Как известно, геостационарные спутники висят неподвижно над землёй над одной и той же точкой. Почему они не падают? На той высоте не действует сила притяжения?
Ответ
Геостационарный искусственный спутник Земли представляет собой аппарат, который движется вокруг планеты в восточном направлении (в том же, в каком вращается сама Земля), по круговой экваториальной орбите с периодом обращения, равным периоду собственного вращения Земли.
Таким образом, если смотреть с Земли на геостационарный спутник, мы будем видеть его неподвижно висящим на одном и том же месте. Из-за этой неподвижности и большой высоты около 36 000 км, с которой видна почти половина поверхности Земли, на геостационарную орбиту выводят спутники-ретрансляторы для телевидения, радио и коммуникаций.
Из того, что геостационарный спутник висит постоянно над одной и той же точкой поверхности Земли, некоторые делают неверный вывод, что на геостационарный спутник не действует сила притяжения к Земле, что сила тяготения на определённом расстоянии от Земли исчезает, т. е. они опровергают самого Ньютона. Конечно это не так. Сам запуск спутников на геостационарную орбиту рассчитывается именно по закону всемирного тяготения Ньютона.
С борта МКС показали спутник Земли — Луну
Геостационарные спутники, как и все остальные спутники, на самом деле падают на Землю, но не достигают её поверхности. На них действует сила притяжения к Земле (гравитационная сила), направленная к её центру, а в обратном направлении на спутник действует отталкивающая от Земли центробежная сила (сила инерции), которые уравновешивают друг друга — спутник не улетает от Земли и не падает на неё точно так же, как ведро, раскручиваемое на верёвке, остаётся на своей орбите.
Если бы спутник совсем не двигался, то он упал бы на Землю под действием притяжения к ней, но спутники движутся, в том числе и геостационарные (геостационарные — с угловой скоростью равной угловой скорости вращения Земли, т. е. один оборот за сутки, а у спутников нижележащих орбит угловая скорость больше, т. е. за сутки они успевают совершить вокруг Земли несколько оборотов). Линейная скорость, сообщаемая спутнику параллельно поверхности Земли при непосредственном выводе на орбиту сравнительно большая (на низкой околоземной орбите — 8 километров в секунду, на геостационарной орбите — 3 километра в секунду). Если бы не было Земли, то спутник с такой скоростью летел бы по прямой, но наличие Земли заставляет спутник падать на неё под действием силы притяжения, искривляя траекторию по направлению к Земле, но поверхность Земли не плоская, она искривлена. На сколько спутник приближается к поверхности Земли, на столько поверхность Земли уходит из-под спутника и, таким образом, спутник постоянно находится на одной и той же высоте, двигаясь по замкнутой траектории. Спутник всё время падает, но никак не может упасть.
Итак, все искусственные спутники Земли падают на Землю, но — по замкнутой траектории. Спутники находятся в состоянии невесомости, как все падающие тела (если лифт в небоскрёбе сорвётся и начнёт свободно падать, то люди внутри тоже будут находиться в состоянии невесомости). Космонавты внутри МКС находятся в невесомости не потому, что на орбите не действует сила притяжения к Земле (она там почти такая же как и на поверхности Земли), а потому, что МКС свободно падает на Землю — по замкнутой круговой траектории.
Сколько спутников в космосе? [Fraser Cain]
Новые вопросы
- Как подобрать пансион для пожилых в Москве?
- Как выбрать и купить квартиру в Лангепасе
- Линкбилдинг для молодых сайтов: стратегии и практические советы
Источник: answiki.org
Cкорость движения спутника вокруг Земли
В космосе гравитация обеспечивает силу, из-за которой спутники (такие, как Луна) вращаются по орбитам вокруг более крупных тел (таких, как Земля). Эти орбиты в общем случае имеют форму эллипса, на чаще всего, этот эллипс не сильно отличается от окружности. Поэтому в первом приближении можно считать орбиты спутников круговыми. Зная массу планеты и высоту орбиты спутника над Землей, можно рассчитать, какой должна быть скорость движения спутника вокруг Земли.
Расчет скорости движения спутника вокруг Земли
Вращаясь по круговой орбите вокруг Земли, спутник в любой точке своей траектории может двигаться только с постоянной по модулю скоростью, хотя направление этой скорости будет постоянно изменяться. Какова же величина этой скорости? Её можно рассчитать с помощью второго закона Ньютона и закона тяготения.
Для поддержания круговой орбиты спутника массы в соответствии со вторым законом Ньютона потребуется центростремительная сила: , где — центростремительное ускорение.
Как известно, центростремительное ускорение определяется по формуле:
где — скорость движения спутника, — радиус круговой орбиты, по которой движется спутник.
Центростремительную силу обеспечивает гравитация, поэтому в соответствии с законом тяготения:
где кг — масса Земли, м 3 ⋅кг -1 ⋅с -2 — гравитационная постоянная.
Подставляя все в исходную формулу, получаем:
Выражая искомую скорость , получаем, что скорость движения спутника вокруг Земли равна:
Это формула скорости, которую должен иметь спутник Земли на заданном радиусе (т.е. расстоянии от центра планеты) для поддержания круговой орбиты. Скорость не может меняться по модулю, пока спутник сохраняет постоянный орбитальный радиус, то есть пока он продолжает обращаться вокруг планеты по круговой траектории.
При использовании полученной формулы следует учитывать несколько деталей:
- В качестве радиуса нужно использовать расстояние от центра Земли, а не высоту над поверхностью.
Следовательно, расстояние в формуле – это расстояние между центрами двух тел. В том случае, если известна высота спутника над поверхностью Земли, то для нахождения к этой высоте нужно прибавить радиус Земли, который приблизительно равен 6400 км. - Данная формула верна для спутников, находящихся за пределами атмосферы.
Однако в случае искусственных спутников это не совсем так. Даже на высоте 600 км от Земли имеет место определённое сопротивление воздуха. Постепенно это сопротивление, т.е. трение о воздух, заставляет спутники снижаться, и в конце концов они сгорают при входе в атмосферу. На высоте менее 160 км орбита спутника существенно понижается при каждом обороте вокруг Земли из-за сопротивления воздуха. - Скорость спутника на круговой орбите не зависит от его массы.
Если представить себе, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, и Луна обращается вокруг Земли на расстоянии 640 км, то для сохранения орбиты она должна двигаться с такой же точно скоростью, что и искусственный спутник на той же высоте, хотя масса и размеры Луны намного больше.
Искусственные спутники Земли, как правило, обращаются вокруг планеты на высоте от 500 до 2000 км от поверхности планеты. Рассчитаем, с какой скоростью должен двигаться такой спутник на высоте 1000 км над поверхностью Земли. В этом случае км. Подставляя числа, получаем:
км/с.
Материал подготовлен репетитором по математике и физике в Москве, Сергеем Валерьевичем
Источник: yourtutor.info
Двусторонний спутниковый Интернет
Комплект оборудования Радуга-Интернет с монтажем всего за 15 000 руб.!
Наши услуги
- Загородный Интернет
- Установка спутникового ТВ
- Цифровое ТВ на дачу
- Монтаж видеодомофона
- Подключение к Yota
- Усиление сигнала Yota
- Телефон в частный дом
Новости
В 2018 году мы продолжаем подключать загородные дома к Интернет-Триколор.
Новое техническое решение — канал связи для телеметрии и Интернета вещей в труднодоступных районах.
Радуга-Интернет объявило о запуске в коммерческую эксплуатацию услуги Радуга-ДляСвоих — специальное решение позволяющее с помощью одного комплекта спутникового оборудования организовать до 4-х независимых подключений к сети.
Контакты
☎ (903) 200-25-13
Классификация систем спутниковой связи
По характеру и высоте орбиты различают четыре типа систем спутниковой связи:
1. Низкоорбитальные системы (LEO — Low Earth Orbit) — с круговыми орбитами высотой 700 — 2 000 км. Спутник, находящийся на низкой орбите, находится в зоне прямой видимости с определенной точки земной поверхности лишь в течение 8-12 мин. Поэтому для обеспечения непрерывной связи необходимо большое количество спутников (несколько десятков спутников весом до 500 кг), которые взаимодействовали бы с помощью станций сопряжения или межсупутниковой связи. Для охвата связью большой территории Земли в таких системах применяют орбиты, лежащие в разных плоскостях. Примеры систем: Globalstar, Iridium, Teledesic, «Сигнал», «Гонец».
2. Среднеоорбитальные (MEO — Medium Earth Orbit) — с круговыми орбитами высотой 5 000 — 15 000 км. При таких орбитах время видимости одного спутника-ретранслятора может составлять несколько часов, поэтому в середнеоорбитальной группировке достаточно 9-12 спутников массой до 1 000 кг. Задержка распространения сигнала составляет около 130 мс и позволяет использовать такие системы для радиотелефонной связи. Примерами МЕО-систем являются: Inmarsat, Odyssey, ISO, Ellipso.
3. Высокоорбитальные или геостационарные (GEO — Geostationary Earth Orbit) — с круговыми экваториальными орбитами высотой 35 875 км. При этом период обращения спутника вокруг Земли составляет 24 часа. То есть спутник всегда находится над определенной точкой Земли. Преимуществом таких систем является возможность покрытия всей земной поверхности небольшим количеством спутников (от трех).
Главный недостаток — большая продолжительность распространения радиосигнала (задержка радиосигналов). Примерами таких систем являются: «Банкир» (для обмена информацией в российских банковской и финансовой системах), «Ямал» (для цифрового телевидения), а также геостационарная группировка системы Inmarsat.
4. Высокоэллиптические (HEO — Highly Elliptical Orbit) — с вытянутыми эллиптическими орбитами, имеющими радиус перигея около тысячи километров и радиус апогея — один или несколько десятков тысяч километров. Примеры систем: «Тундра», «Молния».
Высоты орбит системы спутниковой связи определяются исходя из целого ряда факторов, таких как: близость радиационных поясов Ван Аллена, характеристики радиосигнала (задержка распространения), площадь обслуживаемой территории и др..
По зонам действия спутниковые системы можно разделить на:
- Глобальные — предоставляют услуги на всей территории Земли, например: Globalstar, Inmarsat, Iridium.
- Региональные — предоставляют услуги на ограниченной территории земной поверхности, например: Thuraya, SpaseGate. Стоимость создания региональных систем в 2-5 раз меньше, чем глобальных, благодаря чему они являются привлекательными для инвесторов.
Системы спутниковой связи можно классифицировать по их назначению. Так, существует понятие «служба спутниковой связи», введенное «Регламентом Радиосвязи». Согласно ей выделяют:
- «фиксированные спутниковые службы»,
- «мобильные спутниковые службы»,
- «радиовещательные спутниковые службы».
Источник: spacegrad.ru