Sateliti #3: Izstrelitev satelita v orbito
29. 5. 2014  •  Tehnologija

Kaj so sateliti, že vemo. Vemo tudi, kako in zakaj krožijo okrog Zemlje. Tokrat pa bomo spoznali, kako jih spravimo z Zemlje v vesolje.

Satelite v vesolje ponesejo rakete. Rakete so ozka in visoka valjasta plovila z zelo močnim motorjem. Delujejo na podoben način kot napihnjen balon, ki odleti stran, če ga nezavezanega spustimo iz rok in zrak uhaja iz njega. V raketnem motorju izgoreva gorivo, ki se s tem pretvarja v vroč plin. Plin piha skozi zadek rakete in potiska raketo naprej oziroma navzgor.

Motor deluje po principu III. Newtonovega zakona o akciji in reakciji. Raketa odmetava maso v eno smer, reakcija pa povzroči njen premik v nasprotno smer. Pri raketi je odvržena masa plin, ki nastane ob gorenju goriva, v primeru balona pa so to molekule zraka. S kolikšnim pospeškom se bo raketa gibala, je odvisno od mase odvržene snovi in od mase rakete. Raketa z več mase mora odvreči več plina kot raketa z manj mase.

"Če prvo telo deluje na drugo telo s silo, deluje drugo telo na prvo z enako veliko silo v nasprotni smeri."
III. Newtonov zakon
Raketni motor se razlikuje od reaktivnega motorja, ki poganja letala. Reaktivni motor za svoje delovanje potrebuje kisik iz zraka in gorivo. Raketni pogon pa mora delovati tudi v vesolju, kjer zraka ni, zato nosi s seboj vse, kar potrebuje za delovanje. Za pogon lahko uporablja tekoče gorivo (običajno tekoči kisik in kerozin) ali trdno gorivo (mešanica aluminija in amonijevega perklorata).

Rakete so zgrajene v več nivojih - običajno v dveh ali treh. V vsakem od nivojev je določena količina goriva. Ko se porabi gorivo iz spodnjega nivoja, ta odpade. Vžge se naslednji nivo. Na ta način se raketa znebi odvečne mase (bremena) in poveča učinkovitost, da lažje in hitreje doseže svoj cilj. Odpadli del prvega nivoja rakete pade na Zemljo približno 50 km stran od izstrelišča. Deli rakete, ki odpadejo kasneje, pa se med padcem proti Zemlji zaradi zračnega upora vžgejo in običajno popolnoma zgorijo še pred padcem na tla.


Slika 1: Prikaz odpadanja posameznih nivojev rakete Vega med poletom v vesolje. Vir: CNES.

Prva raketa je bila narejena v 13. stoletju na Kitajskem. Uporabljena je bila za ognjemet. Danes se rakete uporabljajo v vojaške namene ter za izstreljevanje satelitov in sond v vesolje . Rakete za polete v vesolje izdeluje več (med)nacionalnih vesoljskih agencij ter tudi čedalje več zasebnih podjetij. Najbolj znane aktivne rakete so evropski Ariane 5 in Vega, ameriška Falcon 9, ruski Soyuz in Dnepr, indijski PSLV in GSLV ter kitajska LongMarch.
Sonda je vesoljsko plovilo, ki zapusti Zemljino orbito z namenom odkrivanja drugih planetov, medplanetarnega ali celo medzvezdnega prostora.

Slika 2: Raketa Ariane 5 Evropske vesoljske agencije ESA pripravljena na izstrelitev. Vir: Wikipedia.

Satelit v nizkozemeljsko orbito (ang. Low Earth Orbit - LEO) izstrelimo v enem koraku. Raketa poleti na želeno višino orbite. Ko doseže potrebno hitrost za obstanek v tej orbiti, izpusti satelit. Ker zračnega upora v vesolju ni, satelit z enako hitrostjo nadaljuje svojo pot okrog Zemlje.

Izstrelitev satelita v geostacionarno orbito (ang. Geostationary Orbit - GEO) je bolj zapletena. Poteka v več korakih:

1. Satelit z raketo z enim ali več nivoji izstrelimo v LEO orbito, kjer preverimo, če je satelit prvi del izstrelitve prestal brez težav.

2. Ko satelit uspešno prestane test, ga z zadnjim nivojem rakete izstrelimo v prehodno geostacionarno orbito (ang. Geostationary Transfer Orbit - GTO). GTO je eliptična orbita, ki povezuje LEO in GEO orbito. Perigej (točko eliptične tirnice, ki je najbliže Zemlji) ima na LEO, apogej (točko eliptične tirnice, ki je najbolj oddaljena od Zemlje) pa na GEO orbiti.

3. Če satelit ni bil izstreljen iz točke na ekvatorju, imata LEO in GTO orbiti inklinacijo, različno od 0° - ravnini orbit sta nagnjeni za določen kot glede na ravnino ekvatorja. Ker geostacionarne orbite ležijo na ravnini ekvatorja, mora satelit popraviti svojo inklinacijo na 0°.

4. Zadnji korak je premik po GEO orbiti, dokler satelit ni na pravem položaju. Ko je nad izbranim območjem na Zemlji, satelit popravi svojo hitrost, da ohrani svoj položaj in navidezno obmiruje nad določeno točko na Zemlji.

Za zadnja dva koraka satelit potrebuje svoje lastno gorivo. Celoten proces izstrelitve satelita z Zemlje v GEO orbito traja več ur.

Od izbrane orbite je odvisno, od kod bomo satelit izstrelili. Če ga izstrelimo z izstrelišča, ki ne leži na ekvatorju temveč na geografski širini L° (geografsko širino merimo od ekvatorja proti poloma), bo satelit utirjen v orbito z inklinacijo vsaj L°. Geostacionarne satelite zato izstreljujemo čim bliže ekvatorju.
Satelite vedno izstreljujemo v smeri proti vzhodu, kamor se vrti tudi Zemlja okrog svoje osi. Tako izkoristimo začetno hitrost, ki jo ima satelit zaradi Zemljine rotacije. Posledično za izstrelitev porabimo manj goriva. Točke na ekvatorju okrog zemeljske osi potujejo hitreje kot tiste bliže poloma, saj opišejo večji krog v istem času. Začetna hitrost je na ekvatorju zato največja, kar je za izstrelitev najugodnejše.
Oglejte si, kje se nahajajo glavna izstrelišča na svetu.

Izstrelitev ruske rakete Soyuz, ki pelje posadko astronavtov na Mednarodno vesoljsko postajo (ISS), z angleško razlago je zanimivo prikazana v spodnjem videu:



Ko se satelit ustali v svoji orbiti, se začne njegova misija. O tem pa prihodnjič.

Ana Urbas

Vir: faculty.kfupm.edu.sa, www.nasa.gov, en.wikipedia.org, www.cnes.fr


Povezane novice:
Sateliti #1: Predstavitev
Sateliti #2: Zakaj in kako sateliti krožijo okrog Zemlje?
Zaskrbljujoče taljenje na Antarktiki
Sateliti #4: Kako deluje satelit?
Žetvena Superluna in redek Superlunin mrk


sl
Copyright © 2010-2020 - Tiktaktest TM ®.