Kekuatan apa yang dimiliki satelit tersebut. Orbit mengelilingi bumi. Apa perbedaan antara satelit dan puing-puing luar angkasa

Sama seperti kursi di teater memberikan perspektif berbeda pada sebuah pertunjukan, orbit satelit yang berbeda memberikan perspektif, masing-masing dengan tujuan berbeda. Beberapa tampak melayang di atas suatu titik di permukaan, memberikan pandangan konstan ke satu sisi bumi, sementara yang lain mengelilingi planet kita, melewati banyak tempat dalam sehari.

Jenis orbit

Pada ketinggian berapa satelit terbang? Ada 3 jenis orbit dekat Bumi: tinggi, sedang, dan rendah. Di tingkat tertinggi, terjauh dari permukaan, biasanya terdapat banyak satelit cuaca dan beberapa satelit komunikasi. Satelit yang mengorbit di tengah bumi mencakup navigasi dan satelit khusus yang dirancang untuk memantau wilayah tertentu. Sebagian besar pesawat ruang angkasa ilmiah, termasuk armada Sistem Pengamatan Bumi NASA, berada di orbit rendah.

Kecepatan pergerakannya bergantung pada ketinggian penerbangan satelit. Saat Anda mendekati Bumi, gravitasi menjadi lebih kuat dan pergerakannya semakin cepat. Misalnya, satelit Aqua milik NASA membutuhkan waktu sekitar 99 menit untuk mengorbit planet kita pada ketinggian sekitar 705 km, sedangkan perangkat meteorologi yang terletak 35.786 km dari permukaan membutuhkan waktu 23 jam, 56 menit, dan 4 detik. Pada jarak 384.403 km dari pusat bumi, Bulan menyelesaikan satu revolusi dalam 28 hari.

Paradoks aerodinamis

Mengubah ketinggian satelit juga mengubah kecepatan orbitnya. Ada paradoks di sini. Jika operator satelit ingin meningkatkan kecepatannya, dia tidak bisa begitu saja menyalakan mesin untuk mempercepatnya. Hal ini akan meningkatkan orbit (dan ketinggian), sehingga mengakibatkan penurunan kecepatan. Sebaliknya, mesin harus ditembakkan ke arah yang berlawanan dengan gerakan satelit, suatu tindakan yang akan memperlambat kendaraan yang bergerak di Bumi. Tindakan ini akan menurunkannya, memungkinkan peningkatan kecepatan.

Karakteristik orbit

Selain ketinggian, jalur satelit juga dicirikan oleh eksentrisitas dan kemiringan. Yang pertama berkaitan dengan bentuk orbitnya. Sebuah satelit dengan eksentrisitas rendah bergerak sepanjang lintasan mendekati lingkaran. Orbit eksentrik berbentuk elips. Jarak pesawat luar angkasa ke Bumi bergantung pada posisinya.

Kemiringan adalah sudut orbit relatif terhadap ekuator. Satelit yang mengorbit tepat di atas garis khatulistiwa mempunyai kemiringan nol. Jika pesawat ruang angkasa melewati kutub utara dan selatan (secara geografis, bukan magnetis), kemiringannya adalah 90°.

Semuanya - tinggi, eksentrisitas, dan kemiringan - menentukan pergerakan satelit dan bagaimana tampilan Bumi dari sudut pandangnya.

Tinggi dekat Bumi

Ketika satelit mencapai tepat 42.164 km dari pusat bumi (sekitar 36 ribu km dari permukaan), ia memasuki zona yang orbitnya sesuai dengan rotasi planet kita. Karena pesawat tersebut bergerak dengan kecepatan yang sama dengan Bumi, yaitu periode orbitnya adalah 24 jam, ia tampak tetap diam pada satu garis bujur, meskipun ia mungkin melayang dari utara ke selatan. Orbit tinggi khusus ini disebut geosinkron.

Satelit bergerak dalam orbit melingkar tepat di atas ekuator (eksentrisitas dan kemiringannya nol) dan tetap diam terhadap Bumi. Itu selalu terletak di atas titik yang sama di permukaannya.

Orbit Molniya (kemiringan 63,4°) digunakan untuk observasi di lintang tinggi. Satelit geostasioner terikat pada garis khatulistiwa, sehingga tidak cocok untuk wilayah jauh di utara atau selatan. Orbit ini cukup eksentrik: pesawat ruang angkasa bergerak dalam elips memanjang dengan Bumi terletak dekat pada salah satu sisinya. Karena satelit dipercepat oleh gravitasi, ia bergerak sangat cepat ketika berada dekat dengan planet kita. Semakin menjauh, kecepatannya semakin melambat sehingga menghabiskan lebih banyak waktu berada di puncak orbitnya di tepi terjauh dari Bumi yang jaraknya bisa mencapai 40 ribu km. Periode orbitnya adalah 12 jam, tetapi satelit menghabiskan sekitar dua pertiga waktunya di satu belahan bumi. Seperti orbit semi-sinkron, satelit mengikuti jalur yang sama setiap 24 jam dan digunakan untuk komunikasi di ujung utara atau selatan.

Rendah dekat Bumi

Sebagian besar satelit ilmiah, banyak satelit meteorologi, dan stasiun luar angkasa berada di orbit rendah Bumi yang hampir berbentuk lingkaran. Kemiringan mereka bergantung pada apa yang mereka pantau. TRMM diluncurkan untuk memantau curah hujan di daerah tropis, sehingga memiliki kemiringan yang relatif rendah (35°), dan tetap dekat dengan garis khatulistiwa.

Banyak satelit sistem pengamatan NASA memiliki orbit dekat kutub dengan kemiringan tinggi. Pesawat luar angkasa tersebut bergerak mengelilingi bumi dari kutub ke kutub dengan jangka waktu 99 menit. Separuh waktunya melewati sisi siang hari planet kita, dan di kutub ia melewati sisi malam.

Saat satelit bergerak, bumi berputar di bawahnya. Pada saat kendaraan bergerak menuju area yang diterangi, kendaraan tersebut berada di atas area yang berdekatan dengan zona orbit terakhirnya. Dalam periode 24 jam, satelit kutub mencakup sebagian besar bumi dua kali: sekali pada siang hari dan sekali pada malam hari.

Orbit sinkron matahari

Sama seperti satelit geosinkron yang harus ditempatkan di atas garis khatulistiwa agar tetap berada di atas satu titik, satelit yang mengorbit kutub juga memiliki kemampuan untuk tetap berada di atas satu titik. Orbitnya sinkron dengan matahari - ketika pesawat ruang angkasa melintasi ekuator, waktu matahari setempat selalu sama. Misalnya, satelit Terra selalu melintasi Brasil pada pukul 10.30. Penyeberangan berikutnya 99 menit kemudian melintasi Ekuador atau Kolombia juga terjadi pada pukul 10.30 waktu setempat.

Orbit sinkron matahari penting bagi ilmu pengetahuan karena memungkinkan sinar matahari tetap berada di permukaan bumi, meskipun bervariasi tergantung musim. Konsistensi ini berarti para ilmuwan dapat membandingkan gambar planet kita dari musim yang sama selama beberapa tahun tanpa khawatir akan lompatan cahaya yang terlalu besar, yang dapat menciptakan ilusi perubahan. Tanpa orbit sinkron matahari, akan sulit melacaknya dari waktu ke waktu dan mengumpulkan informasi yang diperlukan untuk mempelajari perubahan iklim.

Jalur satelit di sini sangat terbatas. Jika berada pada ketinggian 100 km, orbitnya harus memiliki kemiringan 96°. Penyimpangan apa pun tidak dapat diterima. Karena hambatan atmosfer dan gaya gravitasi Matahari dan Bulan mengubah orbit pesawat ruang angkasa, maka hal ini harus disesuaikan secara berkala.

Injeksi ke orbit: peluncuran

Peluncuran satelit membutuhkan energi, yang besarnya tergantung pada lokasi lokasi peluncuran, ketinggian dan kemiringan lintasan pergerakannya di masa depan. Untuk mencapai orbit yang jauh membutuhkan lebih banyak energi. Satelit dengan kemiringan yang signifikan (misalnya satelit kutub) lebih boros energi dibandingkan satelit yang mengelilingi khatulistiwa. Penyisipan ke orbit dengan kemiringan rendah dibantu oleh rotasi bumi. bergerak dengan sudut 51,6397°. Hal ini diperlukan untuk memudahkan pesawat ulang-alik dan roket Rusia mencapainya. Ketinggian ISS adalah 337-430 km. Sebaliknya, satelit kutub tidak menerima bantuan apa pun dari momentum bumi, sehingga memerlukan lebih banyak energi untuk menempuh jarak yang sama.

Pengaturan

Setelah satelit diluncurkan, upaya harus dilakukan untuk mempertahankannya pada orbit tertentu. Karena Bumi tidak bulat sempurna, gravitasinya lebih kuat di beberapa tempat. Ketidakteraturan ini, seiring dengan tarikan gravitasi Matahari, Bulan, dan Yupiter (planet paling masif di tata surya), mengubah kemiringan orbit. Sepanjang masa pakainya, satelit GOES telah disesuaikan tiga atau empat kali. Kendaraan NASA yang mengorbit rendah harus menyesuaikan kemiringannya setiap tahun.

Selain itu, satelit dekat Bumi juga dipengaruhi oleh atmosfer. Lapisan paling atas, meskipun cukup tipis, memiliki daya tahan yang cukup kuat untuk menariknya lebih dekat ke Bumi. Aksi gravitasi menyebabkan percepatan satelit. Seiring waktu, mereka terbakar, berputar semakin rendah dan cepat ke atmosfer, atau jatuh ke Bumi.

Hambatan atmosfer semakin kuat saat Matahari aktif. Sama seperti udara di dalam balon yang mengembang dan mengembang saat dipanaskan, atmosfer juga naik dan mengembang saat Matahari memberinya energi tambahan. Lapisan atmosfer yang tipis akan naik dan lapisan atmosfer yang lebih padat akan menggantikannya. Oleh karena itu, satelit yang mengorbit Bumi harus mengubah posisinya kira-kira empat kali setahun untuk mengimbangi hambatan atmosfer. Saat aktivitas matahari maksimal, posisi perangkat harus disesuaikan setiap 2-3 minggu sekali.

Puing-puing luar angkasa

Alasan ketiga yang memaksa perubahan orbit adalah puing-puing luar angkasa. Salah satu satelit komunikasi Iridium bertabrakan dengan pesawat luar angkasa Rusia yang tidak berfungsi. Mereka jatuh, menciptakan awan puing yang terdiri lebih dari 2.500 keping. Setiap elemen ditambahkan ke database, yang saat ini mencakup lebih dari 18.000 objek buatan manusia.

NASA dengan hati-hati memantau segala sesuatu yang mungkin menghalangi jalur satelit, karena orbitnya harus diubah beberapa kali karena puing-puing luar angkasa.

Para insinyur memantau posisi puing-puing ruang angkasa dan satelit yang dapat mengganggu pergerakan dan dengan hati-hati merencanakan manuver mengelak jika diperlukan. Tim yang sama merencanakan dan melaksanakan manuver untuk menyesuaikan kemiringan dan ketinggian satelit.

Atau mengapa satelit tidak jatuh? Orbit satelit adalah keseimbangan antara inersia dan gravitasi. Gaya gravitasi terus-menerus menarik satelit ke arah bumi, sedangkan inersia satelit cenderung membuat geraknya tetap lurus. Jika tidak ada gravitasi, inersia satelit akan mengirimnya langsung dari orbit bumi ke luar angkasa. Namun, di setiap titik orbit, gravitasi membuat satelit tetap tertambat.

Untuk mencapai keseimbangan antara inersia dan gravitasi, satelit harus memiliki kecepatan yang ditentukan secara ketat. Jika ia terbang terlalu cepat, inersianya akan mengalahkan gravitasi dan satelit akan meninggalkan orbit. (Menghitung apa yang disebut kecepatan lepas kedua, yang memungkinkan satelit meninggalkan orbit Bumi, memainkan peran penting dalam peluncuran stasiun ruang angkasa antarplanet.) Jika satelit bergerak terlalu lambat, gravitasi akan memenangkan pertarungan melawan inersia dan satelit akan kalah. jatuh ke bumi. Hal inilah yang terjadi pada tahun 1979, ketika stasiun orbit Amerika Skylab mulai menurun akibat meningkatnya resistensi lapisan atas atmosfer bumi. Terperangkap dalam cengkeraman gravitasi, stasiun tersebut segera jatuh ke Bumi.

Kecepatan dan jarak

Karena gravitasi bumi melemah seiring bertambahnya jarak, kecepatan yang diperlukan untuk menjaga satelit tetap di orbit bervariasi sesuai ketinggian. Insinyur dapat menghitung seberapa cepat dan seberapa tinggi sebuah satelit harus mengorbit. Misalnya, satelit geostasioner, yang selalu terletak di atas titik yang sama di permukaan bumi, harus melakukan satu kali orbit dalam 24 jam (yang setara dengan waktu satu revolusi Bumi pada porosnya) pada ketinggian 357 kilometer.

Gravitasi dan inersia

Keseimbangan satelit antara gravitasi dan inersia dapat disimulasikan dengan memutar beban pada tali yang diikatkan padanya. Inersia beban cenderung menjauhkannya dari pusat rotasi, sedangkan tegangan tali, yang bertindak sebagai gravitasi, menjaga beban tetap pada orbit melingkar. Jika talinya dipotong, maka beban akan terbang sepanjang lintasan lurus yang tegak lurus jari-jari orbitnya.

"Manusia harus naik ke atas bumi - ke atmosfer dan seterusnya - karena hanya dengan cara inilah dia akan sepenuhnya memahami dunia tempat dia tinggal."

Socrates melakukan pengamatan ini berabad-abad sebelum manusia berhasil meluncurkan suatu benda ke orbit bumi. Namun filsuf Yunani kuno itu tampaknya memahami betapa berharganya pemandangan dari luar angkasa, meski ia tidak tahu bagaimana cara mencapainya.

Konsep ini—tentang cara meluncurkan suatu benda “ke atmosfer dan sekitarnya”—harus menunggu sampai Isaac Newton menerbitkan eksperimen pemikiran bola meriamnya yang terkenal pada tahun 1729. Ini terlihat seperti ini:

“Bayangkan Anda meletakkan meriam di atas gunung dan menembakkannya secara horizontal. Bola meriam tersebut akan bergerak sejajar dengan permukaan bumi untuk beberapa saat, namun pada akhirnya akan menyerah pada gravitasi dan jatuh ke bumi. Sekarang bayangkan Anda terus menambahkan bubuk mesiu ke dalam meriam. Dengan ledakan tambahan, inti akan bergerak semakin jauh hingga jatuh. Tambahkan bubuk mesiu dalam jumlah yang tepat dan berikan akselerasi yang tepat pada bola, dan bola akan terbang terus-menerus mengelilingi planet, selalu jatuh dalam medan gravitasi, tetapi tidak pernah mencapai tanah."

Pada bulan Oktober 1957, Uni Soviet akhirnya membenarkan firasat Newton dengan meluncurkan Sputnik 1, satelit buatan pertama yang mengorbit Bumi. Hal ini mengawali perlombaan luar angkasa dan berbagai peluncuran objek yang dimaksudkan untuk terbang mengelilingi bumi dan planet lain di tata surya. Sejak peluncuran Sputnik, beberapa negara, sebagian besar Amerika Serikat, Rusia, dan Tiongkok, telah meluncurkan lebih dari 3.000 satelit ke luar angkasa. Beberapa objek buatan manusia, seperti ISS, berukuran besar. Yang lainnya pas di peti kecil. Berkat satelit, kita menerima ramalan cuaca, menonton TV, menjelajahi Internet, dan melakukan panggilan telepon. Bahkan satelit-satelit yang pengoperasiannya tidak kita rasakan atau lihat, memberikan manfaat yang sangat baik bagi militer.

Tentu saja peluncuran dan pengoperasian satelit menimbulkan masalah. Saat ini, dengan lebih dari 1.000 satelit yang beroperasi di orbit Bumi, wilayah antariksa kita lebih sibuk dibandingkan kota besar pada jam-jam sibuk. Ditambah dengan peralatan yang tidak berfungsi, satelit yang ditinggalkan, perangkat keras, dan pecahan ledakan atau tabrakan yang memenuhi langit beserta peralatan yang berguna. Puing-puing orbit yang kita bicarakan ini telah terakumulasi selama bertahun-tahun dan menimbulkan ancaman serius bagi satelit-satelit yang saat ini mengorbit Bumi, serta peluncuran berawak dan tak berawak di masa depan.

Dalam artikel ini, kita akan masuk ke dalam perut satelit biasa dan menatap matanya untuk melihat pemandangan planet kita yang bahkan tidak dapat diimpikan oleh Socrates dan Newton. Namun pertama-tama, mari kita lihat lebih dekat perbedaan antara satelit dan benda langit lainnya.

Untuk memahami mengapa satelit bergerak seperti ini, kita harus mengunjungi teman kita Newton. Dia berpendapat bahwa gaya gravitasi ada di antara dua benda di alam semesta. Jika gaya ini tidak ada, satelit yang terbang di dekat planet ini akan terus bergerak dengan kecepatan dan arah yang sama - dalam garis lurus. Garis lurus ini merupakan jalur inersia satelit, namun diimbangi oleh gaya tarik gravitasi kuat yang diarahkan ke pusat planet.

Terkadang orbit satelit tampak berbentuk elips, lingkaran pipih yang berputar mengelilingi dua titik yang disebut fokus. Dalam hal ini, semua hukum gerak yang sama berlaku, kecuali planet-planet terletak pada salah satu fokusnya. Akibatnya, gaya total yang diterapkan pada satelit tidak bergerak secara seragam di sepanjang jalurnya, dan kecepatan satelit terus berubah. Ia bergerak cepat ketika berada paling dekat dengan planet - pada titik perigee (jangan bingung dengan perihelion), dan lebih lambat ketika berada lebih jauh dari planet - pada titik apogee.

Satelit hadir dalam berbagai bentuk dan ukuran dan melakukan berbagai macam misi.

• Satelit cuaca membantu ahli meteorologi memprediksi cuaca atau melihat apa yang terjadi pada saat tertentu. Satelit Lingkungan Operasional Geostasioner (GOES) memberikan contoh yang baik. Satelit ini biasanya dilengkapi kamera yang menunjukkan cuaca bumi.
• Satelit komunikasi memungkinkan percakapan telepon disampaikan melalui satelit. Fitur terpenting dari satelit komunikasi adalah transponder – radio yang menerima percakapan pada satu frekuensi, kemudian memperkuatnya dan mengirimkannya kembali ke Bumi pada frekuensi lain. Sebuah satelit biasanya berisi ratusan atau ribuan transponder. Satelit komunikasi biasanya bersifat geosinkron (akan dibahas lebih lanjut nanti).
• Satelit televisi mengirimkan sinyal televisi dari satu titik ke titik lain (mirip dengan satelit komunikasi).
• Satelit ilmiah, seperti Teleskop Luar Angkasa Hubble, menjalankan semua jenis misi ilmiah. Mereka mengamati segala sesuatu mulai dari bintik matahari hingga sinar gamma.
• Satelit navigasi membantu pesawat terbang dan kapal berlayar. Satelit GPS NAVSTAR dan GLONASS adalah perwakilan terkemuka.
• Satelit penyelamat merespons sinyal bahaya.
• Satelit pengamat bumi mencatat perubahan suhu hingga lapisan es. Yang paling terkenal adalah seri Landsat.

Satelit militer juga berada di orbit, tetapi sebagian besar operasinya masih dirahasiakan. Mereka dapat menyampaikan pesan terenkripsi, memantau senjata nuklir, pergerakan musuh, memperingatkan peluncuran rudal, mendengarkan radio darat, melakukan survei radar dan pemetaan.

Kapan satelit ditemukan?

Para ilmuwan tidak memahami Clark - hingga 4 Oktober 1957. Kemudian Uni Soviet meluncurkan Sputnik 1, satelit buatan pertama, ke orbit Bumi. Sputnik berdiameter 58 sentimeter, berat 83 kilogram, dan berbentuk seperti bola. Meskipun ini merupakan pencapaian yang luar biasa, isi Sputnik sangat sedikit jika dibandingkan dengan standar saat ini:

• termometer
• baterai
• pemancar radio
• gas nitrogen yang diberi tekanan di dalam satelit

Di bagian luar Sputnik, empat antena cambuk ditransmisikan pada frekuensi gelombang pendek di atas dan di bawah standar saat ini (27 MHz). Stasiun pelacak di Bumi menangkap sinyal radio dan memastikan bahwa satelit kecil tersebut selamat dari peluncuran dan berhasil mengelilingi planet kita. Sebulan kemudian, Uni Soviet meluncurkan Sputnik 2 ke orbit. Di dalam kapsul itu ada anjing Laika.

Pada bulan Desember 1957, karena putus asa untuk mengimbangi musuh-musuh Perang Dingin mereka, para ilmuwan Amerika berusaha menempatkan satelit ke orbit bersama planet Vanguard. Sayangnya, roket tersebut jatuh dan terbakar saat lepas landas. Tak lama kemudian, pada tanggal 31 Januari 1958, Amerika Serikat mengulangi kesuksesan Soviet dengan mengadopsi rencana Wernher von Braun untuk meluncurkan satelit Explorer 1 dengan roket AS. Batu merah. Penjelajah 1 membawa instrumen untuk mendeteksi sinar kosmik dan menemukan dalam eksperimen James Van Allen dari Universitas Iowa bahwa jumlah sinar kosmik jauh lebih sedikit dari yang diperkirakan. Hal ini menyebabkan ditemukannya dua zona toroidal (yang akhirnya dinamai Van Allen) yang berisi partikel bermuatan yang terperangkap dalam medan magnet bumi.

Didorong oleh keberhasilan ini, beberapa perusahaan mulai mengembangkan dan meluncurkan satelit pada tahun 1960an. Salah satunya adalah Hughes Aircraft, bersama dengan insinyur bintang Harold Rosen. Rosen memimpin tim yang mengimplementasikan ide Clark - sebuah satelit komunikasi yang ditempatkan di orbit bumi sedemikian rupa sehingga dapat memantulkan gelombang radio dari satu tempat ke tempat lain. Pada tahun 1961, NASA mengontrak Hughes untuk membangun rangkaian satelit Syncom (komunikasi sinkron). Pada bulan Juli 1963, Rosen dan rekan-rekannya melihat Syncom-2 lepas landas ke luar angkasa dan memasuki orbit geosinkron yang kasar. Presiden Kennedy menggunakan sistem baru ini untuk berbicara dengan Perdana Menteri Nigeria di Afrika. Syncom-3 pun segera lepas landas, yang sebenarnya bisa menyiarkan sinyal televisi.

Era satelit telah dimulai.

Apa perbedaan antara satelit dan puing-puing luar angkasa?

Objek buatan manusia seperti Sputnik dan Explorer juga dapat diklasifikasikan sebagai satelit karena, seperti bulan, mereka mengorbit sebuah planet. Sayangnya, aktivitas manusia telah mengakibatkan sejumlah besar puing-puing di orbit bumi. Semua potongan dan puing-puing ini berperilaku seperti roket besar - berputar mengelilingi planet dengan kecepatan tinggi dalam jalur melingkar atau elips. Dalam interpretasi definisi yang ketat, setiap objek tersebut dapat didefinisikan sebagai satelit. Namun para astronom umumnya menganggap satelit sebagai objek yang memiliki fungsi berguna. Potongan logam dan sampah lainnya termasuk dalam kategori puing orbital.

Puing-puing orbital berasal dari berbagai sumber:

• Ledakan roket yang menghasilkan sampah paling banyak.
• Astronot itu mengendurkan tangannya - jika seorang astronot sedang memperbaiki sesuatu di luar angkasa dan kehilangan kunci pas, kunci itu akan hilang selamanya. Kuncinya masuk ke orbit dan terbang dengan kecepatan sekitar 10 km/s. Jika benda tersebut mengenai seseorang atau satelit, akibatnya bisa menjadi bencana besar. Benda-benda besar seperti ISS adalah target besar puing-puing luar angkasa.
• Barang yang dibuang. Bagian dari wadah peluncuran, penutup lensa kamera, dan sebagainya.

NASA telah meluncurkan satelit khusus bernama LDEF untuk mempelajari efek jangka panjang dari tabrakan dengan puing-puing luar angkasa. Selama enam tahun, instrumen satelit mencatat sekitar 20.000 dampak, beberapa disebabkan oleh mikrometeorit dan lainnya oleh puing-puing orbit. Ilmuwan NASA terus menganalisis data LDEF. Namun Jepang sudah memiliki jaring raksasa untuk menangkap puing-puing luar angkasa.

Apa yang ada di dalam satelit biasa?

Semua satelit memiliki sumber listrik (biasanya panel surya) dan baterai. Susunan panel surya memungkinkan baterai diisi. Satelit terbaru juga menyertakan sel bahan bakar. Energi satelit sangat mahal dan sangat terbatas. Sel tenaga nuklir biasanya digunakan untuk mengirim pesawat luar angkasa ke planet lain.

Semua satelit memiliki komputer terpasang untuk mengontrol dan memantau berbagai sistem. Setiap orang memiliki radio dan antena. Minimal, sebagian besar satelit memiliki pemancar radio dan penerima radio sehingga awak darat dapat menanyakan dan memantau status satelit. Banyak satelit memungkinkan banyak hal berbeda, mulai dari mengubah orbit hingga memprogram ulang sistem komputer.

Seperti yang Anda duga, menyatukan semua sistem ini bukanlah tugas yang mudah. Ini membutuhkan waktu bertahun-tahun. Semuanya dimulai dengan menentukan tujuan misi. Menentukan parameternya memungkinkan para insinyur untuk merakit alat yang diperlukan dan memasangnya dalam urutan yang benar. Setelah spesifikasi (dan anggaran) disetujui, perakitan satelit dimulai. Ini terjadi di ruangan yang bersih, lingkungan steril yang menjaga suhu dan kelembapan yang diinginkan serta melindungi satelit selama pengembangan dan perakitan.

Satelit buatan biasanya dibuat berdasarkan pesanan. Beberapa perusahaan telah mengembangkan satelit modular, yaitu struktur yang perakitannya memungkinkan pemasangan elemen tambahan sesuai spesifikasi. Misalnya, satelit Boeing 601 memiliki dua modul dasar - sasis untuk mengangkut subsistem propulsi, elektronik, dan baterai; dan satu set rak sarang lebah untuk penyimpanan peralatan. Modularitas ini memungkinkan para insinyur untuk merakit satelit dari awal, bukan dari awal.

Bagaimana satelit diluncurkan ke orbit?

Pada sebagian besar peluncuran satelit, roket diluncurkan lurus ke atas, yang memungkinkannya bergerak lebih cepat melalui atmosfer yang tebal dan meminimalkan konsumsi bahan bakar. Setelah roket lepas landas, mekanisme kendali roket menggunakan sistem panduan inersia untuk menghitung penyesuaian yang diperlukan pada nosel roket untuk mencapai nada yang diinginkan.

Setelah roket memasuki udara tipis, pada ketinggian sekitar 193 kilometer, sistem navigasi mengeluarkan roket-roket kecil yang cukup untuk membalikkan roket ke posisi horizontal. Setelah itu, satelit dilepaskan. Roket kecil ditembakkan kembali dan memberikan perbedaan jarak antara roket dan satelit.

Kecepatan dan ketinggian orbit

Roket tersebut harus mencapai kecepatan 40.320 kilometer per jam untuk benar-benar lepas dari gravitasi bumi dan terbang ke luar angkasa. Kecepatan luar angkasa jauh lebih besar daripada yang dibutuhkan satelit di orbit. Mereka tidak lepas dari gravitasi bumi, namun berada dalam keadaan seimbang. Kecepatan orbit adalah kecepatan yang diperlukan untuk menjaga keseimbangan antara tarikan gravitasi dan gerak inersia satelit. Kecepatannya sekitar 27.359 kilometer per jam pada ketinggian 242 kilometer. Tanpa gravitasi, inersia akan membawa satelit ke luar angkasa. Bahkan dengan gravitasi, jika satelit bergerak terlalu cepat, satelit tersebut akan terbawa ke luar angkasa. Jika satelit bergerak terlalu lambat, gravitasi akan menariknya kembali ke arah Bumi.

Kecepatan orbit satelit bergantung pada ketinggiannya di atas Bumi. Semakin dekat ke Bumi, semakin cepat kecepatannya. Pada ketinggian 200 kilometer, kecepatan orbitnya adalah 27.400 kilometer per jam. Untuk mempertahankan orbit pada ketinggian 35.786 kilometer, satelit harus melaju dengan kecepatan 11.300 kilometer per jam. Kecepatan orbit ini memungkinkan satelit melakukan satu kali terbang lintas setiap 24 jam. Karena Bumi juga berotasi 24 jam, satelit yang berada pada ketinggian 35.786 kilometer ini berada pada posisi tetap relatif terhadap permukaan bumi. Posisi ini disebut geostasioner. Orbit geostasioner sangat ideal untuk satelit cuaca dan komunikasi.

Secara umum, semakin tinggi orbitnya, semakin lama satelit dapat bertahan di sana. Pada ketinggian rendah, satelit berada di atmosfer bumi sehingga menimbulkan hambatan. Pada ketinggian yang tinggi hampir tidak ada hambatan, dan satelit, seperti bulan, dapat tetap berada di orbit selama berabad-abad.

Jenis satelit

Satelit yang mengorbit kutub juga melewati kutub pada setiap revolusinya, meskipun orbitnya kurang elips. Orbit kutub tetap berada di ruang angkasa saat Bumi berputar. Akibatnya, sebagian besar bumi berada di bawah satelit dalam orbit kutub. Karena orbit kutub memberikan cakupan planet yang sangat baik, orbit ini digunakan untuk pemetaan dan fotografi. Peramal cuaca juga mengandalkan jaringan global satelit kutub yang mengelilingi bumi setiap 12 jam.

Anda juga dapat mengklasifikasikan satelit berdasarkan ketinggiannya di atas permukaan bumi. Berdasarkan skema ini, ada tiga kategori:

• Orbit Bumi Rendah (LEO) - Satelit LEO menempati wilayah ruang angkasa dari 180 hingga 2000 kilometer di atas Bumi. Satelit yang mengorbit dekat permukaan bumi ideal untuk observasi, keperluan militer, dan mengumpulkan informasi cuaca.
• Medium Earth Orbit (MEO) - Satelit ini terbang dari 2.000 hingga 36.000 km di atas Bumi. Satelit navigasi GPS bekerja dengan baik pada ketinggian ini. Perkiraan kecepatan orbitnya adalah 13.900 km/jam.
• Orbit geostasioner (geosinkron) - satelit geostasioner mengorbit Bumi pada ketinggian melebihi 36.000 km dan kecepatan rotasi yang sama dengan planet. Oleh karena itu, satelit pada orbit ini selalu ditempatkan pada tempat yang sama di Bumi. Banyaknya satelit geostasioner yang terbang di sepanjang garis khatulistiwa menyebabkan banyak kemacetan lalu lintas di wilayah luar angkasa ini. Beberapa ratus satelit televisi, komunikasi dan cuaca menggunakan orbit geostasioner.

Yang terakhir, satelit dapat diartikan sebagai tempat "pencarian". Sebagian besar objek yang dikirim ke luar angkasa selama beberapa dekade terakhir mengarah ke Bumi. Satelit-satelit ini memiliki kamera dan peralatan yang dapat melihat dunia kita dalam berbagai panjang gelombang cahaya, sehingga memungkinkan kita menikmati pemandangan spektakuler warna ultraviolet dan inframerah planet kita. Lebih sedikit satelit yang mengalihkan pandangannya ke luar angkasa, tempat mereka mengamati bintang, planet, dan galaksi, serta memindai objek seperti asteroid dan komet yang mungkin bertabrakan dengan Bumi.

Satelit yang dikenal

Namun, ada pahlawan orbit yang sebenarnya. Mari kita mengenal mereka.

1. Satelit Landsat telah memotret Bumi sejak awal tahun 1970-an, dan memegang rekor pengamatan permukaan bumi. Landsat-1, yang dulu dikenal sebagai ERTS (Earth Resources Technology Satellite), diluncurkan pada tanggal 23 Juli 1972. Pesawat ini membawa dua instrumen utama: kamera dan pemindai multispektral, yang dibuat oleh Hughes Aircraft Company dan mampu merekam data dalam spektrum hijau, merah, dan dua spektrum inframerah. Satelit tersebut menghasilkan gambar yang sangat indah dan dianggap sangat sukses sehingga seluruh rangkaian gambar mengikutinya. NASA meluncurkan Landsat-8 terakhir pada Februari 2013. Kendaraan ini membawa dua sensor pengamat Bumi, Operational Land Imager dan Thermal Thermal Sensor, yang mengumpulkan gambar multispektral wilayah pesisir, es kutub, pulau, dan benua.
2. Satelit Lingkungan Operasional Geostasioner (GOES) mengelilingi bumi dalam orbit geostasioner, masing-masing bertanggung jawab atas bagian bumi yang tetap. Hal ini memungkinkan satelit untuk memantau atmosfer secara dekat dan mendeteksi perubahan kondisi cuaca yang dapat menyebabkan tornado, angin topan, banjir, dan badai petir. Satelit juga digunakan untuk memperkirakan curah hujan dan akumulasi salju, mengukur luas tutupan salju, dan melacak pergerakan es laut dan danau. Sejak tahun 1974, 15 satelit GOES telah diluncurkan ke orbit, namun hanya dua satelit, GOES West dan GOES East, yang memantau cuaca pada satu waktu.
3. Jason-1 dan Jason-2 memainkan peran penting dalam analisis jangka panjang lautan di bumi. NASA meluncurkan Jason-1 pada bulan Desember 2001 untuk menggantikan satelit NASA/CNES Topex/Poseidon, yang telah beroperasi di atas Bumi sejak tahun 1992. Selama hampir tiga belas tahun, Jason-1 mengukur permukaan laut, kecepatan angin, dan ketinggian gelombang di lebih dari 95 persen lautan bebas es di bumi. NASA secara resmi mempensiunkan Jason-1 pada 3 Juli 2013. Jason-2 memasuki orbit pada tahun 2008. Ia membawa instrumen presisi tinggi yang memungkinkan pengukuran jarak dari satelit ke permukaan laut dengan akurasi beberapa sentimeter. Data-data ini, selain bermanfaat bagi para ahli kelautan, juga memberikan wawasan luas mengenai perilaku pola iklim global.

Berapa harga satelit?

Membangun mesin yang sedemikian kompleks membutuhkan banyak sumber daya, sehingga secara historis hanya lembaga pemerintah dan perusahaan berkantong tebal yang dapat memasuki bisnis satelit. Sebagian besar biaya satelit terletak pada peralatannya - transponder, komputer dan kamera. Satelit cuaca pada umumnya berharga sekitar $290 juta. Satelit mata-mata akan menelan biaya $100 juta lebih. Ditambah lagi biaya pemeliharaan dan perbaikan satelit. Perusahaan harus membayar bandwidth satelit dengan cara yang sama seperti pemilik telepon membayar layanan seluler. Kadang-kadang biayanya lebih dari $1,5 juta per tahun.

Faktor penting lainnya adalah biaya awal. Meluncurkan satu satelit ke luar angkasa dapat menelan biaya 10 hingga 400 juta dolar, tergantung perangkatnya. Roket Pegasus XL dapat mengangkat 443 kilogram ke orbit rendah Bumi dengan biaya $13,5 juta. Meluncurkan satelit yang berat akan membutuhkan daya angkat yang lebih besar. Roket Ariane 5G dapat meluncurkan satelit seberat 18.000 kilogram ke orbit rendah dengan biaya $165 juta.

Terlepas dari biaya dan risiko yang terkait dengan pembangunan, peluncuran, dan pengoperasian satelit, beberapa perusahaan telah berhasil membangun bisnis secara keseluruhan berdasarkan hal tersebut. Misalnya Boeing. Perusahaan ini mengirimkan sekitar 10 satelit ke luar angkasa pada tahun 2012 dan menerima pesanan selama lebih dari tujuh tahun, menghasilkan pendapatan hampir $32 miliar.

Masa depan satelit

Solusi lainnya adalah mengurangi ukuran dan kompleksitas satelit. Para ilmuwan di Caltech dan Stanford University telah bekerja sejak tahun 1999 pada CubeSat tipe baru, berdasarkan blok bangunan dengan tepi 10 sentimeter. Setiap kubus berisi komponen siap pakai dan dapat digabungkan dengan kubus lain untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi stres. Dengan menstandardisasi desain dan mengurangi biaya pembuatan setiap satelit dari awal, satu CubeSat hanya membutuhkan biaya $100.000.

Pada bulan April 2013, NASA memutuskan untuk menguji prinsip sederhana ini dengan tiga CubeSat yang ditenagai oleh ponsel pintar komersial. Tujuannya adalah untuk menempatkan mikrosatelit ke orbit dalam waktu singkat dan mengambil beberapa gambar dengan ponsel mereka. Badan tersebut sekarang berencana untuk menyebarkan jaringan satelit yang luas.

Baik besar atau kecil, satelit masa depan harus mampu berkomunikasi secara efektif dengan stasiun bumi. Secara historis, NASA mengandalkan komunikasi frekuensi radio, namun RF mencapai batasnya seiring dengan meningkatnya permintaan akan daya yang lebih besar. Untuk mengatasi kendala tersebut, para ilmuwan NASA sedang mengembangkan sistem komunikasi dua arah yang menggunakan laser, bukan gelombang radio. Pada tanggal 18 Oktober 2013, para ilmuwan pertama kali menembakkan sinar laser untuk mengirimkan data dari Bulan ke Bumi (pada jarak 384.633 kilometer) dan mencapai rekor kecepatan transmisi 622 megabit per detik.

Apa itu orbit geostasioner? Ini adalah bidang melingkar, yang terletak di atas ekuator bumi, di mana satelit buatan berputar dengan kecepatan sudut rotasi planet pada porosnya. Ia tidak mengubah arahnya dalam sistem koordinat horizontal, tetapi menggantung tak bergerak di langit. Orbit Bumi Geostasioner (GEO) adalah jenis bidang geosinkron dan digunakan untuk menempatkan komunikasi, siaran televisi, dan satelit lainnya.

Ide menggunakan perangkat buatan

Konsep orbit geostasioner diprakarsai oleh penemu Rusia K. E. Tsiolkovsky. Dalam karyanya, ia mengusulkan pengisian ruang angkasa dengan bantuan stasiun orbital. Ilmuwan asing juga menggambarkan karya bidang kosmik, misalnya G. Oberth. Orang yang mengembangkan konsep penggunaan orbit untuk komunikasi adalah Arthur C. Clarke. Pada tahun 1945, ia menerbitkan sebuah artikel di majalah Wireless World, di mana ia menjelaskan keunggulan bidang geostasioner. Untuk kerja aktifnya di bidang ini, untuk menghormati ilmuwan, orbit tersebut menerima nama kedua - "Clark Belt". Banyak ahli teori memikirkan masalah penerapan komunikasi berkualitas tinggi. Oleh karena itu, Herman Potochnik pada tahun 1928 mengemukakan gagasan tentang bagaimana satelit geostasioner dapat digunakan.

Karakteristik “Sabuk Clark”

Agar suatu orbit dapat disebut geostasioner, ia harus memenuhi sejumlah parameter:

1. Geosinkroni. Ciri tersebut meliputi suatu bidang yang mempunyai periode sesuai dengan periode rotasi bumi. Satelit geosinkron menyelesaikan orbitnya mengelilingi planet dalam satu hari sideris, yaitu 23 jam, 56 menit, dan 4 detik. Waktu yang sama diperlukan bumi untuk menyelesaikan satu revolusi dalam ruang yang tetap.

2. Untuk menjaga satelit pada titik tertentu, orbit geostasioner harus berbentuk lingkaran, dengan kemiringan nol. Bidang elips akan mengakibatkan perpindahan ke timur atau barat, karena pesawat bergerak secara berbeda pada titik-titik tertentu dalam orbitnya.

3. “Titik melayang” mekanisme ruang angkasa harus berada di garis khatulistiwa.

4. Lokasi satelit pada orbit geostasioner harus sedemikian rupa sehingga sejumlah kecil frekuensi yang dimaksudkan untuk komunikasi tidak menyebabkan tumpang tindih frekuensi perangkat yang berbeda selama penerimaan dan transmisi, serta untuk menghindari tabrakan.

5. Jumlah bahan bakar yang cukup untuk mempertahankan posisi mekanisme ruang yang konstan.

Orbit geostasioner satelit unik karena hanya dengan menggabungkan parameternya perangkat dapat tetap diam. Keistimewaan lainnya adalah kemampuan melihat Bumi pada sudut tujuh belas derajat dari satelit yang terletak di bidang luar angkasa. Setiap perangkat menangkap sekitar sepertiga permukaan orbit, sehingga tiga mekanisme mampu mencakup hampir seluruh planet.

Satelit buatan

Satelit telah diluncurkan oleh banyak negara dan perusahaan. Perangkat buatan pertama di dunia dibuat di Uni Soviet dan terbang ke luar angkasa pada tanggal 4 Oktober 1957. Namanya Sputnik 1. Pada tahun 1958, Amerika Serikat meluncurkan pesawat ruang angkasa kedua, Explorer 1. Satelit pertama yang diluncurkan NASA pada tahun 1964 diberi nama Syncom-3. Perangkat buatan sebagian besar tidak dapat dikembalikan, tetapi ada juga yang dikembalikan sebagian atau seluruhnya. Mereka terbiasa melakukan penelitian ilmiah dan memecahkan berbagai masalah. Jadi, ada satelit militer, penelitian, navigasi dan lain-lain. Perangkat yang dibuat oleh pegawai universitas atau amatir radio juga diluncurkan.

"Titik berdiri"

Satelit geostasioner terletak pada ketinggian 35.786 kilometer di atas permukaan laut. Ketinggian ini memberikan periode orbit yang sesuai dengan periode rotasi bumi relatif terhadap bintang-bintang. Kendaraan buatan tersebut bersifat stasioner, oleh karena itu lokasinya pada orbit geostasioner disebut “titik berdiri”. Melayang memastikan komunikasi jangka panjang yang konstan, setelah diorientasikan antena akan selalu diarahkan ke satelit yang diinginkan.

Pergerakan

Satelit dapat dipindahkan dari orbit ketinggian rendah ke orbit geostasioner menggunakan bidang geotransfer. Yang terakhir adalah jalur elips dengan titik di ketinggian rendah dan puncak di ketinggian dekat dengan lingkaran geostasioner. Satelit yang tidak cocok untuk operasi lebih lanjut dikirim ke orbit pembuangan yang terletak 200-300 kilometer di atas GEO.

Ketinggian orbit geostasioner

Sebuah satelit di bidang tertentu menjaga jarak tertentu dari Bumi, tidak mendekat atau menjauh. Itu selalu terletak di atas suatu titik di garis khatulistiwa. Berdasarkan ciri-ciri tersebut maka gaya gravitasi dan gaya sentrifugal saling seimbang. Ketinggian orbit geostasioner dihitung menggunakan metode berdasarkan mekanika klasik. Dalam hal ini, korespondensi gaya gravitasi dan sentrifugal diperhitungkan. Nilai besaran pertama ditentukan dengan menggunakan hukum gravitasi universal Newton. Indikator gaya sentrifugal dihitung dengan mengalikan massa satelit dengan percepatan sentripetal. Hasil persamaan massa gravitasi dan inersia menghasilkan kesimpulan bahwa ketinggian orbit tidak bergantung pada massa satelit. Oleh karena itu, orbit geostasioner hanya ditentukan oleh ketinggian di mana gaya sentrifugal sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya gravitasi yang ditimbulkan oleh gravitasi bumi pada ketinggian tertentu.

Dari rumus menghitung percepatan sentripetal, Anda dapat mencari kecepatan sudut. Jari-jari orbit geostasioner juga ditentukan dengan rumus ini atau dengan membagi konstanta gravitasi geosentris dengan kuadrat kecepatan sudut. Panjangnya 42.164 kilometer. Dengan memperhitungkan jari-jari khatulistiwa Bumi, kita memperoleh ketinggian sebesar 35.786 kilometer.

Perhitungan dapat dilakukan dengan cara lain, berdasarkan pernyataan bahwa ketinggian orbit, yaitu jarak dari pusat bumi, dengan kecepatan sudut satelit yang bertepatan dengan gerak rotasi planet, menimbulkan persamaan linier. kecepatan yang sama dengan kecepatan kosmik pertama pada ketinggian tertentu.

Kecepatan di orbit geostasioner. Panjang

Indikator ini dihitung dengan mengalikan kecepatan sudut dengan jari-jari medan. Nilai kecepatan di orbit adalah 3,07 kilometer per detik, jauh lebih kecil dari kecepatan kosmik pertama di jalur dekat Bumi. Untuk mengurangi laju, perlu meningkatkan radius orbit lebih dari enam kali lipat. Panjangnya dihitung dengan mengalikan angka Pi dan jari-jarinya dikalikan dua. Jaraknya 264924 kilometer. Indikator ini diperhitungkan saat menghitung “titik berdiri” satelit.

Pengaruh kekuatan

Parameter orbit tempat mekanisme buatan berputar dapat berubah di bawah pengaruh gangguan gravitasi bulan-matahari, ketidakhomogenan medan bumi, dan elips ekuator. Transformasi medan dinyatakan dalam fenomena seperti:

1. Perpindahan satelit dari posisinya sepanjang orbit menuju titik keseimbangan stabil, yang disebut lubang potensial pada orbit geostasioner.
2. Sudut kemiringan lapangan terhadap garis khatulistiwa bertambah dengan kecepatan tertentu dan mencapai 15 derajat setiap 26 tahun 5 bulan sekali.

Untuk menjaga satelit pada “titik berdiri” yang diinginkan, satelit dilengkapi dengan sistem propulsi, yang dinyalakan beberapa kali setiap 10-15 hari. Jadi, untuk mengkompensasi peningkatan kemiringan orbit, digunakan koreksi “utara-selatan”, dan untuk mengkompensasi penyimpangan di sepanjang lapangan, digunakan koreksi “barat-timur”. Untuk mengatur jalur satelit sepanjang umurnya, diperlukan pasokan bahan bakar dalam jumlah besar.

Sistem propulsi

Pilihan perangkat ditentukan oleh masing-masing fitur teknis satelit. Misalnya, mesin roket kimia memiliki pasokan bahan bakar perpindahan dan beroperasi pada komponen dengan titik didih tinggi yang disimpan dalam waktu lama (dianitrogen tetroksida, dimetilhidrazin tidak simetris). Perangkat plasma memiliki daya dorong yang jauh lebih kecil, namun karena pengoperasian yang lama, yang diukur dalam puluhan menit untuk satu gerakan, perangkat tersebut dapat secara signifikan mengurangi jumlah bahan bakar yang dikonsumsi di dalam pesawat. Sistem propulsi jenis ini digunakan untuk mengarahkan satelit ke posisi orbit lain. Faktor pembatas utama dalam masa pakai perangkat ini adalah pasokan bahan bakar di orbit geostasioner.

Kerugian dari bidang buatan

Kelemahan signifikan dalam interaksi dengan satelit geostasioner adalah penundaan yang besar dalam propagasi sinyal. Dengan demikian, pada kecepatan cahaya 300 ribu kilometer per detik dan ketinggian orbit 35.786 kilometer, pergerakan berkas satelit Bumi-satelit membutuhkan waktu sekitar 0,12 detik, dan berkas Bumi-satelit-Bumi membutuhkan waktu 0,24 detik. Dengan mempertimbangkan penundaan sinyal pada peralatan dan sistem transmisi kabel layanan terestrial, total penundaan sinyal “sumber-satelit-penerima” mencapai sekitar 2-4 detik. Indikator ini secara signifikan mempersulit penggunaan perangkat di orbit untuk telepon dan membuat komunikasi satelit tidak dapat digunakan dalam sistem waktu nyata.

Kerugian lainnya adalah tidak terlihatnya orbit geostasioner dari garis lintang tinggi, sehingga mengganggu komunikasi dan siaran televisi di kawasan Arktik dan Antartika. Dalam situasi di mana matahari dan satelit pemancar sejajar dengan antena penerima, terjadi penurunan, dan terkadang tidak adanya sinyal sama sekali. Dalam orbit geostasioner, karena imobilitas satelit, fenomena ini terlihat sangat jelas.

efek Doppler

Fenomena ini terdiri dari perubahan frekuensi getaran elektromagnetik dengan adanya gerakan timbal balik antara pemancar dan penerima. Fenomena tersebut ditunjukkan dengan perubahan jarak dari waktu ke waktu, serta pergerakan kendaraan buatan di orbit. Efeknya dimanifestasikan oleh rendahnya stabilitas frekuensi pembawa satelit, ditambah dengan ketidakstabilan perangkat keras pada frekuensi repeater onboard dan stasiun bumi, yang mempersulit penerimaan sinyal. Efek Doppler berkontribusi pada perubahan frekuensi getaran modulasi yang tidak dapat dikontrol. Jika satelit komunikasi dan siaran televisi langsung digunakan di orbit, fenomena ini praktis dihilangkan, yaitu tidak ada perubahan level sinyal pada titik penerima.

Sikap dunia terhadap bidang geostasioner

Lahirnya orbit luar angkasa telah menimbulkan banyak pertanyaan dan permasalahan hukum internasional. Sejumlah komite, khususnya PBB, terlibat dalam penyelesaiannya. Beberapa negara yang terletak di garis khatulistiwa mengajukan klaim perluasan kedaulatannya pada bagian ruang angkasa yang terletak di atas wilayahnya. Negara-negara tersebut menyatakan bahwa orbit geostasioner merupakan faktor fisik yang berhubungan dengan keberadaan planet dan bergantung pada medan gravitasi bumi, sehingga ruas-ruas medan tersebut merupakan perpanjangan dari wilayah negaranya. Namun klaim tersebut ditolak, karena dunia mempunyai prinsip non-perampasan luar angkasa. Semua masalah terkait pengoperasian orbit dan satelit diselesaikan di tingkat global.

Tampaknya satelit yang berada di orbit bumi adalah benda yang paling sederhana, familiar, dan familiar di dunia ini. Bagaimanapun, Bulan telah menggantung di langit selama lebih dari empat miliar tahun dan tidak ada yang supernatural dalam pergerakannya. Namun jika kita sendiri yang meluncurkan satelit ke orbit Bumi, satelit tersebut hanya akan bertahan di sana selama beberapa atau puluhan tahun, lalu masuk kembali ke atmosfer dan terbakar atau jatuh ke laut dan jatuh ke tanah.

Terlebih lagi, jika Anda melihat satelit alami di planet lain, semuanya bertahan jauh lebih lama dibandingkan satelit buatan yang mengorbit Bumi. Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS), misalnya, mengorbit Bumi setiap 90 menit, sedangkan Bulan membutuhkan waktu sekitar satu bulan untuk mengorbit Bumi. Bahkan satelit-satelit yang dekat dengan planet mereka - seperti Io Jupiter, yang gaya pasang surutnya menghangatkan dunia dan menghancurkannya dengan bencana vulkanik - tetap stabil pada orbitnya.

Io diperkirakan akan tetap berada di orbit Jupiter selama sisa umur tata surya, namun ISS, jika tidak dilakukan tindakan apa pun, akan tetap berada di orbitnya selama kurang dari 20 tahun. Nasib yang sama juga terjadi pada semua satelit yang berada di orbit rendah bumi: ketika abad berikutnya tiba, hampir semua satelit yang ada saat ini telah memasuki atmosfer bumi dan terbakar. Yang terbesar (seperti ISS dengan berat 431 ton) akan jatuh dalam bentuk puing-puing besar ke darat dan ke air.

Mengapa ini terjadi? Mengapa satelit-satelit ini tidak peduli dengan hukum Einstein, Newton dan Kepler dan mengapa mereka tidak ingin mempertahankan orbit yang stabil sepanjang waktu? Ternyata ada sejumlah faktor penyebab gejolak orbit ini.

Ini mungkin efek paling penting dan juga alasan mengapa satelit di orbit rendah Bumi tidak stabil. Satelit lain – seperti satelit geostasioner – juga jatuh dari orbitnya, tetapi tidak secepat itu. Kita terbiasa menganggap “ruang” segala sesuatu yang berada di atas 100 kilometer: di atas garis Karman. Namun definisi apa pun mengenai batas ruang, tempat ruang dimulai dan atmosfer planet berakhir, tidaklah masuk akal. Pada kenyataannya, partikel-partikel di atmosfer tersebar jauh dan tinggi, namun kepadatannya semakin berkurang. Akhirnya kepadatannya turun - di bawah satu mikrogram per sentimeter kubik, lalu satu nanogram, lalu satu pikogram - dan kemudian kita semakin bisa menyebutnya ruang angkasa. Namun atom di atmosfer dapat berada ribuan kilometer jauhnya, dan ketika satelit bertabrakan dengan atom tersebut, mereka kehilangan momentum dan melambat. Oleh karena itu, satelit yang berada di orbit rendah Bumi tidak stabil.

Partikel angin matahari

Matahari terus-menerus memancarkan aliran partikel berenergi tinggi, sebagian besar proton, tetapi ada juga elektron dan inti helium, yang bertabrakan dengan segala sesuatu yang ditemuinya. Tabrakan ini, pada gilirannya, mengubah momentum satelit yang bertabrakan dan secara bertahap memperlambatnya. Setelah cukup waktu berlalu, orbitnya mulai terganggu. Meskipun hal ini bukan alasan utama mengapa satelit di LEO mengalami deorbit, hal ini menjadi lebih signifikan bagi satelit yang letaknya lebih jauh karena jaraknya semakin dekat dan dengan demikian, hambatan atmosfer pun meningkat.

Medan gravitasi bumi yang tidak sempurna

Jika Bumi tidak memiliki atmosfer seperti Merkurius atau Bulan, apakah satelit kita dapat tetap mengorbit selamanya? Bahkan jika kita menghilangkan angin matahari. Hal ini karena Bumi - seperti semua planet - bukanlah sebuah titik bermassa, melainkan sebuah struktur dengan medan gravitasi yang bervariasi. Medan ini dan perubahannya ketika satelit mengorbit planet ini mengakibatkan gaya pasang surut mempengaruhi satelit tersebut. Dan semakin dekat jarak satelit ke Bumi, semakin besar dampak gaya-gaya tersebut.

Pengaruh gravitasi seluruh tata surya

Jelas sekali, Bumi bukanlah sistem yang sepenuhnya terisolasi di mana satu-satunya gaya gravitasi yang mempengaruhi satelit berasal dari Bumi itu sendiri. Tidak, Bulan, Matahari, dan semua planet lain, komet, asteroid, dan lainnya berkontribusi dalam bentuk gaya gravitasi yang mendorong orbit-orbit tersebut terpisah. Sekalipun Bumi merupakan titik sempurna - katakanlah, runtuh ke dalam lubang hitam yang tidak berotasi - tanpa atmosfer, dan satelit-satelitnya 100% terlindungi dari angin matahari, satelit-satelit tersebut secara bertahap akan mulai berputar ke pusat Bumi. Mereka akan tetap berada di orbit lebih lama dari masa keberadaan Matahari, namun sistem ini juga tidak akan stabil secara sempurna; Orbit satelit pada akhirnya akan terganggu.

Efek relativistik

Hukum Newton – dan orbit Keplerian – bukanlah satu-satunya hal yang menentukan pergerakan benda langit. Gaya yang sama yang menyebabkan orbit Merkurius mengalami presesi ekstra 43" per abad menyebabkan orbitnya terganggu oleh gelombang gravitasi. Kecepatan gangguan ini sangat rendah untuk medan gravitasi lemah (seperti yang kita temukan di Tata Surya) dan untuk jarak yang jauh: diperlukan waktu 10.150 tahun bagi Bumi untuk berputar ke bawah menuju Matahari, dan tingkat gangguan pada orbitnya. jumlah satelit dekat Bumi ratusan ribu kali lebih sedikit dari ini. Namun gaya ini memang ada dan merupakan konsekuensi tak terelakkan dari teori relativitas umum, yang secara efektif terwujud di satelit-satelit terdekat planet ini.

Semua ini tidak hanya berdampak pada satelit yang kita buat, tetapi juga satelit alami yang kita temukan mengorbit di dunia lain. Bulan terdekat dengan Mars, Phobos, misalnya, ditakdirkan untuk terkoyak oleh gaya pasang surut dan jatuh ke atmosfer Planet Merah. Meskipun atmosfernya hanya berukuran 1/140 atmosfer Bumi, atmosfer Mars berukuran besar dan tersebar, dan terlebih lagi, Mars tidak memiliki perlindungan dari angin matahari (tidak seperti medan magnet Bumi). Oleh karena itu, setelah puluhan juta tahun, Phobos akan lenyap. Tampaknya hal ini tidak akan terjadi dalam waktu dekat, namun hal ini kurang dari 1% dari waktu keberadaan Tata Surya.

Namun satelit terdekat Jupiter bukanlah Io: melainkan Metis, menurut mitologi, istri pertama Zeus. Di dekat Io terdapat empat bulan kecil, dimana Metis adalah bulan terdekat, hanya berjarak 0,8 jari-jari Jupiter dari atmosfer planet. Dalam kasus Jupiter, bukan kekuatan atmosfer atau angin matahari yang bertanggung jawab atas terganggunya orbit; Dengan sumbu semi orbital sepanjang 128.000 kilometer, Metis mengalami gaya pasang surut yang mengesankan, yang bertanggung jawab atas penurunan spiral bulan ini menuju Jupiter.

Contoh yang terjadi ketika gaya pasang surut yang kuat mendominasi adalah komet Shoemaker-Levy 9 dan tabrakannya dengan Jupiter pada tahun 1994, setelah komet tersebut terkoyak seluruhnya oleh gaya pasang surut. Ini adalah nasib semua satelit yang berputar menuju dunia asalnya.

Kombinasi dari semua faktor ini membuat satelit mana pun pada dasarnya tidak stabil. Mengingat waktu yang cukup dan tidak adanya efek stabilisasi lainnya, semua orbit pasti akan terganggu. Bagaimanapun, semua orbit tidak stabil, namun ada yang lebih tidak stabil dibandingkan yang lain.