Sateliti #2: Zakaj in kako sateliti krožijo okrog Zemlje?
17. 4. 2014  •  Tehnologija

Kroženje satelita okrog Zemlje povzroča isti pojav, ki povzroča kroženje planetov okrog Sonca. Ta pojav prav tako poskrbi, da žoga, ki jo z vso silo zalučamo v zrak, vseeno pade nazaj na Zemljo, in nas ne nazadnje drži na površju Zemlje. Rečemo mu gravitacija oz. težnost.

Gravitacijska sila povzroča, da telesa z maso privlačijo drug drugega. Večja kot je masa planeta, močnejša je njegova gravitacijska sila. Kako pa gravitacija vpliva na premikajoča telesa? Vsi vemo, da bo žoga, ki jo zalučamo vzporedno s tlemi, prej ali slej padla na tla. To se zgodi zaradi gravitacije, ki žogo vleče k tlom, in zračnega upora, ki žogo upočasnjuje. Žoga ne leti po ravnem tiru, ampak se njen tir krivi, zato sčasoma pade na tla. Sedaj pa si predstavljajmo, da ne bi bilo ozračja in zato tudi ne zračnega upora. Če bi žogo zalučali vzporedno s tlemi s tolikšno hitrostjo, da bi se krivulja leta krivila vzporedno s krivino Zemljine oble, bi žoga letela okrog Zemlje, ne da bi padla na tla. Rakete, s katerimi satelit izstrelimo v vesolje, le tega spustijo (utirijo) v želeno orbito s prav takšno hitrostjo. Satelit tako ves čas prosto pada proti Zemlji, a nanjo ne pade, saj se tir njegovega leta krivi tako kot površina Zemlje.


Slika 1: Satelit prosto pada proti Zemlji, a ker ima dovolj veliko začetno hitrost v smeri vzporedno s površjem Zemlje, nikoli ne pade na njeno površje.
(Vir: sparknotes.com)

Sateliti okrog Zemlje krožijo po različnih orbitah na različnih višinah. Na katero višino satelit izstrelimo, je odvisno od njegovega namena. Sateliti za opazovanje Zemlje so praviloma na nižjih orbitah, da lahko naredijo čim boljše posnetke površja. Po drugi strani so komunikacijski sateliti običajno precej višje, da hkrati s signalom pokrijejo širše območje na Zemlji.

Orbite razdelimo glede na višino:
a) Nizkozemeljske orbite (ang. Low Earth Orbit – LEO) – sateliti se nahajajo na višini med 160 in 2.000 km nad Zemljo in jo obkrožijo v približno eni uri in pol (tisti na 2.000 km potrebujejo za pot okrog Zemlje dobri dve uri). Čas, ki ga potrebuje satelit, da enkrat zaokroži okrog Zemlje, imenujemo orbitalni čas. Višje kot se satelit nahaja, daljši je orbitalni čas. V nizkozemeljskih orbitah sateliti potujejo s hitrostjo 7,9 km/s.
b) Srednjezemeljske orbite (ang. Medium Earth Orbit – MEO) – tako označujemo orbite na višini med 2.000 in 35.786 km. V teh orbitah so sateliti za navigacijo (ameriški GPS, evropski Galileo, ruski Glonass, kitajski Beidou), komunikacijski, geodetski in raziskovalni sateliti. Orbitalni čas v tej orbiti je od 2 do 24 ur.
c) Geostacionarna orbita (ang Geostationary orbit – GSO) je okrogla orbita 35.786 km nad Zemljinim površjem, ki leži na ravnini Zemljinega ekvatorja. Sateliti na tej orbiti potujejo v smeri vrtenja Zemlje. Orbitalni čas je enak času vrtenja Zemlje okrog svoje osi - 24 ur. To pomeni, da se satelit ves čas nahaja nad isto točko na Zemlji. Sateliti se v GSO premikajo z orbitalno hitrostjo 3,07 km/s. V tej orbiti se nahajajo komunikacijski sateliti za prenos radijskega in televizijskega signala ter številni meteorološki sateliti. Ta orbita je približno na desetini poti od Zemlje proti Luni.
d) Visokozemeljske orbite (ang High Earth Orbit – HEO) se nahajajo nad geostacionarnimi orbitami, torej na višini nad 35.786 km. Orbitalni čas je daljši od enega dneva. Te orbite so primerne zlasti za satelite, s katerimi raziskujemo vesolje.

Slika 2: Orbite satelitov. (Vir: flylib.com)

Prednost višjih orbit je, da lahko z njihovimi senzorji ali signali pokrijemo mnogo večje območje na Zemlji – npr. s tremi GEO sateliti lahko pokrijemo celo zemeljsko oblo. Problem pa je, da zaradi velike oddaljenosti signal pripotuje s polsekundnim časovnim zamikom. Nižje orbite so primernejše za interaktivno upravljanje s sateliti, saj so časovni zamiki skoraj zanemarljivi. Primerne so tudi za satelitsko opazovanje Zemlje, saj omogočajo doseganje boljše prostorske ločljivosti. Prostorska ločljivost nam pove, kako velik objekt še lahko razločimo na posnetku. Višja/boljša kot je prostorska ločljivost, več detajlov je vidnih na posnetku. Danes je največja gneča satelitov v nizkih zemeljskih orbitah, kjer se nahaja tudi Mednarodna vesoljska postaja (približno 400 km nad Zemljo, kar je približno toliko, kot je Dunaj oddaljen od Ljubljane).

Višina orbite torej določa, kako hitro satelit potuje okrog Zemlje. Na hitrost vpliva gravitacija, ki je močnejša na nižjih orbitah bližje površja, zato tam sateliti potujejo hitreje.

Poleg višine sta pomembna podatka orbite še ekscentričnost (sploščenost krivulje) in inklinacija (naklon orbite).
Ekscentričnost se nanaša na obliko orbite. Če je ekscentričnost enaka nič, je orbita krožnica. Večja kot je vrednost ekscentričnosti (blizu, a nikoli enako 1), bolj je pot satelita podobna sploščeni elipsi. Oddaljenost satelita od Zemlje se zato spreminja glede na lego znotraj orbite.


Slika 3: Ekscentričnost orbite. (Vir: NASA)

Inklinacija ali naklon orbite je kot med ravnino orbite ter ravnino zemeljskega ekvatorja (Slika 3). Satelit, ki kroži neposredno nad ekvatorjem, ima inklinacijo enako 0 stopinj, tisti, ki kroži nad poloma, pa ima inklinacijo 90 stopinj (Slika 4).

Slika 4: Naklon orbite ali inklinacija je kot med ravnino orbite in ravnino ekvatorja. (Vir: NASA)


Slika 5: Orbite z različnimi inklinacijami: (a) ekvatorialna orbita, (b) polarna orbita, (c) orbita z inklinacijo približno 45 stopinj.

Višina satelita, ekscentričnost in inklinacija orbite skupaj določajo satelitov tir in to, kakšen pogled ima satelit na Zemljo.

Ana Urbas

Vir: www.fgg.uni-lj.si, earthobservatory.nasa.gov


Povezane novice:
Sateliti #1: Predstavitev
Sateliti #3: Izstrelitev satelita v orbito
Sateliti #4: Kako deluje satelit?
Zaskrbljujoče taljenje na Antarktiki
Žetvena Superluna in redek Superlunin mrk

Copyright © 2010-2020 - Tiktaktest TM ®.2020-09-28 16:04:113.92.74.105