Штучний супутник - це диво техніки та техніки. Поміркуйте, що потрібно зрозуміти вченим, щоб це сталося: спочатку є гравітація, потім всебічне знання фізики і, звичайно, природа самих орбіт. Тож справді, питання про те, як перебувати супутники на орбіті, є багатодисциплінарним, що передбачає велику кількість технічних та академічних знань.
По-перше, щоб зрозуміти, як супутник обертається Землею, важливо зрозуміти, що означає орбіта. Йоганн Кеплер першим точно описав математичну форму орбіт планет. Якщо орбіти планет навколо Сонця та Місяця навколо Землі вважалися ідеально круглими, Кеплер натрапив на концепцію еліптичних орбіт. Для того, щоб об’єкт залишився на орбіті навколо Землі, він повинен мати достатню швидкість, щоб просунути свій шлях. Це так само стосується природного супутника, як і штучного. Зі відкриття Кеплера, вчені також змогли зробити висновок, що чим ближче супутник до об'єкта, тим сильніше сила притягання, отже, він повинен рухатися швидше, щоб підтримувати орбіту.
Далі йде розуміння самої сили тяжіння. Усі об'єкти мають гравітаційне поле, але лише у випадку особливо великих об'єктів (тобто планет) ця сила відчувається. У випадку Землі гравітаційний потяг обчислюється до 9,8 м / с2. Однак це конкретний випадок на поверхні планети. При обчисленні об'єктів на орбіті навколо Землі застосовується формула v = (GM / R) 1/2, де v - швидкість супутника, G - гравітаційна константа, M - маса планети, а R - відстань від центру Землі. Спираючись на цю формулу, ми можемо побачити, що швидкість, необхідна для орбіти, дорівнює квадратному кореню відстані від об'єкта до центру Землі, що перевищує прискорення за рахунок сили тяжіння на цій відстані. Отже, якби ми хотіли поставити супутник на круговій орбіті на 500 км над поверхнею (те, що вчені назвали б НУО низької орбіти Землі), знадобилася б швидкість ((6,67 х 10-11 * 6,0 х 1024) / ( 6900000)) 1/2 або 7615,77 м / с. Чим більша висота, тим менша швидкість потрібна для підтримки орбіти.
Тож справді здатність супутників підтримувати свою орбіту зводиться до балансу між двома факторами: його швидкістю (або швидкістю, з якою він рухатиметься по прямій лінії), і гравітаційним потягом між супутником і планетою, на якій він обертається. Чим більша орбіта, тим менша швидкість. Чим ближче орбіта, тим швидше вона повинна рухатися, щоб не впасти назад на Землю.
Ми написали багато статей про супутники для Space Magazine. Ось стаття про штучні супутники, а ось про геосинхронну орбіту.
Якщо вам потрібна додаткова інформація про супутники, перегляньте ці статті:
Орбітальні об’єкти
Список супутників на геостаціонарній орбіті
Ми також записали епізод Астрономічної ролі про космічний човник. Слухайте тут, Епізод 127: Космічний човник у США.
Джерела:
http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite
http://science.howstuffworks.com/satellite6.htm
http://www.bu.edu/satellite/classroom/lesson05-2.html
http://library.thinkquest.org/C007258/Keep_Orbit.htm#
