Sztuczne satelity

Słowo satelita oznacza towarzysza i odnosi się do sztucznych lub naturalnych obiektów krążących wokół innych ciał w przestrzeni kosmicznej. Na przykład planety są naturalnymi satelitami Słońca, a Księżyc jest naturalnym satelitą Ziemi. Wszystkie inne satelity Ziemi to urządzenia zbudowane przez człowieka i wyniesione w przestrzeń za pomocą rakiet. Ich zastosowania obejmują między innymi zadania militarne, poszukiwanie surowców naturalnych, monitorowanie i prognozowanie pogody, zadania telekomunikacyjne i badanie przestrzeni kosmicznej.
Identycznie jak ma to miejsce w przypadku Księżyca, sztuczne satelity utrzymywane są na swych orbitach dzięki sile grawitacyjnego przyciągania Ziemi. W przestrzeni kosmicznej, gdzie nie występują opory spowodowane tarciem, nie jest potrzebna żadna siła, aby utrzymać je w ruchu. Jednakże wszystkie sztuczne satelity obniżają stopniowo swoją trajektorię i zbliżają się do atmosfery. W końcu spalają się, gdy wskutek tarcia o cząsteczki powietrza ich potężna energia kinetyczna zostaje zamieniona w ciepło.

Wystrzelenie w 1957 roku przez Związek Radziecki pierwszego sztucznego satelity Ziemi, Sputnika 1, było początkiem podboju kosmosu. Dziś w każdym prawie zakątku planety ludzie korzystają z usług świadczonych przez satelity.Sputnik 1 poruszał się na orbicie o wysokości ok. 160 km i na jeden obieg potrzebował 96 minut. rakieta międzykontynentalna typu "Wostok" wyniosła Sputnika I na orbitę wokółziemską. Pierwszy sztuczny satelita obiegł ziemię na wysokości 900 km. Była to błyszcząca metalowa kula o średnicy 58 centymetrów, w środku jej znajdował się przekaźnik radiowy z którego przez 3 miesiące satelita wysyłał słabe sygnały na ziemię, które miały postać telegraficzną. Na satelicie znajdowały się 4 anteny radiowe o długości od 2,4-2,9 metra i każda ważyła 83,5 kilograma. Okrążał ziemię w ciągu 95 minut z prędkością 24,5 tysiąca km/h. 4 stycznia 1958 roku sputnik I wszedł w gęste warstwy atmosfery i spłonął. 3 listopada 1957 roku Rosjanie wysłali Sputnika II z psem Łajką na pokładzie. Satelita miał kształt kulisty i masę 508 kg. Okrążał ziemię po eliptycznej orbicie na wysokości od 224 do 1661 km. Łajka leżała w pojemniku o długości 100 cm i szerokości 80 cm, a specjalny system zapewniał jej tlen. Niestety, po 7 dniach pies zdechł z powodu wyczerpania się zapasów tlenu. Ten satelita miał na celu zbadanie wpływu nieważkości na organizm ssaka. Satelity jak już wspomniałem wynoszone są na orbitę przez rakiety. Księżyc natomiast znajduje się w odległości około 386000 km od Ziemi i okrąża ją w ciągu 28 dni.Niektóre satelity umieszcza się nad równikiem, tak aby krążyły nad Ziemią zgodnie z kierunkiem jej obrotu na wysokości 35900 km. W tych warunkach jeden obieg zajmuje im 24 godz. Ale Ziemia obraca się w identycznym tempie, więc pozostają one zawieszone nad tym samym punktem.

Taką orbitę nazywamy orbitą geostacjonarną lub geosynchroniczną, co oznacza, że satelita obraca się synchronicznie z obrotami Ziemi. Na takich orbitach krążą satelity telekomunikacyjne, na przykład te, które przekazują programy telewizyjne. Jako że pozycja satelity względem powierzchni Ziemi nie zmienia się, odbiorcy potrzebują stosunkowo prostej anteny kierunkowej skierowanej ciągle w ten sam punkt na niebie.

Pierwsza próba wystrzelenia samej rakiety bez satelity nastąpiła w 1942 roku w niemieckim zakładzie wojskowym. Wystrzelona została wtedy rakieta A4, która osiągnęła wysokość 205 kilometrów i prędkość 5400 km\h. Jej konstruktor stwierdził: "Dowiedliśmy, że napęd rakietowy jest użyteczny w podróżach międzyplanetarnych". W starcie rakiety jest wykorzystywana III zasada dynamiki w następujący sposób: kiedy z silnika rakiety jest wyrzucona pewna masa w kierunku pionowym i zwrocie w dół to rakieta jest popychana w tym samym kierunku ale przeciwnym zwrocie i właśnie tak startuje rakieta. Kiedy rakieta spełni swoje zadanie nie nadaje się już do powtórnego wykorzystania. Rakiety zużywają bardzo duże ilości paliwa obudowa rakiety to 9% jej masy, ładunek to zaledwie 1%, a pozostałe 90% masy rakiety to materiał pędny. Satelity warte kilka milionów dolarów nie są wysyłane w kosmos tak dla widzi mi się jakiś bogatych państw albo ludzi. Sztuczny satelita jest wysyłany w kosmos z dokładnie określonym zadaniem.

Jednymi z zadań jakie mogą wykonywać sztuczne satelity są:
· Wykonywanie badań naukowych.
· Wykorzystywane są do nawigacji.
· Do prognozowania pogody.
· Do przekazów telewizyjnych; dzisiaj każda licząca się w świecie telewizja ma swojego satelitę np.: Canal+ w tej chwili w 9 krajach w tym i w Polsce nadaje swoje programy ze sztucznego satelity. Pierwszy raz przekaz telewizyjny przez satelitę wykonała amerykańska stacja Telstar w czerwcu 1962 roku.
· Do przekazywania sygnałów radiowych.
· Do szpiegowania wrogich mocarstw.
· Do rozmów telefonicznych.
· Do wykrywania zanieczyszczeń środowiska.

Pierwszy sztuczny satelita amerykański o nazwie Explorer1 został wyniesiony w kosmos przez rakietę Jupiter 31 stycznia 1958 roku. Krążył on nad ziemią na wysokości od 351 do 2428 kilometrów, a czas jednego okrążenia wokół ziemi wynosił 1132,35 minuty. Explorer 1 był pierwszym z długiej serii satelitów amerykańskich o nazwie Explorer. 17 marca 1958 roku wystartował kolejny satelita amerykański- Vanguard. 28 lutego 1959 roku wystartował pierwszy satelita o orbicie polarnej to znaczy, że płaszczyzna orbity po której krąży przechodzi przez środek ziemi. Ten satelita nosił nazwę Discoverer 1. Orbity na których umieszczane są sztuczne satelity określane są trzema parametrami: kształtem, odległością od powierzchni ziemi i kątem nachylenia płaszczyzny tej orbity do płaszczyzny równika. Jeśli chcemy umieścić satelitę na orbicie, trzeba odłączyć go od rakiety pod kątem, dzięki któremu będzie mógł oddalić się od ziemi. Grawitacja będzie powodowała stopniowe zwalnianie satelity aż osiągnie najwyższy punkt na orbicie, który nazywa się apogeum. Kiedy satelita będzie posiadał bardzo małą prędkość, grawitacja będzie przyciągała go w kierunku ziemi, aż do momentu w którym osiągnie on najniższą wysokość na swojej orbicie. Ten punkt z kolei nazywa się perygeum. Tak wprawiony w ruch satelita może utrzymać się na swojej orbicie przez wiele lat przy niewielkich korektach położenia z ziemi. Sztuczne satelity wprowadzane są na optymalne orbity. Na przykład satelita użytkowy jest wprowadzany na orbitę geostacjonarną to znaczy pod kątem zero stopni. Kiedy satelita krąży po takiej orbicie na wysokości 35880 kilometrów to obejmuje on stale ten sam obszar na kuli ziemskiej, jest w spoczynku względem kuli ziemskiej. Wystarczy umieścić 3 takie satelity, by objąć cały obszar kuli ziemskiej oprócz obszarów podbiegunowych. Jak już wspomniałem satelity mają bardzo wiele zastosowań; satelita komunikacyjny może naraz obsługiwać 30 tysięcy rozmów telefonicznych i ponad 25 kanałów telewizyjnych. Pierwszy komercyjny satelita nosi nazwę Early Bird i został wystrzelony w 1965 roku przez Międzynarodową Korporację Telekomunikacji Satelitarnej. Obecnie w kosmosie krąży około 130 satelitów za pomocą których ludzie mogą telefonować z jednego końca świata na drugi. Odbywa się to w następujący sposób: z ogromnych anten o średnicy 30 metrów wysyłane są wiadomości za pomocą mikrofali do satelity, satelita z kolei przesyła tą wiadomość do centrum do którego jest kierowana rozmowa. Satelity geofizyczne są to te, które służą do badanie powierzchni ziemi. Pierwszy taki satelita został umieszczony na orbicie 1972 roku. Landsat 1 (bo tak się nazywa) był wyposażony w skaner na podczerwień, dzięki któremu dostarczał informacji na temat wypromieniowanego ciepła z obserwowanego obiektu. Kamery Landsata 1 obejmowały obszar o długości 185 kilometrów. Satelita przesyłał dane: geologiczne, oceanograficzne, rolnicze oraz urbanistyczne. Dzięki niemu został wykryty szalejący pożar na odludnych obszarach Alaski. Kolejne Landstaty wyposażone w coraz nowszą i bardziej zaawansowaną aparaturę o coraz większym zakresie barw i większej rozdzielczości potrafiły dojrzeć i przeanalizować dane o obiekcie wielkości 30 metrów. Jeszcze większą dokładność osiągnięto po wystrzeleniu w 1986 roku francuskiego satelity Spot 1, który mógł rozróżnić szczegóły o rozmiarach 10 metrów. Współczesne satelity są nie zastąpione przy układaniu prognoz pogody. Wyposażone w bardzo dokładną aparaturę zbierają informacje na temat zachmurzenia, prądów atmosferycznych, składu chemicznego powietrza, temperatur powietrza panujących na różnych wysokościach i tak dalej. Pierwszy eksperymentalny satelita meteorologiczny został wystrzelony w 1960 roku i nosił nazwę Tiros 1. Spełniał on tak dobrze swoje zadanie, że w kolejnych latach wystrzelono 5 następnych Tirosów. Powodzenie tego przedsięwzięcia przyczyniło się do powstania światowego systemu meteorologicznego obserwacji satelitarnych. Satelity te zapisują obrazy za pomocą urządzenia zwanego radiometrem. Satelity wykorzystywane są też do nawigacji, na przykład łodzi podwodnych, które wykorzystują system GPS. W celu wykorzystania tego rodzaju nawigacji łódź musi się częściowo wynurzyć. Wtedy satelity przesyłają wiadomości drogą radiową na temat orbity i czasu kontrolowanego przez zegar atomowy. Załoga łodzi oblicza po jakim czasie dotarł do nich ten sygnał, później wykorzystując uprzednio obliczony czas obliczają odległość satelity od łodzi podwodnej. Dzięki obliczeniu odległości z 3 satelitów GPS można ustalić bardzo dokładne położenie łodzi. System GPS jest również wbudowany w międzykontynentalne pociski dalekiego zasięgu. Istotnym lecz na ogół przemilczanym przez polityków i wojskowych jest wykorzystywanie satelity do szpiegostwa wrogich państw. Wykorzystywanie kamer umieszczonych na satelitach do podglądania cudzych tajemnic zaczęło się na początku lat sześćdziesiątych. Satelity obserwacyjne zostawały wyposażane w przyrządy o wysokiej rozdzielczości i umieszczane na strategicznych orbitach. Pierwsze udane szpiegowskie satelity amerykańskie zostały wyniesione w kosmos rakietą Agena. Fotografie rosyjskich baz wojskowych były wykonywane automatycznie z wysokości od 50 do 241 kilometrów. Film z zdjęciami był wystrzeliwany na ziemię w specjalnej kapsule wyposażonej w spadochron i zostawał przejmowany przez oczekujący helikopter lub łódź w pobliżu Hawajów. Takie satelity wyposażone są w aparat dzięki któremu w chwili uszkodzenia dokonuje się samozniszczenie. Robienie zdjęć nie jest jedyną możliwością szpiegowania z satelitów. Są one wyposażane również w czujniki na podczerwień dzięki, którym wyłapuje się strumienie spalin rakiet. Pierwsze satelity astronomiczne zostały wysłane w kosmos w latach sześćdziesiątych głownie w celu obserwacji źródeł promieniowania ultrafioletowego. Najbardziej spektakularnym wydarzeniem okazało się umieszczenie na orbicie w 1990 roku satelitarnego obserwatorium astronomicznego wyposażonego w optyczny teleskop Hubble`a o średnicy zwierciadła 2,4 metra sprzężony z 2 kamerami, 2 spektrografami i fotometrem. Satelity ulegają czasami uszkodzeniom w wyniku kontaktu z gwiezdnym "gruzem". Żeby nie ściągać ich na ziemię, naprawy przeprowadza się na orbicie.

Pierwsza prędkość kosmiczna jest to prędkość zapewniająca sztucznemu satelicie krążenie wokół ciała centralnego po możliwie najniższej orbicie kołowej. Wartość pierwszej prędkości kosmicznej wynika z warunku równoważenia się przyśpieszenia odśrodkowego i dośrodkowego satelity na tej orbicie. Pierwsza prędkość kosmiczna wyraża się wzorem: V=7,91 km x S-1.
Druga prędkość kosmiczna czyli tak zwana prędkość ucieczki to prędkość, która nadana niewielkiemu obiektowi na przykład pojazdowi kosmicznemu przy powierzchni ciała centralnego zapewnia mu oddalenie się od tego ciała do nieskończoności. Druga prędkość kosmiczna wyraża się wzorem: V=11,19 km x S-1.
Trzecia prędkość kosmiczna to prędkość, którą trzeba nadać ciału przy powierzchni Ziemi w kierunku jej ruchu orbitalnego, by mogło nieskończenie oddalić się od Słońca. Trzecią prędkość kosmiczną wyrażamy wzorem: V=16,7 km x S-1.

Za pomocą satelitów możemy się łączyć z Internetem taki proces wygląda w następujący sposób:
1. Dostawca internetowy wysyła informacje kablami naziemnymi do stacji operatora systemu satelitarnego.
2. Dane kodowane są w falach radiowych i wysyłane do orbitujących satelitów.
3. Satelity odbierają sygnał wzmacniają go i wysyłają na ziemię do anten abonentów lub do innych satelitów jeśli odległość jest zbyt duża.
4. Antena satelitarna umieszczona najczęściej na dachu domu abonenta odbiera zakodowaną wiadomość i przetwarza ją tak by nadawała się do odczytu.
5. Sygnały przesyłane są kablami do komputera abonenta.