Jaká síla drží satelit. Obíhá kolem Země. Jaký je rozdíl mezi satelitem a vesmírným odpadem

Stejně jako sedadla v divadle poskytují různé pohledy na představení, různé satelitní oběžné dráhy poskytují perspektivy, z nichž každá má jiný účel. Zdá se, že některé se vznášejí nad bodem na povrchu a poskytují stálý výhled na jednu stranu Země, zatímco jiné krouží kolem naší planety a prolétají přes mnoho míst za den.

Typy drah

V jaké výšce létají satelity? Existují 3 typy oběžných drah v blízkosti Země: vysoká, střední a nízká. Na nejvyšší úrovni, nejdále od povrchu, se zpravidla nachází mnoho meteorologických a některé komunikační satelity. Satelity rotující na střední oběžné dráze Země zahrnují navigační a speciální určené ke sledování konkrétní oblasti. Většina vědeckých kosmických lodí, včetně flotily NASA Earth Observing System, je na nízké oběžné dráze.

Rychlost jejich pohybu závisí na výšce, ve které satelity létají. Jak se přibližujete k Zemi, gravitace sílí a pohyb se zrychluje. Například satelitu NASA Aqua trvá oběh kolem naší planety ve výšce asi 705 km asi 99 minut, zatímco meteorologickému zařízení umístěnému 35 786 km od povrchu to trvá 23 hodin, 56 minut a 4 sekundy. Ve vzdálenosti 384 403 km od středu Země dokončí Měsíc jednu otáčku za 28 dní.

Aerodynamický paradox

Změnou nadmořské výšky satelitu se také změní jeho orbitální rychlost. Dochází zde k paradoxu. Pokud chce satelitní operátor zvýšit rychlost, nemůže jen spustit motory, aby ji zrychlil. Tím se zvýší oběžná dráha (a výška), což má za následek snížení rychlosti. Místo toho by motory měly být spuštěny v opačném směru pohybu satelitu, což je akce, která by zpomalila pohybující se vozidlo na Zemi. Tato akce jej posune níže, což umožní zvýšení rychlosti.

Charakteristika oběžné dráhy

Kromě nadmořské výšky je dráha satelitu charakterizována excentricitou a sklonem. První se týká tvaru oběžné dráhy. Satelit s nízkou excentricitou se pohybuje po trajektorii blízké kruhové. Excentrická dráha má tvar elipsy. Vzdálenost od kosmické lodi k Zemi závisí na její poloze.

Sklon je úhel oběžné dráhy vzhledem k rovníku. Satelit, který obíhá přímo nad rovníkem, má nulový sklon. Pokud kosmická loď proletí přes severní a jižní pól (geografický, ne magnetický), její sklon je 90°.

Vše dohromady – výška, excentricita a sklon – určuje pohyb družice a to, jak bude Země z jejího pohledu vypadat.

Vysoká blízko Země

Když satelit dosáhne přesně 42 164 km od středu Země (asi 36 tisíc km od povrchu), dostane se do zóny, kde se jeho dráha shoduje s rotací naší planety. Vzhledem k tomu, že se plavidlo pohybuje stejnou rychlostí jako Země, tj. jeho oběžná doba je 24 hodin, zdá se, že zůstává nehybná na jedné zeměpisné délce, i když se může pohybovat od severu k jihu. Tato speciální vysoká oběžná dráha se nazývá geosynchronní.

Satelit se pohybuje po kruhové dráze přímo nad rovníkem (excentricita a sklon jsou nulové) a vůči Zemi zůstává nehybný. Nachází se vždy nad stejným bodem na jeho povrchu.

Dráha Molniya (sklon 63,4°) slouží k pozorování ve vysokých zeměpisných šířkách. Geostacionární satelity jsou vázány na rovník, takže nejsou vhodné pro daleké severní nebo jižní oblasti. Tato dráha je značně výstřední: kosmická loď se pohybuje v protáhlé elipse se Zemí umístěnou blízko jednoho okraje. Protože je satelit urychlován gravitací, pohybuje se velmi rychle, když je blízko naší planety. Jak se vzdaluje, jeho rychlost se zpomaluje, takže tráví více času na vrcholu své oběžné dráhy na okraji nejvzdálenějším od Země, jehož vzdálenost může dosáhnout 40 tisíc km. Doba oběhu je 12 hodin, ale družice stráví asi dvě třetiny této doby na jedné polokouli. Stejně jako na polosynchronní oběžné dráze sleduje satelit každých 24 hodin stejnou dráhu. Používá se pro komunikaci na dalekém severu nebo jihu.

Nízká blízkost Země

Většina vědeckých satelitů, mnoho meteorologických satelitů a vesmírná stanice jsou na téměř kruhové nízké oběžné dráze Země. Jejich sklon závisí na tom, co sledují. TRMM byl vypuštěn za účelem sledování srážek v tropech, takže má relativně nízký sklon (35°) a zůstává blízko rovníku.

Mnoho družic pozorovacího systému NASA má téměř polární dráhu s vysokým sklonem. Kosmická loď se pohybuje kolem Země od pólu k pólu s periodou 99 minut. Polovinu času prochází přes denní stranu naší planety a na pólu se stáčí na noční stranu.

Jak se satelit pohybuje, Země se pod ním otáčí. V době, kdy se vozidlo přesune do osvětlené oblasti, je nad oblastí sousedící s oblastí jeho poslední oběžné dráhy. Během 24 hodin pokrývají polární satelity většinu Země dvakrát: jednou ve dne a jednou v noci.

Slunečně synchronní oběžná dráha

Stejně jako geosynchronní satelity musí být umístěny nad rovníkem, což jim umožňuje zůstat nad jedním bodem, mají satelity na polární oběžné dráze schopnost zůstat současně. Jejich oběžná dráha je synchronní se sluncem – když kosmická loď překročí rovník, místní sluneční čas je vždy stejný. Například družice Terra ji vždy křižuje nad Brazílií v 10:30. K dalšímu přejezdu o 99 minut později přes Ekvádor nebo Kolumbii dochází také v 10:30 místního času.

Slunečně synchronní oběžná dráha je pro vědu nezbytná, protože umožňuje slunečnímu záření zůstat na zemském povrchu, i když se bude lišit v závislosti na ročním období. Tato konzistence znamená, že vědci mohou porovnávat snímky naší planety ze stejné sezóny během několika let, aniž by se museli obávat příliš velkých skoků ve světle, které by mohly vytvořit iluzi změny. Bez sluneční synchronní oběžné dráhy by bylo obtížné je v průběhu času sledovat a shromažďovat informace potřebné ke studiu klimatických změn.

Cesta společníka je zde velmi omezená. Pokud je ve výšce 100 km, měla by mít dráha sklon 96°. Jakákoli odchylka bude nepřijatelná. Protože atmosférický odpor a gravitační síla Slunce a Měsíce mění oběžnou dráhu kosmické lodi, musí se pravidelně upravovat.

Injekce na oběžnou dráhu: start

Vypuštění družice vyžaduje energii, jejíž množství závisí na poloze místa startu, výšce a sklonu budoucí trajektorie jejího pohybu. Dostat se na vzdálenou oběžnou dráhu vyžaduje více energie. Družice s výrazným sklonem (například polární) jsou energeticky náročnější než ty, které obíhají kolem rovníku. Vložení na oběžnou dráhu s nízkým sklonem napomáhá rotace Země. se pohybuje pod úhlem 51,6397°. To je nutné, aby se k němu snadněji dostaly raketoplány a ruské rakety. Výška ISS je 337-430 km. Na druhou stranu polární družice nedostávají žádnou pomoc od zemské hybnosti, takže potřebují více energie, aby dosáhly stejné vzdálenosti.

Nastavení

Jakmile je družice vypuštěna, je třeba se snažit ji udržet na určité oběžné dráze. Protože Země není dokonalá koule, její gravitace je na některých místech silnější. Tato nepravidelnost spolu s gravitační silou Slunce, Měsíce a Jupitera (nejhmotnější planety sluneční soustavy) mění sklon oběžné dráhy. Během své životnosti byly satelity GOES třikrát nebo čtyřikrát upraveny. Nízkooběžná vozidla NASA musí každoročně upravovat svůj sklon.

Kromě toho jsou družice v blízkosti Země ovlivněny atmosférou. Nejsvrchnější vrstvy, i když jsou poměrně řídké, vyvíjejí dostatečně silný odpor, aby je přitáhly blíže k Zemi. Působení gravitace vede ke zrychlení satelitů. Postupem času shoří, spirálovitě se pohybují níž a rychleji do atmosféry nebo padají na Zemi.

Atmosférický odpor je silnější, když je Slunce aktivní. Stejně jako vzduch v balónu expanduje a stoupá při zahřátí, atmosféra stoupá a expanduje, když jí Slunce dodává další energii. Tenké vrstvy atmosféry se zvedají a na jejich místo nastupují hustší vrstvy. Satelity obíhající kolem Země proto musí přibližně čtyřikrát ročně změnit svou polohu, aby kompenzovaly atmosférický odpor. Když je sluneční aktivita na maximu, musí být poloha zařízení upravena každé 2-3 týdny.

Vesmírný odpad

Třetím důvodem, který si vynutil změnu oběžné dráhy, je vesmírný odpad. Jeden z komunikačních satelitů Iridium se srazil s nefunkční ruskou kosmickou lodí. Zřítily se a vytvořily oblak trosek skládající se z více než 2500 kusů. Každý prvek byl přidán do databáze, která dnes zahrnuje přes 18 000 předmětů umělého původu.

NASA pečlivě sleduje vše, co může být v dráze satelitů, protože oběžné dráhy se již musely kvůli vesmírnému odpadu několikrát měnit.

Inženýři monitorují polohu vesmírného odpadu a satelitů, které by mohly rušit pohyb, a podle potřeby pečlivě plánují úhybné manévry. Stejný tým plánuje a provádí manévry k úpravě náklonu a výšky satelitu.

Nebo proč nepadají satelity? Dráha satelitu je křehkou rovnováhou mezi setrvačností a gravitací. Gravitační síla neustále táhne satelit směrem k Zemi, zatímco setrvačnost satelitu má tendenci udržovat jeho pohyb přímo. Pokud by neexistovala gravitace, setrvačnost satelitu by jej poslala přímo z oběžné dráhy Země do vesmíru. V každém bodě oběžné dráhy však gravitace udržuje satelit připoutaný.

Pro dosažení rovnováhy mezi setrvačností a gravitací musí mít satelit přesně definovanou rychlost. Pokud letí příliš rychle, setrvačnost překoná gravitaci a satelit opustí oběžnou dráhu. (Výpočet tzv. druhé únikové rychlosti, která umožňuje družici opustit oběžnou dráhu Země, hraje důležitou roli při startu meziplanetárních vesmírných stanic.) Pokud se družice pohybuje příliš pomalu, gravitace zvítězí v boji se setrvačností a družice bude spadnout na Zemi. Přesně to se stalo v roce 1979, kdy americká orbitální stanice Skylab začala upadat v důsledku rostoucího odporu horních vrstev zemské atmosféry. Stanice, uvězněná v železném sevření gravitace, brzy spadla na Zemi.

Rychlost a vzdálenost

Protože zemská gravitace se vzdáleností slábne, rychlost potřebná k udržení satelitu na oběžné dráze se mění s výškou. Inženýři dokážou vypočítat, jak rychle a jak vysoko by měl satelit obíhat. Například geostacionární družice, umístěná vždy nad stejným bodem na zemském povrchu, musí provést jeden oběh za 24 hodin (což odpovídá době jedné otáčky Země kolem své osy) ve výšce 357 kilometrů.

Gravitace a setrvačnost

Vyvažování satelitu mezi gravitací a setrvačností lze simulovat otáčením závaží na laně, které je k němu připojeno. Setrvačnost břemene má tendenci jej oddalovat od středu otáčení, zatímco napětí lana působící jako gravitace udržuje břemeno na kruhové dráze. Pokud se lano přeřízne, náklad odletí po přímé dráze kolmé na poloměr jeho oběžné dráhy.

"Člověk se musí povznést nad Zemi - do atmosféry i mimo ni - neboť jedině tak plně pochopí svět, ve kterém žije."

Sokrates provedl toto pozorování staletí předtím, než lidé úspěšně vypustili objekt na oběžnou dráhu Země. Přesto se zdálo, že starověký řecký filozof chápal, jak cenný může být pohled z vesmíru, ačkoli neměl ponětí, jak toho dosáhnout.

Tento koncept – jak vypustit objekt „do atmosféry a dále“ – musel počkat, až Isaac Newton v roce 1729 publikoval svůj slavný myšlenkový experiment s dělovou koulí. Vypadá to nějak takto:

„Představte si, že byste umístili dělo na vrchol hory a vystřelili z něj vodorovně. Dělová koule bude chvíli cestovat rovnoběžně s povrchem Země, ale nakonec podlehne gravitaci a spadne k Zemi. Nyní si představte, že neustále přidáváte střelný prach do děla. S dalšími explozemi bude jádro cestovat dál a dál, dokud nespadne. Přidejte správné množství střelného prachu a dejte míči správné zrychlení a bude neustále létat kolem planety, vždy padá v gravitačním poli, ale nikdy nedosáhne země.“

V říjnu 1957 Sovětský svaz konečně potvrdil Newtonovo tušení vypuštěním Sputniku 1, první umělé družice, která obíhala Zemi. To iniciovalo vesmírný závod a četné starty objektů, které měly obletět Zemi a další planety sluneční soustavy. Od vypuštění Sputniku několik zemí, většinou Spojené státy, Rusko a Čína, vypustilo do vesmíru více než 3000 satelitů. Některé z těchto umělých objektů, jako je ISS, jsou velké. Jiné se perfektně vejdou do malé truhly. Díky satelitům přijímáme předpověď počasí, sledujeme televizi, surfujeme na internetu a telefonujeme. I ty satelity, jejichž provoz necítíme a nevidíme, slouží výtečně ve prospěch armády.

Vypouštění a provozování satelitů samozřejmě vedlo k problémům. Dnes, s více než 1000 funkčními satelity na oběžné dráze Země, je naše bezprostřední vesmírná oblast během dopravní špičky rušnější než velké město. Přidejte k tomu nefunkční vybavení, opuštěné satelity, kusy hardwaru a úlomky z výbuchů nebo kolizí, které zaplňují oblohu spolu s užitečným vybavením. Tyto orbitální úlomky, o kterých mluvíme, se nahromadily během mnoha let a představují vážnou hrozbu pro satelity, které v současnosti krouží kolem Země, a také pro budoucí pilotované a bezpilotní starty.

V tomto článku zalezeme do útrob obyčejné družice a podíváme se do jejích očí, abychom viděli pohledy na naši planetu, o kterých se Sokratovi a Newtonovi ani nesnilo. Nejprve se ale podíváme blíže na to, jak se vlastně družice liší od ostatních nebeských objektů.

Abychom pochopili, proč se satelity pohybují tímto způsobem, musíme navštívit našeho přítele Newtona. Navrhl, že gravitační síla existuje mezi libovolnými dvěma objekty ve vesmíru. Pokud by tato síla neexistovala, satelity létající v blízkosti planety by se nadále pohybovaly stejnou rychlostí a stejným směrem – po přímce. Tato přímka je inerciální dráha satelitu, která je však vyvážena silnou gravitační přitažlivostí směřující ke středu planety.

Někdy se dráha satelitu jeví jako elipsa, zploštělý kruh, který se točí kolem dvou bodů známých jako ohniska. V tomto případě platí všechny stejné zákony pohybu, kromě toho, že planety se nacházejí v jednom z ohnisek. V důsledku toho se čistá síla působící na satelit nešíří rovnoměrně po celé jeho dráze a rychlost satelitu se neustále mění. Pohybuje se rychle, když je nejblíže planetě – v bodě perigea (nezaměňovat s perihéliem), a pomaleji, když je dále od planety – v bodě apogea.

Satelity přicházejí ve všech tvarech a velikostech a plní širokou škálu úkolů.

• Meteorologické družice pomáhají meteorologům předpovídat počasí nebo vidět, co se s ním v danou chvíli děje. Dobrým příkladem je geostacionární provozní environmentální družice (GOES). Tyto satelity obvykle obsahují kamery, které ukazují počasí na Zemi.
• Komunikační satelity umožňují přenos telefonních hovorů přes satelit. Nejdůležitější vlastností komunikační družice je transpondér – rádio, které přijímá konverzaci na jedné frekvenci, poté ji zesiluje a na jiné frekvenci vysílá zpět na Zemi. Satelit obvykle obsahuje stovky nebo tisíce transpondérů. Komunikační satelity jsou typicky geosynchronní (o tom později).
• Televizní satelity přenášejí televizní signály z jednoho bodu do druhého (podobně jako komunikační satelity).
• Vědecké satelity, jako kdysi Hubbleův vesmírný dalekohled, provádějí všechny typy vědeckých misí. Pozorují vše od slunečních skvrn po gama paprsky.
• Navigační satelity pomáhají letadlům létat a plavit se lodě. Významnými představiteli jsou družice GPS NAVSTAR a GLONASS.
• Záchranné satelity reagují na nouzové signály.
• Družice pro pozorování Země zaznamenávají změny teplot až po ledové čepice. Nejznámější jsou série Landsat.

Na oběžné dráze jsou i vojenské satelity, ale velká část jejich provozu zůstává utajena. Mohou předávat šifrované zprávy, monitorovat jaderné zbraně, pohyby nepřátel, varovat před odpálením raket, poslouchat pozemní rádio, provádět radarové průzkumy a mapování.

Kdy byly vynalezeny satelity?

Vědci Clarka nechápali – až do 4. října 1957. Poté Sovětský svaz vypustil Sputnik 1, první umělou družici, na oběžnou dráhu Země. Sputnik měl průměr 58 centimetrů, vážil 83 kilogramů a měl tvar koule. Ačkoli to byl pozoruhodný úspěch, obsah Sputniku byl na dnešní poměry skromný:

• teploměr
• baterie
• rádiový vysílač
• plynný dusík, který byl natlakován uvnitř satelitu

Na vnější straně Sputniku vysílají čtyři bičové antény na krátkovlnných frekvencích nad a pod současným standardem (27 MHz). Sledovací stanice na Zemi zachytily rádiový signál a potvrdily, že malá družice přežila start a byla úspěšně na kurzu kolem naší planety. O měsíc později Sovětský svaz vypustil Sputnik 2 na oběžnou dráhu. Uvnitř kapsle byl pes Laika.

V prosinci 1957 se američtí vědci v zoufalé snaze udržet krok se svými protivníky ze studené války pokusili umístit satelit na oběžnou dráhu planety Vanguard. Bohužel raketa při startu havarovala a shořela. Krátce nato, 31. ledna 1958, Spojené státy zopakovaly sovětský úspěch tím, že přijaly plán Wernhera von Brauna vypustit družici Explorer 1 pomocí americké rakety. Červený kámen. Explorer 1 nesl přístroje k detekci kosmického záření a v experimentu Jamese Van Allena z University of Iowa zjistil, že existuje mnohem méně kosmického záření, než se očekávalo. To vedlo k objevu dvou toroidních zón (nakonec pojmenovaných po Van Allenovi) naplněných nabitými částicemi zachycenými v magnetickém poli Země.

Povzbuzeno těmito úspěchy začalo několik společností v 60. letech vyvíjet a vypouštět satelity. Jedním z nich byl Hughes Aircraft spolu s hvězdným inženýrem Haroldem Rosenem. Rosen vedl tým, který realizoval Clarkův nápad – komunikační satelit umístěný na oběžné dráze Země tak, aby mohl odrážet rádiové vlny z jednoho místa na druhé. V roce 1961 NASA udělila kontrakt Hughesovi na stavbu řady satelitů Syncom (synchronní komunikace). V červenci 1963 Rosen a jeho kolegové viděli, jak Syncom-2 vyletěl do vesmíru a vstoupil na drsnou geosynchronní oběžnou dráhu. Prezident Kennedy použil nový systém k rozhovoru s premiérem Nigérie v Africe. Brzy vzlétl i Syncom-3, který skutečně mohl vysílat televizní signál.

Začala éra satelitů.

Jaký je rozdíl mezi satelitem a vesmírným odpadem?

Umělé objekty jako Sputnik a Explorer lze také klasifikovat jako satelity, protože stejně jako měsíce obíhají kolem planety. Bohužel lidská činnost má za následek obrovské množství trosek na oběžné dráze Země. Všechny tyto kusy a trosky se chovají jako velké rakety – rotují kolem planety vysokou rychlostí po kruhové nebo eliptické dráze. Při striktním výkladu definice lze každý takový objekt definovat jako satelit. Ale astronomové obecně považují satelity za ty objekty, které plní užitečnou funkci. Kovové úlomky a další harampádí spadají do kategorie orbitálního odpadu.

Orbitální úlomky pocházejí z mnoha zdrojů:

• Výbuch rakety, který vyprodukuje nejvíce haraburdí.
• Astronaut uvolnil ruku – pokud kosmonaut něco ve vesmíru opravuje a mine klíč, je navždy ztracen. Klíč se dostane na oběžnou dráhu a letí rychlostí asi 10 km/s. Pokud zasáhne člověka nebo satelit, výsledky by mohly být katastrofální. Velké objekty jako ISS jsou velkým cílem vesmírného odpadu.
• Vyřazené položky. Části odpalovacích kontejnerů, krytky objektivů fotoaparátů a tak dále.

NASA vypustila speciální satelit nazvaný LDEF, který má zkoumat dlouhodobé účinky srážek s vesmírným odpadem. Během šesti let zaznamenaly přístroje družice asi 20 000 dopadů, z nichž některé byly způsobeny mikrometeority a jiné orbitálními úlomky. Vědci NASA pokračují v analýze dat LDEF. Japonsko už ale má obří síť na zachycování vesmírného odpadu.

Co je uvnitř běžného satelitu?

Všechny satelity mají zdroj energie (obvykle solární panely) a baterie. Solární panely umožňují nabíjení baterií. Mezi nejnovější satelity patří také palivové články. Satelitní energie je velmi drahá a extrémně omezená. Jaderné energetické články se běžně používají k vysílání vesmírných sond na jiné planety.

Všechny satelity mají palubní počítač pro ovládání a sledování různých systémů. Každý má rádio a anténu. Většina satelitů má minimálně rádiový vysílač a rádiový přijímač, takže pozemní posádka může zjišťovat a sledovat stav satelitu. Mnoho satelitů umožňuje spoustu různých věcí, od změny oběžné dráhy až po přeprogramování počítačového systému.

Jak můžete očekávat, dát všechny tyto systémy dohromady není snadný úkol. Trvá to roky. Vše začíná definováním cíle mise. Určení jeho parametrů umožňuje inženýrům sestavit potřebné nástroje a nainstalovat je ve správném pořadí. Jakmile jsou specifikace (a rozpočet) schváleny, začíná montáž satelitu. Probíhá v čisté místnosti, sterilním prostředí, které udržuje požadovanou teplotu a vlhkost a chrání satelit při vývoji a montáži.

Umělé satelity se většinou vyrábí na zakázku. Některé společnosti vyvinuly modulární satelity, tedy konstrukce, jejichž montáž umožňuje instalaci dalších prvků podle specifikací. Například družice Boeing 601 měly dva základní moduly - podvozek pro přepravu pohonného subsystému, elektroniky a baterií; a sadu voštinových polic pro uložení vybavení. Tato modularita umožňuje inženýrům sestavovat satelity z polotovarů spíše než od začátku.

Jak se družice vynášejí na oběžnou dráhu?

Při většině startů satelitů je raketa vypuštěna přímo vzhůru, což jí umožňuje rychlejší pohyb hustou atmosférou a minimalizaci spotřeby paliva. Po vzletu rakety řídicí mechanismus rakety pomocí inerciálního naváděcího systému vypočítá potřebné úpravy trysky rakety pro dosažení požadovaného sklonu.

Poté, co se raketa dostane do řídkého vzduchu, ve výšce asi 193 kilometrů vypustí navigační systém malé rakety, které stačí k překlopení rakety do vodorovné polohy. Poté se satelit uvolní. Malé rakety jsou znovu odpáleny a poskytují rozdíl ve vzdálenosti mezi raketou a satelitem.

Orbitální rychlost a výška

Raketa musí dosáhnout rychlosti 40 320 kilometrů za hodinu, aby zcela unikla zemské gravitaci a vyletěla do vesmíru. Vesmírná rychlost je mnohem větší, než potřebuje satelit na oběžné dráze. Neuniknou zemské gravitaci, ale jsou ve stavu rovnováhy. Orbitální rychlost je rychlost potřebná k udržení rovnováhy mezi gravitační silou a setrvačným pohybem satelitu. To je přibližně 27 359 kilometrů za hodinu ve výšce 242 kilometrů. Bez gravitace by setrvačnost vynesla satelit do vesmíru. I v případě gravitace, pokud se satelit pohybuje příliš rychle, bude vynesen do vesmíru. Pokud se satelit pohybuje příliš pomalu, gravitace jej přitáhne zpět k Zemi.

Oběžná rychlost satelitu závisí na jeho výšce nad Zemí. Čím blíže k Zemi, tím vyšší rychlost. Ve výšce 200 kilometrů je rychlost oběhu 27 400 kilometrů za hodinu. K udržení oběžné dráhy ve výšce 35 786 kilometrů musí satelit cestovat rychlostí 11 300 kilometrů za hodinu. Tato orbitální rychlost umožňuje družici provést jeden průlet každých 24 hodin. Vzhledem k tomu, že Země se také otáčí 24 hodin, je satelit ve výšce 35 786 kilometrů v pevné poloze vůči zemskému povrchu. Tato poloha se nazývá geostacionární. Geostacionární dráha je ideální pro meteorologické a komunikační satelity.

Obecně platí, že čím vyšší orbita, tím déle tam satelit může zůstat. V malé výšce je satelit v zemské atmosféře, což vytváří odpor. Ve vysoké nadmořské výšce prakticky neexistuje žádný odpor a satelit, stejně jako Měsíc, může zůstat na oběžné dráze po staletí.

Typy satelitů

Satelity obíhající po polární oběžné dráze také míjejí póly s každou otáčkou, i když jejich dráhy jsou méně eliptické. Polární oběžné dráhy zůstávají pevné ve vesmíru, zatímco Země rotuje. Výsledkem je, že většina Země prochází pod satelitem po polární dráze. Protože polární dráhy poskytují vynikající pokrytí planety, používají se pro mapování a fotografování. Prognostici také spoléhají na globální síť polárních družic, které obletí naši zeměkouli každých 12 hodin.

Satelity můžete také klasifikovat podle jejich výšky nad zemským povrchem. Na základě tohoto schématu existují tři kategorie:

• Nízká oběžná dráha Země (LEO) – Satelity LEO zabírají oblast vesmíru od 180 do 2000 kilometrů nad Zemí. Satelity, které obíhají blízko zemského povrchu, jsou ideální pro pozorování, vojenské účely a sběr informací o počasí.
• Střední oběžná dráha Země (MEO) – Tyto satelity létají ve výšce 2 000 až 36 000 km nad Zemí. Navigační satelity GPS fungují v této výšce dobře. Přibližná oběžná rychlost je 13 900 km/h.
• Geostacionární (geosynchronní) dráha - geostacionární družice obíhají Zemi ve výšce přesahující 36 000 km a stejnou rychlostí rotace jako planeta. Proto jsou satelity na této oběžné dráze vždy umístěny směrem ke stejnému místu na Zemi. Mnoho geostacionárních satelitů létá podél rovníku, což vytvořilo mnoho dopravních zácp v této oblasti vesmíru. Několik stovek televizních, komunikačních a meteorologických družic využívá geostacionární dráhu.

Konečně lze o satelitech uvažovat ve smyslu, kde „hledají“. Většina objektů vyslaných do vesmíru v posledních několika desetiletích se dívá na Zemi. Tyto satelity mají kamery a zařízení, které mohou vidět náš svět v různých vlnových délkách světla, což nám umožňuje vychutnat si nádherný výhled na ultrafialové a infračervené tóny naší planety. Méně satelitů obrací svůj pohled do vesmíru, kde pozorují hvězdy, planety a galaxie a hledají objekty, jako jsou asteroidy a komety, které by se mohly srazit se Zemí.

Známé satelity

Existují však skuteční hrdinové oběžné dráhy. Pojďme se s nimi seznámit.

1. Družice Landsat fotografují Zemi od počátku 70. let a drží rekord v pozorování zemského povrchu. Landsat-1, svého času známý jako ERTS (Earth Resources Technology Satellite), byl vypuštěn 23. července 1972. Nesl dva hlavní přístroje: kameru a multispektrální skener, postavené společností Hughes Aircraft Company a schopné zaznamenávat data v zeleném, červeném a dvou infračervených spektrech. Družice produkovala tak nádherné snímky a byla považována za tak úspěšnou, že ji následovala celá série. NASA vypustila poslední Landsat-8 v únoru 2013. Toto vozidlo neslo dva senzory pro pozorování Země, Operational Land Imager a Thermal Infrared Sensor, které shromažďovaly multispektrální snímky pobřežních oblastí, polárního ledu, ostrovů a kontinentů.
2. Geostacionární provozní environmentální družice (GOES) krouží kolem Země na geostacionární oběžné dráze, z nichž každá je zodpovědná za pevnou část zeměkoule. To umožňuje satelitům bedlivě sledovat atmosféru a detekovat změny povětrnostních podmínek, které mohou vést k tornádům, hurikánům, záplavám a bouřkám s blesky. Satelity se také používají k odhadu srážek a akumulace sněhu, měření rozsahu sněhové pokrývky a sledování pohybu mořského a jezerního ledu. Od roku 1974 bylo na oběžnou dráhu vypuštěno 15 satelitů GOES, ale pouze dva satelity, GOES West a GOES East, monitorují počasí v jednu chvíli.
3. Jason-1 a Jason-2 hrály klíčovou roli v dlouhodobé analýze pozemských oceánů. NASA vypustila Jason-1 v prosinci 2001, aby nahradila družici NASA/CNES Topex/Poseidon, která nad Zemí fungovala od roku 1992. Téměř třináct let měřil Jason-1 hladinu moří, rychlost větru a výšku vln ve více než 95 % oceánů bez ledu na Zemi. NASA oficiálně vyřadila Jason-1 3. července 2013. Jason-2 vstoupil na oběžnou dráhu v roce 2008. Nesl vysoce přesné přístroje, které umožňovaly měřit vzdálenost od družice k hladině oceánu s přesností několika centimetrů. Tato data, kromě jejich hodnoty pro oceánografy, poskytují rozsáhlý pohled na chování globálních klimatických vzorců.

Kolik stojí satelity?

Stavba tak složitého stroje vyžaduje spoustu zdrojů, takže historicky mohly do satelitního byznysu vstoupit pouze vládní agentury a korporace s hlubokou kapsou. Většina nákladů na satelit leží ve vybavení - transpondéry, počítače a kamery. Typický meteorologický satelit stojí asi 290 milionů dolarů. Špionážní satelit by stál 100 milionů dolarů více. Přidejte k tomu náklady na údržbu a opravy satelitů. Společnosti musí platit za šířku satelitního pásma stejným způsobem, jakým majitelé telefonů platí za mobilní služby. To někdy stojí více než 1,5 milionu dolarů ročně.

Dalším důležitým faktorem jsou počáteční náklady. Vypuštění jednoho satelitu do vesmíru může stát od 10 do 400 milionů dolarů v závislosti na zařízení. Raketa Pegasus XL dokáže vynést 443 kilogramů na nízkou oběžnou dráhu Země za 13,5 milionu dolarů. Vypuštění těžké družice bude vyžadovat větší zdvih. Raketa Ariane 5G může vynést na nízkou oběžnou dráhu 18 000 kilogramový satelit za 165 milionů dolarů.

Navzdory nákladům a rizikům spojeným se stavbou, vypouštěním a provozem satelitů se některým společnostem podařilo kolem něj vybudovat celé podniky. Například Boeing. Společnost v roce 2012 dodala do vesmíru asi 10 satelitů a dostávala objednávky na více než sedm let, což přineslo téměř 32 miliard dolarů příjmů.

Budoucnost satelitů

Dalším řešením je snížení velikosti a složitosti satelitů. Vědci z Caltechu a Stanfordské univerzity pracují od roku 1999 na novém typu CubeSat, který je založen na stavebních kostkách s 10centimetrovou hranou. Každá kostka obsahuje hotové komponenty a lze ji kombinovat s jinými kostkami pro zvýšení účinnosti a snížení stresu. Díky standardizaci designu a snížení nákladů na stavbu každého satelitu od nuly může jeden CubeSat stát pouhých 100 000 USD.

V dubnu 2013 se NASA rozhodla otestovat tento jednoduchý princip se třemi CubeSaty poháněnými komerčními smartphony. Cílem bylo vynést mikrosatelity na krátkou dobu na oběžnou dráhu a pořídit pár snímků jejich telefony. Agentura nyní plánuje rozmístit rozsáhlou síť takových satelitů.

Ať už jsou velké nebo malé, budoucí satelity musí být schopny efektivně komunikovat s pozemními stanicemi. Historicky se NASA spoléhala na radiofrekvenční komunikaci, ale RF dosáhla svého limitu, když se objevila poptávka po větším výkonu. K překonání této překážky vyvíjejí vědci z NASA obousměrný komunikační systém využívající namísto rádiových vln lasery. 18. října 2013 vědci nejprve vypálili laserový paprsek pro přenos dat z Měsíce na Zemi (na vzdálenost 384 633 kilometrů) a dosáhli rekordní přenosové rychlosti 622 megabitů za sekundu.

Co je geostacionární dráha? Jedná se o kruhové pole, které se nachází nad zemským rovníkem, podél kterého se umělý satelit otáčí úhlovou rychlostí rotace planety kolem své osy. Nemění svůj směr v horizontálním souřadnicovém systému, ale nehybně visí na obloze. Geostacionární oběžná dráha Země (GEO) je druh geosynchronního pole a používá se k umístění komunikací, televizního vysílání a dalších satelitů.

Myšlenka použití umělých zařízení

Samotný koncept geostacionární dráhy inicioval ruský vynálezce K. E. Ciolkovskij. Ve svých dílech navrhoval zalidnění prostoru pomocí orbitálních stanic. Zahraniční vědci také popsali práci kosmických polí, například G. Oberth. Muž, který vyvinul koncept využití oběžné dráhy pro komunikaci, je Arthur C. Clarke. V roce 1945 publikoval článek v časopise Wireless World, kde popsal výhody geostacionárního pole. Za jeho aktivní práci v této oblasti, na počest vědce, orbita získala své druhé jméno - „Clark Belt“. Mnoho teoretiků se zamýšlelo nad problémem implementace kvalitní komunikace. Herman Potochnik tedy v roce 1928 vyjádřil myšlenku, jak by bylo možné použít geostacionární satelity.

Vlastnosti "Clark Belt"

Aby byla dráha nazývána geostacionární, musí splňovat řadu parametrů:

1. Geosynchronie. Tato charakteristika zahrnuje pole, které má periodu odpovídající periodě rotace Země. Geosynchronní satelit dokončí svou oběžnou dráhu kolem planety za hvězdný den, což je 23 hodin, 56 minut a 4 sekund. Země potřebuje stejný čas k dokončení jedné revoluce v pevném prostoru.

2. Pro udržení satelitu v určitém bodě musí být geostacionární dráha kruhová, s nulovým sklonem. Eliptické pole bude mít za následek posunutí buď na východ nebo na západ, protože plavidlo se v určitých bodech své oběžné dráhy pohybuje odlišně.

3. „Bod vznášení“ vesmírného mechanismu musí být na rovníku.

4. Umístění družic na geostacionární oběžné dráze by mělo být takové, aby malý počet frekvencí určených pro komunikaci nevedl k překrývání frekvencí různých zařízení při příjmu a vysílání a také aby nedocházelo k jejich kolizi.

5. Dostatečné množství paliva pro udržení konstantní polohy prostorového mechanismu.

Geostacionární dráha družice je unikátní v tom, že pouze kombinací jejích parametrů může zařízení zůstat nehybné. Další funkcí je možnost vidět Zemi pod úhlem sedmnácti stupňů ze satelitů umístěných ve vesmírném poli. Každé zařízení zachycuje přibližně jednu třetinu povrchu oběžné dráhy, takže tři mechanismy jsou schopny pokrýt téměř celou planetu.

Umělé satelity

Satelity byly vypuštěny mnoha zeměmi a společnostmi. První umělé zařízení na světě vzniklo v SSSR a 4. října 1957 vzlétlo do vesmíru. Dostal název Sputnik 1. V roce 1958 Spojené státy vypustily druhou kosmickou loď, Explorer 1. První satelit, který NASA vypustila v roce 1964, byl pojmenován Syncom-3. Umělá zařízení jsou většinou nevratná, ale existují i ​​ta, která jsou částečně nebo úplně vrácena. Používají se k provádění vědeckého výzkumu a řešení různých problémů. Takže existují vojenské, výzkumné, navigační satelity a další. Spouštějí se i přístroje vytvořené zaměstnanci univerzity nebo radioamatéry.

"Postoj"

Geostacionární družice se nacházejí ve výšce 35 786 kilometrů nad mořem. Tato výška poskytuje oběžnou dobu, která odpovídá periodě rotace Země vzhledem ke hvězdám. Umělé vozidlo je nehybné, proto se jeho umístění na geostacionární oběžné dráze nazývá „bod stojící“. Vznášení zajišťuje stálou dlouhodobou komunikaci, jakmile je anténa nasměrována, bude vždy namířena na požadovaný satelit.

Hnutí

Družice je možné přenášet z oběžné dráhy v malé výšce na geostacionární dráhu pomocí geotransferových polí. Ty jsou eliptickou cestou s bodem v nízké nadmořské výšce a vrcholem ve výšce, která je blízko geostacionární kružnice. Satelit, který se stal nevhodným pro další provoz, je vyslán na dispoziční oběžnou dráhu umístěnou 200-300 kilometrů nad GEO.

Výška geostacionární oběžné dráhy

Satelit se v daném poli drží v určité vzdálenosti od Země, nepřibližuje se ani se nevzdaluje. Vždy se nachází nad nějakým bodem na rovníku. Na základě těchto znaků vyplývá, že gravitační a odstředivá síla se vzájemně vyrovnávají. Výška geostacionární dráhy se vypočítává pomocí metod založených na klasické mechanice. V tomto případě se bere v úvahu korespondence gravitačních a odstředivých sil. Hodnota první veličiny je určena pomocí Newtonova zákona univerzální gravitace. Indikátor odstředivé síly se vypočítá vynásobením hmotnosti satelitu dostředivým zrychlením. Výsledkem rovnosti gravitační a setrvačné hmotnosti je závěr, že výška oběžné dráhy nezávisí na hmotnosti družice. Proto je geostacionární dráha určena pouze výškou, ve které je odstředivá síla rovna velikosti a opačného směru gravitační síle vytvářené zemskou gravitací v dané výšce.

Ze vzorce pro výpočet dostředivého zrychlení můžete zjistit úhlovou rychlost. Poloměr geostacionární dráhy je také určen tímto vzorcem nebo dělením geocentrické gravitační konstanty druhou mocninou úhlové rychlosti. Je dlouhá 42 164 kilometrů. Vezmeme-li v úvahu rovníkový poloměr Země, získáme výšku rovnou 35 786 kilometrům.

Výpočty mohou být provedeny jiným způsobem, na základě tvrzení, že orbitální výška, což je vzdálenost od středu Země, s úhlovou rychlostí satelitu, která se shoduje s rotačním pohybem planety, vede k lineárnímu rychlost, která se rovná první kosmické rychlosti v dané výšce.

Rychlost na geostacionární dráze. Délka

Tento indikátor se vypočítá vynásobením úhlové rychlosti poloměrem pole. Hodnota rychlosti na oběžné dráze je 3,07 kilometrů za sekundu, což je mnohem méně než první kosmická rychlost na dráze blízko Země. Pro snížení rychlosti je nutné zvýšit oběžný poloměr více než šestkrát. Délka se vypočítá vynásobením čísla Pi a poloměru, vynásobeného dvěma. Je to 264924 kilometrů. Ukazatel se bere v úvahu při výpočtu „bodů stojících“ satelitů.

Vliv sil

Parametry dráhy, po které se umělý mechanismus otáčí, se mohou měnit pod vlivem gravitačních lunárně-slunečních poruch, nehomogenity zemského pole a elipticity rovníku. Transformace pole je vyjádřena v takových jevech, jako jsou:

1. Posun družice z její polohy podél oběžné dráhy směrem k bodům stabilní rovnováhy, které se nazývají potenciální díry na geostacionární dráze.
2. Úhel sklonu pole k rovníku roste určitou rychlostí a dosahuje 15 stupňů jednou za 26 let a 5 měsíců.

Aby satelit zůstal v požadovaném „bodu stání“, je vybaven pohonným systémem, který se zapíná několikrát každých 10-15 dní. Pro kompenzaci nárůstu sklonu orbity se tedy používá korekce „sever-jih“ a pro kompenzaci driftu podél pole se používá korekce „západ-východ“. K regulaci dráhy satelitu po celou dobu jeho provozní životnosti je zapotřebí velká zásoba paliva na palubě.

Pohonné systémy

Výběr zařízení je dán individuálními technickými vlastnostmi satelitu. Například chemický raketový motor má zásobu výtlakového paliva a pracuje s dlouho uloženými vysokovroucími součástmi (oxid dusičitý, nesymetrický dimethylhydrazin). Plazmové přístroje mají výrazně menší tah, ale díky prodlouženému provozu, který se měří v desítkách minut na jediný pohyb, dokážou výrazně snížit množství spotřebovaného paliva na palubě. Tento typ pohonného systému se používá k manévrování satelitu na jinou orbitální pozici. Hlavním limitujícím faktorem životnosti zařízení je zásoba paliva na geostacionární dráze.

Nevýhody umělého pole

Významnou nevýhodou v interakci s geostacionárními družicemi je velká zpoždění v šíření signálu. Při rychlosti světla 300 tisíc kilometrů za sekundu a výšce oběžné dráhy 35 786 kilometrů tedy trvá pohyb svazku družice Země asi 0,12 sekundy a paprsku družice Země-Země 0,24 sekundy. Vezmeme-li v úvahu zpoždění signálu v zařízení a kabelových přenosových systémech pozemních služeb, celkové zpoždění signálu „zdroj-satelit-přijímač“ dosahuje přibližně 2-4 sekund. Tento ukazatel výrazně komplikuje použití zařízení na oběžné dráze pro telefonování a znemožňuje využití satelitní komunikace v systémech reálného času.

Další nevýhodou je neviditelnost geostacionární dráhy z vysokých zeměpisných šířek, což ruší komunikaci a televizní vysílání v arktických a antarktických oblastech. V situacích, kdy jsou slunce a vysílací satelit v linii s přijímací anténou, dochází k poklesu a někdy k úplné absenci signálu. Na geostacionárních drahách se v důsledku nehybnosti družice tento jev projevuje zvláště zřetelně.

Dopplerův jev

Tento jev spočívá ve změně frekvencí elektromagnetických vibrací při vzájemném pohybu vysílače a přijímače. Jev je vyjádřen změnou vzdálenosti v čase a také pohybem umělých vozidel na oběžné dráze. Efekt se projevuje jako nízká stabilita nosné frekvence družice, ke které se přidává hardwarová nestabilita frekvence palubního opakovače a pozemské stanice, což komplikuje příjem signálů. Dopplerův jev přispívá ke změně frekvence modulačních vibrací, které nelze ovládat. V případě využití komunikačních satelitů a přímého televizního vysílání na oběžné dráze je tento jev prakticky eliminován, to znamená, že nedochází ke změnám úrovně signálu v místě příjmu.

Postoj ke geostacionárním polím ve světě

Zrození vesmírné oběžné dráhy vyvolalo mnoho otázek a mezinárodních právních problémů. Na jejich řešení se podílí řada výborů, zejména Organizace spojených národů. Některé země ležící na rovníku si dělaly nároky na rozšíření své suverenity na část vesmírného pole umístěnou nad jejich územím. Státy uvedly, že geostacionární dráha je fyzikálním faktorem, který je spojen s existencí planety a závisí na gravitačním poli Země, takže segmenty pole jsou rozšířením území jejich zemí. Ale taková tvrzení byla zamítnuta, protože svět má zásadu nepřivlastňování si vesmíru. Všechny problémy související s provozem orbit a satelitů jsou řešeny na globální úrovni.

Může se zdát, že satelity na oběžné dráze Země jsou tou nejjednodušší, nejznámější a nejznámější věcí na tomto světě. Vždyť Měsíc visí na obloze více než čtyři miliardy let a na jeho pohybech není nic nadpřirozeného. Ale pokud sami vypustíme satelity na oběžnou dráhu Země, zůstanou tam jen několik nebo desítky let, a pak se znovu dostanou do atmosféry a buď shoří, nebo spadnou do oceánu a na zem.

Navíc, když se podíváte na přirozené satelity na jiných planetách, všechny vydrží podstatně déle než umělé satelity, které obíhají kolem Země. Mezinárodní vesmírná stanice (ISS) například obíhá Zemi každých 90 minut, zatímco našemu Měsíci to trvá asi měsíc. Dokonce i satelity, které jsou blízko jejich planet – jako Jupiterův Io, jehož slapové síly ohřívají svět a roztrhávají ho na kusy vulkanickými katastrofami – zůstávají na svých drahách stabilní.

Očekává se, že Io zůstane na oběžné dráze Jupiteru po zbytek života sluneční soustavy, ale pokud se nic nepodnikne, ISS zůstane na své oběžné dráze méně než 20 let. Stejný osud se týká prakticky všech satelitů přítomných na nízké oběžné dráze Země: v době, kdy se převalí další století, téměř všechny současné satelity vstoupí do zemské atmosféry a shoří. Ty největší (jako ISS s její hmotností 431 tun) padnou v podobě velkých trosek na pevninu a do vody.

Proč se tohle děje? Proč se tyto satelity nezajímají o zákony Einsteina, Newtona a Keplera a proč nechtějí neustále udržovat stabilní oběžnou dráhu? Ukazuje se, že existuje řada faktorů, které způsobují tento orbitální zmatek.

To je možná nejdůležitější efekt a je to také důvod, proč jsou satelity na nízké oběžné dráze Země nestabilní. Jiné satelity - jako geostacionární satelity - také vypadnou z oběžné dráhy, ale ne tak rychle. Jsme zvyklí považovat za „vesmír“ vše, co je nad 100 kilometrů: nad linií Karman. Ale jakákoli definice hranice vesmíru, kde začíná vesmír a končí atmosféra planety, bude přitažená za vlasy. Ve skutečnosti se atmosférické částice rozprostírají daleko a vysoko, ale jejich hustota je stále menší a menší. Nakonec hustota klesne – pod mikrogram na krychlový centimetr, pak nanogram, pak pikogram – a pak tomu můžeme stále více říkat prostor. Atmosférické atomy však mohou být přítomny tisíce kilometrů daleko, a když se satelity srazí s těmito atomy, ztratí hybnost a zpomalí se. Satelity na nízké oběžné dráze Země jsou proto nestabilní.

Částice slunečního větru

Slunce neustále vyzařuje proud vysokoenergetických částic, většinou protonů, ale jsou zde i elektrony a jádra helia, která se střetávají se vším, s čím se setkají. Tyto srážky zase mění hybnost satelitů, se kterými se srazí, a postupně je zpomalují. Po uplynutí dostatečné doby se oběžné dráhy začnou narušovat. I když to není hlavní důvod, proč satelity v LEO deorbitují, je to důležitější pro satelity vzdálenější, protože se přibližují a spolu s tím se zvyšuje atmosférický odpor.

Nedokonalé gravitační pole Země

Kdyby Země neměla atmosféru jako Merkur nebo Měsíc, mohly by naše satelity zůstat na oběžné dráze navždy? Ani kdybychom odstranili sluneční vítr. Země totiž – stejně jako všechny planety – není hmotou bodu, ale spíše strukturou s proměnným gravitačním polem. Toto pole a změny, jak satelity obíhají kolem planety, mají za následek, že na ně působí slapové síly. A čím blíže je satelit k Zemi, tím větší je dopad těchto sil.

Gravitační vliv zbytku sluneční soustavy

Je zřejmé, že Země není zcela izolovaným systémem, ve kterém jediná gravitační síla, která působí na satelity, pochází ze Země samotné. Ne, Měsíc, Slunce a všechny ostatní planety, komety, asteroidy a další přispívají ve formě gravitačních sil, které oddělují oběžné dráhy. I kdyby Země byla dokonalým bodem – řekněme, zhroutila se do nerotující černé díry – bez atmosféry a satelity by byly 100% chráněny před slunečním větrem, tyto satelity by se postupně začaly spirálovitě šířit do středu Země. Zůstaly by na oběžné dráze déle, než by existovalo samotné Slunce, ale ani tento systém by nebyl dokonale stabilní; Oběžné dráhy satelitů by nakonec byly narušeny.

Relativistické efekty

Newtonovy zákony – a Keplerovy dráhy – nejsou jediné věci, které určují pohyb nebeských těles. Stejná síla, která způsobí, že orbita Merkuru předběhne dalších 43" za století, způsobí, že oběžné dráhy naruší gravitační vlny. Rychlost tohoto narušení je neuvěřitelně nízká pro slabá gravitační pole (jako jsou ta, která najdeme ve Sluneční soustavě) a pro velké vzdálenosti: Zemi by trvalo 10 150 let, než by se spirálově stočila dolů ke Slunci, a stupeň narušení oběžných drah satelitů v blízkosti Země je stotisíckrát méně než tento . Ale tato síla je přítomná a je nevyhnutelným důsledkem obecné teorie relativity, která se účinně projevuje na bližších satelitech planety.

To vše neovlivňuje pouze satelity, které vytváříme, ale také přirozené satelity, které nacházíme na oběžné dráze jiných světů. Například Měsíc nejbližší Marsu, Phobos, je odsouzen k roztržení slapovými silami a spirále dolů do atmosféry rudé planety. Navzdory tomu, že má atmosféru pouze 1/140 velikosti Země, je atmosféra Marsu velká a difúzní a navíc Mars nemá žádnou ochranu před slunečním větrem (na rozdíl od magnetického pole Země). Proto po desítkách milionů let bude Phobos pryč. Může se zdát, že se tak brzy nestane, ale je to méně než 1 % doby, kdy Sluneční soustava již existovala.

Ale Jupiterův nejbližší satelit není Io: je to Metis, podle mytologie první manželka Dia. Blíže k Io jsou čtyři malé měsíce, z nichž Metis je nejblíže, ve vzdálenosti pouhých 0,8 poloměru Jupiteru od atmosféry planety. V případě Jupiteru to nejsou atmosférické síly nebo sluneční vítr, kdo je zodpovědný za narušení oběžných drah; S poloosou oběžné dráhy 128 000 kilometrů zažívá Metis působivé slapové síly, které jsou zodpovědné za spirální sestup tohoto měsíce k Jupiteru.

Příkladem toho, co se stane, když dominují mocné slapové síly, je kometa Shoemaker-Levy 9 a její srážka s Jupiterem v roce 1994 poté, co byla zcela roztrhána slapovými silami. To je osud všech satelitů, které se spirálovitě pohybují ke svému domovskému světu.

Kombinace všech těchto faktorů činí jakýkoli satelit zásadně nestabilním. Vzhledem k dostatečnému času a absenci dalších stabilizačních efektů budou narušeny naprosto všechny oběžné dráhy. Koneckonců, všechny oběžné dráhy jsou nestabilní, ale některé jsou nestabilnější než jiné.