Satelliitti
Satelliitin (alkaen Latinalainen satelles "kumppani, henkivartija"), entinen myös keinotekoinen kuu , on keinotekoinen avaruusalus vuonna avaruuslentojen että kiertoradat taivaankappale elliptinen tai ympyrän kiertoradalle varten tieteellisen , kaupallisen tai sotilaallisiin tarkoituksiin.
Maa -satelliitin käsitteestä
Satelliitit ovat laajasti kaikkia tähtitieteellisiä esineitä, joita taivaankappale - tähti , planeetta tai kuu tai muu - kiertää.
Keinotekoinen laitteita, jotka kiertoradalla maan spesifisesti kutsutaan maa satelliittien saksaksi . Keinotekoisia satelliitteja, jotka kiertävät ja tutkivat muuta kehoa kuin maata, kutsutaan toisaalta kiertoradiksi , jolloin aurinkoa kiertävää ohjusta kutsutaan joskus myös "aurinkosatelliitiksi". Sitä vastoin on olemassa planeettojen luonnollisia satelliitteja , joita kutsutaan myös kuiksi tai satelliiteiksi ja joita - kuten maan kuuta - käsitellään erikseen, samoin kuin tähtien, planeettojen, asteroidien ja muiden luonnollisia satelliitteja / satelliitteja . Keinotekoisia satelliitteja, jotka tulevat puiston kiertoradalta maan ympäri planeettojen väliseen avaruuteen, voidaan kutsua "keinotekoisiksi planetoideiksi ", puhumme avaruusluotaimista . Tämä sisältää luonnollisesti myös ne, jotka sitten tulevat kiertoradalle kiertoradalla kohdepaikalla.
Ohjuksia kutsutaan satelliiteiksi vain silloin, kun ne kiertävät maata avaruudessa . Satelliitilta puuttuu urakehityksen jälkeen itsekulkeva järjestelmä, joka erottaa sen avaruusaluksesta . Yksinkertaiset jarruraketit, jotka johtavat hallittuun törmäykseen, eivät riitä teknisessä mielessä muuttamaan satelliittia avaruusalukseksi.
tarina
Vuonna 1955 Yhdysvaltain presidentti Eisenhower tilasi amerikkalaisen maasatelliitin kehittämisen, minkä jälkeen Neuvostoliitto ilmoitti vastaavasta hankkeesta neljä päivää myöhemmin propagandasyistä. Siitä huolimatta Neuvostoliiton Sputnik 1 -satelliitin onnistunut laukaisu 4. lokakuuta 1957 (19.28 GMT, 5. lokakuuta paikallista aikaa) yllätti maailman yleisön ja johti todelliseen Sputnik -shokkiin lännessä . Sputnikin radiosignaalit osoittivat koodatussa muodossa, onko aine osunut satelliittiin. Ensimmäinen Yhdysvaltain amerikkalainen satelliitti Explorer 1 seurasi 1. helmikuuta 1958 ja tarjosi todisteita Van Allenin säteilyvyöstä ionosfäärin etsinnän alussa . Tästä huolimatta kylmä sota vaikutti satelliittien kehitykseen pitkään .
Kansainvälisen televiestinnän alalla viestintäsatelliitit ovat 1970 -luvulta lähtien vähentäneet muiden datayhteyksien, kuten transatlanttisen puhelinkaapelin, merkitystä . Maan havainnointi- ja sääsatelliitit tulivat yhtä tärkeiksi , kun taas tähtitieteen , geodesian ja kartografian tutkimussatelliitteja oli kehitetty jo 1960 -luvulla .
YK Ulkoavaruusasioiden toimisto on säilyttänyt indeksin (indeksi Objects laukaistiin Outer Space) kaikkien muiden satelliittien laukaistiin avaruuteen vuodesta 1962.
Yhdysvaltain amerikkalaisen NASA: n mukaan 31. toukokuuta 1969 avaruudessa oli noin 1950 keinotekoista esinettä, joista 1889 kierteli maata, 17 oli ellipsissä maan ympäri ja 38 auringon kiertoradalla. Poltettujen rakettivaiheiden ja muiden esineiden lisäksi raportointipäivänä oli 394 maan satelliittia ja avaruusluotainta , mukaan lukien 289 Yhdysvalloista, 83 Neuvostoliitosta, 5 ranskalaista, 3 kanadalaista, 2 brittiläistä ja 3 eurooppalaista Avaruustutkimusjärjestö .
Vuonna 2016 tunnettujen aktiivisten satelliittien määrä oli jo yli 1 400. Lisäksi kiertoradalla on useita tuhansia muita keinotekoisia esineitä (käyttämättömiä satelliitteja, rakettiosia ja muuta avaruusjätettä ): Vuonna 1996 ESA: n tietojen mukaan noin 8500 kappaletta "avaruusromua". (noin 10 cm: n koosta). Vuonna 2009 Joint Space Operations Centre of Yhdysvaltain Strategic Command tiesi yli 18500 ihmisen aiheuttamien taivaankappaleita.
Suuresta määrästä huolimatta törmäykset ovat erittäin harvinaisia. Ensimmäinen tunnettu törmäys aktiivisen satelliitin käytöstä poistettuun käytiin 10. helmikuuta 2009 Venäjän satelliitti Kosmos 2251 , joka oli ollut avaruudessa vuodesta 1993 ja luultavasti käytössä vuodesta 1999, törmäsi tietoliikennesatelliitin Iridium 33 alkaen Yhdysvaltalainen Iridium Satellite . Molemmat satelliitit tuhoutuivat täysin. Tammikuun 22. päivänä 2013 venäläinen pieni satelliitti BLITS (NORAD 35871) muuttui käyttökelvottomaksi törmäyksen jälkeen kiinalaisen satelliittien vastaisen ohjuksen tuhoaman Fengyun-1C- satelliitin osiin vuonna 2007 ja heitettiin sen kiertoradalta. 23. toukokuuta 2013 venäläisen raketin roskat saivat NEE-01 Pegaso -satelliitin kaatumaan hallitsemattomasti aiheuttaen sen kiertymisen hallitsemattomaksi.
tehtäviä
Satelliitin tehtävän mukaan erotetaan seuraavat tyypit:
- Maan havaitsemissatelliitit voivat tarjota kuvia ja mittauksia eri tarkoituksiin, kuten sää- ja vakoilusatelliitteihin . Työskentelet eri tekniikoilla, esimerkiksi tutkan ( tutkasatelliittien ), infrapuna- , skannausmenetelmien, antureiden tai valokuvauksen kanssa . Usein eri aallonpituudet tallennetaan samanaikaisesti ( monispektrinen ).
- Viestintäsatelliitit suorittavat kaupallisia tehtäviä, kun taas amatööriradiosatelliitteja käytetään yksityisiin tarkoituksiin, katso myös satelliittiviestintä .
- Radiosatelliitit lähettävät radio- ja televisio -ohjelmia suoraan katsojille, jotta maanpäällisistä lähetyksistä ja kaapeliverkkoista voidaan luopua.
- Navigointisatelliitit mahdollistavat globaalin sijainnin ja ajan määrittämisen ja jopa ajoneuvojen automaattisen hallinnan.
- Geodeettisia satelliitteja käytetään maan muodon ja maan painovoimakentän mittaamiseen . Tänään voit saavuttaa tarkkuuden mm -cm -alueella.
- Astrometriset satelliitit mittaavat tähtien sijaintia ja oikeaa liikettä pääasiassa tieteellisiin tarkoituksiin.
- Tutkimussatelliitit palvelevat puhtaasti tieteellisiä tarkoituksia, esim. B. Mikrogravitaatiokokeet . Monet astrologiat ja jotkut maan havaitsemissatelliitit kuuluvat tähän luokkaan, samoin kuin useimmat avaruusteleskoopit .
- Avaruusasemat ovat myös maan satelliitteja, jotka palvelevat ensisijaisesti tieteellisiä tarkoituksia.
-
Sotilasatelliitteja käytetään valvontaan, puolustukseen ja muihin sotilaallisiin tarkoituksiin. Tässä on syytä mainita erityisesti
- Vakoilusatelliitit valtioiden, armeijan ja laivaliikenteen vakoilemiseen sekä aseiden rajoittamista koskevien sopimusten valvontaan. Niitä hallinnoivat sotilasviranomaiset ja salaiset palvelut. Hankkeet ja määritetyt tiedot ovat usein erittäin salaisia.
- Killer -satelliitit ovat erityinen sotilaallinen sovellus vihollisohjusten tuhoamiseen.
Se, mikä satelliittikierto sopii parhaiten kussakin tapauksessa, riippuu tehtävistä. Tarkkailusatelliittien tulisi lentää mahdollisimman alas. Vakoilusatelliittien kiertorata on joskus niin alhainen, että ilmakehän kitka rajoittaa niiden käyttöiän muutamaan kuukauteen.
Sitä vastoin viestintäsatelliiteilla on korkeimmat mahdolliset radat, jotta ne voivat kattaa suuret alueet. Jos niiden on tarkoitus pysyä paikallaan maapallon päiväntasaajan kohdan yläpuolella, niiden on kiertävä maata geosynkronisella kiertoradalla noin 36 000 km: n korkeudessa maan pyörimissuuntaan (erityistapaus: " geostationaarinen ").
rakentaminen
Satelliitti koostuu pääasiassa tieteellisestä, kaupallisesta tai sotilaallisesta hyötykuormasta sekä satelliittibussista , joka sisältää niiden toiminnan kannalta tarpeelliset rakenteet ja osajärjestelmät. Tämä koostuu ensisijaisesta rakenteesta, johon muut osajärjestelmät on integroitu. Tämä sisältää energiahuolto ( aurinkokennot , akut ), The lämpötilan valvontajärjestelmä , käyttöjärjestelmä varten asento ja säädön (polku kontrolli) ja ajotietokone järjestelmä varten valvonta ja datan hallinta .
Energian syöttöjärjestelmä
Satelliitin on enimmäkseen toimitetaan kanssa sähkö (energia) mukaan aurinkokennojen tuella akkujen jos on riittävästi aurinkoa kirkkaamman alueen lähelle maata, tai paristot, jos vain lyhyitä aikoja käytön suunnitellaan. Huomattavasti pienempiä radioisotooppigeneraattoreita käytetään satelliiteihin, jotka ovat kauempana auringosta, joten säteilyenergian tarjonta on liian vähäistä .
operaatio
Kun satelliitti on käynnistynyt, sen jatkuva toiminta on taattava. Tämä ei koske pelkästään sisäisiä ohjaus- ja valvontajärjestelmiä, vaan myös vastaavia maa-asemia (esim. Mission Control Center ), jotka ottavat haltuunsa maaohjauksen, kauko-ohjauksen ja arvioinnin tai tietojen toimittamisen satelliiteista tai niiden hyötykuormasta.
Näitä tehtäviä ovat:
- Siirto geostationaariselle kiertoradalle
- Rautatien kuvaus
- Kiertoradan muuttoharjoitukset
- Rautatiehäiriöiden korvaaminen
- Polun tai sijainnin hallinta
- Vakautus
- Lämmönsäätö
Nopeudet
Maan lähellä sijaitsevalle pyöreälle kiertoradalle sovelletaan ensimmäistä kosmista nopeutta v 1 = 7,9 km / s.
Kun aloitetaan itäsuunnassa, maan pyöriminen vaikuttaa kiertorataan enintään 0,46 km / s. Maan pyörimistä ei kuitenkaan hyödynnetä täysimääräisesti, koska ohjus hidastuu, koska ilmahiukkaset (tuulet) liikkuvat muihin suuntiin. Av 1 on 7,44 km / s voi siten riittää varten raketti . Länsisuunnassa osuutta olisi nostettava, minkä vuoksi lähes kaikki satelliitit laukaistaan itäsuuntaan. Maan pyöriminen ei vaikuta polaaristen kiertoratojen kiertonopeuteen.
Jos halutaan poistua maapallon painovoimakentästä , satelliitti on kiihdytettävä toiseen kosmiseen nopeuteen noin 11,2 km / s. Se vastaa kertaa ensimmäisen kosmisen nopeuden.
Havainto Maasta
Lukuisia suurempia maa -satelliitteja voidaan havaita paljaalla silmällä valopisteinä, jotka liikkuvat yötaivaalla. Auringon havainnointiin erityisesti varustettujen teleskooppien avulla on myös mahdollista tarkkailla satelliittien kulkua auringon edessä. ISS , koska suurin keinotekoinen objekti Maan kiertoradalla, voidaan saavuttaa näennäinen kirkkaus on jopa -5 mag. Iridium -järjestelmän satelliitit voivat heijastaa auringonvaloa antennipinnoillaan Iridium -heijastuksena ja saavuttaa sitten hetkeksi jopa −8 mag: n näennäisen kirkkauden. Toisin kuin lentokoneessa, satelliitissa ei ole vilkkuvia värivaloja. Joissakin kohteissa kirkkaus muuttuu kuitenkin pyörimisen tai heiluvan liikkeen vuoksi. Joskus satelliitin valonheijastukset sekoitetaan erehdyksessä tähtiin.
Paljaalla silmällä havaitseminen on yleensä mahdollista vain pian auringonlaskun jälkeen tai vähän ennen auringonnousua. Tämä johtuu siitä, että auringon (ei liian) korkealla kiertoradalla olevan satelliitin on vielä oltava auringon valaistu, jotta se voidaan tunnistaa ollenkaan maassa (missä on jo / vielä pimeää) pimeän edessä taivas; keskellä yötä se lentää myös varjossa ja pysyy näkymättömänä. Kiertoradan ei myöskään saa olla liian korkea, koska etäisyys tekee satelliitista liian pienen näkyväksi, vaikka se altistuisi säteilylle.
Satelliitti voidaan tunnistaa suuresta nopeudesta, jolla se liikkuu taivaalla; yleensä kestää vain muutaman minuutin lentää kokonaan taivaan näkyvän osan yli.
Suuri esine, kuten ISS, voi olla erityisen kirkas. Mutta jopa sitä nähdään harvoin leveysasteillamme. Tämä johtuu useista kohdista, jotka koskevat myös muita satelliitteja:
- Objektilla on oltava riittävän kalteva kiertoradat päiväntasaajan tasoon nähden, jotta se tunkeutuu jopa leveysasteillemme. jos kohde kiertää aina tarkasti päiväntasaajan yli, se näkyy vain siellä. Erityisesti ISS saavuttaa vain tuskin ja harvoin leveysasteitamme.
- Kuten edellä todettiin, kiertoradan on johdettava kohde leveysasteillemme sopivana ajankohtana auringonlaskun tai auringonnousun aikaan. Näin ollen on olemassa verkkosivustoja, joissa on päivämäärän esikatselu, milloin ja mille kohteelle seuraavat havainnot ovat mahdollisia.
- Mitä matalampi objektin kiertorata, sitä suurempi se näyttää ja sitä kirkkaampi se näkyy, mutta myös sitä lyhyempi se on näkyvässä näkökentässä ja sen on oltava tarkempi omassa sijainnissaan.
- Mitä korkeampi objektin kiertorata, sitä pienempi ja vähemmän kirkas se näyttää, mutta se on pidempi ja näkyvä suuremmalta alueelta.
Jäljitä satelliittien ja rakettien ylempien vaiheiden tallenteita
Mir ( satelliittiluettelon numero 16609 = COSPAR-nimike 1986-017A)
Iridium 58
(25274 = 1998-019C)
Pitkän aikavälin tallenteet geostationaarisista satelliiteista
Vaikka tähdet liikkuvat yötaivaalla, geostationaariset satelliitit ovat aina samassa paikassa. Näin ne näkyvät pisteinä pitkäaikaisissa tallenteissa:
SIGINT satellite USA 202 (mentori 4)
Mentori 4 naapurinsa, siviilitietoliikennesatelliitin Thuraya 2: n kanssa
Kuljetus ja kurssi
Käytetyt symbolit:
: Gravitaatiovakio = 6.673 · 10 −11 m 3 / kg · s 2 r : Kiertoradan säde tai etäisyys maan massakeskusten ja kiertoradalla olevan kehon välillä = 6,378 x 10 6 m M. : Maan massa = 5,9722 x 10 24 kg m : Kehon massa kiertoradalla v : Kehon kiertoradan nopeus kiertoradalla
Maasatelliitille on annettava niin suuri kiertonopeus, kun se laukaistaan, että sen keskipakovoima (tai säteittäinen voima ) on vähintään sen paino .
Keskipakovoima lasketaan seuraavasti:
- .
Painovoima on laskettu seuraavasti:
- .
Lisäyksen jälkeen on oltava:
- .
Nyt voit nähdä, että kehon massalla pyöreällä polulla ei ole merkitystä, koska se jätetään yhtälöstä pois. Tietylle kiertoradalle tarvittava kiertonopeus riippuu siksi vain kiertoradan korkeudesta:
- Tästä seuraa: .
Ensimmäinen kosminen nopeus tai kiertoradan nopeus :
Tällä nopeudella keho pystyy pitämään tämän kiertoradan ympyrän kiertoradalla maan ympäri:
- , lisää tulokset
- .
Kun toinen kosminen nopeus tai paeta nopeus hän voi jättää painovoimakenttä maan. Se on:
- .
Kulkeutuminen kiertoradalle tapahtuu avulla raketit , jotka on suunniteltu niin askel raketteja teknisistä ja energinen syistä . Satelliitti sijoitetaan ylemmälle (enimmäkseen kolmannelle) rakettivaiheelle ja se on aerodynaamisesti naamioitu. Se joko ammutaan suoraan kiertoradalle tai laukaistaan toisella avaruusaluksella . Niin kauan kuin raketti toimii, se kulkee niin kutsutulla "aktiivisella polulla". Jälkeen raketti moottorit burn out , "vapaa lentoradalla" (tai passiivinen polku) seuraa.
Satelliittiradat
Liikkumatta liikkumista satelliitin noudattaa lakeja kahden kappaleen ongelma on taivaanmekaniikka - mutta muut voimat aiheuttavat kiertoradan häiriöitä . Jos maa olisi tarkka pallo ilman maan ilmakehää ja jos muita taivaankappaleita ei olisi , satelliitin kiertorata seuraisi enemmän tai vähemmän epäkeskistä ellipsiä maan ympärillä Keplerin lakien mukaisesti . Kiertoradoilla on maan satelliittien läpi maan keskipisteeseen ja on noin kiinteän avaruudessa, eli muuttumattomana verrattuna kiinteän tähdet , kun taas maa pyörii alla.
Satelliitit on jaettu korkeudesta riippuen eri tyyppeihin:
- GEO (Geostationary Orbit): geostationaariset satelliitit , joiden korkeus on noin 35 790 km. Tässä kiertoaika on täsmälleen yksi päivä. Nämä satelliitit ovat paikallaan maapallon suhteen. Esimerkkejä: Astra , Eutelsat , Inmarsat , Meteosat jne.
- MEO (Medium Earth Orbit): satelliitit, joiden korkeus on 6 000–36 000 km ja kiertoaika 4–24 tuntia. Esimerkkejä: GPS , GLONASS , Galileo jne.
- LEO (Low Earth Orbit): satelliitit, joiden korkeus on 200–1500 km ja kiertoaika 1,5–2 tuntia. Esimerkkejä: Iridium , Globalstar , GLAST jne.
- SSO (Sun Synchronous Orbit): ERS , Landsat , Envisat
Koska litistyminen maan ja epähomogeeninen maan pinnan ja maan painovoimakentän , satelliittien kiertoradat poiketa ihanteellinen ellipsin muutaman kilometrin. Näiden poikkeamien havaitsemisen perusteella satelliittigeodesia voi määrittää maan tarkan muodon - geoidi poikkeaa kuvitteellisesta maan ellipsoidista jopa 100 m. Näitä poikkeamia varten (säteellä 6357–6378 km vain 0,001%) keksittiin hieman valitettavat termit peruna ja päärynä .
Lisäksi maan ilmakehä aiheuttaa satelliittien jatkuvaa lievää jarrutusta siten, että kiertorata noin 1000 km: n korkeudessa kiertyy lähemmäs maata. Käyttöikä myös riippuu pinnalla / massa -suhde ja vaihtelee muutaman viikon tai vuoden (LEO) ja vuosituhansien (Meos). Muita kiertoradan häiriöitä aiheuttavat kuun painovoima, auringon säteilypaine ja vaikutukset ionosfäärissä . Siksi satelliitin kiertorataa on jatkuvasti seurattava ja tarvittaessa säädettävä uudelleen ( Attitude Determination and Control System ). Kun korjaussuuttimien kaasunsyöttö on käytetty, satelliitti poistuu kiertoradastaan ja on yleensä arvoton.
Katso myös
kirjallisuus
- Michel Capderou: Satelliitit - kiertoradat ja tehtävät. Springer, Pariisi 2005, ISBN 2-287-21317-1
- Louis J. Ippolito: Satelliittiviestintäjärjestelmien suunnittelu - ilmakehän vaikutukset, satelliittilinkin suunnittelu ja järjestelmän suorituskyky. Wiley & Sons, Chichester 2008, ISBN 978-0-470-72527-6
- R. Bender: Satelliittien laukaisu ja käyttö - oikeudelliset kysymykset. Nijhoff, Dordrecht 1998, ISBN 90-411-0507-7
- Bruno Pattan: Satelliittijärjestelmät - periaatteet ja tekniikat. Van Nostrand Reinhold, New York 1993, ISBN 0-442-01357-4
- CB Pease: Satelliittikuvauslaitteet - periaatteet, tekniikat ja käyttöjärjestelmät. Ellis Horwood, New York 1991, ISBN 0-13-638487-0
nettilinkit
- Taivaat yllä - Satelliittien näkyvyyden laskeminen (englanti ja muut kielet)
- Satelliittien maareitti - joidenkin satelliittien maapolun reaaliaikainen näyttö, vaatii Javan
- Reaaliaikainen satelliittiseuranta -reaaliaikainen seuranta noin 17 000 satelliitille sekä 5 päivän ennusteet niiden näkyvyydestä
- Satflare reaaliaikainen 3D- seuranta
- Satelliittikuvat - kulttuuri- ja luonnonmaisemia
- Orbitron - Satelliittiseurantajärjestelmä - Windows -ohjelmisto satelliittien näkyvyyden laskemiseen
- UCS Satellite Database - kokoelma aktiivisia satelliitteja maan kiertoradalla ja lyhyt kuvaus
- ESRI - nykyisten satelliittien sijaintien näyttö 3D -muodossa sekä avaruudessa olevat tavarat - mukaan lukien avaruusromut
- Maata kiertävä satelliitti - Monien 1D -satelliittien nykyinen korkeus korkeuden mukaan
Yksilöllisiä todisteita
- ^ Yleissopimus esineiden rekisteröinnistä, joka julkaistiin ulkoavaruuteen Yhdistyneiden kansakuntien ulkoavaruuden toimisto; Haettu 26. joulukuuta 2009.
- ^ Laura Grego: UCS -satelliittitietokannan uusi päivitys. Union of Concerned Scientists, 21. huhtikuuta 2017, katsottu 3. tammikuuta 2018 .
- ↑ a b c Venäjän ja Yhdysvaltojen satelliitit törmäävät. Ensimmäinen satelliittionnettomuus avaruudessa? ( Muisto 13. helmikuuta 2009 Internet -arkistossa ) tagesschau.de , 12. helmikuuta 2009.
- ↑ Merryl Azriel: Fengyun 1C -jätteet törmäsivät BLITS -satelliittiin
- ↑ Calsky: näkyvyys kansainvälisen ISS-avaruusaseman ( Memento elokuusta 5, 2018 Internet Archive )