Satellit

Billede af Sputnik 1 , den første kunstige satellit i rummet

En satellit (fra de latinske satellitter "ledsager, livvagt"), tidligere også en kunstig måne , er et kunstigt rumfartøj i rumfart, der kredser om et himmellegeme i en elliptisk eller cirkulær bane til videnskabelige , kommercielle eller militære formål.

Om konceptet med jordens satellit

Satellitter er i forlængelse heraf alle astronomiske objekter, som et himmellegeme - en stjerne , planet eller måne eller andet - kredser om.

Kunstige enheder, der kredser om jorden, kaldes specifikt jordsatellitter på tysk . Kunstige satellitter, der kredser og udforsker et andet organ end jorden, omtales derimod som kredsløb , hvorved et missil, der kredser om solen, undertiden også kaldes en "solsatellit". I modsætning hertil er der de naturlige satellitter på planeter, som også er kendt som måner eller satellitter og - ligesom jordens måne - behandles separat, såvel som de naturlige satellitter / satellitter af stjernerne, planeter, asteroider og andre. Kunstige satellitter, der kommer fra en park, der kredser rundt om jorden i interplanetarisk rum, kan kaldes "kunstige planetoider ", vi taler om rumprober . Dette inkluderer naturligvis også dem, der derefter går ind i kredsløb som kredsløb ved målet.

Missiler kaldes kun satellitter, når de kredser om jorden i rummet . En satellit mangler - selv efter at den har nået sin karrierevej - et selvdriftssystem, der adskiller den fra et rumskib . Enkle bremseraketter, der fører til et kontrolleret styrt, er i teknisk forstand ikke nok til at gøre en satellit til et rumskib.

historie

Efter den vellykkede lancering af Explorer 1 holder projektlederne en model op: William H. Pickering , James A. Van Allen og Wernher von Braun

I 1955 bestilte USAs præsident Eisenhower udviklingen af en amerikansk jordsatellit, hvorefter Sovjetunionen annoncerede et lignende projekt fire dage senere af propagandagrundlag. Ikke desto mindre overraskede den vellykkede opsendelse af den sovjetiske Sputnik 1 -satellit den 4. oktober 1957 (19:28 GMT, 5. oktober, lokal tid) verdens offentlighed og førte til et reelt Sputnik -chok i Vesten . Sputniks radiosignaler angav i kodet form, om satellitten var blevet ramt af stof. Den første amerikanske amerikanske satellit Explorer 1 fulgte den 1. februar 1958 og fremlagde bevis for Van Allen -strålingsbæltet i begyndelsen af udforskningen af ionosfæren . Alligevel var udviklingen af satellitter påvirket af den kolde krig i lang tid .

Inden for international telekommunikation har kommunikationssatellitter siden 1970'erne reduceret betydningen af andre dataforbindelser, såsom det transatlantiske telefonkabel . Jordobservation og vejrsatellitter blev lige så vigtige , mens forskningssatellitter for astronomi , geodesi og kartografi var blevet udviklet allerede i 1960'erne .

Beesat -satellit fra det tekniske universitet i Berlin , 2009

Det Forenede Nationers kontor for ydre rum har opretholdt et indeks (indeks af objekter Lanceret i det ydre rum) af alle satellitter lanceret i rummet siden 1962.

Ifølge den amerikanske amerikanske NASA var der omkring 1950 kunstige genstande i rummet den 31. maj 1969 , hvoraf 1.888 kredsede om jorden, 17 var i en ellipse rundt om jorden og 38 var i en bane omkring solen. Ud over udbrændte raketstadier og andre objekter var der 394 jordsatellitter og rumsonder på rapporteringsdatoen , heraf 289 fra USA, 83 fra Sovjetunionen, 5 franskmænd, 3 canadiske, 2 briter og 3 fra den europæiske Rumforskningsorganisation .

I 2016 var antallet af kendte aktive satellitter allerede over 1.400. Desuden er der flere tusinde andre kunstige objekter (nedlagte satellitter, dele af raketter og andre rumrester ) i kredsløb: I 1996, ifølge ESA -data, omkring 8.500 stykker af "rumrester" findes. (fra ca. 10 cm størrelse). I 2009 Joint Space Operations Center i den USA Strategic Command vidste af over 18.500 menneskeskabte himmellegemer.

På trods af det store antal er kollisioner yderst sjældne. Den første kendte kollision mellem en aktiv satellit med en nedlagt objekt fandt sted den 10. februar 2009: Den russiske satellit Kosmos 2251 , som havde været i rummet siden 1993 og sandsynligvis ude af drift siden 1999, kolliderede med kommunikationen satellit Iridium 33 fra den Det amerikanske firma Iridium Satellite . Begge satellitter blev fuldstændig ødelagt. Den 22. januar 2013 blev den russiske lille satellit BLITS (NORAD 35871) ubrugelig efter at have kollideret med fragmenter af Fengyun-1C- satellitten, som blev ødelagt af et kinesisk antisatellitmissil i 2007 og blev smidt ud af sin bane. Den 23. maj 2013 fik affald fra en russisk raket NEE-01 Pegaso- satellitten til at tumle ukontrollabelt, hvilket fik den til at gå ud af kontrol.

opgaver

Afhængigt af satellitens opgave skelnes der mellem følgende typer:

Jordobservationssatellitter kan levere billeder og målinger til forskellige formål, såsom vejr- og spionsatellitter . Du arbejder med forskellige teknikker, for eksempel med radar ( radarsatellitter ), infrarød , scanningsmetoder, sensorer eller fotografering . Ofte registreres forskellige bølgelængder på samme tid ( multispektral ).
Kommunikationssatellitter opfylder kommercielle opgaver, mens amatørradiosatellitter bruges til private formål, se også satellitkommunikation .
Radiosatellitter sender radio- og fjernsynsprogrammer direkte til seerne, så terrestriske broadcast- og kabelnetværk kan undværes.
Navigationssatellitter muliggør global position og tidsbestemmelse og endda automatisk kontrol af køretøjer.
Geodetiske satellitter bruges til at måle jordens form og jordens tyngdekraftsfelt . I dag kan du opnå nøjagtigheder i området mm til cm.
Astrometriske satellitter måler stjernernes position og korrekte bevægelse, hovedsageligt til videnskabelige formål.
Forskningssatellitter tjener rent videnskabelige formål, f.eks. B. Mikrogravitationsforsøg . Mange astrometri og nogle jordobservationssatellitter falder i denne kategori, ligesom de fleste rumteleskoper .
Rumstationer er også jordsatellitter, der primært tjener videnskabelige formål.
Militære satellitter bruges til overvågning, forsvar og andre militære formål. Særligt bør nævnes her
- Spion satellitter til spionage på stater, hær og skibsbevægelser samt til overvågning af våbenbegrænsningsaftaler. De drives af militære myndigheder og hemmelige tjenester. Projekterne og de fastlagte data er ofte tophemmelige.
- Killer -satellitter er en særlig militær applikation til at ødelægge fjendtlige missiler.

Hvilken satellitbane der er bedst egnet i hvert enkelt tilfælde afhænger af opgaverne. Observationssatellitter skal flyve så lavt som muligt. Spion -satellites kredsløb er undertiden så lav, at friktionen i atmosfæren begrænser deres levetid til et par måneder.

Derimod får kommunikationssatellitter de højest mulige baner, så de kan dække store områder. Hvis de skal stå stille over et punkt på jordens ækvator, skal de gå i kredsløb om jorden i en geosynkron bane i en højde af omkring 36.000 km i retning af jordens rotation (special case: " geostationær ").

konstruktion

En satellit består hovedsageligt af den videnskabelige, kommercielle eller militære nyttelast samt satellitbussen , som indeholder de strukturer og delsystemer, der er nødvendige for deres drift. Dette består af den primære struktur, som de andre undersystemer er integreret i. Dette inkluderer energiforsyningen ( solceller , akkumulatorer ), temperaturkontrolsystemet , drivsystemet til positions- og positionsstyring (stiekontrol) og indbygget computersystem til styring og datastyring .

Energiforsyningssystem

Satellitten forsynes for det meste med elektricitet (energi) af solceller med understøttelse af akkumulatorer, hvis der er tilstrækkelig lysstyrke i området tæt på jorden, eller af batterier, hvis der kun er planlagt korte brugstider. De betydeligt mindre radioisotopgeneratorer bruges til satellitter, der er længere væk fra solen, og derfor er forsyningen af strålingsenergi for lav .

operation

Efter at satellitten er startet, skal dens fortsatte drift garanteres. Dette omfatter ikke kun indbyggede kontrol- og overvågningssystemer, men også tilsvarende jordstationer (f.eks. Mission Control Center ), der overtager jordstyring, fjernbetjening og evaluering eller levering af data fra satellitterne eller deres nyttelast.

Disse opgaver omfatter:

Hastigheder

For en nær-jord, cirkulær bane gælder den første kosmiske hastighed på v ₁ = 7,9 km / s.

Når man starter i østlig retning, bidrager jordens rotation maksimalt 0,46 km / s til banens hastighed. Jordens rotation udnyttes dog ikke fuldt ud, da missilet sænkes på grund af luftpartikler (vinde), der bevæger sig i andre retninger. En v ₁ på 7,44 km / s kan således være tilstrækkelig for en raket . I vestlig retning ville andelen skulle hæves, hvorfor næsten alle satellitter udsendes i østlig retning. Orbitalhastigheden for polære baner forbliver upåvirket af jordens rotation.

Hvis du vil forlade jordens tyngdefelt , skal satellitten accelereres til den anden kosmiske hastighed på omkring 11,2 km / s. Det svarer til gange den første kosmiske hastighed. ${\ displaystyle {\ sqrt {2}}}$

Observation fra Jorden

Mange større jordsatellitter kan observeres med det blotte øje som lyspunkter, der bevæger sig hen over nattehimlen. Med teleskoper specielt udstyret til solobservation er det også muligt at observere satelliternes passage foran solen. Den ISS , som den største kunstige objekt i kredsløb om Jorden, kan opnå en tilsyneladende lysstyrke på op til -5 mag. Satellitterne i Iridium -systemet kan reflektere sollyset med deres antenneoverflader som et Iridium -blus og derefter kortvarigt opnå en tilsyneladende lysstyrke på op til -8 mag. I modsætning til et fly har en satellit ikke blinkende farvede lys. I nogle af objekterne ændres lysstyrken imidlertid på grund af rotation eller en tumlende bevægelse. Nogle gange er satellitlysrefleksioner fejlagtigt forvekslet med stjerner.

Når det kommer til observation med det blotte øje, er dette normalt kun muligt kort efter solnedgang eller kort før solopgang. Dette skyldes, at satellitten i sin (ikke for) høje bane stadig skal belyses af solen, så den kan ses på jorden (hvor den allerede er / stadig er mørk) foran den mørke himmel; midt om natten flyver den også i skyggen og forbliver usynlig. Banen må heller ikke være for høj, fordi afstanden vil gøre satellitten for lille til at være synlig, selv når den udsættes for stråling.

En satellit kan genkendes ved den høje hastighed, hvormed den bevæger sig hen over himlen; det tager typisk kun et par minutter at flyve helt over den synlige del af himlen.

Et stort objekt som ISS kan være særligt lyst. Men selv det ses sjældent på vores breddegrader. Dette skyldes flere punkter, der også gælder for andre satellitter:

Objektet skal have en tilstrækkeligt skrå bane i forhold til ækvatorialplanet, så det overhovedet trænger ind i vores breddegrader; hvis objektet altid cirkler nøjagtigt over ækvator, kan det kun ses der. Især ISS når kun knap og sjældent vores breddegrader.
Som anført ovenfor skal kredsløbet føre objektet til vores breddegrader på et passende tidspunkt omkring solnedgang eller solopgang. Derfor er der websteder med forhåndsvisninger af datoer, hvornår og til hvilket objekt de næste observationer vil være mulige.
Jo lavere objektets bane er, desto større fremstår den og jo lysere er den synlig, men også kortere er den i det synlige synsfelt og skal ramme sin egen placering mere præcist.
Jo højere objektets kredsløb er, jo mindre og mindre lyst ser det ud, men det er længere og synligt fra et større område.

Spor optagelser af satellitter og raket øvre etaper

Mir ( Satellitkatalognummer 16609 =  COSPAR-betegnelse 1986-017A)
Iridium 58
(25274 = 1998-019C)
Genoptager 1-3 r
(23343 = 1994-074B)
Lacrosse 1 (19671 = 1988-106B) og Cosmos 2263r (22803 = 1993-059B)

Langsigtede optagelser fra geostationære satellitter

Mens stjerner bevæger sig på nattehimlen, er geostationære satellitter altid på samme sted. Sådan fremstår de som punkter på langsigtede optagelser:

Den amerikanske SIGINT- satellit USA 207 (2009-047A, Palladium at Night ) og to civile, kommercielle satellitter (Paksat-1 og HellasSat 2)
SIGINT satellit USA 202 (mentor 4)
Mentor 4 med sin nabo, den civile telekommunikationssatellit Thuraya 2

Transport og kursus

Anvendte symboler:

${\ displaystyle \ gamma}$	:	Gravitationskonstant	=	6.673 · 10 ⁻¹¹ m ³ / kg · s ²
r	:	Bane radius eller afstand mellem massens centre på jorden og kroppen i kredsløb	=	6.378 x 10 ⁶ m
M.	:	Jordens masse	=	5,9722 x 10 ²⁴ kg
m	:	Kroppens masse i kredsløb
v	:	Orbitalhastighed af kroppen i kredsløb

En jordsatellit skal have en så høj omdrejningshastighed, når den opsendes, at dens centrifugalkraft (eller radialkraft ) mindst er lig med dens vægt .

Centrifugalkraften beregnes som følger:

{\ displaystyle F_ {r} = {\ frac {m \ cdot v ^ {2}} {r}} \}

.

Den tyngdekraften beregnes som følger:

{\ displaystyle F_ {G} = \ gamma \ cdot {\ frac {m \ cdot M} {r ^ {2}}} \}

.

Der må være, efter indsættelse: ${\ displaystyle F_ {r} = F_ {G}}$

{\ displaystyle \ \ {\ frac {m \ cdot v ^ {2}} {r}} = \ gamma \ cdot {\ frac {m \ cdot M} {r ^ {2}}} \}

.

Nu kan du se, at kroppens masse på den cirkulære vej ikke har nogen relevans, da den er udeladt i ligningen. Banehastigheden, der kræves for en bestemt bane, afhænger derfor kun af banehøjden:

{\ displaystyle v ^ {2} = {\ frac {\ gamma \ cdot M} {r}} \}

, Det følger: .

{\ displaystyle \ v = {\ sqrt {\ frac {\ gamma \ cdot M} {r}}} \}

Den første kosmiske hastighed eller orbitalhastighed:

Med denne hastighed er det muligt for et legeme at holde denne bane på en cirkulær bane rundt om jorden:

{\ displaystyle v_ {1} = {\ sqrt {\ frac {\ gamma \ cdot M} {r}}} \}

, indsæt resultater

{\ displaystyle v_ {1} = {\ sqrt {\ frac {6 {,} 673 \ cdot 10 ^ {- 11} \, \ mathrm {\ tfrac {m ^ {3}} {kg \, s ^ {2}}} \ cdot 5 {,} 976 \ cdot 10 ^ {24} \, \ mathrm {kg}} {6 {,} 378 \ cdot 10 ^ {6} \, \ mathrm {m}}}} = 7905 {,} 4 \, \ mathrm {\ tfrac {m} {s}} = 28459 {,} 6 \, \ mathrm {\ tfrac {km} {h}} \ ca 7 {,} 9 \, \ mathrm {\ tfrac {km} {s}} \}

.

Med den anden kosmiske hastighed eller flugthastighed kan han forlade jordens tyngdefelt . Det udgør:

{\ displaystyle v_ {2} = v_ {1} \ cdot {\ sqrt {2}} = 11 {,} 18 \, \ mathrm {\ tfrac {km} {s}} \}

.

Transporten i kredsløb sker ved hjælp af raketter , der er designet som step raketter til tekniske og energiske årsager . Satellitten er placeret på den øverste (for det meste tredje) rakettrin og er aerodynamisk forklædt. Det bliver enten skudt direkte ind i kredsløbet eller frigivet af et andet rumfartøj . Så længe raketten fungerer, kører den på det, der er kendt som den "aktive sti". Efter at raketmotorerne brænder ud , følger den "frie flyvesti" (eller den passive vej).

Satellitbaner

En satellits bevægelige bevægelse adlyder lovene i to -kropsproblemet ved himmelsk mekanik - men andre kræfter forårsager orbitale forstyrrelser . Hvis jorden var en nøjagtig kugle uden jordens atmosfære, og hvis der ikke var andre himmellegemer , ville satellitbanen følge en mere eller mindre excentrisk ellipse rundt om jorden i henhold til Keplers love . De orbital fly af jordens satellitter gå gennem jordens centrum og er cirka fikseret i rummet, dvs. uændret i forhold til de faste stjerner , mens jorden roterer nedenfor.

Afhængigt af deres højde er satellitter opdelt i forskellige typer:

GEO (Geostationary Orbit): geostationære satellitter med en højde på omkring 35.790 km. Her er cyklustiden præcis en dag. Disse satellitter er stationære i forhold til jordens overflade. Eksempler: Astra , Eutelsat , Inmarsat , Meteosat osv.
MEO (Medium Earth Orbit): satellitter med en højde på 6.000–36.000 km og en orbitalperiode på 4–24 timer. Eksempler: GPS , GLONASS , Galileo osv.
LEO (Low Earth Orbit): satellitter med en højde på 200–1500 km og en orbitalperiode på 1,5–2 timer. Eksempler: Iridium , Globalstar , GLAST osv.
SSO (Sun Synchronous Orbit): ERS , Landsat , Envisat

På grund af udfladning af jorden og inhomogeniteten af jordoverfladen og jordens tyngdekraftsfelt afviger satellitbanerne fra den ideelle elliptiske form med et par kilometer. Fra observationen af disse afvigelser kan satellitgeodesi bestemme jordens nøjagtige form - geoiden afviger fra den fiktive jordelipsoid med op til 100 m. For disse afvigelser (i en radius på 6357–6378 km kun 0,001%) blev de lidt uheldige udtryk kartoffel og pære formet .

Derudover forårsager jordens atmosfære konstant let bremsning af satellitterne, så kredsløb under en højde på omkring 1000 km spiral tættere på jorden. Den levetid også afhænger af overfladen / masse -forhold og varierer fra et par uger eller år (Leos) til årtusinder (Meos). Yderligere orbitale forstyrrelser skyldes månens tyngdekraft , solens strålingstryk og virkninger i ionosfæren . Satellitbanen skal derfor konstant overvåges og om nødvendigt justeres ( Attitude Determination and Control System ). Når gasforsyningen til korrektionsdyserne er brugt op, forlader satellitten sin bane og er normalt værdiløs.

Se også

litteratur

Michel Capderou: Satellitter - baner og missioner. Springer, Paris 2005, ISBN 2-287-21317-1
Louis J. Ippolito: Satellitkommunikationssystemteknik - atmosfæriske effekter, satellitlinkdesign og systemydelse. Wiley & Sons, Chichester 2008, ISBN 978-0-470-72527-6
R. Bender: Lancering og betjening af satellitter - juridiske spørgsmål. Nijhoff, Dordrecht 1998, ISBN 90-411-0507-7
Bruno Pattan: Satellitsystemer - principper og teknologier. Van Nostrand Reinhold, New York 1993, ISBN 0-442-01357-4
CB Pease: Satellitbilledinstrumenter - principper, teknologier og driftssystemer. Ellis Horwood, New York 1991, ISBN 0-13-638487-0

Weblinks

Himlen ovenover - Beregning af satelliters synlighed (engelsk og andre sprog)
Satellitbanesti - visning i realtid af jordstien for nogle satellitter kræver Java
Realtidssatellitsporing-sporing i realtid for omkring 17.000 satellitter samt 5-dages prognoser for deres synlighed
Satflare 3D- sporing i realtid
Satellitbilleder - kulturelle og naturlige landskaber
Orbitron - Satellite Tracking System - Windows -software til beregning af satelliters synlighed
UCS Satellite Database - samling af aktive satellitter i jordens kredsløb inklusive en kort beskrivelse
ESRI - visning af de aktuelle satellitpositioner i 3D, samt ting i rummet - herunder rumrester
Satellit, der kredser om Jorden - Nuværende højde for mange satellitter i 1D, grupperet efter højde

Individuelle beviser

^ Konvention om registrering af objekter lanceret i det ydre rum FN's kontor for ydre rumspørgsmål; Hentet 26. december 2009.
^ Laura Grego: Ny opdatering af UCS -satellittdatabasen. Union of Concerned Scientists, 21. april 2017, adgang til 3. januar 2018 .
↑ ^a^b^c Russiske og amerikanske satellitter støder sammen. Første satellitstyrt i rummet? ( Memento fra 13. februar 2009 i internetarkivet ) tagesschau.de , 12. februar 2009.
↑ Merryl Azriel: Fengyun 1C Affald kolliderede med BLITS Satellite
↑ Calsky: Visibility of International Space Station ISS ( Memento fra 5. august 2018 i internetarkivet )

[1] Konvention om registrering af objekter lanceret i det ydre rum FN's kontor for ydre rumspørgsmål; Hentet 26. december 2009.

[2] Laura Grego: Ny opdatering af UCS -satellittdatabasen. Union of Concerned Scientists, 21. april 2017, adgang til 3. januar 2018 .

[tagesschau.de12.2.2009-3] Russiske og amerikanske satellitter støder sammen. Første satellitstyrt i rummet? ( Memento fra 13. februar 2009 i internetarkivet ) tagesschau.de , 12. februar 2009.

[4] Merryl Azriel: Fengyun 1C Affald kolliderede med BLITS Satellite

[5] Calsky: Visibility of International Space Station ISS ( Memento fra 5. august 2018 i internetarkivet )

Languages