Veštački satelit

Za ostale upotrebe, pogledajte Satelit (višeznačna odrednica)

Satelit za osmatranje Zemlje, ERS 2

Satelit (od lat. satelles, genitiv satellitis: pratilac, pomoćnik) veštačka je tvorevina koja kruži u orbiti oko Zemlje. Ona je napravljena da posluži ljudima za razne potrebe. Većinom se koristi za telekomunikaciju ili osmatranje, mada je rasprostranjena i vojna upotreba. Prvi veštački satelit bio je ruski satelit Sputnjik, lansiran 4. oktobra 1957. godine u čast godišnjice Oktobarske revolucije. Trenutno oko Zemlje orbitira više od 5000 satelita koji funkcionišu i još toliko tela ljudskog porekla koja nemaju nikakvu funkciju (stari sateliti, razni delovi raketa i ostao svemirski otpad). Postoje veštački sateliti koji su u orbiti oko Sunca, ili drugih planeta, a čak postoje sateliti koji napuštaju Sunčev sistem i odlaze u međuzvezdani prostor. Postoji razne vrste satelita podeljenih po nameni: telekomunikacioni, meteorološki, astronomski, navigacioni, minijaturni, sateliti za posmatranje planete, vojni sateliti, i svemirske stanice.

Da bi telo postalo satelitom, lansira se pomoću rakete nosača, raketoplana ili drugog pogonskoga sistema, pri čem ono postiže odgovarajuću kosmičku brzinu, koja mu omogućava da se bez daljnjeg pogona kreće stalnom putanjom sve dok ga sudari s česticama prašine ili plinova ne uspore. Putanja satelita se podešava (koriguje) uz pomoć raketnih motora, te od zaliha goriva zavisi radni vek satelita (od nekoliko dana do više desetaka godina). Istorija veštačkih satelita poklapa se s istorijom astronautike, te je tako ruski satelit Sputnjik 1 bio prvo ljudskom rukom izrađeno telo u svemiru.

Podela

Prvi zabeleženi veštački satelit bio je Sputnjik 1 koji je bio lansiran iz Sovjetskog Saveza 1957.

Komunikacioni satelit AEHF (eng. Advanced Extremely High Frequency).

Meteorološki satelit u radu.

Vizuelni primer kretanja veštačkih satelita GPS-a zajedno sa Zemljinom vrtnjom.

Svemirski teleskop Habl.

Međunarodna svemirska stanica.

Termoelektrični generator ili Peltierov element.

Sistem za termoregulaciju na veštačkom satelitu MESSENGER koji je bio u putanji oko planete Merkur.

Njutnova zamišljena topovska kugla: ako bi top na nekoj uzvisini ispalio kuglu s brzinom manjom od brzine kruženja (v_k = 7,9 km/s ili prva kosmička brzina) ona bi imala putanju A ili B i pala bi na Zemlju; ako bi kugla išla brzinom kruženja ona bi imala kružnu putanju C i kretala bi se stalnom brzinom; ako bi kugla krenula brzinom većom od brzine kruženja ona bi putovala po elipsi D; ako bi se kugla krenula brzinom većom od brzine oslobađanja (v_o = 11,2 km/s = druga kosmička brzina) ona bi putovala po hiperboli E i napustila bi Zemlju.

Za Zemlju (M = 6 ∙10²⁴ kg) brzina kruženja ili orbitalna brzina na samoj površini (r = 6 378 km) iznosila bi 7 910 m/s ili 7,91 km/s. Ta se brzina zove i prvom kosmičkom brzinom.

Danas veštački sateliti učestvuju u različitim ljudskim delatnostima, a konstrukcijski i opremom razlikuju se ponajprije prema nameni.

Komunikacioni sateliti

Glavni članak: Komunikacioni satelit

Komunikacioni sateliti opremljeni su pojačalima i antenskim sustavima koji omogućuju istodobno uspostavljanje dvosmernih komunikacija između tačaka na Zemlji, prenos analognih ili digitalnih signala (telefonskih, televizijskih, internetskih) elektromagnetnim talasima u visokofrekvencijskom području. Istoj grupi pripadaju radiodifuzijski sateliti, koji razašilju informacije (na primer televizijski program) iz jednog izvora širokom krugu korisnika .

Sateliti za daljinska istraživanja

Sateliti za daljinska istraživanja snimaju Zemlju u vidljivom i infracrvenom delu spektra te provode radarska motrenja Zemlje. Savremeni sateliti imaju velik broj mernih kanala (do 224) te veliku razlučivost (do 1 metar), što omogućuje mnoge primene u kartografiji, meteorologiji, geofizici, geodeziji, poljoprivredi, šumarstvu, ekologiji i tako dalje (daljinska istraživanja).

Meteorološki sateliti

Glavni članak: Meteorološki satelit

Meteorološki sateliti snimaju Zemlju iz polarnih ili stacionarnih putanja (geostacionarni satelit), u vidljivom ili infracrvenom području spektra elektromagnetskog zračenja, s razlučivosti predmeta veličine od 1 do 2 kilometra prilagođenom meteorološkim potrebama. Često prikupljaju i prenose podatke iz automatskih meteoroloških stanica sa Zemlje.

Geodetski i geofizički sateliti

Glavni članak: Geodetski satelit

Geodetski i geofizički sateliti služe za određivanje veličine i oblika Zemlje, koordinata promatranih tačaka na njezinoj površini, za merenje Zemljina gravitacionog polja, praćenje kretanje Zemljinih tektonskih ploča, motrenje seizmički aktivnih područja, merenje položaja Zemljine ose rotacije, precizno određivanje trajanja dana i drugo.

Navigacijski sateliti

Glavni članak: Globalni pozicioni sistem

Navigacijski sateliti organizovani su u funkcionalne sisteme, koji daju podatke uz pomoć kojih prenosni prijemnici na Zemlji mogu precizno odrediti svoj položaj. Takav je globalni položajni sistem ili GPS, koji je u poslednje doba postao nezamenljiv, kako za navigaciju vazduhoplova, brodova i slično, tako i pri geodetskim radovima.

Astronomski sateliti

Glavni članak: Svemirska opservatorija

Astronomski sateliti opremljeni su mernim instrumentima za beleženje podataka u svim frekvencijskim područjima.

Istraživački sateliti

Glavni članak: Istraživački satelit

Istraživački sateliti lansiraju se radi proučavanja neke grupe pojava (fenomena), kao što su međudelovanja (interakcije) Zemljine i Sunčeve magnetosfere, gornjih slojeva Zemljine atmosfere, elementarnih čestica visoke energije, bioloških pojava vezanih uz bestežinsko stanje i tako dalje.

Vojni sateliti

Vojni sateliti mogu biti telekomunikacijski, izviđački, navigacijski, meteorološki, te sateliti za elektroničko izviđanje, za otkrivanje lansiranja raketa i tako dalje, a postojale su ideje da ih se koristi kao odbrambeno oružje (na primer rat zvezda).

Delovi

Veštački sateliti, kao složeni konstrukcijski sklopovi, sadrže niz posebnih celina i rešenja prilagođenih radu u svemiru.

Mehanička konstrukcija

Mehanička konstrukcija satelita mora izdržati opterećenja i vibracije kojima je izložena tokom lansiranja, kao i velike promene temperature (na primer pri zalasku satelita obasjanog Suncem u Zemljinu senu). Izloženi delovi konstrukcije podložni su trošenju zbog udara čestica svemirske prašine, a problem predstavlja i nakupljanje statičkog elektriciteta. Deo mehaničke konstrukcije satelita može biti hermetično zatvoren.

Upravljački sistem

Upravljački sistem sastoji se od elektronskog računara koji upravlja radom satelita u skladu s podacima o stanju satelita, predviđenim programom rada te naredbama iz upravljačkog središta sa Zemlje. Sigurnost rada omogućuje rezervni sistem, na koji se može prebaciti upravljanje satelitom, naredbom iz upravljačkog središta ili reakcijom podsistema za samostalno otkrivanje i izolovanje kvara.

Sistem za vezu

Sistem za vezu osigurava satelitu komunikaciju s upravljačkim središtem na Zemlji. Sastoji se od primopredajne antene, radioprijemnika i radioodašiljača te uređaja koji informacije prilagođavaju prenosu. Komunikacije sa satelitima održavaju se radijskim, a u novije doba i laserskim primopredajnicima.

Izvori električne energije

Izvori električne energije odabiraju se u skladu s energetskim potrebama i predviđenim vekom satelita. Za kraće su letove izvor energije gorivni članci ili akumulatori. Za satelite dužega radnog veka, uobičajeni su izvor sunčane baterije upotpunjene akumulatorima za razdoblje dok se satelit nalazi u Zemljinoj seni. Nuklearni izvori koriste se kod satelita s visokom potrošnjom energije (na primer kod vojnih satelita za radarsko posmatranje).

Sistem za termoregulaciju

Sistem za termoregulaciju omogućava održavanje podsustava satelita unutar predviđenih temperaturnih vrednosti, to jest osigurava odvođenje toplote s delova satelita obasjanih Suncem. U hermetično zatvorenim delovima satelita kritične se tačke mogu hladiti i strujanjem plina, najčešće azota.

Sistem za orijentaciju

Sistem za orijentaciju dobija podatke o položaju satelita uz pomoć mernih davača (senzora) ili žiroskopa. Za održavanje željenog stabilnog položaja te za promene položaja, to jest putanje (orbite), sateliti su najčešće opremljeni raketnim motorima. Te se promene proračunavaju tako da se izvedu s najmanjim utroškom goriva, te se prelazak s putanje manjeg na putanju većeg poluprečnika provodi takozvanom Hohmanovom transfernom putanjom, u čijoj se najudaljenijoj tački, kada satelit ima najmanju brzinu, prema potrebi, menja i ravan putanje.

Prva kosmička brzina

Glavni članak: Prva kosmička brzina

Prva kosmička brzina ili brzina kruženja v_k zavisi od gravitacione konstante nebeskog tela G, njegovoj masi M i o poluprečniku kružne staze r:

$v_{k}={\sqrt {\frac {G\cdot M}{r}}}$

Iako zbog otpora atmosfere staze satelita oko Zemlje na visinama manjima od 200 kilometara nisu moguće, prva kosmička brzina na površini Zemlje teoretski iznosi 7,91 km/s, na površini Meseca 1,68 km/s, Marsa 3,56 km/s.

Kruženje satelita

Isak Njutn je shvatio da je kružno kretanje sastavljeno od dve komponente, od kretanja stalnom brzinom po pravcu i od jednolikog ubrzanog kretanja sa smerom prema središtu kruženja. Kad ne bi bilo privlačenja, telo bi jednolikom brzinom v_k odmicalo po pravcu i za vreme t prešlo put v_k∙t. Ali istodobno, zbog gravitacijskog privlačenja, telo pada prema centru i u tom padu, u vreme t, prevali put gt²/2. Ako telo ipak ostaje na kružnici, mora biti da ono u vreme t za toliko odmakne od kružnice za koliko ujedno i padne na kružnicu! Taj proces prisutan je na svakom mestu kružnice, na svakom ma kako malom odsečku puta. Ako bi brzina kretanja v bila manja od brzine kruženja v_k, to telo bi zbog slobodnog pada prišlo središtu Zemlje više nego što bi se u jednolikom kretanju po pravcu od nje odmaknulo, te bi tako prelazilo s kružnice većeg poluprečnika na kružnicu manjeg poluprečnika, te bi u spirali napokon palo na Zemlju.

Prisilimo li neko telo da se na karuselu kreće brzinom v, tada ono u smeru prema centru ima ubrzanje g (centripetalno ubrzanje). Između brzine kretanja v po kružnoj stazi poluprečnika r i centripetalne akceleracije g postoji veza:

$g={\frac {v^{2}}{r}}$

Kreće li se telo po kružnici i pojača li se centripetalna sila, porašće i ubrzanje i brzina. Međutim ako je sila privlačenja gravitacijska, a u centru kretanja nalazi se masa M, tada je centripetalna akceleracija potpuno određena i jednaka izrazu:

$g=G\cdot {\frac {M}{r^{2}}}\$

Tim uslovom se za dati poluprečnik staze od svih mogućih centripetalnih ubrzanja odabira samo jedno ubrzanje (akceleracija), a njoj odgovara samo jedna, potpuno određena brzina. Izjednačavanjem gornja dva izraza, dobija se:

$v=v_{k}={\sqrt {\frac {G\cdot M}{r}}}$

Za Zemlju (M = 6 ∙10²⁴ kg) brzina kruženja ili orbitalna brzina na samoj površini (r = 6 378 km) iznosila bi 7 910 m/s ili 7,91 km/s. Ta se brzina zove i prvom kosmičkom brzinom. Na svakom drugom nivou iznad površine Zemlje brzina kruženja ima drugu vrednost.

Zemlje sa lansirnom sposobnošću

Mada danas mnoge države (i kompanije) imaju svoje satelite u orbiti, svega 9 država je sposobno da samostalno lansira veštački satelit:

Prva lansiranja, po zemlji

Država	Godina prvog lansiranja	Prvi satelit
Sovjetski Savez	1957	Sputnjik 1
SAD	1958	Eksplorer 1
Francuska	1965	Asteriks
Japan	1970	Ošumi
Kina	1970	Istok je crven 1
Velika Britanija	1971	Prospero X-3
Indija	1980	Rohini
Izrael	1988	Horizont 1
Iran	2009	Nada 1
Severna Koreja	2012	Kvang Muongsong-3

Literatura

• Ann Finkbeiner, "Orbital Aggression: How do we prevent war in space?", Scientific American, vol. 323, no. 5 (November 2020), pp. 50–57.

Spoljašnje veze

• Satellite na sajtu Curlie
• Eyes in the Sky Free video by the Vega Science Trust and the BBC/OU Satellites and their implications over the last 50 years.
• Položaj veštačkih satelita u vremenu