Satellitt

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigasjon Hopp til søk
Bilde av Sputnik 1 , den første kunstige satellitten i verdensrommet

En satellitt (fra de latinske satellittene "ledsager, livvakt"), tidligere også en kunstig måne , er et kunstig romfartøy i romfart som kretser rundt et himmellegeme i en elliptisk eller sirkulær bane for vitenskapelige , kommersielle eller militære formål.

Om konseptet med jordens satellitt

I en bredere forstand er satellitter alle astronomiske objekter som går i bane rundt et himmellegeme - en stjerne , planet, måne eller annet.

Kunstige enheter som kretser rundt jorden kalles spesifikt jordsatellitter på tysk. Kunstige satellitter som går i bane og utforske et annet enn jordlegemet, på den annen side, er kalt orbiters , hvorved et missil bane rundt solen er noen ganger også kalt en "solar satellitt". I kontrast er det de naturlige satellittene til planeter, som også er kjent som måner eller satellitter og - som jordens måne - behandles separat, så vel som de naturlige satellittene / satellittene til stjernene, planetene, asteroider og andre. Kunstige satellitter som kommer fra en parkbane rundt jorden til det interplanetære rommet kan omtales som "kunstige planetoider ", vi snakker om romprober . Dette inkluderer naturligvis også de som deretter går inn i bane som bane på målet.

Missiler kalles bare satellitter når de går i bane rundt jorden i verdensrommet . En satellitt mangler - selv etter at den har nådd sin karrierevei - et selvdriftssystem, som skiller den fra et romskip . Enkle bremseraketter som fører til et kontrollert krasj er ikke nok i teknisk forstand til å gjøre en satellitt til et romskip.

historie

Etter den vellykkede lanseringen av Explorer 1, holder prosjektlederne en modell: William H. Pickering , James A. Van Allen og Wernher von Braun

I 1955 bestilte USAs president Eisenhower utviklingen av en amerikansk terrestrisk satellitt, hvorpå Sovjetunionen kunngjorde et lignende prosjekt fire dager senere av propagandahensyn. Likevel overrasket den vellykkede oppskytingen av den sovjetiske Sputnik 1 -satellitten 4. oktober 1957 (19:28 GMT, 5. oktober, lokal tid) verdens publikum og førte til et skikkelig Sputnik -sjokk i Vesten. Sputniks radiosignaler indikerte i kodet form om satellitten hadde blitt truffet av materie. Den første amerikanske amerikanske satellitten Explorer 1 fulgte 1. februar 1958 og ga bevis på Van Allen -strålingsbeltet i begynnelsen av utforskningen av ionosfæren . Til tross for dette ble utviklingen av satellitter påvirket av den kalde krigen i lang tid.

Innen internasjonal telekommunikasjon har kommunikasjonssatellitter siden 1970 -tallet redusert betydningen av andre datatilkoblinger, for eksempel den transatlantiske telefonkabelen . Jordobservasjon og værsatellitter ble like viktige, mens forskningssatellitter for astronomi , geodesi og kartografi hadde blitt utviklet allerede på 1960 -tallet.

Beesat -satellitt fra Technical University of Berlin , 2009

FNs kontor for verdensrommet har opprettholdt en indeks (indeks for objekter lansert i verdensrommet) for alle satellitter som er skutt ut i verdensrommet siden 1962. [1]

I følge den amerikanske amerikanske NASA var det rundt 1950 kunstige gjenstander i rommet 31. mai 1969 , hvorav 1.889 kretset rundt jorden, 17 var i en ellipse rundt jorden og 38 var i en bane rundt solen. I tillegg til utbrente rakettetapper og andre gjenstander, var det 394 jordsatellitter og romprober på skjæringsdatoen, inkludert 289 fra USA, 83 fra Sovjetunionen, 5 franskmenn, 3 kanadiske, 2 britiske og 3 fra den europeiske romforskningsorganisasjonen .

I 2016 var antallet kjente aktive satellitter allerede over 1400. [2] I tillegg er det flere tusen andre kunstige gjenstander (nedlagte satellitter, deler av raketter og andre romrester ) i bane: i 1996 burde det være rundt 8500 stykker , ifølge ESA -data "Space rusk" (fra omtrent 10 cm i størrelse). [3] I 2009 visste Joint Space Operations Center i USAs strategiske kommando om over 18 500 menneskeskapte himmellegemer. [3]

Til tross for det store antallet er kollisjoner ekstremt sjeldne. Denførste kjente kollisjonen av en aktiv satellitt med et foreldet objekt fant sted 10. februar 2009: den russiske Kosmos 2251 -satellitten , som hadde vært i verdensrommet siden 1993 og sannsynligvis ute av drift siden 1999, kolliderte med Iridium 33 -kommunikasjonssatellitten fra Det amerikanske selskapet Iridium Satellite . Begge satellittene ble fullstendig ødelagt. [3] 22. januar 2013 ble den russiske lille satellitten BLITS (NORAD 35871) kollisjon med fragmenter fra 2007 ødelagt av en kinesisk antisatellittvåpen-satellitt Fengyun-1C ubrukelig og ble kastet ut av bane. [4] 23. mai 2013 forårsaket rusk fra en russisk rakett at NEE-01 Pegaso- satellitten tumlet ukontrollert, noe som førte til at den kom ut av kontroll.

oppgaver

Avhengig av satellittens oppgave, skilles det mellom følgende typer:

Hvilken satellittbane som er best egnet i hvert tilfelle, avhenger av oppgavene. Observasjonssatellitter bør fly så lavt som mulig. Banen til spionsatellitter er noen ganger så lav at friksjonen i atmosfæren begrenser levetiden til noen få måneder.

I kontrast får kommunikasjonssatellitter høyest mulige baner slik at de kan dekke store områder. Hvis de skal stå stille over et punkt på jordens ekvator, må de gå i bane rundt jorden i en geosynkron bane i en høyde på omtrent 36 000 km i retning av jordens rotasjon (spesialtilfelle: " geostasjonær ").

konstruksjon

En satellitt består hovedsakelig av den vitenskapelige, kommersielle eller militære nyttelasten samt satellittbussen , som inneholder strukturer og delsystemer som er nødvendige for driften. Dette består av den primære strukturen som de andre delsystemene er integrert i. Dette inkluderer energiforsyningen ( solceller , akkumulatorer ), temperaturkontrollsystemet , drivsystemet for posisjons- og posisjonskontroll (banekontroll) og innebygd datasystem for kontroll og datahåndtering .

Energiforsyningssystem

Satellitten forsynes for det meste med elektrisitet (energi) av solceller med støtte fra akkumulatorer hvis det er tilstrekkelig lysstyrke i området nær jorden, eller av batterier hvis bare korte perioder med bruk er planlagt. De betydelig mindre radioisotopgeneratorene brukes til satellitter som er lenger borte fra solen, og derfor er tilførselen av strålingsenergi for lav.

virksomhet

Etter at satellitten har startet, må dens fortsatte drift garanteres. Dette inkluderer ikke bare innebygde kontroll- og overvåkingssystemer, men også tilsvarende bakkestasjoner (f.eks. Mission Control Center ) som overtar bakkekontroll, fjernkontroll og evaluering eller levering av data fra satellittene eller nyttelasten deres.

Disse oppgavene inkluderer:

Hastigheter

For en sirkulær bane nær jorden, gjelder den første kosmiske hastigheten på v 1 = 7,9 km / s.

Når du starter i østlig retning, bidrar jordens rotasjon maksimalt 0,46 km / s til banehastigheten. Jordens rotasjon utnyttes imidlertid ikke fullt ut, siden missilet bremses på grunn av luftpartikler (vind) som beveger seg i andre retninger. En v 1 på 7,44 km / s kan dermed være tilstrekkelig for en rakett. I vestlig retning måtte andelen økes, så nesten alle satellitter blir skutt i østlig retning. Sirkelhastigheten til polære baner forblir upåvirket av jordens rotasjon.

Hvis man vil forlate jordens gravitasjonsfelt , må satellitten akselereres til den andre kosmiske hastigheten på omtrent 11,2 km / s. Det tilsvarer det ganger den første kosmiske hastigheten.

Observasjon fra jorden

Mange større jordsatellitter kan observeres med det blotte øye som lyspunkter som beveger seg over nattehimmelen. Med teleskoper som er spesielt utstyrt for solobservasjon , er det også mulig å observere satellittpassasje foran solen. ISS , som det største kunstige objektet i jordens bane, kan oppnå en tilsynelatende lysstyrke på opptil -5 mag [5] . Satellittene til Iridium -systemet kan reflektere sollyset med sine antenneoverflater som en Iridium -bluss og deretter kort oppnå en tilsynelatende lysstyrke på opptil −8 mag. I motsetning til et fly har en satellitt ingen blinkende fargede lys. I noen av objektene endres imidlertid lysstyrken på grunn av rotasjon eller en tumlende bevegelse. Noen ganger blir satellittlysrefleksjoner feilaktig betraktet som stjerner.

Når det gjelder observasjon med det blotte øye, er dette vanligvis bare mulig kort tid etter solnedgang eller kort tid før soloppgang. Dette skyldes det faktum at satellitten i sin (ikke for) høye bane fortsatt må belyses av solen slik at den kan sees på bakken (hvor den allerede er / fortsatt er mørk) foran den mørke himmelen; midt på natten flyr den også i skyggen og forblir usynlig. Bane må heller ikke være for høy, fordi avstanden vil gjøre satellitten for liten til å være synlig selv når den utsettes for stråling.

En satellitt kan gjenkjennes av den høye hastigheten den beveger seg over himmelen; det tar vanligvis bare noen få minutter å fly helt over den synlige delen av himmelen.

Et stort objekt som ISS kan være spesielt lyst. Men selv det er sjelden sett på våre breddegrader. Dette skyldes flere punkter som også gjelder for andre satellitter:

  • Objektet må ha en tilstrekkelig skrå bane i forhold til ekvatorialplanet, slik at det i det hele tatt trenger inn i våre breddegrader; hvis objektet alltid sirkler nøyaktig over ekvator, kan det bare sees der. Spesielt ISS når så vidt og sjelden våre breddegrader.
  • Som nevnt ovenfor må bane føre objektet til våre breddegrader på et passende tidspunkt rundt solnedgang eller soloppgang. Følgelig finnes det nettsteder med forhåndsvisning av dato, når og for hvilket objekt de neste observasjonene vil være mulige.
  • Jo lavere bane til objektet er, desto større vises det og jo lysere er det, men også jo kortere er det i det synlige synsfeltet og må være mer presis på sin egen plassering.
  • Jo høyere bane til objektet er, desto mindre og mindre lys blir det, men det er lengre og synlig fra et større område.

Spor opptak av satellitter og rakettoveretapper

Langsiktige opptak fra geostasjonære satellitter

Mens stjerner beveger seg på nattehimmelen, er geostasjonære satellitter alltid på samme sted. Slik ser de ut som punkter på langsiktige opptak:

Transport og forløp av jernbanen

Symboler som brukes:

: Gravitasjonskonstant = 6.673 · 10 −11 m 3 / kg · s 2
r : Bane radius eller avstand mellom massesentrene til jorden og kroppen i bane = 6.378 x 10 6 m
M. : Jordens masse = 5,9722 x 10 24 kg
m : Masse av kroppen i bane
v : Banehastigheten til kroppen i bane

En jordsatellitt må gis en så høy orbitalhastighet når den sendes opp at dens sentrifugalkraft (eller radialkraft ) er minst lik vekten .

Sentrifugalkraften beregnes som følger:

.

Tyngdekraften beregnes som følger:

.

Der må være, resultater etter innsetting:

.

Nå kan du se at kroppsmassen på sirkelbanen ikke har noen relevans, siden den er utelatt i ligningen. Banehastigheten som kreves for en bestemt bane avhenger derfor bare av banehøyden:

, det følger: .

Den første kosmiske hastigheten eller orbitalhastigheten:

Med denne hastigheten er det mulig for et legeme å holde denne bane på en sirkulær bane rundt jorden:

, sett inn resultater
.

Med den andre kosmiske hastigheten eller flukthastigheten kan han forlate jordens gravitasjonsfelt . Det utgjør:

.

Transporten inn i bane foregår ved hjelp av raketter , som er utformet som trinn raketter for tekniske og energetiske grunner. Satellitten er plassert på det øverste (stort sett tredje) rakettstadiet og er aerodynamisk forkledd. Den blir enten skutt direkte inn i bane eller frigitt av et annet romfartøy . Så lenge raketten fungerer, kjører den på det som er kjent som den "aktive banen". Etter at rakettmotorene brenner ut , følger den "frie flybanen" (eller den passive banen).

Satellittbaner

Ubevegelig bevegelse av en satellitt adlyder lovene i to-body problem med himmelsk mekanikk - men andre krefter forårsake orbital forstyrrelser . Hvis jorden var en eksakt sfære uten jordens atmosfære og hvis det ikke var andre himmellegemer , ville satellittbanen følge en mer eller mindre eksentrisk ellipse rundt jorden i henhold til Keplers lover . Jordsatellittenes banebaner går gjennom midten av jorden og er omtrent faste i rommet, dvs. uendret i forhold til de faste stjernene , mens jorden roterer under.

Avhengig av deres høyde er satellitter delt inn i forskjellige typer:

  • GEO (Geostationary Orbit): geostasjonære satellitter med en høyde på omtrent 35.790 km. Her er syklustiden nøyaktig en dag. Disse satellittene er stasjonære i forhold til jordens overflate. Eksempler: Astra , Eutelsat , Inmarsat , Meteosat etc.
  • MEO (Medium Earth Orbit): satellitter med en høyde på 6.000–36.000 km og en orbitalperiode på 4–24 timer. Eksempler: GPS , GLONASS , Galileo etc.
  • LEO (Low Earth Orbit): satellitter med en høyde på 200–1500 km og en orbitalperiode på 1,5–2 timer. Eksempler: Iridium , Globalstar , GLAST etc.
  • SSO (Sun Synchronous Orbit): ERS , Landsat , Envisat

På grunn av utflatingen av jorden og inhomogeniteten til jordoverflaten og jordens tyngdekraftsfelt , avviker satellittbanene fra den ideelle elliptiske formen med noen få kilometer. Fra observasjonen av disse avvikene kan satellittgeodesi bestemme den eksakte formen på jorden - geoiden avviker fra den fiktive jordelipsoiden med opptil 100 m. For disse avvikene (med en radius på 6357–6378 km bare 0,001%) ble de litt uheldige begrepene potet- og pæreform myntet.

I tillegg forårsaker jordens atmosfære konstant lett bremsing av satellittene, slik at bane under en høyde på omtrent 1000 km spiral nærmere jorden. Levetiden avhenger også av overflate / masseforholdet og varierer fra noen få uker eller år (LEO) til årtusener (MEO). Ytterligere orbitale forstyrrelser er forårsaket av gravitasjon av månen , strålingstrykket fra solen og effekter i ionosfæren . Satellittbanen må derfor konstant overvåkes og om nødvendig justeres på nytt ( Attitude Determination and Control System ). Når gassforsyningen til korreksjonsdysene er brukt opp, forlater satellitten sin bane og er vanligvis verdiløs.

Se også

litteratur

  • Michel Capderou: Satellitter - baner og oppdrag. Springer, Paris 2005, ISBN 2-287-21317-1
  • Louis J. Ippolito: Teknologi for satellittkommunikasjonssystemer - atmosfæriske effekter, satellittkoblingsdesign og systemytelse. Wiley & Sons, Chichester 2008, ISBN 978-0-470-72527-6
  • R. Bender: Lansering og drift av satellitter - juridiske spørsmål. Nijhoff, Dordrecht 1998, ISBN 90-411-0507-7
  • Bruno Pattan: Satellittsystemer - prinsipper og teknologier. Van Nostrand Reinhold, New York 1993, ISBN 0-442-01357-4
  • CB Pease: Satellittavbildningsinstrumenter - prinsipper, teknologier og driftssystemer. Ellis Horwood, New York 1991, ISBN 0-13-638487-0

weblenker

Individuelle bevis

  1. ^ Konvensjon om registrering av objekter lansert i verdensrommet FNs kontor for ytre romspørsmål; Hentet 26. desember 2009.
  2. ^ Laura Grego: Ny oppdatering av UCS -satellittdatabasen. Union of Concerned Scientists, 21. april 2017, åpnet 3. januar 2018 .
  3. a b c Russiske og amerikanske satellitter kolliderer. Første satellittkrasj i verdensrommet? ( Memento fra 13. februar 2009 i Internettarkivet ) tagesschau.de , 12. februar 2009.
  4. Merryl Azriel: Fengyun 1C Rusk kolliderte med BLITS Satellite
  5. Calsky: Visibility of International Space Station ISS ( Memento fra 5. august 2018 i Internettarkivet )