Какой спутник у земли: Космос: Наука и техника: Lenta.ru

От секунды до года: 2. Искусственные спутники Земли

Масштабы: времена > От секунды до года

g ≈ 10 м/с² — ускорение свободного падения,
R — радиус Земли

Подавляющее большинство космических аппаратов — это искусственные спутники Земли. Они движутся по круговой или вытянутой орбите вокруг Земли на высоте от сотен до тысяч километров (интересующиеся этой темой могут посмотреть спутники в реальном времени на Google Earth). Поэтому длину их траектории можно принять примерно равной длине земной окружности — 40 тыс. км. Для того чтобы удержаться на круговой орбите, спутники движутся с первой космической скоростью — она составляет примерно 7,9 км/с. Отсюда получаем период обращения спутника на низкой околоземной орбите:

T  =   40 000 км   ≈ 5000 с ≈ полтора часа. 8 км/с

Самый крупный искусственный спутник — Международная космическая станция, МКС, — очень хорошо видна на темном вечернем или утреннем небе. Когда на Земле уже наступили сумерки, а МКС еще освещена Солнцем, она предстает внимательному наблюдателю в виде яркой немигающей белой звездочки, быстро перемещающейся по небу.

Такое может быть только тогда, когда траектория МКС проходит географически близко к наблюдателю. Высота орбиты МКС составляет 330 км, а значит, для достаточно близкого наблюдателя она будет хорошо видна на протяжении примерно одной-двух тысяч километров своей траектории. Поэтому наблюдатель увидит ее проход по небу примерно за

Так что, если вы, вооружившись точным временем пролета МКС над вашим домом, решили ее пронаблюдать, помните — вам на это зрелище дается от силы несколько минут!

Кстати, с непривычки МКС можно спутать и с ярко освещенным самолетом, ведь он тоже выглядит перемещающейся по небу звездочкой. Что самое забавное, скорости перемещения по небу для них примерно равны. Хотя МКС летит примерно в 30 раз быстрее самолета, ее орбита проходит в 30 раз выше траектории самолета, так что угловые скорости их движения совпадают для наземного наблюдателя. Это просто совпадение, никакого глубокого физического смысла за ним не стоит.

Эхо землетрясений

Семь с половиной порядков

Написать комментарий

Нобелевская премия по физике — 2022

08.10 • Алексей Левин

В данных LHC проступают новые намеки на отклонения от Стандартной модели

30.09 • Игорь Иванов

Климатическая повестка проникает и в физику элементарных частиц

12.09 • Игорь Иванов

Впервые получено указание на «внутреннее очарование» в протоне

30.08 • Игорь Иванов

Все новости физики

Проект 5. Скоростной спутник Земли

Первая космическая скорость

Прежде чем приступить к обсуждению проекта барона, вспомним, что такое первая и вторая космические скорости. Для того чтобы заранее предвосхитить все возможные недоумения учащихся представим наши рассуждения в форме воображаемого диалога Автора с Читателем.

Автор: Как вы считаете, можно ли неограниченно долго падать на Землю и при этом… не упасть на нее?

Читатель: Думаю, нет. В конце концов, всё, что падает, упадет.

Автор: А как же искусственные спутники Земли? Они ведь всё время находятся в свободном падении.

Читатель: Спутники? Но они же вращаются вокруг Земли, а не падают на нее!

Автор: Под падением я понимаю движение под действием одной-единственной силы — силы тяжести. А на спутник с выключенными двигателями никакие другие силы как раз и не действуют. Так что движение спутника — это типичное свободное падение.

Читатель: Тогда я не понимаю, как же спутникам удается удержаться на орбите…

Автор: Вас удивляет, что сила тяжести тянет спутник к центру Земли, а он движется по окружности? А посмотрите на шарик, который вращают на нити в горизонтальной плоскости (рис.  5.1): сила натяжения нити всё время направлена к центру окружности, а шарик движется по окружности.

На спутник же вместо силы натяжения нити действует сила тяжести (рис. 5.2).

Чтобы было понятнее, проведем такой мысленный эксперимент. Поднимемся на очень высокую башню — высотой километров эдак в сто (на этой высоте сила сопротивления воздуха уже практически отсутствует) — и будем бросать с башни камешки, как показано на рис. 5.3. Чем с большей скоростью мы бросим камешек, тем дальше упадет он от основания башни. Наконец, при какой-то определенной скорости он вообще не упадет на землю, а вернется к нам с противоположной стороны.

Тут необходима осторожность: учитывая, что скорость такого камешка должна быть раз в 10 больше скорости артиллерийского снаряда, то последствия могут быть… сами понимаете. А скорость такого камешка как раз и называется первой космической. Сформулируем это четче.

Первой космической скоростью называется скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно стало спутником Земли и двигалось по круговой орбите на небольшой по сравнению с радиусом Земли высоте.

Давайте сразу и вычислим первую космическую скорость х_I. Так как тело находится на небольшой высоте h R, то ускорение свободного падения будем считать равным g = 9,8 м/с². Единственная сила, которая действует на тело, движущееся по круговой орбите вокруг Земли — это сила тяжести . Она-то и сообщает телу центростремительное ускорение , где R — радиус Земли.

По второму закону Ньютона:

Подставим численные значения (R = 6,400·10⁶ м, g = 9,8 м/с²), получим:

Запомним: первая космическая скорость х_I = 7,9 км/с.

Заметим, что по формуле (5.1) можно вычислить первую космическую скорость не только для Земли, но и для любой другой планеты.

Читатель: А если камешку на рис. 5.3 сообщить скорость х > 7,9 км/с?

Автор: При скорости, большей первой космической, траектория камешка (или космической станции) из окружности превратится в эллипс, который по мере увеличения скорости будет становиться всё более вытянутым (рис.  5.4). Наконец, при скорости х = 11,2 км/с, которую называют второй космической, траектория тела из эллипса превратится в параболу и тело навсегда покинет пределы земного тяготения.

Идея скоростного спутника

Теперь об идее барона. Скорость, с которой его спутник вращается вокруг Земли — 30 км/c — значительно больше первой космической скорости, которая, как мы с вами выяснили, составляет всего 7,9 км/c! Но у спутника барона, как видно из рисунка на плакате, имеется двигатель, который выбрасывает реактивную струю в направлении от центра орбиты! Этот двигатель создает дополнительную силу, которая теперь вместе с силой тяготения сообщает спутнику центростремительное ускорение. Иными словами, центростремительная сила увеличилась на величину силы тяги реактивного двигателя, а, значит, увеличилось и центростремительное ускорение. Теперь второй закон Ньютона для спутника будет иметь вид:

где f — реактивная сила, х — скорость спутника, R — радиус орбиты, m — масса спутника, а g — ускорение свободного падения (рис.  5.5).

Из формулы (5.2) ясно, что, увеличивая реактивную силу f, мы можем увеличивать скорость вращения спутника х. Теоретически нам никто не мешает сделать реактивную силу сколь угодно большой, а значит и скорость обращения спутника можно теоретически неограниченно увеличивать вплоть до скорости света. Проблемы начинаются там, где мы от теории переходим к практике.

Сначала ответим на возражение Профессора. Он опасается, что, поскольку скорость спутника превышает не только первую, но и вторую космическую, то наш спутник удалится от Земли на бесконечное расстояние. Профессор просто забыл, что это справедливо только для небесного тела — то есть спутника, не имеющего никаких двигателей. Наличие двигателя всё принципиально меняет. С двигателем можно улететь с Земли с любой, даже очень маленькой скоростью (если не жалко горючего), а можно и не улететь от нее далеко, двигаясь очень быстро!

Так что возражение Профессора мы не принимаем.

Теперь остановимся на возражении Инженера: почему не увеличивается скорость, если работает двигатель? То есть почему не увеличивается скорость, если на спутник действует сила?

Тут уместен контрвопрос: а почему не увеличивается скорость спутника, который движется вокруг Земли по круговой орбите с первой космической скоростью (см. рис. 5.2)? На него ведь тоже действует сила тяготения. А почему не увеличивается скорость шарика, который мы раскручиваем на веревке (см. рис. 5.1)? На него ведь тоже действует сила натяжения нити!

Дело в том, что все эти силы направлены перпендикулярно к направлению скорости, поэтому они не совершают механической работы: угол, который составляет каждая из этих сил с вектором малого перемещения, равен 90°, поэтому работа всех этих сил равна: А = F·Δs·cos90° = 0. И все эти силы «занимаются» не увеличением величины скорости тела, а изменением направления скорости.

Можно спросить: на что же тогда тратится энергия топлива, ведь она же не может исчезнуть? Увы, она тратится довольно расточительно — на увеличение внутренней энергии продуктов сгорания топлива.

Самый неприятный для барона вопрос задал Бизнесмен: «А сколько потребуется горючего?»

Не будем огорчать барона: очень много, лучше даже не рассчитывать, чтобы не расстраиваться. Двигатель должен работать на полную мощность постоянно, а ведь топливо еще надо доставить на орбиту! Правда, барон ничего не сказал о конструкции своего двигателя. Может быть, он уже научился черпать энергию «из физического вакуума», как предлагают некоторые современные изобретатели? Тогда другое дело!

Лучше сделаем другую оценку. Вычислим, какую перегрузку будет испытывать барон, если он окажется внутри собственного спутника. То есть вычислим, во сколько раз вес барона в спутнике будет больше его веса на Земле.

Заметим, что в спутнике барона невесомости нет — что, конечно, хорошо, если вес не слишком велик, и очень плохо, если вес становится слишком большим!

Итак, пусть наш барон имеет массу 100 кг и движется в своем спутнике по орбите радиусом 6400 км, то есть на околоземной орбите. Тогда ускорение свободного падения равно g = 9,8 м/с² (рис. 5.6). Скорость спутника v = 30 км/с.

На барона действуют две силы: сила реакции со стороны пола и сила тяготения. Запишем второй закон Ньютона в проекции на направление нормали :

, отсюда:

Ясно, что по третьему закону Ньютона с точно такой же по величине силой барон будет давить на пол:

Р = N = 1300 кгс.

В то же время на Земле вес барона, имеющего массу 100 кг, равен 100 кгс. Таким образом, вес барона в спутнике увеличится в 13 раз!

В истории космонавтики были случаи, когда в течение нескольких секунд космонавты выдерживали подобные перегрузки и при этом оставались живы. Но наш барон человек исключительной физической силы, поэтому, возможно, он выдержит несколько минут такого полета. Хотя, честно говоря, лучше бы сбросить скорость хотя бы до 20 километров в секунду: амбиции амбициями, а жизнь всё-таки дороже!

Далее: Проект 6. Перевернутый небоскреб

спутник Земли | Определение и факты

Sputnik 1

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Вернер фон Браун
Цянь Сюэсэнь
Уильям Хейворд Пикеринг
Валентин Петрович Глушко

Похожие темы:

спутник солнечной энергии ветра
Телстар
Спутник науки и техники
Космос
Ландсат

Посмотреть весь связанный контент →

Разобраться в функционировании искусственных спутников, проблеме перенаселенности и о том, как космический мусор представляет угрозу космическим путешествиям

Посмотреть все видео к этой статье

Спутник Земли , также называемый искусственный спутник , искусственный объект выведен на временную или постоянную орбиту вокруг Земли. Космический корабль этого типа может быть как с экипажем, так и без экипажа, причем последний вариант является наиболее распространенным.

Идея искусственного спутника в орбитальном полете была впервые предложена сэром Исааком Ньютоном в его книге Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687). Он указал, что пушечное ядро, выпущенное с достаточной скоростью с вершины горы в направлении, параллельном горизонту, прежде чем упасть, пролетит вокруг Земли. Хотя объект будет стремиться упасть к поверхности Земли из-за силы гравитации, его импульс заставит его опускаться по изогнутой траектории. Большая скорость вывела бы его на стабильную орбиту, как у Луны, или вообще отвела бы его от Земли.

Викторина «Британника»

Космос: правда или вымысел?

Марс и Млечный Путь больше, чем просто шоколадные батончики! Узнайте, насколько больше вы знаете о космосе, с помощью этого теста.

4 октября 1957 года, почти через три столетия после того, как Ньютон выдвинул свою теорию, Советский Союз запустил первый спутник Земли, «Спутник-1». Мир. Соединенные Штаты вывели на орбиту свой первый спутник «Эксплорер-1» три месяца спустя (31 января 19 г.58). Исследователь, хотя и намного меньше, чем спутник, был оснащен инструментами для обнаружения радиации и обнаружил самый внутренний из двух радиационных поясов Ван Аллена, зону электрически заряженных солнечных частиц, окружающую Землю.

С момента этих первоначальных усилий более 70 различных стран вывели на орбиту более 5000 спутников Земли. По состоянию на 2017 год на орбите находится более 2000 спутников, большинство из которых принадлежат России или США. Спутники сильно различаются по размеру и конструкции: от небольших «пикоспутников» весом менее килограмма до Международной космической станции, космической лаборатории, которая является домом для шести астронавтов и имеет массу более 400 тонн. Они одинаково разнообразны по функциям. Научные спутники в основном используются для сбора данных о поверхности и атмосфере Земли, а также для астрономических наблюдений. Метеорологические спутники передают фотографии облачности и измерения других метеорологических условий, которые помогают в прогнозировании погоды, в то время как спутники связи передают телефонные звонки, радио- и телевизионные программы и обмен данными между отдаленными частями мира. Навигационные спутники позволяют экипажам океанских судов и самолетов определять местоположение своих судов в любую погоду. Некоторые спутники имеют явно военное применение, такое как разведка и наблюдение.

Спутники можно размещать на любом количестве различных орбит. Конкретный выбранный путь во многом определяется функцией космического корабля. Например, большинство метеорологических и разведывательных спутников запускаются на полярную орбиту, на которой полярная ось Земли представляет собой линию на плоскости орбиты. Поскольку Земля вращается под полярно-орбитальными спутниками, они проходят над всей ее поверхностью в течение заданного периода времени, обеспечивая полное глобальное покрытие. Спутники связи, с другой стороны, обычно размещаются на экваториальной орбите, что позволяет им облетать наиболее густонаселенные районы Земли с запада на восток. Кроме того, спутники связи, составляющие сеть или систему, почти всегда запускаются на расстояние 22 300 миль (35,890 км) над Землей. На этой высоте движение спутника синхронизируется с вращением Земли, в результате чего корабль остается неподвижным в одном месте. При правильном расположении три спутника связи, движущиеся по такой геосинхронной орбите, могут передавать сигналы между станциями по всему миру. ( См. также космический аппарат; исследование космоса.)

Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена ​​Эриком Грегерсеном.

Сейчас в полете | НЕДИС

NOAA владеет или управляет в общей сложности 16 спутниками.

NOAA владеет и управляет десятью спутниками , включая:

• Пять геостационарных (GOES-14, -15, -16, -17 и -18)
• Четыре полярно-орбитальных (NOAA-15, -18, -19 и -20)
• Один спутник дальнего космоса (DSCOVR)

NOAA эксплуатирует, но не владеет, шесть спутников, в том числе:

• АЭС Суоми (принадлежит НАСА)
• Джейсон-3 (принадлежит CNES)
• Три спутника оборонной метеорологической спутниковой программы (DMSP) (F-16, F-17, F-19)
• EWS-G1 (принадлежит ВВС, ранее GOES-13)

Наши спутники

Геостационные спутники

Миссия GOES

Совместная полярная спутниковая система/NOAA-20

Миссия JPSS