardware und Fragmente von Explosionen oder Kollisionen, die den Himmel zusammen mit nützlicher Ausrüstung füllen. Diese orbitalen Trümmer, von denen wir sprechen, haben sich im Laufe der Jahre angesammelt und stellen eine ernsthafte Bedrohung für die Satelliten dar, die derzeit die Erde umkreisen, sowie für zukünftige bemannte und unbemannte Starts.

In diesem Artikel werden wir in die Eingeweide eines gewöhnlichen Satelliten kriechen und in seine Augen schauen, um Ansichten unseres Planeten zu sehen, von denen Sokrates und Newton nicht einmal träumen konnten. Aber lassen Sie uns zuerst einen genaueren Blick darauf werfen, wie sich der Satellit tatsächlich von anderen Himmelsobjekten unterscheidet.

ist ein beliebiges Objekt, das sich in einer Kurve um den Planeten bewegt. Der Mond ist ein natürlicher Satellit der Erde, und neben der Erde gibt es viele Satelliten, die sozusagen von Menschenhand künstlich hergestellt wurden. Der Weg, dem der Satellit folgt, ist eine Umlaufbahn, die manchmal die Form eines Kreises hat.

Um zu verstehen, warum sich Satelliten auf diese Weise bewegen, müssen wir unseren Freund Newton besuchen. Er schlug vor, dass die Schwerkraft zwischen zwei beliebigen Objekten im Universum besteht. Wenn diese Kraft nicht vorhanden wäre, würden Satelliten, die in der Nähe des Planeten fliegen, ihre Bewegung mit der gleichen Geschwindigkeit und in die gleiche Richtung fortsetzen - in einer geraden Linie. Diese Gerade ist die Trägheitsbahn des Satelliten, die jedoch durch eine starke Gravitationskraft ausgeglichen wird, die auf das Zentrum des Planeten gerichtet ist.

Manchmal sieht die Umlaufbahn eines Satelliten wie eine Ellipse aus, ein abgeflachter Kreis, der um zwei Punkte verläuft, die als Brennpunkte bekannt sind. In diesem Fall gelten alle gleichen Bewegungsgesetze, außer dass sich die Planeten in einem der Fokusse befinden. Als Ergebnis wird die auf den Satelliten ausgeübte Nettokraft nicht gleichmäßig über seinen Weg verteilt, und die Geschwindigkeit des Satelliten ändert sich ständig. Es bewegt sich schnell, wenn es dem Planeten am nächsten ist – am Punkt des Perigäums (nicht zu verwechseln mit dem Perihel), und langsamer, wenn es am weitesten vom Planeten entfernt ist – am Punkt des Apogäums.

Satelliten gibt es in allen Formen und Größen und erfüllen eine Vielzahl von Aufgaben.

• Meteorologische Satelliten helfen Meteorologen, das Wetter vorherzusagen oder zu sehen, was gerade damit passiert. Ein gutes Beispiel ist der Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES). Diese Satelliten enthalten normalerweise Kameras, die das Wetter der Erde anzeigen.
• Kommunikationssatelliten ermöglichen die Weiterleitung von Telefongesprächen über Satellit. Das wichtigste Merkmal eines Kommunikationssatelliten ist der Transponder, ein Funkgerät, das ein Gespräch auf einer Frequenz empfängt, es dann verstärkt und auf einer anderen Frequenz zur Erde zurücksendet. Ein Satellit enthält normalerweise Hunderte oder Tausende von Transpondern. Kommunikationssatelliten sind normalerweise geostationär (dazu später mehr).
• Fernsehsatelliten übertragen Fernsehsignale von einem Punkt zum anderen (ähnlich wie Kommunikationssatelliten).
• Wissenschaftliche Satelliten, wie das einstige Hubble-Weltraumteleskop, führen alle Arten von wissenschaftlichen Missionen durch. Sie beobachten alles von Sonnenflecken bis hin zu Gammastrahlen.
• Navigationssatelliten helfen Flugzeugen beim Fliegen und Schiffen beim Segeln. Prominente Vertreter sind die Satelliten GPS NAVSTAR und GLONASS.
• Rettungssatelliten reagieren auf Notsignale.
• Erdbeobachtungssatelliten bemerken Veränderungen, von der Temperatur bis zu den Eiskappen. Die bekanntesten sind die Landsat-Serie.

Militärsatelliten befinden sich ebenfalls im Orbit, aber ein Großteil ihres Betriebs bleibt ein Rätsel. Sie können verschlüsselte Nachrichten weiterleiten, Atomwaffen überwachen, feindliche Bewegungen überwachen, vor Raketenstarts warnen, Landfunk hören und Radaruntersuchungen und Kartierungen durchführen.

Wann wurden Satelliten erfunden?

Vielleicht hat Newton in seinen Fantasien Satelliten gestartet, aber bevor wir dieses Kunststück tatsächlich vollbracht haben, ist viel Zeit vergangen. Einer der ersten Visionäre war der Science-Fiction-Autor Arthur C. Clarke. 1945 schlug Clark vor, einen Satelliten so in die Umlaufbahn zu bringen, dass er sich in die gleiche Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde bewegt. Zur Kommunikation könnten sogenannte geostationäre Satelliten genutzt werden.

Wissenschaftler verstanden Clark nicht - bis zum 4. Oktober 1957. Dann schickte die Sowjetunion Sputnik 1, den ersten künstlichen Satelliten, in die Erdumlaufbahn. „Sputnik“ hatte einen Durchmesser von 58 Zentimetern, wog 83 Kilogramm und hatte die Form einer Kugel. Obwohl es eine bemerkenswerte Leistung war, war der Inhalt von Sputnik nach heutigen Maßstäben mager:

• Thermometer
• Batterie
• Rundfunksender
• Stickstoffgas, das im Inneren des Satelliten unter Druck gesetzt wurde

An der Außenseite des Sputniks sendeten vier Peitschenantennen auf Kurzwellenfrequenzen über und unter dem aktuellen Standard (27 MHz). Ortungsstationen auf der Erde nahmen ein Funksignal auf und bestätigten, dass der winzige Satellit den Start überstanden hatte und sich erfolgreich auf Kurs um unseren Planeten befand. Einen Monat später brachte die Sowjetunion Sputnik 2 in den Orbit. In der Kapsel befand sich die Hündin Laika.

Im Dezember 1957 versuchten amerikanische Wissenschaftler verzweifelt, mit ihren Gegnern im Kalten Krieg Schritt zu halten, einen Satelliten zusammen mit dem Planeten Vanguard in die Umlaufbahn zu bringen. Leider stürzte die Rakete ab und brannte in der Startphase nieder. Kurz danach, am 31. Januar 1958, wiederholten die USA den Erfolg der UdSSR, indem sie Wernher von Brauns Plan übernahmen, den Satelliten Explorer-1 mit den USA zu starten. roter Stein. Explorer 1 trug die Instrumente zum Nachweis kosmischer Strahlung und stellte in einem Experiment von James Van Allen von der University of Iowa fest, dass es weit weniger kosmische Strahlung gab als erwartet. Dies führte zur Entdeckung von zwei toroidalen Zonen (die schließlich nach Van Allen benannt wurden), die mit geladenen Teilchen gefüllt sind, die im Magnetfeld der Erde gefangen sind.

Ermutigt durch diese Erfolge begannen einige Unternehmen in den 1960er Jahren mit der Entwicklung und dem Start von Satelliten. Einer von ihnen war Hughes Aircraft zusammen mit Star-Ingenieur Harold Rosen. Rosen leitete das Team, das Clarkes Idee verwirklichte – einen Kommunikationssatelliten, der so in der Erdumlaufbahn platziert wurde, dass er Funkwellen von einem Ort zum anderen reflektieren konnte. 1961 erteilte die NASA Hughes den Auftrag, eine Reihe von Syncom-Satelliten (Synchronous Communications) zu bauen. Im Juli 1963 sahen Rosen und seine Kollegen, wie Syncom-2 in den Weltraum abhob und in eine grobe geostationäre Umlaufbahn eintrat. Präsident Kennedy nutzte das neue System, um mit dem nigerianischen Premierminister in Afrika zu sprechen. Bald startete Syncom-3, das tatsächlich ein Fernsehsignal senden konnte.

Das Zeitalter der Satelliten hat begonnen.

Was ist der Unterschied zwischen einem Satelliten und Weltraumschrott?

Technisch gesehen ist ein Satellit jedes Objekt, das einen Planeten oder kleineren Himmelskörper umkreist. Astronomen klassifizieren die Monde als natürliche Satelliten und haben im Laufe der Jahre eine Liste mit Hunderten solcher Objekte zusammengestellt, die die Planeten und Zwergplaneten unseres Sonnensystems umkreisen. Zum Beispiel zählten sie 67 Jupitermonde. Und soweit.

Auch von Menschenhand geschaffene Objekte wie Sputnik und Explorer können als Satelliten klassifiziert werden, da sie wie die Monde um den Planeten kreisen. Leider hat die menschliche Aktivität dazu geführt, dass eine riesige Menge Müll in der Erdumlaufbahn aufgetaucht ist. All diese Teile und Trümmer verhalten sich wie große Raketen – sie kreisen mit hoher Geschwindigkeit auf einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn um den Planeten. Bei strenger Auslegung der Definition kann jedes solche Objekt als Satellit definiert werden. Aber Astronomen betrachten in der Regel solche Objekte als Satelliten, die eine nützliche Funktion erfüllen. Metallfragmente und anderer Abfall fallen in die Kategorie orbitaler Trümmer.

Trümmer aus der Umlaufbahn stammen aus vielen Quellen:

• Die Raketenexplosion, die den meisten Schrott produziert.
• Der Astronaut entspannte seinen Arm – wenn ein Astronaut etwas im Weltraum repariert und einen Schraubenschlüssel vermisst, ist dieser Schraubenschlüssel für immer verloren. Der Schlüssel geht in die Umlaufbahn und fliegt mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 km/s. Wenn es eine Person oder einen Satelliten trifft, können die Folgen katastrophal sein. Große Objekte wie die ISS sind ein großes Ziel für Weltraumschrott.
• Ausrangierte Gegenstände. Teile von Startcontainern, Kameraobjektivkappen und so weiter.

Die NASA startete einen speziellen Satelliten namens LDEF, um die langfristigen Auswirkungen von Einschlägen von Weltraumschrott zu untersuchen. Über einen Zeitraum von sechs Jahren zeichneten die Instrumente des Satelliten etwa 20.000 Einschläge auf, von denen einige von Mikrometeoriten und andere von Trümmern im Orbit verursacht wurden. NASA-Wissenschaftler analysieren weiterhin LDEF-Daten. Doch in Japan gibt es bereits ein riesiges Netz zum Auffangen von Weltraumschrott.

Was steckt in einem gewöhnlichen Satelliten?

Satelliten gibt es in allen Formen und Größen und erfüllen viele verschiedene Funktionen, aber im Grunde sind sie alle gleich. Alle von ihnen haben einen Metall- oder Verbundrahmen und eine Karosserie, die englischsprachige Ingenieure einen Bus und Russen eine Weltraumplattform nennen. Die Weltraumplattform bringt alles zusammen und bietet genügend Maßnahmen, um sicherzustellen, dass die Instrumente den Start überleben.

Alle Satelliten haben eine Energiequelle (normalerweise Sonnenkollektoren) und Batterien. Solaranlagen ermöglichen das Aufladen von Batterien. Zu den neuesten Satelliten gehören auch Brennstoffzellen. Satellitenenergie ist sehr teuer und äußerst begrenzt. Kernkraftwerke werden häufig verwendet, um Raumsonden zu anderen Planeten zu schicken.

Alle Satelliten verfügen über einen Bordcomputer zur Steuerung und Überwachung verschiedener Systeme. Alle haben ein Radio und eine Antenne. Die meisten Satelliten haben mindestens einen Funksender und einen Funkempfänger, so dass die Bodenmannschaft den Status des Satelliten abfragen und überwachen kann. Viele Satelliten erlauben viele verschiedene Dinge, von der Änderung der Umlaufbahn bis zur Neuprogrammierung des Computersystems.

Wie zu erwarten ist, ist es keine leichte Aufgabe, all diese Systeme zusammenzubringen. Es dauert Jahre. Alles beginnt mit der Definition des Zwecks der Mission. Durch die Bestimmung seiner Parameter können Ingenieure die richtigen Werkzeuge zusammenstellen und in der richtigen Reihenfolge installieren. Sobald die Spezifikation (und das Budget) genehmigt sind, beginnt die Montage des Satelliten. Es findet in einem Reinraum statt, in einer sterilen Umgebung, die die richtige Temperatur und Luftfeuchtigkeit aufrechterhält und den Satelliten während der Entwicklung und Montage schützt.

Künstliche Satelliten werden in der Regel auf Bestellung gefertigt. Einige Unternehmen haben modulare Satelliten entwickelt, d. h. Strukturen, die zusammengesetzt werden können, um den Einbau zusätzlicher Elemente gemäß der Spezifikation zu ermöglichen. Beispielsweise hatten die Boeing 601-Satelliten zwei Grundmodule - ein Chassis zum Transport des Antriebssubsystems, der Elektronik und der Batterien; und ein Satz Wabenregale zur Aufbewahrung der Ausrüstung. Diese Modularität ermöglicht es Ingenieuren, Satelliten nicht von Grund auf neu zusammenzubauen, sondern aus einem Rohling.

Wie werden Satelliten in die Umlaufbahn gebracht?

Heute werden alle Satelliten mit einer Rakete in die Umlaufbahn gebracht. Viele transportieren sie in der Frachtabteilung.

Bei den meisten Satellitenstarts startet die Rakete direkt nach oben, wodurch sie die dichte Atmosphäre schneller passieren und den Treibstoffverbrauch minimieren kann. Nachdem der Flugkörper abgehoben hat, verwendet der Steuermechanismus des Flugkörpers das Trägheitsleitsystem, um die notwendigen Einstellungen an der Düse des Flugkörpers zu berechnen, um die gewünschte Neigung zu erreichen.

Nachdem die Rakete in einer Höhe von etwa 193 Kilometern in die verdünnte Luft eingetreten ist, löst das Navigationssystem kleine Schläge aus, die ausreichen, um die Rakete in eine horizontale Position zu bringen. Danach wird der Satellit freigegeben. Kleine Raketen werden wieder abgefeuert und sorgen für einen Abstandsunterschied zwischen Rakete und Satellit.

Umlaufgeschwindigkeit und Höhe

Die Rakete muss eine Geschwindigkeit von 40.320 Kilometern pro Stunde erreichen, um der Schwerkraft der Erde vollständig zu entkommen und ins All zu fliegen. Die Raumgeschwindigkeit ist viel größer als das, was ein Satellit im Orbit benötigt. Sie entziehen sich nicht der Schwerkraft der Erde, sondern befinden sich in einem Gleichgewichtszustand. Die Umlaufgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um ein Gleichgewicht zwischen der Gravitationskraft und der Trägheitsbewegung des Satelliten aufrechtzuerhalten. Das sind ungefähr 27.359 Kilometer pro Stunde in einer Höhe von 242 Kilometern. Ohne Schwerkraft würde die Trägheit den Satelliten ins All tragen. Selbst mit der Schwerkraft wird ein Satellit, wenn er sich zu schnell bewegt, in den Weltraum geschleudert. Bewegt sich der Satellit zu langsam, zieht ihn die Schwerkraft zurück zur Erde.

Die Umlaufgeschwindigkeit eines Satelliten hängt von seiner Höhe über der Erde ab. Je näher an der Erde, desto höher die Geschwindigkeit. In einer Höhe von 200 Kilometern beträgt die Umlaufgeschwindigkeit 27.400 Kilometer pro Stunde. Um eine Umlaufbahn in einer Höhe von 35.786 Kilometern aufrechtzuerhalten, muss sich der Satellit mit einer Geschwindigkeit von 11.300 Stundenkilometern drehen. Diese Umlaufgeschwindigkeit ermöglicht es dem Satelliten, alle 24 Stunden einen Durchgang zu machen. Da sich auch die Erde 24 Stunden dreht, befindet sich der Satellit in einer Höhe von 35.786 Kilometern relativ zur Erdoberfläche in einer festen Position. Diese Position wird als geostationär bezeichnet. Die geostationäre Umlaufbahn ist ideal für Wetter- und Kommunikationssatelliten.

Im Allgemeinen gilt: Je höher die Umlaufbahn, desto länger kann der Satellit darin bleiben. In geringer Höhe befindet sich der Satellit in der Erdatmosphäre, was Widerstand erzeugt. In großer Höhe gibt es praktisch keinen Widerstand, und ein Satellit kann sich wie der Mond jahrhundertelang im Orbit befinden.

Satellitentypen

Auf dem Boden sehen alle Satelliten gleich aus – glänzende Kästen oder Zylinder, die mit Flügeln von Solarpanels geschmückt sind. Doch im Weltraum verhalten sich diese klobigen Maschinen je nach Flugbahn, Höhe und Ausrichtung ganz unterschiedlich. Dadurch wird die Klassifizierung von Satelliten zu einer komplexen Angelegenheit. Ein Ansatz besteht darin, die Umlaufbahn des Fahrzeugs relativ zum Planeten (normalerweise der Erde) zu bestimmen. Denken Sie daran, dass es zwei Hauptbahnen gibt: kreisförmig und elliptisch. Einige Satelliten starten in einer Ellipse und gehen dann in eine kreisförmige Umlaufbahn. Andere bewegen sich auf einer elliptischen Bahn, die als „Blitz“-Umlaufbahn bekannt ist. Diese Objekte kreisen normalerweise von Nord nach Süd über die Pole der Erde und absolvieren eine vollständige Umlaufbahn in 12 Stunden.

Auch polarumlaufende Satelliten passieren bei jeder Umdrehung die Pole, obwohl ihre Umlaufbahnen weniger elliptisch sind. Polare Umlaufbahnen bleiben im Raum fixiert, während sich die Erde dreht. Infolgedessen passiert der größte Teil der Erde in der polaren Umlaufbahn unter dem Satelliten. Da polare Umlaufbahnen den Planeten hervorragend abdecken, werden sie für die Kartierung und Fotografie verwendet. Prognostiker verlassen sich auch auf ein globales Netzwerk von Polarsatelliten, die unseren Globus in 12 Stunden umkreisen.

Sie können Satelliten auch nach ihrer Höhe über der Erdoberfläche klassifizieren. Basierend auf diesem Schema gibt es drei Kategorien:

• Low Earth Orbit (LEO) – LEO-Satelliten besetzen eine Region des Weltraums von 180 bis 2000 Kilometer über der Erde. Satelliten, die sich nahe an der Erdoberfläche bewegen, sind ideal für Beobachtungs-, Militär- und Wetterinformationszwecke.
• Mittlere Erdumlaufbahn (MEO) - Diese Satelliten fliegen zwischen 2.000 und 36.000 km über der Erde. GPS-Navigationssatelliten funktionieren in dieser Höhe gut. Die ungefähre Umlaufgeschwindigkeit beträgt 13.900 km/h.
• Geostationäre (geosynchrone) Umlaufbahn - geostationäre Satelliten bewegen sich in einer Höhe von mehr als 36.000 km und mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit wie der Planet um die Erde. Daher sind Satelliten in dieser Umlaufbahn immer am selben Ort auf der Erde positioniert. Viele geostationäre Satelliten fliegen entlang des Äquators, was in dieser Region des Weltraums zu vielen „Verkehrsstaus“ geführt hat. Mehrere hundert Fernseh-, Kommunikations- und Wettersatelliten nutzen die geostationäre Umlaufbahn.

Schließlich kann man sich Satelliten im Sinne dessen vorstellen, wo sie "suchen". Die meisten Objekte, die in den letzten Jahrzehnten ins All geschickt wurden, blicken auf die Erde. Diese Satelliten verfügen über Kameras und Ausrüstung, die unsere Welt in verschiedenen Lichtwellenlängen sehen können, sodass wir ein atemberaubendes Spektakel in den ultravioletten und infraroten Tönen unseres Planeten genießen können. Weniger Satelliten wenden ihre Augen dem Weltraum zu, wo sie Sterne, Planeten und Galaxien beobachten und auch nach Objekten wie Asteroiden und Kometen suchen, die mit der Erde kollidieren könnten.

Bekannte Satelliten

Bis vor kurzem blieben Satelliten exotische und streng geheime Geräte, die hauptsächlich für militärische Zwecke zur Navigation und Spionage eingesetzt wurden. Mittlerweile sind sie aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Dank ihnen werden wir die Wettervorhersage kennen (obwohl Wettervorhersagen, oh, wie oft sie sich irren). Wir sehen fern und arbeiten auch dank Satelliten mit dem Internet. GPS in unseren Autos und Smartphones ermöglicht es uns, an den richtigen Ort zu gelangen. Lohnt es sich, über den unschätzbaren Beitrag des Hubble-Teleskops und die Arbeit der Astronauten auf der ISS zu sprechen?

Es gibt jedoch echte Helden der Umlaufbahn. Lernen wir sie kennen.

1. Landsat-Satelliten fotografieren die Erde seit Anfang der 1970er Jahre und sind Weltmeister in Sachen Beobachtung der Erdoberfläche. Landsat-1, damals bekannt als ERTS (Earth Resources Technology Satellite), wurde am 23. Juli 1972 gestartet. Es trug zwei Hauptinstrumente: eine Kamera und einen multispektralen Scanner, der von der Hughes Aircraft Company gebaut wurde und Daten in grünen, roten und zwei infraroten Spektren aufzeichnen konnte. Der Satellit machte so wunderschöne Bilder und galt als so erfolgreich, dass ihm eine ganze Serie folgte. Die NASA startete den letzten Landsat-8 im Februar 2013. Dieses Fahrzeug flog zwei Erdbeobachtungssensoren, Operational Land Imager und Thermal Infrared Sensor, und sammelte multispektrale Bilder von Küstenregionen, Polareis, Inseln und Kontinenten.
2. Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES) umkreisen die Erde in einer geostationären Umlaufbahn, wobei jeder für einen festen Teil der Erde zuständig ist. Auf diese Weise können Satelliten die Atmosphäre genau überwachen und Änderungen der Wettermuster erkennen, die zu Tornados, Hurrikanen, Überschwemmungen und Gewittern führen können. Satelliten werden auch verwendet, um die Niederschlagsmenge und die Schneeansammlung abzuschätzen, den Grad der Schneebedeckung zu messen und die Bewegung von Meer- und Seeeis zu verfolgen. Seit 1974 wurden 15 GOES-Satelliten in die Umlaufbahn gebracht, aber nur zwei GOES West- und GOES East-Satelliten überwachen gleichzeitig das Wetter.
3. Jason-1 und Jason-2 haben eine Schlüsselrolle bei der Langzeitanalyse der Ozeane der Erde gespielt. Die NASA startete Jason-1 im Dezember 2001, um den NASA/CNES Topex/Poseidon-Satelliten zu ersetzen, der seit 1992 die Erde umkreiste. Jason-1 hat fast dreizehn Jahre lang Meeresspiegel, Windgeschwindigkeiten und Wellenhöhen in mehr als 95 % der eisfreien Ozeane der Erde gemessen. Die NASA hat Jason-1 am 3. Juli 2013 offiziell ausgemustert. Jason 2 ist 2008 in den Orbit eingetreten. Es trug hochpräzise Instrumente, die die Entfernung des Satelliten zur Meeresoberfläche auf wenige Zentimeter genau messen konnten. Diese Daten sind nicht nur für Ozeanographen wertvoll, sondern bieten auch einen umfassenden Einblick in das Verhalten der globalen Klimamuster.

Was kosten Satelliten?

Nach Sputnik und Explorer sind Satelliten größer und komplexer geworden. Nehmen wir zum Beispiel TerreStar-1, ein kommerzieller Satellit, der in Nordamerika mobile Datenübertragung für Smartphones und ähnliche Geräte ermöglichen sollte. Der 2009 gestartete TerreStar-1 wog 6910 Kilogramm. Und wenn es vollständig entfaltet wurde, enthüllte es eine 18-Meter-Antenne und massive Solaranlagen mit einer Flügelspannweite von 32 Metern.

Der Bau einer so komplexen Maschine erfordert viele Ressourcen, sodass historisch gesehen nur Regierungsbehörden und Unternehmen mit großen Taschen in das Satellitengeschäft einsteigen konnten. Der größte Teil der Kosten eines Satelliten liegt in der Ausrüstung – Transponder, Computer und Kameras. Ein typischer Wettersatellit kostet etwa 290 Millionen Dollar. Der Spionagesatellit wird 100 Millionen Dollar mehr kosten. Hinzu kommen die Kosten für Wartung und Reparatur von Satelliten. Unternehmen müssen für Satellitenbandbreite genauso bezahlen wie Telefonbesitzer für Mobilfunk. Es kostet manchmal mehr als 1,5 Millionen Dollar pro Jahr.

Ein weiterer wichtiger Faktor sind die Anlaufkosten. Der Start eines einzelnen Satelliten in den Weltraum kann je nach Fahrzeug zwischen 10 und 400 Millionen US-Dollar kosten. Die Pegasus XL-Rakete kann für 13,5 Millionen US-Dollar 443 Kilogramm in eine erdnahe Umlaufbahn heben. Der Start eines schweren Satelliten erfordert mehr Auftrieb. Eine Ariane 5G-Rakete kann einen 18.000 Kilogramm schweren Satelliten für 165 Millionen Dollar in eine niedrige Umlaufbahn bringen.

Trotz der Kosten und Risiken, die mit dem Bau, dem Start und dem Betrieb von Satelliten verbunden sind, ist es einigen Unternehmen gelungen, ganze Unternehmen darauf aufzubauen. Boeing zum Beispiel. Im Jahr 2012 lieferte das Unternehmen etwa 10 Satelliten in den Weltraum und erhielt Aufträge für mehr als sieben Jahre, was einem Umsatz von fast 32 Milliarden US-Dollar entspricht.

Die Zukunft der Satelliten

Fast fünfzig Jahre nach dem Start von Sputnik wachsen und werden die Satelliten ebenso wie die Budgets immer stärker. Die USA beispielsweise haben seit Beginn des militärischen Satellitenprogramms fast 200 Milliarden Dollar ausgegeben und haben jetzt trotz alledem eine Flotte alternder Satelliten, die darauf warten, ersetzt zu werden. Viele Experten befürchten, dass Bau und Stationierung von Großsatelliten mit Steuergeldern einfach nicht zu finanzieren sind. Die Lösung, die alles auf den Kopf stellen könnte, bleiben private Unternehmen wie SpaceX und andere, die eindeutig nicht in bürokratische Stagnation geraten, wie NASA, NRO und NOAA.

Eine andere Lösung besteht darin, die Größe und Komplexität der Satelliten zu reduzieren. Wissenschaftler des Caltech und der Stanford University arbeiten seit 1999 an einem neuartigen CubeSat-Satelliten, der auf Bausteinen mit einer Kantenlänge von 10 Zentimetern basiert. Jeder Cube enthält vorgefertigte Komponenten und kann mit anderen Cubes kombiniert werden, um die Effizienz zu steigern und den Arbeitsaufwand zu reduzieren. Durch die Standardisierung von Designs und die Reduzierung der Kosten für den Bau jedes einzelnen Satelliten von Grund auf kann ein einzelner CubeSat nur 100.000 US-Dollar kosten.

Im April 2013 beschloss die NASA, dieses einfache Prinzip und drei CubeSats auf Basis kommerzieller Smartphones zu testen. Ziel war es, die Mikrosatelliten für kurze Zeit in die Umlaufbahn zu bringen und einige Bilder mit den Telefonen zu machen. Die Agentur plant nun, ein umfangreiches Netzwerk solcher Satelliten einzusetzen.

Ob groß oder klein, die Satelliten der Zukunft müssen in der Lage sein, effektiv mit Bodenstationen zu kommunizieren. In der Vergangenheit hat sich die NASA auf die HF-Kommunikation verlassen, aber die HF hat ihre Grenzen erreicht, da die Nachfrage nach mehr Leistung gestiegen ist. Um diese Hürde zu überwinden, entwickeln NASA-Wissenschaftler ein bidirektionales Kommunikationssystem, das auf Lasern statt auf Funkwellen basiert. Am 18. Oktober 2013 starteten Wissenschaftler erstmals einen Laserstrahl zur Übertragung von Daten vom Mond zur Erde (in einer Entfernung von 384.633 Kilometern) und erhielten eine Rekordübertragungsrate von 622 Megabit pro Sekunde.

Wie Sie wissen, hängen geostationäre Satelliten bewegungslos über dem Boden über demselben Punkt. Warum fallen sie nicht? Gibt es in dieser Höhe keine Schwerkraft?

Antworten

Ein geostationärer künstlicher Erdsatellit ist ein Gerät, das sich in östlicher Richtung (in der gleichen Richtung, in der sich die Erde selbst dreht) um den Planeten bewegt, entlang einer kreisförmigen äquatorialen Umlaufbahn mit einer Umlaufzeit, die der Periode der eigenen Rotation der Erde entspricht.

Wenn wir also von der Erde aus auf einen geostationären Satelliten blicken, sehen wir ihn bewegungslos an derselben Stelle hängen. Aufgrund dieser Unbeweglichkeit und der Höhenlage von etwa 36.000 km, aus der fast die Hälfte der Erdoberfläche sichtbar ist, werden Relaissatelliten für Fernsehen, Radio und Kommunikation in eine geostationäre Umlaufbahn gebracht.

Aus der Tatsache, dass ein geostationärer Satellit ständig über demselben Punkt auf der Erdoberfläche hängt, ziehen manche den falschen Schluss, dass die Anziehungskraft zur Erde nicht auf den geostationären Satelliten wirkt, dass die Schwerkraft in einer bestimmten Entfernung verschwindet von der Erde, d.h. sie widerlegen selbst Newton. Natürlich ist es nicht. Der Start von Satelliten in die geostationäre Umlaufbahn wird genau nach dem Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation berechnet.

Geostationäre Satelliten fallen wie alle anderen Satelliten tatsächlich auf die Erde, erreichen aber nicht ihre Oberfläche. Sie werden von der Anziehungskraft zur Erde (Schwerkraft) beeinflusst, die auf ihren Mittelpunkt gerichtet ist, und in der entgegengesetzten Richtung wird der Satellit von der Zentrifugalkraft beeinflusst, die sich von der Erde abstößt (Trägheitskraft), die sich gegenseitig ausgleichen - die Satellit fliegt nicht von der Erde weg und fällt nicht genau so auf sie, wie ein Eimer, der sich an einem Seil dreht, in seiner Umlaufbahn bleibt.

Wenn sich der Satellit überhaupt nicht bewegen würde, würde er unter dem Einfluss der Anziehungskraft auf die Erde fallen, aber Satelliten bewegen sich, einschließlich geostationärer (geostationärer - mit einer Winkelgeschwindigkeit, die der Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation entspricht, d. H. eine Umdrehung pro Tag, und für Satelliten mit niedrigeren Umlaufbahnen ist die Winkelgeschwindigkeit größer, d.h. sie haben Zeit, an einem Tag mehrere Umdrehungen um die Erde zu machen). Die lineare Geschwindigkeit, die dem Satelliten parallel zur Erdoberfläche während des direkten Starts in die Umlaufbahn gemeldet wird, ist relativ groß (in einer niedrigen Erdumlaufbahn - 8 Kilometer pro Sekunde, in einer geostationären Umlaufbahn - 3 Kilometer pro Sekunde). Wenn es keine Erde gäbe, würde der Satellit mit einer solchen Geschwindigkeit in einer geraden Linie fliegen, aber die Anwesenheit der Erde lässt den Satelliten unter dem Einfluss der Schwerkraft darauf fallen und die Flugbahn in Richtung der Erde biegen, aber die Oberfläche der Die Erde ist nicht flach, sie ist gekrümmt. Soweit sich der Satellit der Erdoberfläche nähert, geht die Erdoberfläche unter dem Satelliten hervor und somit befindet sich der Satellit ständig auf gleicher Höhe und bewegt sich entlang einer geschlossenen Bahn. Der Satellit fällt die ganze Zeit, aber er kann niemals fallen.

Alle künstlichen Satelliten der Erde fallen also auf die Erde, aber - entlang einer geschlossenen Flugbahn. Satelliten befinden sich wie alle fallenden Körper in einem Zustand der Schwerelosigkeit (wenn der Aufzug in einem Wolkenkratzer ausfällt und frei zu fallen beginnt, befinden sich die Menschen darin ebenfalls in einem Zustand der Schwerelosigkeit). Die Astronauten im Inneren der ISS befinden sich in der Schwerelosigkeit, nicht weil die Anziehungskraft zur Erde im Orbit nicht wirkt (sie ist dort fast die gleiche wie auf der Erdoberfläche), sondern weil die ISS frei auf die Erde fällt - entlang einer geschlossene Kreisbahn.