Mikä on satelliitti?
Maailman avaruusviikko 2020 juhlii satelliittien vaikutuksia ihmiskuntaan 4. – 10. Lokakuuta. Katso, miten juhlia täällä ja tarkista alla oleva satelliittihistoria!
Satelliitti on avaruudessa oleva kohde, joka kiertää tai kiertää isomman kohteen ympäri. Satelliitteja on kahdenlaisia: luonnollisia (kuten maata kiertävä kuu) tai keinotekoisia (kuten maapallolla kiertävä kansainvälinen avaruusasema).
Aurinkokunnassa on kymmeniä kymmeniä luonnollisia satelliitteja , melkein jokaisella planeetalla on ainakin yksi kuu. Esimerkiksi Saturnuksella on vähintään 53 luonnollista satelliittia, ja vuosina 2004–2017 sillä oli myös keinotekoinen – Cassini-avaruusalus, joka tutki rengastettua planeettaa ja sen kuita.
Keinotekoiset satelliitit kuitenkin todellisuudesta vasta 1900-luvun puolivälissä. Ensimmäinen keinotekoinen satelliitti oli Sputnik, venäläinen rantapallokokoinen avaruuskoetin, joka nousi 4. lokakuuta 1957. Tämä teko järkytti suurta osaa läntisestä maailmasta, koska uskottiin, että Neuvostoliitolla ei ollut kykyä lähettää satelliitteja avaruus.
Lyhyt historia keinotekoisista satelliiteista
Tämän saavutuksen jälkeen Neuvostoliitto käynnisti 3. marraskuuta 1957 vieläkin massiivisempi satelliitti – Sputnik 2 – joka kuljetti koiran Laikan. Yhdysvaltojen ensimmäinen satelliitti oli Explorer 1 31. tammikuuta 1958. Satelliitin paino oli vain 2 prosenttia Sputnik 2: n massasta, kuitenkin 13 kiloa.
Sputnikista ja Explorer 1: stä tuli alkukuvia Yhdysvaltain ja Neuvostoliiton välisessä avaruuskilpailussa, joka kesti ainakin 1960-luvun loppupuolelle asti. Keskittyminen satelliitteihin poliittisina välineinä alkoi väistyä ihmisille, kun molemmat maat lähettivät ihmisiä avaruuteen vuonna 1961. Myöhemmin vuosikymmenellä molempien maiden tavoitteet alkoivat kuitenkin hajota: Yhdysvaltojen laskiessa ihmiset kuuhun ja luoden avaruussukkulan, Neuvostoliitto rakensi maailman ensimmäisen avaruusaseman , Salyut 1, joka käynnistettiin vuonna 1971. (Muut asemat seurasivat, kuten Yhdysvaltain ”Skylab and the Soviet Union” s Mir.)
Muut maat alkoivat lähettää omia satelliitteja avaruuteen, kun hyödyt aaltoivat yhteiskunnan läpi. Sääsatelliitit paransivat ennusteita jopa syrjäisille alueille. Maan tarkkailevat satelliitit, kuten Landsat-sarja, seurasivat muutoksia metsissä, vedessä ja muualla maan pinnalla ajan myötä. Televiestintäsatelliitit soittivat kaukopuheluita ja lopulta suoria televisiolähetyksiä ympäri maailmaa normaaliksi osaksi elämää. Myöhemmät sukupolvet auttoivat Internet-yhteyksissä.
Tietokoneiden ja muiden laitteiden pienentämisen avulla on nyt mahdollista lähettää paljon pienempiä satelliitteja, jotka voivat tehdä tieteen, televiestinnän tai muita toimintoja kiertoradalla. Yritysten ja yliopistojen on nyt yleistä luoda ”CubeSats” tai kuutionmuotoisia satelliitteja, jotka usein asuttavat matalaa maapallon kiertorataa.
Ne voidaan sijoittaa rakettiin isomman hyötykuorman kanssa tai lähettää NASA harkitsee nyt CubeSatsin lähettämistä Marsille tai Kuuhun Europa (lähellä Jupiteria) tulevia tehtäviä varten, vaikka CubeSatsia ei vahvisteta mukaan ottamiseen.
ISS on kiertoradan suurin satelliitti, jonka rakentaminen kesti yli vuosikymmenen. Pala palalta 15 maata osallistui taloudelliseen ja fyysiseen infrastruktuuriin kiertoradalle, joka rakennettiin vuosien 1998 ja 2011 välillä. Ohjelman virkamiehet odottavat ISS: n jatkuvan ainakin vuoteen 2024 asti.
Satelliitin osat
Jokaisella käyttökelpoisella keinotekoisella satelliitilla – olipa se sitten ihminen tai robotti – on neljä pääosaa: sähköjärjestelmä (joka voi olla aurinko- tai esimerkiksi ydin), tapa hallita asemaansa, antenni tiedon lähettämiseen ja vastaanottamiseen sekä hyötykuorma tietojen (kuten kameran tai hiukkasilmaisimen) keräämiseen.
Kuten jäljempänä nähdään, kaikki keinotekoiset satelliitit eivät kuitenkaan välttämättä ole käyttökelpoisia. Jopa ruuvia tai vähän maalia pidetään ”keinotekoisena” satelliittina, vaikka niiltä puuttuu nämä osat.
Mikä estää satelliittia putoamasta maahan ?
Satelliitti ymmärretään parhaiten ammuksena tai esineenä, jolla on vain yksi voima – painovoima. mikä tahansa, joka ylittää Karman-radan 100 kilometrin (62 mailin) korkeudella, katsotaan avaruudessa. Satelliitin on kuitenkin mentävä nopeasti – vähintään 8 km (5 mailia) sekunnissa – pysähtyäkseen putoamasta takaisin takaisin maahan.
Jos satelliitti kulkee riittävän nopeasti, se ”putoaa” jatkuvasti kohti maata, mutta maapallon kaarevuus tarkoittaa, että satelliitti putoaa planeettamme ympärille sen sijaan, että kaataisi takaisin pinnalle. lähempänä maata ovat vaarassa pudota, koska ilmakehän molekyylien hitaus hidastaa satelliitteja. Maisemasta kauemmas kiertävillä on vähemmän molekyylejä.
Kiertoradoilla on useita hyväksyttyjä ”vyöhykkeitä”. Yhtä kutsutaan matalaksi maapallon kiertoradaksi, joka ulottuu noin 160: stä 2000 km: iin (noin 100 – 1250 mailia). Tämä on alue, jolla ISS kiertää ja jossa avaruussukkula työskenteli aiemmin. , kaikki ihmisen tehtävät lukuun ottamatta Apollo-lentoja kuuhun tapahtuivat tällä vyöhykkeellä. Suurin osa satelliiteista toimii myös tällä vyöhykkeellä.
Geostationaarinen tai geosynkroninen kiertorata on kuitenkin paras paikka tietoliikennesatelliittien käyttöön. on vyöhyke maapallon päiväntasaajan yläpuolella 35 786 km: n (22 236 mi) korkeudessa ). Tässä korkeudessa ”putoamisen” nopeus maapallon ympärillä on suunnilleen sama kuin maapallon pyörimisnopeus, mikä antaa satelliitin pysyä melkein jatkuvasti saman maapallon yläpuolella. Satelliitti pitää siten jatkuvan yhteyden kiinteän antennin kanssa Kun geostationaariset satelliitit saavuttavat elinkaarensa, protokolla määrää, että ne ovat siirtyneet tieltä uuden satelliitin asemalle. Tämä johtuu siitä, että kyseisellä kiertoradalla on vain niin paljon tilaa tai niin monta ”paikkaa”, jotta satelliitit voivat toimia ilman häiriöitä.
Vaikka joitain satelliitteja käytetään parhaiten päiväntasaajan ympäri, toiset ovat parempia sopii enemmän polaariradoille – ne, jotka kiertävät maata napasta napaan siten, että niiden peittoalueet sisältävät pohjoisen ja etelänavan. Esimerkkejä napa-kiertävistä satelliiteista ovat sääsatelliitit ja tiedustelusatelliitit.
Mikä estää satelliittia törmäämästä toiseen satelliittiin?
Maapallon kiertoradalla on tällä hetkellä arviolta puoli miljoonaa keinotekoista esinettä, joiden koko vaihtelee maalauksista täysipainoiseen sa telliitit – kukin kulkee tuhansien mailien nopeudella tunnissa. Vain murto-osa näistä satelliiteista on käyttökelpoinen, mikä tarkoittaa, että siellä ympärillä on paljon ”avaruus roskaa”. Kaikkien kiertoradalle auloitettujen kohteiden kanssa törmäysmahdollisuus kasvaa.
Avaruusjärjestöjen on harkittava kiertoradat huolellisesti, kun ne laukaisevat jotain avaruuteen. Yhdysvaltojen avaruusvalvontaverkoston kaltaiset virastot pitävät silmällä orbitaalijätteitä maasta ja ilmoittavat NASA: lle ja muille yhteisöille, jos väärä kappale on vaarassa lyödä jotain elintärkeää. Tämä tarkoittaa, että ISS: n on aika ajoin tehtävä välttäviä liikkeitä päästäkseen tieltä.
Törmäyksiä kuitenkin esiintyy edelleen. Yksi avaruusjätteiden suurimmista syyllisistä oli kiinalaisten tekemän vuoden 2007 satelliittitutkimuksen jäännökset, jotka tuottivat roskia, jotka tuhosivat venäläisen satelliitin vuonna 2013. Myös sinä vuonna Iridium 33 ja Cosmos 2251 -satelliitit törmäsivät toisiinsa, syntyy roskapilvi.
NASA, Euroopan avaruusjärjestö ja monet muut yhteisöt harkitsevat toimenpiteitä kiertoradan määrän vähentämiseksi. Jotkut ehdottavat kuolleiden satelliittien kaatamista jollakin tavalla, ehkä verkon tai ilmapurkausten avulla häiritä roskia sen kiertoradalta ja tuoda ne lähemmäksi maata. Toiset ajattelevat kuolleiden satelliittien tankkaamista uudelleenkäyttöä varten, tekniikkaa, joka on osoitettu robottisesti ISS: ssä.
Kuut ympäri maailmaa
Useimmilla aurinkokuntamme planeetoilla on luonnollisia satelliitteja, joita kutsumme myös kuudiksi. Sisäisillä planeetoilla: Merkuruksella ja Venuksella ei ole kuita. Maapallolla on yksi suhteellisen suuri kuu, kun taas Marsilla on kaksi asteroidikokoista pientä kuuta nimeltä Phobos ja Deimos. (Phobos kiertyy hitaasti Marsiin ja todennäköisesti hajoaa tai putoaa pinnalle muutaman tuhannen vuoden kuluttua.)
Asteroidivyöhykkeen ulkopuolella on neljä kaasujättiä planeettoja, joilla kullakin on kuun pantheoni. Vuoden 2017 loppupuolella Jupiterilla on 69 tunnettua kuuta, Saturnuksella on 53, Uranuksella 27 ja Neptunuksella 13 tai 14. Uudet kuut löydetään toisinaan – lähinnä tehtävien (joko menneisyyden tai nykyisyyden, kuten voimme analysoida vanhoja kuvia) tai suorittamalla tuoreet havainnot kaukoputkella.
Saturnus on erityinen esimerkki, koska sitä ympäröivät tuhannet pienet esineet, jotka muodostavat renkaan, joka näkyy jopa maapallon kaukoputkissa. Tutkijat, jotka katsovat renkaita lähietäisyydeltä yli 13 vuoden ajan Cassini-operaation aikana, näkivät olosuhteet, joissa uusia kuita saattoi syntyä.Tutkijoita kiinnosti erityisesti potkurit, jotka heräävät renkaissa olevien fragmenttien luomissa renkaissa. Heti Cassinin tehtävän päättymisen jälkeen vuonna 2017 NASA sanoi, että potkurit jakavat mahdollisuuksia planeetan muodostumiseen, joka tapahtuu nuorten tähtien ”kaasulevyjen” ympärillä.
Jopa pienemmissä kohteissa on kuitenkin kuita. Pluto on teknisesti kääpiö planeetta. Pluton vuonna 2015 lentäneen New Horizons -operaation takana olevat ihmiset väittävät, että sen monipuolinen maantiede tekee siitä planeettamaisen. Yksi asia, jota ei kuitenkaan väitetä, on kuutojen määrä Pluton ympärillä . Plutolla on viisi tunnettua kuuta, joista suurin osa löydettiin, kun New Horizons oli kehitteillä tai matkalla kääpiö planeetalle.
Monilla asteroideilla on myös kuita. Nämä pienet maailmat lentävät joskus lähellä maapalloa, ja kuut ilmestyvät tutkan avulla havaintoihin. Muutamia kuuluisia esimerkkejä kuun sisältävistä asteroidista ovat 4 Vesta (jossa vieraili NASA: n Dawn-operaatio), 243 Ida, 433 Eros ja 951. Gaspra. On myös esimerkkejä renkailla varustetuista asteroidista, kuten 10199 Chariklo ja 2060 Chiron.
Monilla aurinkokuntamme planeetoilla ja maailmoilla on myös ihmisen tekemiä ”kuita”, etenkin Marsin ympäristössä – missä useita koettimia kiertää planeettaa kiertämällä pintaa ja ympäristöä. Planeetat Mercury, Venus, Mars , Jupiterilla ja Saturnuksella oli keinotekoisia satelliitteja, jotka tarkkailivat niitä jossain historian vaiheessa.Muilla esineillä oli myös keinotekoisia satelliitteja, kuten komeetta 67P / Churyumov – Gerasimenko (vieraili Euroopan avaruusjärjestön Rosettan lähetystyössä) tai Vesta ja Ceres (molemmat NASAn Dawn-operaation luona.) Teknisesti Apollo-tehtävien aikana ihmiset lentivät keinotekoisina ”kuuina (avaruusaluksina) oman kuun ympärillä vuosina 1968 ja 1972. NASA saattaa jopa rakentaa” Deep Space Gateway ”-avaruusaseman lähellä kuu tulevina vuosikymmeninä, kuten la ihmiskunnan Mars-operaatioiden kääntymispaikka.
”Avatar” -elokuvan (2009) fanit muistavat, että ihmiset vierailivat Pandorassa, Polyphemoksen-nimisen kaasujätteen asuttavassa kuussa. Emme vielä tiedä, onko eksoplaneetoille kuita, mutta epäilemme – ottaen huomioon, että aurinkokunnan planeetoilla on niin paljon kuita – että myös eksoplaneettoilla on kuita. Vuonna 2014 tutkijat havaitsivat objektin, joka voidaan tulkita eksoplaneetta, joka kiertää eksoplaneetta, mutta havaintoa ei voida toistaa, koska se tapahtui kohteen liikkuessa tähden edessä.