Assim como os assentos em um teatro permitempara ter uma visão diferente, as diferentes órbitas dos satélites dão perspectiva, cada uma com um propósito diferente. Alguns parecem pairar sobre um ponto na superfície, eles fornecem uma visão constante de um lado da Terra, enquanto outros circundam nosso planeta, percorrendo muitos lugares em um dia.
Quão alto voam os satélites?Existem 3 tipos de órbitas próximas à Terra: alta, média e baixa. No alto, mais distante da superfície, via de regra, existem muitos satélites meteorológicos e alguns satélites de comunicação. Os satélites girando na órbita média da Terra incluem navegação e satélites especiais projetados para monitorar uma região específica. A maioria das espaçonaves científicas, incluindo a frota do Sistema de Observação da Terra da NASA, estão em órbita baixa.
A que altitude os satélites voam dependea velocidade de seu movimento. Conforme você se aproxima da Terra, a gravidade se torna mais forte e o movimento acelera. Por exemplo, o satélite Aqua da NASA leva cerca de 99 minutos para voar ao redor de nosso planeta a uma altitude de cerca de 705 km, enquanto um aparato meteorológico localizado a 35.786 km da superfície leva 23 horas, 56 minutos e 4 segundos. A uma distância de 384.403 km do centro da Terra, a Lua completa uma revolução em 28 dias.
Mudar a altitude do satélite também mudavelocidade orbital. Há um paradoxo aqui. Se o operador de satélite deseja aumentar sua velocidade, ele não pode simplesmente ligar os motores para acelerar. Isso aumentará a órbita (e altitude), o que diminuirá a velocidade. Em vez disso, os motores devem ser ligados na direção oposta à direção do movimento do satélite, ou seja, executar uma ação que tornaria um veículo em movimento lento na Terra. Isso o moverá para baixo, o que aumentará a velocidade.
Além da altitude, o caminho do satélitecaracterizado por excentricidade e inclinação. O primeiro está relacionado ao formato da órbita. Um satélite com baixa excentricidade se move ao longo de uma trajetória próxima a circular. A órbita excêntrica é elíptica. A distância da espaçonave à Terra depende de sua posição.
Inclinação é o ângulo da órbita em relação aequador. Um satélite que orbita diretamente sobre o equador tem inclinação zero. Se a espaçonave passar pelos pólos norte e sul (geográficos em vez de magnéticos), ela se inclina 90 °.
Juntos - altura, excentricidade e inclinação - determinam o movimento do satélite e como a Terra será vista de sua perspectiva.
Quando o satélite atinge exatamente 42164 km do centroTerra (a cerca de 36 mil km da superfície), entra na zona onde sua órbita corresponde à rotação do nosso planeta. Como a espaçonave se move na mesma velocidade da Terra, ou seja, seu período orbital é de 24 horas, parece que ela permanece acima de uma única longitude, embora possa se deslocar de norte para sul. Essa órbita alta especial é chamada de geossíncrona.
O satélite se move em uma órbita circular diretamente acima do equador (excentricidade e inclinação são zero) e permanece parado em relação à Terra. Ele está sempre localizado acima do mesmo ponto em sua superfície.
Órbita geoestacionária é extremamente valiosa paramonitorar o tempo, já que os satélites nele fornecem uma visão geral constante da mesma área da superfície. A cada poucos minutos, instrumentos meteorológicos como o GOES fornecem informações sobre nuvens, vapor d'água e ventos, e esse fluxo constante de informações serve de base para o monitoramento e a previsão do tempo.
Além disso, os veículos geoestacionários podem serútil para comunicação (telefonia, televisão, rádio). Os satélites GOES fornecem um farol de busca e resgate usado para ajudar a localizar navios e aeronaves em perigo.
Finalmente, muitos dos satélites em órbita elevada da Terra monitoram a atividade solar e rastreiam o campo magnético e os níveis de radiação.
A força centrípeta F atua no satélitec= (M1v2) / R e gravidade Ft= (GM1M2) / R2... Uma vez que essas forças são as mesmas, podemos equalizar os lados direitos e reduzi-los pela massa M1... O resultado é a igualdade v2= (GM2) / R. Daí a velocidade do movimento v = ((GM2) / R)1/2
Como a órbita geoestacionária é um círculo 2πr, a velocidade orbital é v = 2πR / T.
Daí R3= T2GM / (4π2).
Uma vez que T = 8,64x104s, G = 6,673x10-11 N m2/ kg2, M = 5,98x1024 kg, então R = 4,23x107 m. Se você subtrair de R o raio da Terra, igual a 6,38x106 m, você pode descobrir a que altura os satélites voam sobre um ponto da superfície - 3,59x107 m.
Outras órbitas notáveis são os pontosLagrange, onde a gravidade da Terra é compensada pela gravidade do Sol. Tudo o que existe é igualmente atraído por esses corpos celestes e gira com nosso planeta em torno da estrela.
Dos cinco pontos de Lagrange no sistema Sol-Terraapenas os dois últimos, chamados L4 e L5, são estáveis. No resto, o satélite é como uma bola se equilibrando no topo de uma colina íngreme: qualquer ligeiro distúrbio o empurrará para fora. Para permanecer em um estado de equilíbrio, as espaçonaves precisam de ajustes constantes. Nos dois últimos pontos de Lagrange, os satélites são como uma bola dentro de uma bola: mesmo depois de uma forte indignação, eles vão voltar.
L1 está localizado entre a Terra e o Sol, permitindoos satélites nele, têm uma visão constante de nossa estrela. O Observatório Solar SOHO, satélite da NASA e da Agência Espacial Europeia, monitora o Sol desde o primeiro ponto de Lagrange, a 1,5 milhão de km do nosso planeta.
L2 está localizado à mesma distância da Terra, masestá atrás dela. Os satélites neste local precisam apenas de um escudo térmico para se proteger da luz e do calor do sol. Este é um bom local para telescópios espaciais usados para estudar a natureza do universo, observando o fundo da radiação de microondas.
O terceiro ponto de Lagrange é oposto à Terrado outro lado do Sol, de modo que a estrela está sempre entre ele e nosso planeta. O satélite nesta posição não será capaz de se comunicar com a Terra.
O quarto e o quinto pontos de Lagrange são extremamente estáveis na trajetória orbital do nosso planeta 60 ° à frente e atrás da Terra.
Mais perto da Terra, os satélites se movem mais rápido. Existem duas órbitas intermediárias da Terra: semissíncronas e "Relâmpago".
A que altitude os satélites voamórbita semissíncrona? É quase circular (baixa excentricidade) e está a 26.560 km do centro da Terra (cerca de 20.200 km acima da superfície). O satélite nesta altura dá uma volta completa em 12 horas. Conforme se move, a Terra gira abaixo dele. Em 24 horas, ele cruza 2 pontos idênticos no equador. Esta órbita é consistente e altamente previsível. Usado pelo Sistema de Posicionamento Global GPS.
Órbita "Relâmpago" (inclinação 63,4 °) usadopara observação em altas latitudes. Os satélites geoestacionários estão ancorados no equador, portanto não são adequados para regiões distantes do norte ou do sul. Esta órbita é bastante excêntrica: a espaçonave se move em uma elipse alongada com a Terra perto de uma borda. Como o satélite é acelerado pela gravidade, ele se move muito rapidamente quando está perto de nosso planeta. Ao se afastar, sua velocidade diminui, por isso fica mais tempo no topo da órbita, na borda mais distante da Terra, cuja distância pode chegar a 40 mil km. O período orbital é de 12 horas, mas o satélite passa cerca de dois terços desse tempo em um hemisfério. Como uma órbita semissíncrona, o satélite viaja no mesmo caminho a cada 24 horas e é usado para comunicação no extremo norte ou sul.
A maioria dos satélites científicos, muitosas estações meteorológicas e espaciais estão em órbita terrestre baixa quase circular. Sua inclinação depende do que estão monitorando. O TRMM foi lançado para monitorar as chuvas nos trópicos, por isso tem uma inclinação relativamente baixa (35 °), embora permaneça próximo ao equador.
Muitos dos satélites de observação da NASA têmuma órbita quase polar, altamente inclinada. A espaçonave se move ao redor da Terra de pólo a pólo com um período de 99 minutos. Metade do tempo ele passa sobre o lado diurno de nosso planeta e, no pólo, passa para o lado noturno.
Conforme o satélite se move, a Terra gira abaixo dele.No momento em que a espaçonave entra na área iluminada, ela está acima da área adjacente à zona de sua última órbita. Em um período de 24 horas, os satélites polares cobrem a maior parte da Terra duas vezes: uma durante o dia e outra à noite.
Assim como os satélites geossíncronos devempor estar acima do equador, o que lhes permite ficar acima de um ponto, as órbitas polares têm a capacidade de ficar ao mesmo tempo. Sua órbita é sincronizada com o Sol - quando a espaçonave cruza o equador, a hora solar local é sempre a mesma. Por exemplo, o satélite Terra cruza o Brasil sempre às 10h30. A próxima travessia após 99 minutos sobre o Equador ou a Colômbia também ocorre às 10h30, horário local.
Uma órbita sincronizada com o sol é essencial para a ciência,uma vez que permite manter o ângulo de incidência da luz solar na superfície da Terra, embora mude dependendo da estação. Essa consistência significa que os cientistas podem comparar imagens de nosso planeta na mesma época do ano ao longo de vários anos, sem se preocupar com saltos muito grandes na iluminação que poderiam criar a ilusão de mudança. Sem uma órbita sincronizada com o sol, seria difícil rastreá-los ao longo do tempo e reunir as informações necessárias para estudar as mudanças climáticas.
O caminho do satélite é muito limitado aqui.Se estiver a uma altitude de 100 km, a órbita deve ter uma inclinação de 96 °. Qualquer desvio será inaceitável. Visto que o arrasto atmosférico e a atração gravitacional do Sol e da Lua alteram a órbita da nave, ele precisa ser ajustado regularmente.
O lançamento de um satélite requer energia, a quantidadeque depende da localização do local de lançamento, da altura e inclinação da trajetória futura de seu movimento. É preciso mais energia para alcançar uma órbita distante. Os satélites com uma inclinação significativa (por exemplo, os polares) consomem mais energia do que aqueles que circulam sobre o equador. O lançamento em órbita com baixa inclinação é auxiliado pela rotação da Terra. A Estação Espacial Internacional está se movendo em um ângulo de 51,6397 °. Isso é necessário para facilitar o alcance dos ônibus espaciais e foguetes russos. Altitude da ISS - 337-430 km. Os satélites polares, por outro lado, não recebem ajuda do impulso da Terra, por isso precisam de mais energia para escalar a mesma distância.
Depois de lançar o satélite, você deve anexaresforços para mantê-lo em uma determinada órbita. Como a Terra não é uma esfera perfeita, sua gravidade é mais forte em alguns lugares. Essa irregularidade, junto com a atração gravitacional do Sol, da Lua e de Júpiter (o planeta mais massivo do Sistema Solar), altera a inclinação da órbita. Os satélites GOES foram corrigidos três ou quatro vezes ao longo de sua vida. Os LEOs da NASA devem ajustar sua inclinação anualmente.
Além disso, os satélites próximos à Terra sãoatmosfera de impacto. As camadas superiores, embora esparsas o suficiente, oferecem resistência suficiente para puxá-los para mais perto da Terra. A ação da gravidade faz com que os satélites acelerem. Com o tempo, eles queimam, espiralando mais e mais rápido na atmosfera, ou caem na Terra.
A resistência atmosférica é mais forte quando o Solativamente. Assim como o ar em um balão de ar quente se expande e sobe quando aquece, a atmosfera sobe e se expande quando o sol lhe dá energia extra. As camadas mais finas da atmosfera sobem e as mais densas tomam seu lugar. Portanto, os satélites na órbita da Terra devem mudar de posição cerca de quatro vezes por ano para compensar o arrasto atmosférico. Quando a atividade solar está em seu máximo, a posição do aparelho deve ser corrigida a cada 2-3 semanas.
A terceira razão que obriga a mudar a órbita édetritos espaciais. Um dos satélites de comunicação Iridium colidiu com uma espaçonave russa que não estava funcionando. Eles se estilhaçaram, formando uma nuvem de destroços com mais de 2.500 peças. Cada elemento foi adicionado ao banco de dados, que hoje possui mais de 18.000 objetos feitos pelo homem.
A NASA monitora cuidadosamente tudo o que pode estar no caminho dos satélites, uma vez que os detritos espaciais já tiveram que mudar de órbita várias vezes.
Rastreamento de engenheiros do Mission Control Centera posição dos detritos espaciais e dos satélites que podem interferir no movimento e planejar cuidadosamente as manobras evasivas conforme necessário. A mesma equipe planeja e executa manobras para ajustar a inclinação e a altura do satélite.
