3.5: Mwendo wa Satelaiti na spacecraft

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi kitu (kama vile satelaiti) inaweza kuweka katika obiti kote duniani
• Eleza jinsi kitu (kama vile uchunguzi wa sayari) unaweza kutoroka kutoka obiti

Sheria ya Newton ya ulimwengu wote ya gravitation na sheria za Kepler zinaelezea mwendo wa satelaiti za Dunia na spacecraft interplanetary pamoja na sayari. Sputnik, satellite ya kwanza ya bandia ya Dunia, ilizinduliwa na kile kilichoitwa Umoja wa Kisovyeti mnamo Oktoba 4, 1957. Tangu wakati huo, maelfu ya satelaiti wamewekwa kwenye obiti kote duniani, na spacecraft pia imezunguka Mwezi, Venus, Mars, Jupiter, Saturn, na idadi ya asteroids na comets.

Mara baada ya satellite bandia iko katika obiti, tabia yake si tofauti na ile ya satelaiti ya asili, kama vile Mwezi wetu. Ikiwa satellite ni ya kutosha kuwa huru ya msuguano wa anga, itabaki katika obiti milele. Hata hivyo, ingawa hakuna ugumu katika kudumisha satellite mara moja iko katika obiti, nishati kubwa inahitajika ili kuinua chombo cha angani mbali na Dunia na kuharakisha kwa kasi ya orbital.

Ili kuonyesha jinsi satellite imezinduliwa, fikiria bunduki kurusha risasi usawa kutoka juu ya mlima mrefu, kama katika Kielelezo$\PageIndex{1}$, ambayo imekuwa ilichukuliwa kutoka mchoro sawa na Newton. Fikiria, zaidi, kwamba msuguano wa hewa unaweza kuondolewa na kwamba hakuna kitu kinachopata njia ya risasi. Kisha nguvu pekee inayofanya risasi baada ya kuacha muzzle ni nguvu ya mvuto kati ya risasi na Dunia.

Kielelezo$\PageIndex{1}$: (a) Kwa njia a na b, kasi haitoshi kuzuia mvuto kutoka kuunganisha risasi nyuma duniani; katika kesi c, kasi inaruhusu risasi kuanguka kabisa duniani. (b) Mchoro huu na Newton katika wake De Mundi Systemate, 1731 toleo, unaeleza dhana hiyo inavyoonekana katika (a).

Ikiwa risasi itafukuzwa kwa kasi tunaweza kuiita$v_a$, nguvu ya mvuto inayofanya juu yake huiingiza chini kuelekea Dunia, ambako inapiga ardhi kwa uhakika$a$. Hata hivyo, ikiwa inapewa kasi ya muzzle ya juu$v_b$, kasi yake ya juu hubeba zaidi kabla ya kugonga ardhi kwa uhakika$b$.

Kama risasi yetu ni kupewa high kutosha muzzle kasi$v_c$, uso ikiwa ya dunia husababisha ardhi kubaki umbali sawa na risasi ili risasi iko kuzunguka Dunia katika mduara kamili. Kasi inahitajika kufanya hii-inayoitwa kasi ya satelaiti ya mviringo - ni takriban kilomita 8 kwa sekunde, au kuhusu maili 17,500 kwa saa katika vitengo vya kawaida zaidi.

Kila mwaka, zaidi ya 50 satelaiti mpya ni ilizinduliwa katika obiti na mataifa kama vile Urusi, Marekani, China, Japan, India, na Israel, pamoja na Ulaya Space Agency (ESA), muungano wa mataifa ya Ulaya (Kielelezo$\PageIndex{2}$). Leo, satelaiti hizi hutumiwa kwa kufuatilia hali ya hewa, mazingira, mifumo ya nafasi ya kimataifa, mawasiliano, na madhumuni ya kijeshi, kwa jina la matumizi machache. satelaiti nyingi zinazinduliwa katika obiti ya chini ya Dunia, kwani hii inahitaji kiwango cha chini cha uzinduzi nishati. Kwa kasi ya orbital ya kilomita 8 kwa pili, huzunguka sayari kwa muda wa dakika 90. Baadhi ya mizunguko ya chini sana ya Dunia sio imara kwa muda usiojulikana kwa sababu, kama anga ya Dunia inavyoongezeka mara kwa mara, Drag ya msuguano huzalishwa na anga kwenye satelaiti hizi, hatimaye kusababisha hasara ya nishati na “kuoza” kwa obiti.

Kielelezo$\PageIndex{2}$: Takwimu hii inaonyesha vipande kubwa ya uchafu orbital kwamba ni kuwa msisimko na NASA katika obiti ya dunia.

Spacecraft ya baina ya

Utafutaji wa mfumo wa jua umefanywa kwa kiasi kikubwa na chombo cha angani cha robot kilichopelekwa sayari nyingine. Ili kutoroka Dunia, hila hizi zinapaswa kufikia kasi ya kutoroka, kasi inahitajika kuhama mbali na Dunia milele, ambayo ni karibu kilomita 11 kwa sekunde (karibu maili 25,000 kwa saa). Baada ya kukimbia Dunia, hizi pwani hila kwa malengo yao, chini tu kwa marekebisho madogo trajectory zinazotolewa na makombora thruster ndogo kwenye bodi. Katika ndege baina ya sayari, chombo hiki cha angani hufuata mizunguko inayozunguka Jua ambayo hubadilishwa tu wakati inapita karibu na sayari moja.

Inapokuja karibu na lengo lake, chombo cha angani kinatenganishwa na nguvu ya mvuto wa sayari kuwa obiti iliyobadilishwa, ama kupata au kupoteza nishati katika mchakato. Watawala wa spacecraft kwa kweli wameweza kutumia mvuto wa sayari kuelekeza chombo cha angani cha kuruka kwa lengo la pili. Kwa mfano, Voyager 2 alitumia mfululizo wa makutano ya kusaidiwa na mvuto ili kutoa flybys mfululizo wa Jupiter (1979), Saturn (1980), Uranus (1986), na Neptune (1989). Galileo spacecraft, ilizinduliwa mwaka 1989, akaruka nyuma Venus mara moja na Dunia mara mbili kupata nishati zinazohitajika kufikia lengo lake la mwisho la kuzunguka Jupiter.

Kama tunataka obiti sayari, ni lazima kupunguza kasi spacecraft na roketi wakati spacecraft iko karibu na marudio yake, kuruhusu kuwa alitekwa katika obiti elliptical. Ziada roketi kutia inahitajika kuleta gari chini kutoka obiti kwa kutua juu ya uso. Hatimaye, ikiwa safari ya kurudi Duniani imepangwa, malipo ya malipo yanapaswa kujumuisha nguvu za kutosha za kurudia mchakato mzima kwa reverse.

Dhana muhimu na Muhtasari

Mzunguko wa satellite ya bandia inategemea hali ya uzinduzi wake. Kasi ya satellite ya mviringo inahitajika kwa obiti uso wa dunia ni kilomita 8 kwa pili, na kasi ya kutoroka kutoka sayari yetu ni kilomita 11 kwa pili. Kuna trajectories nyingi zinazowezekana za interplanetary, ikiwa ni pamoja na wale ambao hutumia flybys ya kusaidiwa na mvuto wa kitu kimoja ili kuelekeza chombo cha angani kuelekea lengo lake linalofuata.

faharasa

kutoroka kasi

kasi mwili lazima kufikia kuvunja mbali na mvuto wa mwili mwingine