Waarom is het, om bijvoorbeeld een televisiesignaal van New York naar Moskou te verzenden, nodig om een ​​apparaat ver de ruimte in te lanceren? Het antwoord op deze vraag is heel eenvoudig: de aarde is bolvormig. Radiogolven, die geluid, beelden en zelfs computergegevens als elektromagnetische golven transporteren, verplaatsen zich in een rechte lijn. Ze kunnen niet rond de aarde gaan en kunnen niet door de dikte ervan gaan. Waar we op aarde ook radiogolven naartoe sturen, ze zullen onvermijdelijk van onze planeet de ruimte in gaan. Het is waar dat een deel van de radiogolven wordt gereflecteerd door de ionosfeer - een speciale laag die de aarde omringt, alsof het vanuit een spiegel is. Het wordt gereflecteerd en valt opnieuw op het oppervlak van de planeet, vele honderden en duizenden kilometers verwijderd van de zender. Radiocommunicatie over lange afstanden is op dit fenomeen gebaseerd. Daarom kunnen we met behulp van een gewone ontvanger radio-uitzendingen uit Amerika of China horen.

Maar het probleem is dat met behulp van dergelijke golven (ze worden kort, middellang en lang genoemd) noch een televisiebeeld, noch geluid van hoge kwaliteit, noch een grote hoeveelheid gegevens kunnen worden verzonden. Om een ​​televisiesignaal of muziek van hoge kwaliteit over te brengen zijn speciale radiogolven met een hoge oscillatiefrequentie nodig. Ze worden ultrakort genoemd. Ultrakorte golven worden niet gereflecteerd door de ionosfeer en gaan vrij de ruimte in. Hoe kunnen we ervoor zorgen dat televisiebeelden op ultrakorte golven over lange afstanden kunnen worden verzonden? Rechts! We moeten golven in de ruimte opvangen en ze terugsturen naar de aarde. Naar waar de ontvanger zich bevindt. Daar zijn communicatiesatellieten voor. Simpel gezegd is een communicatiesatelliet een spiegel voor radiogolven die in de ruimte hangen. De satelliet hangt zo hoog dat steden die ver van elkaar liggen, bijvoorbeeld Londen en Istanbul, in één oogopslag ‘zichtbaar’ zijn. Radiogolven kunnen vanaf de satelliet vrijelijk naar beide steden reizen zonder obstakels tegen te komen. En de golven reizen ook vrijelijk naar de satelliet vanuit deze hoofdsteden (en vanuit vele andere plaatsen op aarde). De satelliet helpt het radiosignaal over de kromming van de aardbol te ‘springen’.

In sommige opzichten lijkt een communicatiesatelliet op hoge televisietorens. Hoe hoger de toren, hoe verder het radiosignaal kan worden verzonden. Als de bovenkant van de tv-toren zich binnen het gezichtsveld bevindt, kunt u er tv-programma's van ontvangen op uw tv. Maar zodra je verder rijdt, verdwijnt de toren achter de horizon (dat wil zeggen, achter de ronding van de aarde). Nu bereiken de radiogolven je tv niet. De satelliet is tienduizenden kilometers hoger dan de hoogste toren. Daarom kan het zijn golven tegelijkertijd naar een groot deel van de aardbol zenden.

Er is echter een aanzienlijk verschil tussen satelliet en toren. Als de televisietoren op één plek staat, dan moet de satelliet met enorme snelheid (ruim 8 kilometer per seconde!) rond de aarde vliegen. Anders valt hij gewoon. Dit zijn de wetten van de natuurkunde. Hoe kunnen we ervoor zorgen dat deze zich, net als de top van een tv-toren, altijd op hetzelfde punt bevindt? Satellieten die het aardoppervlak observeren of ruimtevaartuigen in een baan om de aarde vliegen niet erg hoog - ongeveer op een hoogte van 200 - 300 kilometer. Op een goede heldere nacht zijn ze zelfs vanaf de aarde te zien. Een helder punt verscheen boven de horizon, vloog langs de hemel en verdween na een paar minuten weer achter de horizon. En hoewel het punt op aarde waar de waarnemer staat, evenals de satelliet, om de aardas draaien, haalt het ruimtevaartuig het aardoppervlak in. Hij vliegt sneller dan de aarde draait.

Om ervoor te zorgen dat de satelliet zich constant op hetzelfde punt aan de hemel bevindt, moet deze naar een zeer grote hoogte worden gelanceerd. Dan zal de baan - het pad dat hij rond onze planeet zal beschrijven - erg lang blijken te zijn. De omlooptijd van de satelliet en de omlooptijd van elk punt op het aardoppervlak rond de as van de planeet zullen hetzelfde worden. Wetenschappelijk gezien zullen de hoeksnelheid van de satelliet en het oppervlak van de planeet gelijk zijn.

Dit kan worden begrepen met een heel eenvoudig voorbeeld. Als je bijvoorbeeld twee plasticineballen aan een roterend wiel bevestigt - één aan de buitenkant van het wiel, de andere aan de binnenkant, dichter bij de as, dan zul je merken dat de bal nabij de rand met hoge snelheid beweegt, en degene in het midden beweegt nauwelijks. Ten opzichte van elkaar zijn ze echter bewegingloos en bevinden ze zich op dezelfde lijn. Ze hebben dezelfde hoeksnelheid. De bal op de as is het oppervlak van de aarde. De bal aan de buitenkant van het wiel is een communicatiesatelliet die in een baan om de aarde draait.

Een baan waardoor een satelliet bewegingloos boven het aardoppervlak kan hangen, wordt geostationair genoemd. Het heeft de vorm van een cirkel en loopt ongeveer boven de evenaar van de aarde - de lijn die het noordelijk halfrond scheidt van het zuidelijk halfrond. Het is van zo'n satelliet, die zich 35 - 40 duizend kilometer verderop bevindt, dat we televisieprogramma's ontvangen op de "antennes" die beetje bij beetje begonnen te groeien in huizen in ons land.

Het sterrensysteem van het Melkwegstelsel waarin wij leven omvat de zon en acht andere planeten die eromheen draaien. Allereerst zijn wetenschappers geïnteresseerd in het bestuderen van de planeten die het dichtst bij de aarde staan. De satellieten van de planeten zijn echter ook erg interessant. Wat is een satelliet? Wat zijn hun typen? Waarom zijn ze zo interessant voor de wetenschap?

Wat is een satelliet?

Een satelliet is een klein lichaam dat onder invloed van de zwaartekracht rond een planeet draait. Momenteel kennen we 44 van dergelijke hemellichamen.

Alleen de eerste twee planeten van ons sterrenstelsel, Venus en Mercurius, hebben geen satellieten. De aarde heeft één satelliet (de maan). De “Rode Planeet” (Mars) wordt vergezeld door twee hemellichamen: Deimos en Phobos. De grootste planeet in ons sterrenstelsel, Jupiter, heeft 16 satellieten. Saturnus heeft er 17, Uranus heeft er 5 en Neptunus heeft er 2.

Soorten satellieten

Alle satellieten zijn onderverdeeld in 2 typen: natuurlijk en kunstmatig.

Kunstmatig - hemellichamen gemaakt door mensen, die de mogelijkheid bieden om de planeet, evenals andere astronomische objecten, te observeren en te verkennen. Ze zijn nodig voor het tekenen van kaarten, weersvoorspellingen en radio-uitzendingen van signalen. De grootste door de mens gemaakte "medereiziger" van de aarde is (ISS). Kunstmatige satellieten zijn niet alleen op onze planeet te vinden. Meer dan tien van zulke hemellichamen draaien rond Venus en Mars.

Wat is een natuurlijke satelliet? Ze worden door de natuur zelf gecreëerd. Hun oorsprong heeft altijd oprechte belangstelling gewekt bij wetenschappers. Er zijn verschillende theorieën, maar we zullen ons concentreren op de officiële versies.

Nabij elke planeet bevindt zich een opeenhoping van kosmisch stof en gassen. De planeet trekt hemellichamen aan die er dichtbij vliegen. Als resultaat van een dergelijke interactie worden satellieten gevormd. Er bestaat ook een theorie volgens welke fragmenten worden gescheiden van kosmische lichamen die in botsing komen met een planeet, die vervolgens een bolvorm krijgen. Volgens deze veronderstelling is er een fragment van onze planeet. Dit wordt bevestigd door de gelijkenis van de chemische samenstellingen van de aarde en de maan.

Satelliet banen

Er zijn 3 soorten banen.

Het poolvlak helt in een rechte hoek ten opzichte van het equatoriale vlak van de planeet.

Het traject van de hellende baan is verschoven ten opzichte van het equatoriale vlak met een hoek van minder dan 90 0 .

Het equatoriale vlak (ook wel geostationair genoemd) bevindt zich in het gelijknamige vlak; langs zijn traject beweegt het hemellichaam met de snelheid van de revolutie van de planeet rond zijn as.

Ook zijn de banen van satellieten, afhankelijk van hun vorm, verdeeld in twee basistypen: rond en elliptisch. In een cirkelvormige baan beweegt een hemellichaam in een van de vlakken van de planeet met een constante afstand boven het oppervlak van de planeet. Als de satelliet in een elliptische baan beweegt, verandert deze afstand binnen de periode van één baan.

Natuurlijke satellieten van de planeten van het zonnestelsel: interessante feiten

Saturnusmaan Titan heeft zijn eigen dichte atmosfeer. Op het oppervlak bevinden zich meren die vloeibare koolwaterstofverbindingen bevatten.

In navolging van de USSR en de Verenigde Staten werden satellieten gelanceerd door Frankrijk (1965), Australië (1967), Japan (1970), China (1970) en Groot-Brittannië (1971).

De implementatie is gebaseerd op internationale wetenschappelijke en technische samenwerking. Landen die bevriend waren met de USSR lanceerden bijvoorbeeld satellieten vanuit Sovjet-ruimtehavens. Sommige satellieten, vervaardigd in Canada, Frankrijk en Italië, worden sinds 1962 gelanceerd met behulp van door de Verenigde Staten ontwikkelde lanceervoertuigen.

Wat is een kosmisch lichaam dat in een baan rond een bepaalde planeet draait? Van oorsprong zijn ze natuurlijk en kunstmatig. De natuurlijke satellieten van de planeten zijn van bijzonder belang voor de wereldgemeenschap, omdat ze nog steeds veel mysteries verbergen, en de meeste ervan wachten nog steeds om ontdekt te worden. Er zijn projecten om ze te bestuderen van particulier, staats- en mondiaal belang. Kunstmatige satellieten maken het mogelijk om toegepaste en wetenschappelijke problemen op te lossen, zowel op de schaal van een individuele planeet als in de hele ruimte.

Waar zijn satellieten voor?

Wie van ons heeft niet vreugdevol geroepen, kijkend naar de diepe sterrenhemel: - Kijk, kijk, de satelliet vliegt! En deze satelliet werd helemaal niet geassocieerd met iets anders dan de ruimte.
Maar nu is het een heel ander verhaal! Satellieten zorgen voor communicatie, televisie, coördinaatbepaling, beveiliging en internet. En mensen zullen nog veel meer dingen bedenken om ruimtetechnologieën in het voordeel van de mensen te laten dienen.
En we zullen u vertellen waarom en welke methoden voor het gebruik van satellietsystemen tegenwoordig het populairst zijn.

Waarom kunnen soms alleen satelliettechnologieën de enige ontwikkelingsoptie zijn?
Bij het installeren van vaste lijnen worden draden gebruikt - glasvezel of koper, of met draadloze technologie - mobiele netwerken of radio-internet. Al dit vrij dure werk heeft altijd aanzienlijke nadelen:

• beperkte dekking van het grondgebied. Elke signaalzender of -ontvanger heeft een bepaald werkingsgebied, dat afhankelijk is van de kracht en het terrein van het gebied;
• kwesties van netwerkmodernisering hebben altijd betrekking op technische mogelijkheden en de haalbaarheid van het uitgeven van financiële middelen;
• Vaak is het onmogelijk om apparatuur snel te demonteren en op een nieuwe locatie een station op te zetten.

En in sommige gevallen is het gebruik van satellietsystemen het meest gerechtvaardigd in technische en financiële zin om betrouwbare en hoogwaardige communicatie te garanderen.

Satellieten zullen ons altijd vinden

Zonder satelliettechnologie zouden we nooit de kans hebben elkaar op onze grote planeet te vinden.
Met het globale coördinatensysteem kunt u nauwkeurig de locatie van objecten bepalen (lengtegraad, breedtegraad en zelfs hoogte boven zeeniveau), evenals de bewegingsrichting en snelheid van dit object.
Het bekende Amerikaanse GPS-systeem (Global Positioning System) omvat 24 kunstmatige satellieten, een breed netwerk van grondstations die onbeperkte capaciteit hebben om gebruikersterminals met elkaar te verbinden.
Het GPS-systeem werkt continu. Iedereen op de planeet kan het gebruiken, je hoeft alleen maar een GPS-navigator aan te schaffen. Fabrikanten bieden draagbare, auto-, luchtvaart- en maritieme modellen aan. Zoek- en reddingsoperaties zijn in geen enkel land ter wereld compleet zonder de hulp van GPS.

Nog niet zo lang geleden heeft Rusland zijn GLONASS-navigatiesysteem ingezet, vergelijkbaar met het Amerikaanse, en met hetzelfde nauwkeurigheidsniveau bij het bepalen van coördinaten.
Beide systemen zijn absoluut toegankelijk en gratis.

Satellieten beschermen ons

Dit geldt vooral in de auto-industrie. Het belangrijkste beveiligingssysteem wordt met succes gecombineerd met satellietcommunicatiekanalen, GPS en traditionele radarmethoden.
Hoe werken satellietbeveiligingssystemen?
De centrale eenheid met veiligheidssensoren wordt discreet op de auto geïnstalleerd. In geval van een noodsituatie wordt een signaal van de centrale eenheid via communicatiekanalen naar de eigenaar of coördinator verzonden. Het GPS-systeem helpt de route, locatie en rijmodus in realtime te volgen.

Satellieten vermaken ons

Het meest actuele en bekendste onderwerp is satelliettelevisie. Maar we zijn al zo gewend aan de platen op onze huizen dat we het praktisch niet opmerken. Maar slechts drie apparaten: antenne, ontvanger en converter geven ons buitengewoon veel plezier bij het kijken naar onze favoriete televisieprogramma's.
Het verschil met een traditionele televisieantenne is dat in plaats van een toren, een satelliet werkt en een digitaal signaal uitzendt. Dit resulteert in een grote keuze aan kanalen en beeldkwaliteit.

Satellieten verbinden ons met vrienden

De meest voorkomende en bekende wereldwijde satellietcommunicatiesystemen (GCSS): Globalstar, Inmarsat, Iridium, Thuraya. Helemaal aan het begin van hun creatie werd aangenomen dat deze systemen mobiele en vaste telefonie zouden organiseren waar er geen communicatielijnen waren. Met verdere ontwikkeling verschenen er nieuwe mogelijkheden: toegang tot internet, overdracht van informatie in verschillende formaten. En de GSSS werd multiservice.
Als we de werking van deze systemen in een notendop beschrijven, ziet het er als volgt uit.
De satelliet ontvangt het signaal van de abonnee en verzendt dit naar het dichtstbijzijnde station op aarde. Het station bepaalt het signaal, selecteert een route en stuurt deze via terrestrische netwerken of een satellietkanaal naar het ontvangstpunt.
Het verschil tussen mondiale satellietcommunicatiesystemen zit in de kosten van verkeer, de omvang en kosten van gebruikersterminals, dekkingsgebieden, maar ook in de technische kenmerken van het concept van het systeem zelf.

Satellieten helpen ons comfortabel te leven

Het Very Small Aperture Terminal (VSAT) satellietsysteem is actief in ontwikkeling. Dit systeem is als een basis voor de ontwerper: je kunt apparatuur toevoegen en toegang krijgen tot internet, andere apparatuur - en lokale netwerken van gebruikers in verschillende gebieden zijn al verenigd. Ook kunt u gegevens verzamelen, communicatiekanalen reserveren, diverse productieprocessen beheren, video- en audioconferenties op afstand organiseren.
Zo'n systeem is eenvoudig in te zetten en te laten werken. De kwaliteit van de communicatie, het onderhoudsgemak en het gebruik worden al gewaardeerd door financiële instellingen, winkelketens en grote industriële ondernemingen.

Een VSAT-gebaseerd netwerk bestaat uit een centraal controlestation (CCS), gebruikersterminals en een relaissatelliet.
Met verdere ontwikkeling zullen alle systemen onvermijdelijk toegankelijker, goedkoper, handiger en gemakkelijker te beheren worden en de voortdurende processen van assimilatie van ons dagelijks leven met satelliettechnologieën begrijpen.

Als je nu dromerig naar de nachtelijke hemel kijkt en een bewegende ster ziet, zul je denken dat zij, satellieten, het leven enorm vergemakkelijken en diversifiëren. En dit is geweldig.

Aan de buitenkant van de Spoetnik zenden vier sprietantennes uit op kortegolffrequenties boven en onder de huidige standaard (27 MHz). Volgstations op aarde pikten het radiosignaal op en bevestigden dat de kleine satelliet de lancering overleefde en met succes een koers rond onze planeet volgde. Een maand later lanceerde de Sovjet-Unie Spoetnik 2 in een baan om de aarde. In de capsule zat de hond Laika.

In december 1957 probeerden Amerikaanse wetenschappers, wanhopig om gelijke tred te houden met hun tegenstanders uit de Koude Oorlog, een satelliet in een baan om de planeet Vanguard te brengen. Helaas stortte de raket neer en verbrandde tijdens het opstijgen. Kort daarna, op 31 januari 1958, herhaalden de Verenigde Staten het Sovjet-succes door het plan van Wernher von Braun over te nemen om de Explorer 1-satelliet met een Amerikaanse raket te lanceren. Roodsteen. Explorer 1 had instrumenten bij zich om kosmische straling te detecteren en ontdekte in een experiment van James Van Allen van de Universiteit van Iowa dat er veel minder kosmische straling was dan verwacht. Dit leidde tot de ontdekking van twee toroïdale zones (uiteindelijk vernoemd naar Van Allen) gevuld met geladen deeltjes die gevangen zaten in het magnetische veld van de aarde.

Aangemoedigd door deze successen begonnen verschillende bedrijven in de jaren zestig met het ontwikkelen en lanceren van satellieten. Een van hen was Hughes Aircraft, samen met steringenieur Harold Rosen. Rosen leidde het team dat het idee van Clark implementeerde: een communicatiesatelliet die zo in de baan van de aarde werd geplaatst dat deze radiogolven van de ene plaats naar de andere kon laten weerkaatsen. In 1961 sloot NASA een contract met Hughes om de Syncom-serie satellieten (synchrone communicatie) te bouwen. In juli 1963 zagen Rosen en zijn collega's hoe Syncom-2 de ruimte in schoot en in een ruige geosynchrone baan terechtkwam. President Kennedy gebruikte het nieuwe systeem om met de premier van Nigeria in Afrika te praten. Al snel ging ook Syncom-3 van start, die daadwerkelijk een televisiesignaal kon uitzenden.

Het tijdperk van satellieten is begonnen.

Wat is het verschil tussen een satelliet en ruimteschroot?

Technisch gezien is een satelliet elk object dat in een baan om een ​​planeet of een kleiner hemellichaam draait. Astronomen classificeren manen als natuurlijke satellieten, en door de jaren heen hebben ze een lijst samengesteld van honderden van dergelijke objecten die rond planeten en dwergplaneten in ons zonnestelsel draaien. Ze telden bijvoorbeeld 67 manen van Jupiter. En dat is nog steeds zo.

Door de mens gemaakte objecten zoals Spoetnik en Explorer kunnen ook als satellieten worden geclassificeerd omdat ze, net als manen, in een baan om een ​​planeet draaien. Helaas heeft menselijke activiteit geresulteerd in een enorme hoeveelheid puin in de baan van de aarde. Al deze stukken en puin gedragen zich als grote raketten: ze draaien met hoge snelheid rond de planeet in een cirkelvormig of elliptisch pad. Bij een strikte interpretatie van de definitie kan elk dergelijk object worden gedefinieerd als een satelliet. Maar astronomen beschouwen satellieten over het algemeen als objecten die een nuttige functie vervullen. Restjes metaal en andere rommel vallen in de categorie orbitaal puin.

Orbitaal puin is afkomstig uit vele bronnen:

• Een raketexplosie die de meeste rommel produceert.
• De astronaut ontspande zijn hand - als een astronaut iets in de ruimte repareert en een sleutel mist, is deze voor altijd verloren. De sleutel komt in een baan om de aarde en vliegt met een snelheid van ongeveer 10 km/s. Als het een persoon of satelliet raakt, kunnen de gevolgen catastrofaal zijn. Grote objecten zoals het ISS zijn een groot doelwit voor ruimteschroot.
• Afgedankte artikelen. Delen van lanceercontainers, lensdoppen van camera's, enzovoort.

NASA heeft een speciale satelliet gelanceerd, LDEF genaamd, om de langetermijneffecten van botsingen met ruimteschroot te bestuderen. Gedurende zes jaar registreerden de instrumenten van de satelliet ongeveer 20.000 inslagen, sommige veroorzaakt door micrometeorieten en andere door orbitaal puin. NASA-wetenschappers blijven LDEF-gegevens analyseren. Maar Japan beschikt al over een gigantisch net om ruimteschroot op te vangen.

Wat zit er in een gewone satelliet?

Satellieten zijn er in vele soorten en maten en vervullen veel verschillende functies, maar ze zijn allemaal fundamenteel vergelijkbaar. Ze hebben allemaal een metalen of composiet frame en carrosserie, die Engelssprekende ingenieurs een bus noemen, en Russen een ruimteplatform. Het ruimteplatform brengt alles samen en zorgt voor voldoende maatregelen om ervoor te zorgen dat de instrumenten de lancering overleven.

Alle satellieten hebben een stroombron (meestal zonnepanelen) en batterijen. Met zonnepanelen kunnen batterijen worden opgeladen. De nieuwste satellieten bevatten ook brandstofcellen. Satellietenergie is erg duur en uiterst beperkt. Kernenergiecellen worden vaak gebruikt om ruimtesondes naar andere planeten te sturen.

Alle satellieten hebben een boordcomputer om verschillende systemen te besturen en te monitoren. Iedereen heeft een radio en een antenne. De meeste satellieten hebben minimaal een radiozender en een radio-ontvanger, zodat het grondpersoneel de status van de satelliet kan opvragen en controleren. Veel satellieten maken veel verschillende dingen mogelijk, van het veranderen van de baan tot het herprogrammeren van het computersysteem.

Zoals je zou verwachten, is het combineren van al deze systemen geen gemakkelijke taak. Het duurt jaren. Het begint allemaal met het definiëren van het missiedoel. Door de parameters te bepalen, kunnen ingenieurs de benodigde gereedschappen samenstellen en in de juiste volgorde installeren. Zodra de specificaties (en het budget) zijn goedgekeurd, begint de satellietassemblage. Het vindt plaats in een cleanroom, een steriele omgeving die de gewenste temperatuur en vochtigheid handhaaft en de satelliet beschermt tijdens ontwikkeling en montage.

Kunstmatige satellieten worden meestal op bestelling gemaakt. Sommige bedrijven hebben modulaire satellieten ontwikkeld, dat wil zeggen structuren waarvan de montage het mogelijk maakt om extra elementen volgens specificaties te installeren. De Boeing 601-satellieten hadden bijvoorbeeld twee basismodules: een chassis voor het transport van het voortstuwingssubsysteem, elektronica en batterijen; en een set honingraatplanken voor opslag van apparatuur. Dankzij deze modulariteit kunnen ingenieurs satellieten van losse onderdelen samenstellen in plaats van helemaal opnieuw.

Hoe worden satellieten in een baan om de aarde gebracht?

Tegenwoordig worden alle satellieten met een raket in een baan om de aarde gebracht. Velen vervoeren ze op de vrachtafdeling.

Bij de meeste satellietlanceringen wordt de raket recht omhoog gelanceerd, waardoor hij sneller door de dikke atmosfeer kan bewegen en het brandstofverbruik tot een minimum kan worden beperkt. Nadat de raket is opgestegen, gebruikt het controlemechanisme van de raket het traagheidsgeleidingssysteem om de noodzakelijke aanpassingen aan het mondstuk van de raket te berekenen om de gewenste spoed te bereiken.

Nadat de raket de ijle lucht is binnengegaan, op een hoogte van ongeveer 193 kilometer, laat het navigatiesysteem kleine raketten los, wat voldoende is om de raket in een horizontale positie te kantelen. Hierna wordt de satelliet vrijgegeven. Kleine raketten worden opnieuw afgevuurd en zorgen voor een verschil in afstand tussen de raket en de satelliet.

Orbitale snelheid en hoogte

De raket moet een snelheid bereiken van 40.320 kilometer per uur om volledig aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen en de ruimte in te vliegen. De ruimtesnelheid is veel groter dan wat een satelliet in een baan om de aarde nodig heeft. Ze ontsnappen niet aan de zwaartekracht van de aarde, maar bevinden zich in een staat van evenwicht. De baansnelheid is de snelheid die nodig is om een ​​evenwicht te bewaren tussen de zwaartekracht en de traagheidsbeweging van de satelliet. Dit is ongeveer 27.359 kilometer per uur op een hoogte van 242 kilometer. Zonder zwaartekracht zou traagheid de satelliet de ruimte in dragen. Zelfs met de zwaartekracht zal een satelliet, als hij te snel beweegt, de ruimte in worden gedragen. Als de satelliet te langzaam beweegt, zal de zwaartekracht hem terugtrekken naar de aarde.

De omloopsnelheid van een satelliet hangt af van de hoogte boven de aarde. Hoe dichter bij de aarde, hoe hoger de snelheid. Op een hoogte van 200 kilometer bedraagt ​​de omloopsnelheid 27.400 kilometer per uur. Om een ​​baan op een hoogte van 35.786 kilometer te behouden, moet de satelliet met een snelheid van 11.300 kilometer per uur reizen. Door deze omloopsnelheid kan de satelliet elke 24 uur één keer voorbij vliegen. Omdat de aarde ook 24 uur draait, bevindt de satelliet zich op een hoogte van 35.786 kilometer in een vaste positie ten opzichte van het aardoppervlak. Deze positie wordt geostationair genoemd. Een geostationaire baan is ideaal voor weer- en communicatiesatellieten.

Over het algemeen geldt: hoe hoger de baan, hoe langer de satelliet daar kan blijven. Op lage hoogte bevindt de satelliet zich in de atmosfeer van de aarde, wat weerstand veroorzaakt. Op grote hoogte is er vrijwel geen weerstand en kan de satelliet, net als de maan, eeuwenlang in een baan om de aarde blijven.

Soorten satellieten

Op aarde zien alle satellieten er hetzelfde uit: glimmende dozen of cilinders versierd met vleugels gemaakt van zonnepanelen. Maar in de ruimte gedragen deze logge machines zich heel anders, afhankelijk van hun vliegroute, hoogte en oriëntatie. Als gevolg hiervan wordt satellietclassificatie een complexe zaak. Eén benadering is om de baan van het vaartuig ten opzichte van een planeet (meestal de aarde) te bepalen. Bedenk dat er twee hoofdbanen zijn: cirkelvormig en elliptisch. Sommige satellieten beginnen in een ellips en komen dan in een cirkelvormige baan. Anderen volgen een elliptisch pad dat bekend staat als een Molniya-baan. Deze objecten cirkelen doorgaans van noord naar zuid over de polen van de aarde en voltooien een volledige vlucht in 12 uur.

Satellieten die in een polaire baan draaien, passeren ook bij elke omwenteling de polen, hoewel hun banen minder elliptisch zijn. Polaire banen blijven vast in de ruimte terwijl de aarde draait. Als gevolg hiervan beweegt het grootste deel van de aarde in een polaire baan onder de satelliet door. Omdat polaire banen een uitstekende dekking van de planeet bieden, worden ze gebruikt voor kartering en fotografie. Voorspellers vertrouwen ook op een wereldwijd netwerk van polaire satellieten die elke 12 uur om onze aardbol cirkelen.

Je kunt satellieten ook classificeren op basis van hun hoogte boven het aardoppervlak. Op basis van dit schema zijn er drie categorieën:

• Low Earth Orbit (LEO) - LEO-satellieten bezetten een ruimtegebied van 180 tot 2000 kilometer boven de aarde. Satellieten die dicht bij het aardoppervlak draaien, zijn ideaal voor observatie, militaire doeleinden en het verzamelen van weersinformatie.
• Medium Earth Orbit (MEO) - Deze satellieten vliegen van 2.000 tot 36.000 km boven de aarde. GPS-navigatiesatellieten werken goed op deze hoogte. De geschatte omloopsnelheid bedraagt ​​13.900 km/u.
• Geostationaire (geosynchrone) baan - geostationaire satellieten draaien rond de aarde op een hoogte van meer dan 36.000 km en met dezelfde rotatiesnelheid als de planeet. Daarom bevinden satellieten in deze baan zich altijd in de richting van dezelfde plek op aarde. Veel geostationaire satellieten vliegen langs de evenaar, wat in dit deel van de ruimte voor veel files heeft gezorgd. Enkele honderden televisie-, communicatie- en weersatellieten maken gebruik van een geostationaire baan.

Ten slotte kun je aan satellieten denken in de zin van waar ze 'zoeken'. De meeste objecten die de afgelopen decennia de ruimte in zijn gestuurd, kijken naar de aarde. Deze satellieten hebben camera's en apparatuur die onze wereld in verschillende golflengten van licht kunnen zien, waardoor we kunnen genieten van spectaculaire beelden van de ultraviolette en infrarode tonen van onze planeet. Minder satellieten richten hun blik naar de ruimte, waar ze sterren, planeten en sterrenstelsels observeren, en zoeken naar objecten zoals asteroïden en kometen die met de aarde zouden kunnen botsen.

Bekende satellieten

Tot voor kort bleven satellieten exotische en uiterst geheime instrumenten, die voornamelijk voor militaire doeleinden werden gebruikt: navigatie en spionage. Nu zijn ze een integraal onderdeel van ons dagelijks leven geworden. Dankzij hen kennen we de weersvoorspelling (hoewel weersvoorspellers het zo vaak mis hebben). We kijken tv en hebben toegang tot internet, mede dankzij satellieten. GPS in onze auto's en smartphones helpt ons te komen waar we heen moeten. Is het de moeite waard om te praten over de onschatbare bijdrage van de Hubble-telescoop en het werk van astronauten aan het ISS?

Er zijn echter echte helden van de ruimte. Laten we ze leren kennen.

1. Landsat-satellieten fotograferen de aarde sinds het begin van de jaren zeventig en zijn recordhouder op het gebied van het observeren van het aardoppervlak. Landsat-1, ooit bekend als ERTS (Earth Resources Technology Satellite), werd gelanceerd op 23 juli 1972. Het had twee hoofdinstrumenten aan boord: een camera en een multispectrale scanner, gebouwd door de Hughes Aircraft Company en in staat gegevens vast te leggen in groene, rode en twee infraroodspectra. De satelliet leverde zulke prachtige beelden op en werd zo succesvol bevonden dat er een hele serie op volgde. NASA lanceerde de laatste Landsat-8 in februari 2013. Dit voertuig had twee aardobservatiesensoren aan boord, de Operational Land Imager en de Thermal Infrared Sensor, die multispectrale beelden verzamelden van kustgebieden, poolijs, eilanden en continenten.
2. Geostationaire Operationele Milieusatellieten (GOES) cirkelen rond de aarde in een geostationaire baan en zijn elk verantwoordelijk voor een vast deel van de aardbol. Hierdoor kunnen satellieten de atmosfeer nauwlettend volgen en veranderingen in weerpatronen detecteren die kunnen leiden tot tornado's, orkanen, overstromingen en onweersbuien. Satellieten worden ook gebruikt om de neerslag en sneeuwophoping te schatten, de omvang van de sneeuwbedekking te meten en de beweging van zee- en meerijs te volgen. Sinds 1974 zijn er vijftien GOES-satellieten in een baan om de aarde gebracht, maar slechts twee satellieten, GOES West en GOES East, houden tegelijkertijd het weer in de gaten.
3. Jason-1 en Jason-2 speelden een sleutelrol in de langetermijnanalyse van de oceanen van de aarde. NASA lanceerde Jason-1 in december 2001 ter vervanging van de NASA/CNES Topex/Poseidon-satelliet, die sinds 1992 boven de aarde opereerde. Bijna dertien jaar lang heeft Jason-1 de zeespiegel, windsnelheden en golfhoogten gemeten in meer dan 95% van de ijsvrije oceanen op aarde. NASA heeft Jason-1 op 3 juli 2013 officieel buiten gebruik gesteld. Jason-2 kwam in 2008 in een baan om de aarde. Het had uiterst nauwkeurige instrumenten aan boord die het mogelijk maakten de afstand van de satelliet tot het oceaanoppervlak te meten met een nauwkeurigheid van enkele centimeters. Deze gegevens bieden, naast hun waarde voor oceanografen, uitgebreid inzicht in het gedrag van mondiale klimaatpatronen.

Hoeveel kosten satellieten?

Na Spoetnik en Explorer werden satellieten groter en complexer. Neem bijvoorbeeld TerreStar-1, een commerciële satelliet die in Noord-Amerika mobiele datadiensten voor smartphones en soortgelijke apparaten zou leveren. TerreStar-1 werd gelanceerd in 2009 en woog 6.910 kilogram. En toen het volledig was ingezet, onthulde het een antenne van 18 meter en enorme zonnepanelen met een spanwijdte van 32 meter.

Voor het bouwen van zo'n complexe machine zijn heel veel middelen nodig, dus historisch gezien konden alleen overheidsinstanties en bedrijven met diepe zakken in de satellietsector stappen. Het grootste deel van de kosten van een satelliet zit in de uitrusting: transponders, computers en camera's. Een typische weersatelliet kost ongeveer $290 miljoen. Een spionagesatelliet zou 100 miljoen dollar meer kosten. Voeg daarbij de kosten voor het onderhoud en de reparatie van satellieten. Bedrijven moeten voor satellietbandbreedte op dezelfde manier betalen als telefoonbezitters voor mobiele diensten. Dit kost soms meer dan 1,5 miljoen dollar per jaar.

Een andere belangrijke factor zijn de opstartkosten. Het lanceren van één satelliet in de ruimte kan 10 tot 400 miljoen dollar kosten, afhankelijk van het apparaat. De Pegasus XL-raket kan voor 13,5 miljoen dollar 443 kilogram in een lage baan om de aarde brengen. Voor het lanceren van een zware satelliet is meer lift nodig. De Ariane 5G-raket kan voor 165 miljoen dollar een satelliet van 18.000 kilogram in een lage baan om de aarde brengen.

Ondanks de kosten en risico's die gepaard gaan met het bouwen, lanceren en exploiteren van satellieten, zijn sommige bedrijven erin geslaagd er hele bedrijven omheen te bouwen. Boeing bijvoorbeeld. Het bedrijf bracht in 2012 ongeveer tien satellieten de ruimte in en ontving bestellingen voor meer dan zeven jaar, wat bijna 32 miljard dollar aan inkomsten genereerde.

De toekomst van satellieten

Bijna vijftig jaar na de lancering van de Spoetnik groeien satellieten, net als budgetten, en worden ze sterker. De VS hebben bijvoorbeeld sinds de start van hun militaire satellietprogramma bijna 200 miljard dollar uitgegeven en hebben nu, ondanks dit alles, een vloot van verouderde satellieten die wachten om vervangen te worden. Veel deskundigen vrezen dat het bouwen en inzetten van grote satellieten eenvoudigweg niet mogelijk is met belastinggeld. De oplossing die alles op zijn kop zou kunnen zetten, blijft particuliere bedrijven zoals SpaceX en anderen die duidelijk niet zullen lijden onder bureaucratische stagnatie, zoals NASA, NRO en NOAA.

Een andere oplossing is het verminderen van de omvang en complexiteit van satellieten. Wetenschappers van Caltech en Stanford University werken sinds 1999 aan een nieuw type CubeSat, gebaseerd op bouwstenen met een rand van 10 centimeter. Elke kubus bevat kant-en-klare componenten en kan worden gecombineerd met andere kubussen om de efficiëntie te verhogen en de werkdruk te verminderen. Door het ontwerp te standaardiseren en de kosten voor het helemaal opnieuw bouwen van elke satelliet te verlagen, kan een enkele CubeSat slechts $ 100.000 kosten.

In april 2013 besloot NASA dit eenvoudige principe te testen met drie CubeSats, aangedreven door commerciële smartphones. Het doel was om de microsatellieten voor een korte tijd in een baan om de aarde te brengen en een paar foto's te maken met hun telefoons. Het agentschap is nu van plan een uitgebreid netwerk van dergelijke satellieten in te zetten.

Of ze nu groot of klein zijn, toekomstige satellieten moeten effectief kunnen communiceren met grondstations. Historisch gezien vertrouwde NASA op radiofrequentiecommunicatie, maar RF bereikte zijn limiet toen de vraag naar meer stroom ontstond. Om dit obstakel te overwinnen, ontwikkelen NASA-wetenschappers een dat gebruik maakt van lasers in plaats van radiogolven. Op 18 oktober 2013 lanceerden wetenschappers voor het eerst een laserstraal om gegevens van de maan naar de aarde te verzenden (op een afstand van 384.633 kilometer) en bereikten ze een recordtransmissiesnelheid van 622 megabits per seconde.