Vagy miért nem esnek a műholdak? A műhold pályája kényes egyensúly a tehetetlenség és a gravitáció között. A gravitációs erő folyamatosan húzza a műholdat a Föld felé, miközben a műhold tehetetlensége egyenesen tartja a mozgását. Ha nem lenne gravitáció, a műhold tehetetlensége egyenesen kiküldené a Föld pályájáról nyitott tér. A pálya minden pontján azonban a gravitáció lekötve tartja a műholdat.

A tehetetlenség és a gravitáció közötti egyensúly eléréséhez a műholdnak szigorúan meghatározott sebességgel kell rendelkeznie. Ha túl gyorsan repül, a tehetetlenség legyőzi a gravitációt, és a műhold elhagyja a pályát. (Az ún. második számítása szökési sebesség, amely lehetővé teszi, hogy a műhold elhagyja a Föld körüli pályáját, fontos szerepet játszik a bolygóközi űrállomások indításában.) Ha a műhold túl lassan mozog, a gravitáció megnyeri a harcot a tehetetlenség ellen, és a műhold a Földre zuhan. Pontosan ez történt 1979-ben, amikor a Skylab amerikai orbitális állomás hanyatlásnak indult a növekvő ellenállás következtében. felső rétegek a föld légköre. A gravitáció vasmarkolatába kerülve az állomás hamarosan a Földre esett.

Sebesség és távolság

Mert a Föld gravitáció gyengül a távolsággal, a műhold pályán tartásához szükséges sebesség a magassággal változik. A mérnökök ki tudják számítani, milyen gyorsan és milyen magasan keringhet egy műhold. Például egy geostacionárius műholdnak, amely mindig ugyanazon a földfelszíni pont felett helyezkedik el, 24 óra alatt kell egy keringést megtennie (ami a Föld tengelye körüli egy fordulatának felel meg) 357 kilométeres magasságban.

Gravitáció és tehetetlenség

Egy műhold egyensúlyozása a gravitáció és a tehetetlenség között szimulálható egy súly forgatásával a hozzá erősített kötélen. A teher tehetetlensége hajlamos elmozdítani a forgásközépponttól, míg a kötél feszültsége, mint gravitáció, körpályán tartja a terhet. Ha a kötelet elvágják, a teher a pályája sugarára merőleges egyenes úton repül el.

Mi az a geostacionárius pálya? Ez egy kör alakú mező, amely a Föld egyenlítője felett helyezkedik el, és amely mentén egy mesterséges műhold forog a bolygó tengelye körüli forgási szögsebességgel. Nem változtatja irányát a vízszintes koordinátarendszerben, hanem mozdulatlanul lóg az égen. A Geostacionárius Föld körüli pálya (GEO) egyfajta geoszinkron mező, és kommunikációs, televíziós műsorszórás és egyéb műholdak elhelyezésére szolgál.

Mesterséges eszközök használatának ötlete

A geostacionárius pálya koncepcióját K. E. Ciolkovszkij orosz feltaláló kezdeményezte. Munkáiban a tér benépesítését javasolta a segítségével orbitális állomások. Külföldi tudósok is leírták a kozmikus mezők munkáját, például G. Oberth. Arthur C. Clarke az az ember, aki kidolgozta a pálya kommunikációs célú felhasználásának koncepcióját. 1945-ben a Wireless World magazinban publikált egy cikket, amelyben a geostacionárius mező előnyeit ismertette. Az ezen a területen végzett aktív munkájáért, a tudós tiszteletére, a pálya megkapta a második nevet - „Clark Belt”. Sok teoretikus gondolkodott a jó minőségű kommunikáció megvalósításának problémáján. Így Herman Potochnik 1928-ban kifejezte a geostacionárius műholdak felhasználásának ötletét.

A „Clark Belt” jellemzői

Ahhoz, hogy egy pályát geostacionáriusnak lehessen nevezni, számos paraméternek kell megfelelnie:

1. Geoszinkron. Ez a jellemző magában foglal egy mezőt, amelynek periódusa megfelel a Föld forgási periódusának. Egy geoszinkron műhold egy sziderikus nap alatt teszi meg bolygó körüli pályáját, ami 23 óra, 56 perc és 4 másodperc. A Földnek ugyanannyi időre van szüksége, hogy egy rögzített térben egy fordulatot teljesítsen.

2. Ahhoz, hogy egy műholdat egy bizonyos ponton fenntarthassunk, a geostacionárius pályának kör alakúnak kell lennie, nulla dőlésszögű. Az elliptikus mező keleti vagy nyugati elmozdulást eredményez, mivel a vízi jármű különbözőképpen mozog pályája bizonyos pontjain.

3. A térmechanizmus „lebegési pontjának” az egyenlítőn kell lennie.

4. A műholdak geostacionárius pályán történő elhelyezkedésének olyannak kell lennie, hogy a kommunikációra szánt kis frekvenciák miatt ne jöjjön létre a különböző eszközök frekvenciájának átfedése a vétel és adás során, valamint elkerülhető legyen az ütközésük.

5. Elegendő mennyiségű üzemanyag a térszerkezet állandó helyzetének fenntartásához.

A műhold geostacionárius pályája abból a szempontból egyedülálló, hogy csak paramétereinek kombinálásával maradhat helyben a készülék. Egy másik jellemző az a képesség, hogy a Földet tizenhét fokos szögben láthatjuk a rajta lévőkkel szemben térmező műholdak. Mindegyik eszköz a pályafelület körülbelül egyharmadát rögzíti, így három mechanizmus szinte az egész bolygót képes lefedni.

Mesterséges műholdak

A repülőgép egy geocentrikus pályán kering a Föld körül. Az indításhoz többlépcsős rakétát használnak. Ez egy térszerkezet, amelyet a motor reaktív ereje hajt meg. A pályán való mozgáshoz a mesterséges földi műholdaknak olyan kezdeti sebességgel kell rendelkezniük, amely megfelel az első kozmikus sebességnek. Repüléseik legalább több száz kilométeres magasságban zajlanak. A készülék keringési ideje több év is lehet. Mesterséges műholdak A földek más eszközök, például orbitális állomások és hajók tábláiról indíthatók. A drónok tömege elérheti a kéttucat tonnát, mérete pedig akár több tíz méter is lehet. A huszonegyedik századot az ultrakönnyű – akár több kilogrammos – készülékek születése jellemezte.

Számos ország és vállalat bocsátott fel műholdakat. A világ első mesterséges eszközét a Szovjetunióban hozták létre, és 1957. október 4-én repült az űrbe. A Szputnyik 1 nevet kapta. 1958-ban az Egyesült Államok felbocsátott egy második űrhajót, az Explorer 1-et. A NASA által 1964-ben felbocsátott első műhold a Syncom-3 nevet kapta. A mesterséges eszközöket többnyire nem lehet visszaküldeni, de vannak olyanok is, amelyeket részben vagy egészben visszaküldenek. Végrehajtására használják tudományos kutatásés különféle problémák megoldása. Tehát vannak katonai, kutatási, navigációs műholdak és mások. Megjelennek az egyetemi alkalmazottak vagy rádióamatőrök által készített eszközök is.

"Állandó pont"

A geostacionárius műholdak 35 786 kilométeres tengerszint feletti magasságban helyezkednek el. Ez a magasság a Föld csillagokhoz viszonyított forgási periódusának megfelelő keringési periódust biztosít. A mesterséges jármű mozdulatlan, ezért geostacionárius pályán való elhelyezkedését „álláspontnak” nevezik. A lebegés folyamatos, hosszú távú kommunikációt biztosít, az antenna orientációja után mindig a kívánt műholdra mutat.

Mozgalom

A műholdak kis magasságú pályáról geostacionárius pályára helyezhetők át geotranszfer mezők segítségével. Ez utóbbiak egy elliptikus pályák, amelyeknek egy pontja kis magasságban, a csúcs pedig a geostacionárius körhöz közeli magasságban található. A további működésre alkalmatlanná vált műholdat a GEO felett 200-300 kilométerrel elhelyezkedő ártalmatlanító pályára küldik.

Geostacionárius pályamagasság

Egy adott mezőben lévő műhold bizonyos távolságot tart a Földtől, sem nem közeledik, sem nem távolodik el. Mindig az Egyenlítő valamely pontja felett helyezkedik el. Ezen jellemzők alapján az következik, hogy a gravitációs erő és a centrifugális erő kiegyenlíti egymást. A geostacionárius pálya magasságát a klasszikus mechanikán alapuló módszerekkel számítják ki. Ebben az esetben a gravitációs és a centrifugális erők megfelelését veszik figyelembe. Az első mennyiség értékét az egyetemes gravitáció Newton-törvénye alapján határozzuk meg. A centrifugális erőt úgy számítjuk ki, hogy a műhold tömegét megszorozzuk a centripetális gyorsulással. A gravitációs és a tehetetlenségi tömeg egyenlőségének eredménye az a következtetés, hogy a pályamagasság nem függ a műhold tömegétől. Ezért a geostacionárius pályát csak az a magasság határozza meg, amelyen a centrifugális erő egyenlő nagyságú és ellentétes irányú a Föld gravitációja által adott magasságban keltett gravitációs erővel.

A centripetális gyorsulás kiszámítására szolgáló képletből megtalálhatja a szögsebességet. A geostacionárius pálya sugarát is ez a képlet határozza meg, vagy a geocentrikus gravitációs állandó elosztása a szögsebesség négyzetével. 42 164 kilométer hosszú. A Föld egyenlítői sugarát figyelembe véve 35 786 kilométeres magasságot kapunk.

A számításokat más módon is el lehet végezni, azon az állításon alapulva, hogy a pályamagasság, amely a Föld középpontjától mért távolság, és a műhold szögsebessége egybeesik a bolygó forgási mozgásával, ad okot. lineáris sebesség, amely egyenlő az első kozmikussal egy adott magasságon.

Sebesség geostacionárius pályán. Hossz

Ezt a mutatót úgy számítjuk ki, hogy a szögsebességet megszorozzuk a térsugárral. A keringési sebesség értéke 3,07 kilométer/másodperc, ami jóval kevesebb, mint a Föld-közeli pályán az első kozmikus sebesség. A sebesség csökkentése érdekében a pálya sugarát több mint hatszorosára kell növelni. A hosszúságot úgy számítjuk ki, hogy a Pi számot és a sugarat megszorozzuk kettővel. Ez 264924 kilométer. A mutatót figyelembe veszik a műholdak „álláspontjainak” kiszámításakor.

Az erők hatása

Annak a pályának a paraméterei, amely mentén a mesterséges mechanizmus forog, a gravitációs hold-napzavarok, a Föld mezőjének inhomogenitása és az egyenlítői ellipticitás hatására megváltozhatnak. A mező átalakulása olyan jelenségekben fejeződik ki, mint:

1. A műhold elmozdulása a pálya menti helyzetéből a stabil egyensúlyi pontok felé, amelyeket a geostacionárius pályán potenciális lyukaknak nevezünk.
2. A mező dőlésszöge az Egyenlítőhöz képest bizonyos sebességgel növekszik, és 26 évente és 5 havonta egyszer eléri a 15 fokot.

Ahhoz, hogy a műhold a kívánt „állásponton” maradjon, meghajtórendszerrel van felszerelve, amelyet 10-15 naponta többször bekapcsolnak. Így a pályahajlás növekedésének kompenzálására „észak-dél” korrekciót, a mező menti elsodródás kompenzálására pedig „nyugat-kelet” korrekciót alkalmaznak. A műhold útjának szabályozásához annak teljes élettartama alatt nagy mennyiségű üzemanyagra van szükség a fedélzeten.

Propulziós rendszerek

Az eszköz kiválasztását a műhold egyedi műszaki jellemzői határozzák meg. Például vegyszer rakétamotor lökettérfogatú tüzelőanyag-ellátással rendelkezik, és régóta tárolt, magas forráspontú komponensekkel (dianitrogén-tetroxid, aszimmetrikus dimetil-hidrazin) működik. A plazmaeszközök lényegesen kisebb tolóerővel bírnak, de az elhúzódó üzemelés miatt, amit egyetlen mozdulatnál több tíz perc alatt mérnek, jelentősen csökkenthetik a fedélzeten elfogyasztott üzemanyag mennyiségét. Az ilyen típusú propulziós rendszert arra használják, hogy a műholdat egy másik orbitális pozícióba manőverezzék. A készülék élettartamának fő korlátozó tényezője az üzemanyag-ellátás geostacionárius pályán.

A mesterséges mező hátrányai

A geostacionárius műholdakkal való interakció jelentős hátránya a jelterjedés nagy késése. Így 300 ezer kilométer per másodperces fénysebességgel és 35 786 kilométeres pályamagasság mellett a Föld-műhold sugár mozgása körülbelül 0,12 másodperc, a Föld-műhold-Föld sugár 0,24 másodpercig tart. A földfelszíni szolgáltatások berendezéseiben és kábeles átviteli rendszereiben a jel késleltetését figyelembe véve a „forrás-műhold-vevő” jel teljes késleltetése megközelítőleg 2-4 másodpercet ér el. Ez a mutató jelentősen megnehezíti a pályán lévő eszközök telefonálásra történő használatát, és lehetetlenné teszi a műholdas kommunikáció használatát a valós idejű rendszerekben.

További hátránya a geostacionárius pálya láthatatlansága a magas szélességi fokokról, ami zavarja a kommunikációt és a televíziós adásokat az Északi-sarkvidéken és az Antarktiszban. Azokban a helyzetekben, amikor a nap és az adó műhold egy vonalban van a vevőantennával, a jel csökken, és néha teljesen hiányzik. A geostacionárius pályákon a műhold mozdulatlansága miatt ez a jelenség különösen egyértelműen megnyilvánul.

Doppler effektus

Ez a jelenség az elektromágneses rezgések frekvenciájának változásából áll az adó és a vevő kölcsönös mozgásával. A jelenséget a távolság időbeli változása, valamint a mesterséges járművek pályán való mozgása fejezi ki. A hatás a műhold vivőfrekvenciájának alacsony stabilitásában nyilvánul meg, ami hozzáadódik a fedélzeti átjátszó és a földi állomás frekvenciájának hardveres instabilitásához, ami megnehezíti a jelek vételét. A Doppler-effektus hozzájárul a moduláló rezgések frekvenciájának megváltozásához, amely nem szabályozható. Abban az esetben, ha kommunikációs műholdakat és közvetlen televíziós műsorszórást használnak a pályán, ez a jelenség gyakorlatilag megszűnik, vagyis a vételi ponton nem változik a jelszint.

Hozzáállás a világ geostacionárius mezőihez

Az űrpálya megszületése számos kérdést és nemzetközi jogi problémát vetett fel. Számos bizottság, különösen az Egyesült Nemzetek Szervezete, részt vesz a határozathozatalban. Néhány, az Egyenlítőn található ország azt állította, hogy szuverenitásukat kiterjesztik az űrmező területük feletti részére. Az államok kijelentették, hogy a geostacionárius pálya egy olyan fizikai tényező, amely a bolygó létéhez kapcsolódik, és a Föld gravitációs terétől függ, így a térszegmensek országaik területének kiterjesztését jelentik. De az ilyen állításokat elutasították, mivel a világon létezik a kisajátítás tilalma világűr. A pályák és a műholdak működésével kapcsolatos minden probléma globális szinten megoldódik.

"Az embernek a Föld fölé kell emelkednie - a légkörbe és azon túl -, mert csak így fogja teljesen megérteni azt a világot, amelyben él."

Szókratész ezt a megfigyelést évszázadokkal azelőtt végezte el, hogy az emberek sikeresen Föld körüli pályára állítottak volna egy tárgyat. Az ókori görög filozófus azonban úgy tűnt, megértette, milyen értékes lehet egy világűrből származó kilátás, bár fogalma sem volt, hogyan érheti el.

Ennek a koncepciónak – arról, hogyan lehet egy tárgyat „a légkörbe és azon túl” kilökni – meg kellett várni, amíg Isaac Newton 1729-ben közzétette híres ágyúgolyós gondolatkísérletét. Valahogy így néz ki:

„Képzeld el, hogy egy ágyút helyeztél egy hegy tetejére, és vízszintesen kilőtted. Az ágyúgolyó egy ideig párhuzamosan halad a Föld felszínével, de végül megadja magát a gravitációnak, és a Földre esik. Most képzeld el, hogy folyamatosan lőport töltesz egy ágyúba. További robbanásokkal a mag egyre tovább fog haladni, amíg le nem esik. Adjon hozzá megfelelő mennyiségű lőport, és adja meg a golyónak a megfelelő gyorsulást, és folyamatosan körbe fogja repülni a bolygót, mindig a gravitációs mezőbe esik, de soha nem éri el a földet."

1957 októberében szovjet Únió végül megerősítette Newton sejtését a Szputnyik 1, az első mesterséges műhold Föld körüli pályán való felbocsátásával. Ez elindította az űrversenyt és számos olyan tárgy kilövést, amelyeknek a Föld és a Naprendszer többi bolygója körül kellett repülniük. A Szputnyik fellövése óta több ország, főként az Egyesült Államok, Oroszország és Kína több mint 3000 műholdat bocsátott az űrbe. Ezen ember alkotta objektumok némelyike, például az ISS, nagy. Mások tökéletesen elférnek egy kis ládában. A műholdaknak köszönhetően időjárás-előrejelzéseket kapunk, tévét nézünk, internetezhetünk és telefonálunk. Még azok a műholdak is kiválóan szolgálnak a katonaság javára, amelyek működését nem érezzük, nem látjuk.

Természetesen a műholdak felbocsátása és működtetése problémákhoz vezetett. Napjainkban több mint 1000 működő műhold kering a Föld körül, így közvetlen űrrégiónk forgalmasabb lett, mint Nagyváros csúcsforgalom idején. Adjuk hozzá ehhez a nem működő berendezéshez az elhagyott műholdakat, a hardverdarabokat és a robbanásokból vagy ütközésekből származó töredékeket, amelyek megtöltik az eget, valamint hasznos felszereléseket. Ez az orbitális törmelék, amelyről beszélünk, az évek során felhalmozódott, és komoly veszélyt jelent a jelenleg a Föld körül keringő műholdakra, valamint a jövőbeni emberes és pilóta nélküli kilövésekre.

Ebben a cikkben belemászunk egy közönséges műhold zsigerébe, és a szemébe nézünk, hogy olyan nézeteket lássunk bolygónkról, amelyekről Szókratész és Newton még csak álmodni sem tudott. De először nézzük meg közelebbről, hogy valójában miben különbözik egy műhold a többi égi objektumtól.

minden olyan objektum, amely egy bolygó körül görbében mozog. A Hold a Föld természetes műholdja, a Föld közelében is sok műhold található, amelyeket emberi kéz alkotott, mondhatni mesterségesnek. A műhold által követett út egy pálya, néha kör alakot ölt.

Ahhoz, hogy megértsük, miért mozognak így a műholdak, meg kell látogatnunk Newton barátunkat. Azt javasolta, hogy a gravitációs erő az Univerzum bármely két objektuma között létezik. Ha ez az erő nem létezne, a bolygó közelében repülő műholdak továbbra is ugyanolyan sebességgel és ugyanabban az irányban mozognának - egyenes vonalban. Ez az egyenes vonal a műhold tehetetlenségi útja, amelyet azonban a bolygó közepe felé irányuló erős gravitációs vonzás egyensúlyoz ki.

Néha a műhold pályája ellipszisként, lapos körként jelenik meg, amely két gócként ismert pont körül forog. Ebben az esetben ugyanazok a mozgástörvények érvényesek, kivéve, hogy a bolygók az egyik gócban helyezkednek el. Emiatt a műholdra kifejtett nettó erő nem egyenletesen halad a teljes útvonalon, és a műhold sebessége folyamatosan változik. Gyorsan mozog, amikor a legközelebb van a bolygóhoz - a perigeus pontban (nem tévesztendő össze a perihéliummal), és lassabban, ha távolabb van a bolygótól - az apogee pontban.

A műholdak jönnek be leginkább különböző formákés méretben, és sokféle feladatot lát el.

• Az időjárási műholdak segítenek a meteorológusoknak megjósolni az időjárást, vagy megnézni, mi történik vele egy adott pillanatban. A Geostacionárius Működési Környezeti Műhold (GOES) jó példa erre. Ezek a műholdak általában olyan kamerákat tartalmaznak, amelyek a Föld időjárását mutatják.
• A kommunikációs műholdak lehetővé teszik a telefonbeszélgetések műholdon keresztüli továbbítását. A kommunikációs műholdak legfontosabb jellemzője a transzponder – egy rádió, amely egy frekvencián veszi a beszélgetést, majd felerősíti és egy másik frekvencián továbbítja a Földre. Egy műhold általában több száz vagy több ezer transzpondert tartalmaz. A kommunikációs műholdak jellemzően geoszinkronok (erről később).
• A televíziós műholdak televíziós jeleket továbbítanak egyik pontról a másikra (hasonlóan a kommunikációs műholdakhoz).
• A tudományos műholdak, mint valamikor a Hubble Űrteleszkóp, minden típusú tudományos küldetést végrehajtanak. A napfoltoktól a gamma-sugarakig mindent megfigyelnek.
• A navigációs műholdak segítik a repülőket és a hajókat. A GPS NAVSTAR és GLONASS műholdak kiemelkedő képviselői.
• A mentőműholdak reagálnak a vészjelzésekre.
• A Föld-megfigyelő műholdak rögzítik a hőmérséklet változásait a jégsapkákig. A leghíresebb a Landsat sorozat.

Katonai műholdak is keringenek, de működésük nagy része titokban marad. Titkosított üzeneteket továbbíthatnak, megfigyelhetik az atomfegyvereket, az ellenség mozgását, figyelmeztethetnek rakétakilövésekre, hallgathatnak szárazföldi rádiót, radarfelmérést és térképezést végezhetnek.

Mikor találták fel a műholdakat?

Lehet, hogy Newton képzeletében műholdakat lőtt fel, de hosszú idő telt el, mire ténylegesen véghezvittük ezt a bravúrt. Az egyik első látnok Arthur C. Clarke tudományos-fantasztikus író volt. 1945-ben Clark azt javasolta, hogy egy műholdat állítsanak pályára úgy, hogy az ugyanabban az irányban és sebességgel mozogjon, mint a Föld. Kommunikációra az úgynevezett geostacionárius műholdakat lehetne használni.

A tudósok nem értették Clarkot – egészen 1957. október 4-ig. Ezután a Szovjetunió Föld körüli pályára bocsátotta a Szputnyik 1-et, az első mesterséges műholdat. A Szputnyik átmérője 58 centiméter, súlya 83 kilogramm, és labda alakú volt. Bár ez figyelemre méltó teljesítmény volt, a Szputnyik tartalma a mai mércével mérve kevés volt:

• hőmérő
• akkumulátor
• rádióadó
• nitrogéngáz, amely a műhold belsejében nyomás alatt volt

A Szputnyik külső oldalán négy ostorantenna sugárzott a jelenlegi szabvány (27 MHz) feletti és alatti rövidhullámú frekvencián. A földi nyomkövető állomások vették a rádiójelet, és megerősítették, hogy az apró műhold túlélte a kilövést, és sikeresen körbejárta bolygónkat. Egy hónappal később a Szovjetunió pályára állította a Szputnyik 2-t. A kapszulában volt a Laika kutya.

1957 decemberében kétségbeesetten próbált lépést tartani ellenfeleivel hidegháború, amerikai tudósok megpróbálták pályára állítani a műholdat a Vanguard bolygóval együtt. Sajnos a rakéta felszállás közben lezuhant és leégett. Nem sokkal ezután, 1958. január 31-én az Egyesült Államok megismételte a szovjet sikert, és elfogadta Wernher von Braun tervét, miszerint az Explorer 1 műholdat egy amerikai rakétával küldik fel. Redstone. Az Explorer 1 műszereket hordozott a kozmikus sugarak észlelésére, és James Van Allen, az Iowai Egyetem kísérlete során felfedezte, hogy a vártnál sokkal kevesebb kozmikus sugárzás található. Ez két toroidális zóna felfedezéséhez vezetett (amelyeket végül Van Allenről neveztek el), amelyek tele vannak töltött részecskékkel. mágneses mező Föld.

E sikereken felbuzdulva az 1960-as években több vállalat is elkezdett műholdakat fejleszteni és felbocsátani. Az egyikük a Hughes Aircraft volt, Harold Rosen sztármérnökkel együtt. Rosen vezette azt a csapatot, amely megvalósította Clark ötletét – egy kommunikációs műholdat, amelyet úgy helyeztek el a Föld pályáján, hogy az egyik helyről a másikra veri a rádióhullámokat. 1961-ben a NASA szerződést kötött Hughes-szal a Syncom (szinkron kommunikációs) műholdsorozat megépítésére. 1963 júliusában Rosen és kollégái látták, hogy a Syncom-2 felrobbant az űrbe, és durva geoszinkron pályára lép. Kennedy elnök az új rendszer segítségével beszélt Nigéria miniszterelnökével Afrikában. Hamarosan felszállt a Syncom-3 is, amely valójában televíziós jelet sugározhatott.

Elkezdődött a műholdak korszaka.

Mi a különbség a műhold és az űrszemét között?

Technikailag a műhold minden olyan objektum, amely egy bolygó vagy egy kisebb égitest körül kering. A csillagászok a holdakat természetes műholdak közé sorolják, és az évek során összeállítottak egy listát több száz ilyen objektumról, amelyek bolygók és bolygók körül keringenek. törpebolygók naprendszerünk. Például a Jupiter 67 holdját számolták meg. És még mindig az.

Az olyan mesterséges objektumok, mint a Szputnyik és az Explorer, szintén műholdak közé sorolhatók, mivel a holdakhoz hasonlóan egy bolygó körül keringenek. Sajnos az emberi tevékenység oda vezetett, hogy létezik a nagy mennyiség szemét. Mindezek a darabok és törmelékek úgy viselkednek, mint egy nagy rakéta – a bolygó körül keringenek Magassebesség körkörös vagy elliptikus pálya mentén. A definíció szigorú értelmezésében minden ilyen objektum műholdként definiálható. A csillagászok azonban általában a műholdakat tekintik olyan objektumoknak, amelyek hasznos funkciót látnak el. A fémhulladékok és egyéb ócskavasok az orbitális törmelék kategóriájába tartoznak.

Az orbitális törmelék számos forrásból származik:

• Egy rakéta robbanás, amely a legtöbb szemetet termeli.
• Az űrhajós eleresztette a kezét – ha egy űrhajós valamit javít az űrben, és elvéti a csavarkulcsot, az örökre elveszett. A kulcs pályára áll, és körülbelül 10 km/s sebességgel repül. Ha eltalál egy személyt vagy műholdat, az eredmény katasztrofális lehet. Nagy tárgyak Az ISS-hez hasonlóan az űrszemét nagy célpontja.
• Eldobott tárgyak. Indítótartályok alkatrészei, kameralencsesapkák stb.

A NASA LDEF néven speciális műholdat bocsátott pályára, hogy tanulmányozza az űrszemétekkel való ütközések hosszú távú hatásait. Hat év alatt a műhold műszerei körülbelül 20 000 becsapódást rögzítettek, amelyek egy részét mikrometeoritok, másokat pedig orbitális törmelék okoztak. A NASA tudósai folytatják az LDEF adatok elemzését. De Japánnak már van egy óriási hálója az űrszemét fogására.

Mi van egy normál műhold belsejében?

A műholdak különböző formájú és méretűek, és számos teljesítményt nyújtanak különféle funkciókat azonban alapvetően mindegyik hasonló. Mindegyiknek fém vagy kompozit váza és karosszériája van, amit az angolul beszélő mérnökök busznak, az oroszok pedig űrplatformnak neveznek. Az űrplatform mindent egyesít, és elegendő intézkedést biztosít annak biztosítására, hogy a műszerek túléljék a kilövést.

Minden műholdnak van áramforrása (általában napelemek) és akkumulátorok. A napelem panelek lehetővé teszik az akkumulátorok töltését. Legújabb műholdaküzemanyagcellákat tartalmaznak. A műholdas energia nagyon drága és rendkívül korlátozott. A küldésre általában atomenergia cellákat használnak űrszondák más bolygókra.

Minden műhold rendelkezik fedélzeti számítógéppel a különféle rendszerek vezérléséhez és felügyeletéhez. Mindenkinek van rádiója és antennája. Legalább a legtöbb műhold rendelkezik rádióadóval és rádióvevővel, így a földi személyzet lekérdezheti és figyelemmel kísérheti a műhold állapotát. Sok műhold sokféle dolgot tesz lehetővé, a pálya megváltoztatásától a számítógépes rendszer újraprogramozásáig.

Amint az várható volt, ezeknek a rendszereknek az összerakása nem könnyű feladat. Évekbe telik. Minden a küldetés céljának meghatározásával kezdődik. Paramétereinek meghatározása lehetővé teszi a mérnökök számára a szükséges szerszámok összeszerelését és beszerelését megfelelő sorrendben. A specifikációk (és a költségvetés) jóváhagyása után megkezdődik a műhold összeszerelése. Tiszta helyiségben, steril környezetben zajlik, amely fenntartja a kívánt hőmérsékletet és páratartalmat, és védi a műholdat a fejlesztés és az összeszerelés során.

A mesterséges műholdak általában megrendelésre készülnek. Egyes cégek moduláris műholdakat fejlesztettek ki, vagyis olyan szerkezeteket, amelyek összeszerelése lehetővé teszi további elemek beépítését az előírásoknak megfelelően. Például a Boeing 601 műholdaknak két alapvető modulja volt - egy alváz a meghajtási alrendszer, az elektronika és az akkumulátorok szállítására; és egy méhsejt alakú polckészlet a berendezések tárolására. Ez a modularitás lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy a műholdakat alapból, semmint a semmiből állítsák össze.

Hogyan bocsátják pályára a műholdakat?

Ma minden műholdat rakétán bocsátanak pályára. Sokan a rakományosztályon szállítják őket.

A legtöbb műhold indításakor a rakétát egyenesen felfelé indítják, ami lehetővé teszi, hogy gyorsabban mozogjon a sűrű légkörben, és minimálisra csökkentse az üzemanyag-fogyasztást. A rakéta felszállása után a rakéta vezérlőmechanizmusa használja inerciarendszerútmutatást a rakétafúvóka szükséges beállításainak kiszámításához a kívánt dőlés eléréséhez.

Miután a rakéta a levegőbe jut, körülbelül 193 kilométeres magasságban a navigációs rendszer kis rakétákat bocsát ki, ami elegendő ahhoz, hogy a rakétát vízszintes helyzetbe fordítsa. Ezt követően a műholdat felszabadítják. Kis rakéták ismét kilőnek, és távolságkülönbséget biztosítanak a rakéta és a műhold között.

Keringési sebesség és magasság

A rakétának 40 320 kilométer per órás sebességet kell elérnie, hogy teljesen kikerülje a Föld gravitációját, és az űrbe repüljön. Az űrsebesség sokkal nagyobb, mint amire egy műholdnak szüksége van a pályán. Nem kerülik el a föld gravitációját, hanem egyensúlyi állapotban vannak. A keringési sebesség az a sebesség, amely a gravitációs vonzás és a műhold tehetetlenségi mozgása közötti egyensúly fenntartásához szükséges. Ez körülbelül 27 359 kilométer per óra 242 kilométeres magasságban. Gravitáció nélkül a tehetetlenség a műholdat az űrbe vinné. Még a gravitáció ellenére is, ha egy műhold túl gyorsan mozog, az űrbe kerül. Ha a műhold túl lassan mozog, a gravitáció visszahúzza a Föld felé.

Egy műhold keringési sebessége a Föld feletti magasságától függ. Minél közelebb van a Földhöz, annál gyorsabb sebesség. 200 kilométeres magasságban keringési sebesség 27 400 kilométer per óra. Ahhoz, hogy 35 786 kilométeres magasságban keringhessen, a műholdnak 11 300 kilométeres óránkénti sebességgel kell haladnia. Ez a keringési sebesség lehetővé teszi, hogy a műhold 24 óránként elrepüljön. Mivel a Föld is 24 órát forog, a 35 786 kilométeres magasságban lévő műhold rögzített helyzetben van a Föld felszínéhez képest. Ezt a pozíciót nevezzük geostacionáriusnak. A geostacionárius pálya ideális időjárási és kommunikációs műholdak számára.

Általában minél magasabb a pálya, annál tovább maradhat ott a műhold. Kis magasságban a műhold a föld légkörében van, ami légellenállást okoz. Tovább nagy magasságban gyakorlatilag nincs ellenállás, és a műhold a Holdhoz hasonlóan évszázadokig pályán maradhat.

Műholdak típusai

A Földön minden műhold hasonlóan néz ki – fényes dobozok vagy hengerek, melyeket napelemekből készült szárnyak díszítenek. De az űrben ezek a favágó gépek nagyon eltérően viselkednek repülési útvonaluktól, magasságuktól és tájolásuktól függően. Ennek eredményeként a műholdak osztályozása összetett kérdéssé válik. Az egyik megközelítés a vízi jármű bolygóhoz (általában a Földhöz) viszonyított pályájának meghatározása. Emlékezzünk vissza, hogy két fő pálya van: körkörös és elliptikus. Egyes műholdak ellipszisben indulnak, majd körpályára állnak. Mások a Molnija pályának nevezett elliptikus pályát követik. Ezek az objektumok általában északról délre keringenek a Föld sarkain, és 12 óra alatt teljesítenek egy teljes elrepülést.

A sarkkörön keringő műholdak is minden fordulattal áthaladnak a pólusokon, bár pályájuk kevésbé elliptikus. A sarki pályák rögzítettek maradnak az űrben, miközben a Föld forog. Ennek eredményeként a Föld nagy része sarki pályán halad el a műhold alatt. Mivel a sarki pályák kiváló lefedettséget biztosítanak a bolygóról, térképezésre és fényképezésre használják őket. Az előrejelzők a sarki műholdak globális hálózatára is támaszkodnak, amelyek 12 óránként körbejárják a Földet.

A műholdakat a fenti magasság alapján is osztályozhatja a Föld felszíne. E séma alapján három kategória van:

• Low Earth Orbit (LEO) – A LEO műholdak a Föld felett 180-2000 kilométeres űrrégiót foglalnak el. A Föld felszíne közelében keringő műholdak ideálisak megfigyelésre, katonai célokra és időjárási információk gyűjtésére.
• Közepes Föld körüli pálya (MEO) – Ezek a műholdak 2000-36 000 km magasságban repülnek a Föld felett. A GPS-navigációs műholdak jól működnek ezen a magasságon. Hozzávetőleges keringési sebessége 13 900 km/h.
• Geostacionárius (geoszinkron) pálya - a geostacionárius műholdak 36 000 km-t meghaladó magasságban keringenek a Föld körül, és a bolygóval azonos forgási sebességgel. Ezért ezen a pályán a műholdak mindig ugyanarra a helyre helyezkednek el a Földön. Sok geostacionárius műhold repül az Egyenlítő mentén, ami sok forgalmi dugót okozott az űr ezen régiójában. Több száz televíziós, kommunikációs és időjárási műhold használ geostacionárius pályát.

Végül a műholdakra gondolhatunk abban az értelemben, hogy hol „keresnek”. Az elmúlt évtizedekben a világűrbe küldött objektumok többsége a Földet nézi. Ezek a műholdak olyan kamerákkal és berendezésekkel rendelkeznek, amelyek különböző hullámhosszú fényben látják világunkat, így csodálatos kilátásban gyönyörködhetünk bolygónk ultraibolya és infravörös tónusaiban. Kevesebb műhold fordítja tekintetét az űr felé, ahol csillagokat, bolygókat és galaxisokat figyelnek meg, és olyan objektumokat keresnek, mint aszteroidák és üstökösök, amelyek összeütközhetnek a Földdel.

Ismert műholdak

Egészen a közelmúltig a műholdak egzotikus és szigorúan titkos eszközök maradtak, amelyeket elsősorban katonai célokra használnak navigációra és kémkedésre. Mára szerves részünkké váltak Mindennapi élet. Nekik köszönhetően ismerjük az időjárás-előrejelzést (bár az időjósok oly sokszor tévednek). A műholdaknak köszönhetően tévét nézünk és internetezünk is. Az autónkban és okostelefonunkban található GPS segít eljutni oda, ahová mennünk kell. Érdemes-e beszélni a Hubble-teleszkóp felbecsülhetetlen értékű hozzájárulásáról és az űrhajósok munkájáról az ISS-en?

Vannak azonban igazi hősök a pályán. Ismerkedjünk meg velük.

1. A Landsat műholdak az 1970-es évek eleje óta fényképezik a Földet, és ők tartják a Föld felszínének megfigyelésének rekordját. Az egykor ERTS (Earth Resources Technology Satellite) néven ismert Landsat-1-et 1972. július 23-án bocsátották fel. Két fő műszert tartalmazott: egy kamerát és egy multispektrális szkennert, amelyet a Hughes Aircraft Company épített, és amely zöld, vörös és két infravörös spektrumban képes adatokat rögzíteni. A műhold olyan gyönyörű képeket készített, és olyan sikeresnek számított, hogy egy egész sorozat követte. A NASA 2013 februárjában indította útjára az utolsó Landsat-8-at. Ez a jármű két Föld-megfigyelő érzékelőt, az Operational Land Imager és a Thermal Infrared Sensort tartalmazott, amelyek a part menti régiók multispektrális képeit gyűjtik. sarki jég, szigetek és kontinensek.
2. A Geostacionárius Működési Környezeti Műholdak (GOES) geostacionárius pályán keringenek a Föld körül, mindegyik a földgömb egy meghatározott részéért felelős. Ez lehetővé teszi a műholdak számára, hogy szorosan figyeljék a légkört, és észleljék az időjárási viszonyok változásait, amelyek tornádókhoz, hurrikánokhoz, áradásokhoz és villámlásokhoz vezethetnek. A műholdakat a csapadék és a hófelhalmozódás becslésére, a hótakaró mértékének mérésére, valamint a tengeri és tójég mozgásának nyomon követésére is használják. 1974 óta 15 GOES műholdat állítottak pályára, de egyszerre csak két műhold, a GOES West és a GOES East figyeli az időjárást.
3. A Jason-1 és a Jason-2 kulcsszerepet játszottak a Föld óceánjainak hosszú távú elemzésében. A NASA 2001 decemberében indította útjára a Jason-1-et, hogy felváltsa a NASA/CNES Topex/Poseidon műholdat, amely 1992 óta működött a Föld felett. A Jason-1 közel tizenhárom éven keresztül mérte a tengerszintet, a szélsebességet és a hullámmagasságot a Föld jégmentes óceánjainak több mint 95%-ában. A NASA 2013. július 3-án hivatalosan visszavonta a Jason-1-et. A Jason-2 2008-ban állt pályára. Nagy pontosságú műszereket szállított, amelyek lehetővé tették a műhold és az óceán felszíne közötti távolság több centiméteres pontosságú mérését. Ezek az adatok amellett, hogy az oceanográfusok számára értékesek, kiterjedt betekintést nyújtanak a globális éghajlati minták viselkedésébe.

Mennyibe kerülnek a műholdak?

A Szputnyik és az Explorer után a műholdak nagyobbak és összetettebbek lettek. Vegyük például a TerreStar-1-et, egy kereskedelmi műholdat, amelynek mobil adatátvitelt kellett volna biztosítania Észak Amerika okostelefonokhoz és hasonló eszközökhöz. A 2009-ben piacra dobott TerreStar-1 6910 kilogrammot nyomott. Teljesen kihelyezve pedig egy 18 méteres antennát és hatalmas, 32 méteres szárnyfesztávolságú napelemeket tárt fel.

Egy ilyen összetett gép megépítése rengeteg erőforrást igényel, így történelmileg csak a kormányhivatalok és nagy zsebekkel rendelkező vállalatok léphettek be a műholdas üzletágba. A műhold költségeinek nagy része a berendezésekben rejlik - transzponderekben, számítógépekben és kamerákban. Egy tipikus időjárási műhold körülbelül 290 millió dollárba kerül. Egy kémműhold 100 millió dollárral többe kerülne. Ehhez hozzá kell adni a műholdak karbantartásának és javításának költségeit. A vállalatoknak ugyanúgy kell fizetniük a műholdas sávszélességért, mint a telefontulajdonosoknak a mobilszolgáltatásért. Ez néha több mint 1,5 millió dollárba kerül évente.

Egy másik fontos tényező az indítási költség. Egy műhold űrbe juttatása eszköztől függően 10-400 millió dollárba kerülhet. A Pegasus XL rakéta 443 kilogrammot képes alacsony földi pályára emelni 13,5 millió dollárért. Egy nehéz műhold fellövése nagyobb emelést igényel. Az Ariane 5G rakéta 165 millió dollárért 18 000 kilogrammos műholdat tud alacsony pályára bocsátani.

A műholdak építésével, kilövésével és üzemeltetésével kapcsolatos költségek és kockázatok ellenére egyes vállalatoknak sikerült egész üzleteket felépítenie köré. Például a Boeing. A cég 2012-ben mintegy 10 műholdat szállított az űrbe, és több mint hét évre kapott megrendeléseket, amivel közel 32 milliárd dolláros bevételt generált.

A műholdak jövője

Majdnem ötven évvel a Szputnyik fellövése után a műholdak, akárcsak a költségvetések, növekednek és erősödnek. Az USA például csaknem 200 milliárd dollárt költött katonai műholdprogramja kezdete óta, és most mindezek ellenére elöregedett műholdak flottája várja, hogy lecseréljék. Sok szakértő attól tart, hogy a nagy műholdak építése és telepítése egyszerűen nem létezhet az adófizetők pénzéből. A megoldás, amely mindent fenekestül felfordíthat, továbbra is a magáncégek, például a SpaceX és mások, amelyek nyilvánvalóan nem szenvednek bürokratikus stagnálást, mint például a NASA, az NRO és a NOAA.

Egy másik megoldás a műholdak méretének és összetettségének csökkentése. A Caltech és a Stanford Egyetem tudósai 1999 óta dolgoznak egy új típusú CubeSat-on, amely 10 centiméteres élű építőkockákra épül. Minden kocka kész alkatrészeket tartalmaz, és más kockákkal kombinálható a hatékonyság növelése és a stressz csökkentése érdekében. A tervezés szabványosításával és az egyes műholdak alapból történő megépítésének költségeinek csökkentésével egyetlen CubeSat akár 100 000 dollárba is kerülhet.

2013 áprilisában a NASA úgy döntött, hogy teszteli ezt az egyszerű elvet három, kereskedelmi forgalomba kerülő okostelefonokkal működő CubeSattal. A cél az volt, hogy mikroműholdakat állítsanak pályára egy kis időés készítsünk néhány képet a telefonunkkal. Az ügynökség most az ilyen műholdak kiterjedt hálózatának telepítését tervezi.

Akár nagyok, akár kicsik, a jövőbeli műholdaknak képesnek kell lenniük hatékony kommunikációra a földi állomásokkal. Történelmileg a NASA a rádiófrekvenciás kommunikációra támaszkodott, de a rádiófrekvenciás sugárzás elérte a határát, ahogy megjelent a nagyobb teljesítmény iránti igény. Ennek az akadálynak a leküzdésére a NASA tudósai kétirányú kommunikációs rendszert fejlesztenek ki, rádióhullámok helyett lézereket használva. 2013. október 18-án a tudósok először lézersugarat lőttek ki, hogy adatokat továbbítsanak a Holdról a Földre (384 633 kilométeres távolságra), és rekord átviteli sebességet értek el, 622 megabit/sec.

Úgy tűnhet, hogy a Föld körül keringő műholdak a legegyszerűbb, legismertebb és legismertebb dolog ezen a világon. Végül is a Hold több mint négymilliárd éve az égen lóg, és mozgásában nincs semmi természetfeletti. De ha mi magunk bocsátunk földi pályára műholdakat, azok csak néhány vagy tíz évig maradnak ott, majd ismét belépnek a légkörbe, és vagy kiégnek, vagy az óceánba esnek a földre.

Sőt, ha megnézed természetes műholdak más bolygókon mindegyik lényegesen tovább tart, mint a Föld körül keringő mesterséges műholdak. A Nemzetközi Űrállomás (ISS) például 90 percenként kerüli meg a Földet, míg a Holdunknak ehhez körülbelül egy hónapra van szüksége. Még a bolygóik közelében lévő műholdak is – például a Jupiter Io-ja, amelynek árapály-ereje felmelegíti a világot, és vulkáni katasztrófákkal szétszakítja –, stabilan keringenek.

Az Io várhatóan a Jupiter pályáján marad a Naprendszer hátralevő részében, de ha nem tesznek semmit, az ISS kevesebb mint 20 évig a pályáján marad. Ugyanez a sors vonatkozik gyakorlatilag minden alacsony földi pályán lévő műholdra: mire a következő évszázad körül forog, szinte az összes jelenlegi műhold belép a Föld légkörébe és kiég. A legnagyobbak (mint például a 431 tonnás ISS) nagy törmelék formájában hullanak a szárazföldre és a vízbe.

Miért történik ez? Miért nem törődnek ezek a műholdak Einstein, Newton és Kepler törvényeivel, és miért nem akarnak állandóan stabil pályát fenntartani? Kiderült, hogy számos tényező okozza ezt az orbitális zűrzavart.

Talán ez a legfontosabb hatás, és ez az oka annak is, hogy az alacsony Föld körüli pályán lévő műholdak instabilok. Más műholdak - pl geostacionárius műholdak- is hagyja el a pályát, de nem olyan gyorsan. Megszoktuk, hogy mindent „űrnek” tekintünk, ami 100 kilométer felett van: a Kármán-vonal felett. De az űr határának bármilyen meghatározása, ahol az űr kezdődik és a bolygó légköre véget ér, távolinak tűnik. A valóságban a légköri részecskék messzire és magasra terjednek, de sűrűségük egyre kisebb. Végül a sűrűség csökken - mikrogramm per köbcentiméter, majd egy nanogramm, majd egy pikogram - és akkor már egyre magabiztosabban nevezhetjük űrnek. De a légköri atomok több ezer kilométerre is jelen lehetnek, és amikor a műholdak ütköznek ezekkel az atomokkal, elvesztik lendületüket és lelassulnak. Ezért az alacsony Föld körüli pályán lévő műholdak instabilak.

Napszél részecskék

A Nap folyamatosan nagy energiájú részecskéket bocsát ki, többnyire protonokat, de vannak elektronok és héliummagok is, amelyek mindennel ütköznek, amivel találkoznak. Ezek az ütközések viszont megváltoztatják a velük ütköző műholdak lendületét, és fokozatosan lelassítják őket. Elegendő idő elteltével a pályák megszakadnak. És bár nem ez a fő oka a műholdak deorbitálásának LEO-ban, a távolabbi műholdak esetében inkább fontos, ahogy közelednek, és ezzel együtt nő a légköri ellenállás.

A Föld tökéletlen gravitációs tere

Ha a Földnek nem lenne olyan atmoszférája, mint a Merkúrnak vagy a Holdnak, vajon műholdaink örökké pályán maradhatnának? Még akkor sem, ha eltávolítottuk a napszelet. A Föld ugyanis – mint minden bolygó – nem ponttömeg, hanem inkább változós szerkezet gravitációs mező. Ez a mező és a műholdak bolygó körüli keringésének változásai árapály-erők hatását eredményezik. És minél közelebb van a műhold a Földhöz, annál nagyobb ezeknek az erőknek a hatása.

A Naprendszer többi részének gravitációs hatása

Nyilvánvaló, hogy a Föld nem egy teljesen elszigetelt rendszer, amelyben az egyetlen gravitációs erő, amely a műholdakra hat, magából a Földből származik. Nem, a Hold, a Nap és az összes többi bolygó, üstökösök, aszteroidák és mások hozzájárulnak a formában gravitációs erők, amelyek széttolják a pályákat. Még ha a Föld egy tökéletes pont lenne is - mondjuk egy nem forgó fekete lyukba omlott volna - légkör nélkül, és a műholdak 100%-ban védve lennének a napszéltől, ezek a műholdak fokozatosan elkezdenének spirálisan a Föld középpontja felé haladni. Tovább maradnának a pályán, mint amennyit maga a Nap létezne, de ez a rendszer sem lenne tökéletesen stabil; A műholdak pályája végül megszakadna.

Relativisztikus hatások

A Newton-törvények – és a Kepleri-pályák – nem az egyetlenek, amelyek meghatározzák a mozgást égitestek. Ugyanaz az erő, amely a Merkúr pályáját évszázadonként további 43 hüvelyknyi előrehaladásra készteti, a gravitációs hullámok miatt a pályákat megzavarják. Ennek a zavarnak a sebessége hihetetlenül lassú a gyenge gravitációs mezők (például a Naprendszerben találhatók) és hosszútáv: 10 150 év kell ahhoz, hogy a Föld spirálisan lefelé haladjon a Nap felé, és a Föld-közeli műholdak keringési zavarának mértéke ennél több százezerszer kisebb. De ez az erő jelen van, és elkerülhetetlen következménye általános elmélet relativitáselmélet, hatékonyan megnyilvánulva a bolygó közelebbi műholdain.

Mindez nem csak az általunk létrehozott műholdakra van hatással, hanem a más világok körül keringő természetes műholdakra is. A Marshoz legközelebbi hold, a Phobos például arra van ítélve, hogy az árapály erők széttépjék, és spirálisan leszálljanak a Vörös Bolygó légkörébe. Annak ellenére, hogy légköre csak 1/140-a a Földének, a Mars légköre nagy és diffúz, ráadásul a Marsnak nincs védelme a napszél ellen (ellentétben a Föld mágneses mezőjével). Ezért több tízmillió év után a Phobos eltűnik. Úgy tűnhet, hogy ez nem fog hamarosan megtörténni, de ez az esetek kevesebb mint 1%-a Naprendszer már létezik.

De a Jupiter legközelebbi műholdja nem az Io, hanem a Metis, a mitológia szerint Zeusz első felesége. Közelebb az Io-hoz négy kis hold van, amelyek közül a Metis van a legközelebb, mindössze 0,8 Jupiter sugarú távolságra a bolygó légkörétől. A Jupiter esetében nem a légköri erők vagy a napszél a felelős a pályák megzavarásáért; A 128 000 kilométeres orbitális féltengelyével a Metis lenyűgöző árapály-erőket tapasztal, amelyek felelősek a Hold spirális leszállásáért a Jupiter felé.

Példa arra, hogy mi történik, amikor az erős árapály-erők dominálnak, a Shoemaker-Levy 9 üstökös és annak ütközése a Jupiterrel 1994-ben, miután az árapály erők teljesen széttépték. Ez a sorsa minden műholdnak, amely spirálisan a saját világa felé halad.

Mindezen tényezők kombinációja alapvetően instabillá tesz minden műholdat. Elegendő idő és egyéb stabilizáló hatás hiányában abszolút minden pálya megszakad. Végül is minden pálya instabil, de néhány instabilabb, mint mások.

Ahhoz, hogy egy műholdat alacsony Föld körüli pályára bocsássanak, az első kozmikus sebességgel megegyező vagy az utolsónál valamivel nagyobb kezdeti sebességet kell megadni. Ez nem azonnal, hanem fokozatosan történik. Egy műholdat szállító többlépcsős rakéta simán felveszi a sebességet. Amikor repülési sebessége eléri a számított értéket, a műhold elválik a rakétától, és megkezdi szabad mozgását a pályán. A pálya alakja a neki adott kezdeti sebességtől és irányától: méreteitől és excentricitásától függ.

Ha a környezet és a Hold és a Nap zavaró attrakciói nem mutatnának ellenállást, és a Föld gömb alakú lenne, akkor a műhold pályája nem változna, és maga a műhold is örökké azon mozogna. A valóságban azonban az egyes műholdak pályája különböző okok miatt változik.

A műhold pályáját megváltoztató fő erő a fékezés, amely annak a ritka közegnek az ellenállása miatt következik be, amelyen a műhold átrepül. Lássuk, milyen hatással van a mozgására. Mivel a műhold pályája általában ellipszis alakú, a Földtől való távolsága időszakosan változik. A perigeus felé csökken, és az apogeusban éri el a maximális távolságot. A Föld légkörének sűrűsége a magasság növekedésével gyorsan csökken, ezért a műhold a perigeum közelében találkozik a legnagyobb ellenállással. Miután a mozgási energia egy részét elköltötte ennek, bár kicsiny ellenállásnak a leküzdésére, a műhold már nem tud felemelkedni korábbi magasságára, és apogeusa fokozatosan csökken. A perigeus csökkenése is bekövetkezik, de sokkal lassabban, mint az apogee csökkenése. Így a pálya mérete és excentricitása fokozatosan csökken: elliptikus pálya körösvényhez közeledik. A műhold lassan kanyargó spirálban mozog a Föld körül, és végül a Föld légkörének sűrű rétegeiben fejezi be létezését, felmelegszik és elpárolog, mint egy meteortest. Ha nagy méretű, akkor elérheti a Föld felszínét.

Érdekes megjegyezni, hogy a műhold fékezése nem csökkenti a sebességét, hanem éppen ellenkezőleg, növeli. Végezzünk néhány egyszerű számítást.

Kepler harmadik törvényéből az következik

ahol C egy állandó, M a Föld tömege, m a műhold tömege, P a forgási periódusa és a a pálya fél-nagy tengelye. Elhanyagolt

A műhold tömegével a Föld tömegéhez viszonyítva megkapjuk

A számítások egyszerűsége érdekében tegyük fel, hogy a műhold pályája kör alakú. Állandó υ sebességgel haladva a műhold υ Р = 2 πа távolságot tesz meg pályáján egy teljes fordulatig, ahonnan Р = 2πa/υ. Ezt a P értéket a (9.1) képletbe behelyettesítve és transzformációkat végrehajtva azt találjuk

Tehát az a pálya méretének csökkenésével a v műhold sebessége növekszik: a potenciális energia gyors csökkenése miatt nő a műhold mozgási energiája.

A második erő, amely megváltoztatja a műhold pályájának alakját, a napsugárzás nyomása, vagyis a fény és a korpuszkuláris áramlások (napszél). Ez az erő gyakorlatilag nincs hatással a kis műholdakra, de az olyan műholdak esetében, mint a Pageos, nagyon jelentős. Indításkor a Pageos körpályája volt, de két évvel később nagyon megnyúlt ellipszissé vált.

A műhold mozgását a Föld mágneses mezeje is befolyásolja, hiszen a műhold is be tud szerezni valamennyit elektromos töltésés amikor mágneses térben mozog, a pályán változásoknak kell bekövetkezniük.

Mindezek az erők azonban nyugtalanítóak. A fő erő, amely a műholdat a pályáján tartja, a gravitációs erő. És itt találkozunk néhány sajátossággal. Ennek eredményeként tudjuk tengelyirányú forgás a Föld alakja eltér a gömb alakútól, és hogy a Föld gravitációja nem pontosan a Föld középpontja felé irányul. Ez nem érinti a nagyon távoli objektumokat, de a Föld közelében található műhold reagál a Föld közelében lévő „egyenlítői kidudorodások” jelenlétére. Keringési síkja lassan, de meglehetősen szabályosan forog a Föld forgástengelye körül. Ez a jelenség jól látható az egy hét alatt végzett megfigyelésekből. Mindezek a pályaváltozások nagy tudományos érdeklődésre tartanak számot, ezért szisztematikus megfigyeléseket végeznek a mesterséges műholdak mozgásával kapcsolatban.