Искусственный спутник - чудо техники и техники. Просто подумайте, что нужно понять ученым, чтобы это произошло: сначала гравитация, затем всестороннее знание физики и, конечно, природа самих орбит. Таким образом, вопрос о том, как спутники остаются на орбите, на самом деле является междисциплинарным, который включает в себя множество технических и академических знаний.
Во-первых, чтобы понять, как спутник вращается вокруг Земли, важно понять, что влечет за собой орбита. Иоганн Кеплер был первым, кто точно описал математическую форму орбит планет. В то время как орбиты планет вокруг Солнца и Луны относительно Земли считались совершенно круглыми, Кеплер наткнулся на концепцию эллиптических орбит. Чтобы объект оставался на орбите вокруг Земли, он должен иметь достаточную скорость, чтобы проследить свой путь. Это верно как для естественного спутника, так и для искусственного. Из открытия Кеплера ученые также смогли сделать вывод, что чем ближе спутник к объекту, тем сильнее сила притяжения, поэтому он должен двигаться быстрее, чтобы поддерживать орбиту.
Затем приходит понимание самой гравитации. Все объекты обладают гравитационным полем, но эта сила ощущается только в случае особенно крупных объектов (то есть планет). В случае Земли гравитационное притяжение рассчитывается до 9,8 м / с2. Однако это особый случай на поверхности планеты. При расчете объектов на орбите вокруг Земли применяется формула v = (GM / R) 1/2, где v - скорость спутника, G - гравитационная постоянная, M - масса планеты, а R - расстояние от центра Земли. Опираясь на эту формулу, мы можем видеть, что скорость, требуемая для орбиты, равна квадратному корню из расстояния от объекта до центра Земли, умноженному на ускорение силы тяжести на этом расстоянии. Поэтому, если бы мы хотели разместить спутник на круговой орбите на высоте 500 км над поверхностью (то, что ученые назвали бы LEO на низкой околоземной орбите), ему потребовалась бы скорость ((6,67 x 10-11 * 6,0 x 1024) / ( 6900000)) 1/2 или 7615,77 м / с. Чем больше высота, тем меньше скорость необходима для поддержания орбиты.
В действительности, способность спутника поддерживать свою орбиту сводится к балансу между двумя факторами: его скоростью (или скоростью, с которой он будет двигаться по прямой линии), и гравитационным притяжением между спутником и планетой, на которой он вращается. Чем выше орбита, тем меньше требуется скорость. Чем ближе к орбите, тем быстрее она должна двигаться, чтобы не упасть на Землю.
Мы написали много статей о спутниках для журнала Space. Вот статья об искусственных спутниках и статья о геосинхронной орбите.
Если вам нужна дополнительная информация о спутниках, ознакомьтесь со следующими статьями:
Орбитальные объекты
Список спутников на геостационарной орбите
Мы также записали эпизод «Астрономического каста» о космическом шаттле. Послушайте, Эпизод 127: Американский космический челнок.
Источники:
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#
