Satélites artificiales Cátedra José Celestino Mutis Universidad Nacional de Colombia J. Gregorio Portilla Observatorio Astronómico Nacional
Antes del 4 de octubre de 1957
384000 km
Mecánica celeste Isaac Newton (1687)
Línea recta Elipse Parábola Hipérbola
Cómo colocar una luna artificial? Cómo hacer que un cuerpo escape de la Tierra?
Consideremos dos cuerpos Tierra
Newton demostró que cuerpos esféricos se comportan como si toda la masa estuviera concentrada en su centro Tierra
Velocidad inicial cero Tierra La trayectoria es una línea recta
Velocidad inicial distinta de cero pero va en la dirección de la línea vertical Tierra La trayectoria es de nuevo una línea recta
Si la velocidad inicial no es cero pero tiene una componente tangencial Tierra La trayectoria es un óvalo
Tierra En la vida real, el cuerpo lanzado choca con la superfi cie terrestre
Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento Tierra El objeto está cayendo y finalmente choca con la superficie
Sigamos aumentando la velocidad Tierra
Sigamos aumentando la velocidad El objeto queda perpetuamente dotado de movimiento Hay una velocidad mínima para la cual el objeto queda en órbita
Sigamos aumentando la velocidad
Sigamos aumentando la velocidad El objeto escapa Hay una velocidad mínima para la cual el objeto escapa (parábola)
Velocidad orbital G=6.67X10-11 (MKS) M=6X1024 kg R=6 378.140 m h = 8850 m V=8000 m = 8 km/s Esta es una velocidad enorme!!!
Velocidad de escape 2GM v= R+h G=6.67X10-11 (MKS) M=6X1024 kg R=6 400.000 m h = 8850 m V=11300 m = 11.3 km/s Y esta con más veras
Plaza de Bolívar 8 kilómetros en 1 segundo Aeropuerto El Dorado
Comparación de velocidades 150 km/h =0.041 km/s 800 m/s =0.8 km/s 3.3 mach =0.98 km/s 3-4 km/s
Y, entonces, cómo lograr velocidades del orden de 8-11 km/s?
Acción-reacción Aire La velocidad del globo depende de: La velocidad de salida del aire La cantidad de gas que hay originalmente
Cohete Gases Calientes Carga útil Velocidad de los gases: 2-3 km/s La masa original del cohete es varias veces la masa de la carga útil
Pero, siempre es necesario usar un cohete para colocar un satélite en cualquier parte del sistema solar? No necesariamente, pues todo depende del objeto en el que se quiera colocar un satélite
M = 1 X 1016 kg R = 10 km h=2m v = 8 m/s Hasta con la fuerza de un niño es posible colocar un satélite
Fase propulsada Inyección
Trayectoria balística
Fase balística Inyección Tierra Fase propulsada
R-7 Primer misil balístico intercontinental
El 4 de octubre de 1957 quedaron en realidad tres objetos en órbita terrestre Cono protector Sputnik Cohete R7
Órbita del Sputnik I 950 km 228 km
Han existido más de 6000 lanzamientos (EEUU, Rusia, Japón, China, Francia, India, Israel, Australia, Reino unido) Para marzo del 2009, existían 900 satélites operacionales junto con 13000 residuos espaciales rastreados (> 10 cm) con posiblemente 100.000 trozos no rastreables (0.5-10 cm)
Las órbitas de los satélites no son elipses perfectas Existencia de varias fuerzas: Atracción del Sol y la Luna No esfericidad de la tierra Presencia de una atmósfera Presión de la luz
La Luna y el Sol afectan la trayectoria de un satélite Sol 150000000 km Tierra 384400 km Luna
La fuerza que más afecta la trayectoria elíptica de un satélite es el debido a la forma irregular de la misma Tierra
La atmósfera terrestre ejerce una fuerza de resistencia que afecta el movimiento de los satélites de baja altura
Interacción de un satélite artificial con las capas altas de la atmósfera Caída en espiral de un satélite a baja altura
Variación de la altura de la Estación Espacial Internacional
Casi siempre los satélites de baja altura se queman y desaparecen en las capas altas de la atmósfera
Algunos objetos en su reentrada no se queman totalmente y logran llegar hasta la superficie de la Tierra
Presión de radiación SOL Tierra
Examinemos rápidamente los tipos de órbitas características de los satélites
No es posible colocar un satélite a 10 km A esa altura hay muchas moléculas de aire Tierra A 10 km/s se quema completamente por la fricción 20 km 50 km 100 km 150 km
Satélites de baja altura Altura (km) 200 1000 Vel (km/s) 8 7.3 Periodo (min) 88 105 6300 km Espionaje Meteorológicos Telescopios Estaciones espaciales Telefonía Búsqueda de recursos
Satélites de altura intermedia Altura (km) 1000 22000 Vel (km/s) 7.3 3.7 Periodo 88 m Telefonía Navegación 13 h
Satélites de órbita geoestacionaria Altura (km) 35800 Vel (km/s) 3.0 Periodo Comunicaciones Meteorológicos Alerta temprana Órbita Molniya 24 h
Órbita lunar Altura (km) Vel. (Km/s) Periodo 380000 1 27.3 d
Examinemos las ventajas se se sacan de colocar uno o varios objetos girando incesamente varios centenares o miles de kilómetros sobre la superficie de la Tierra
Problema de las telecomunicaciones Tierra Luna
Un satélite de baja altura tiene un periodo orbital muy corto (90 min)
Satélites geoestacionarios 35800 km Situado a esa altura, con órbita circular y sobre el ecuador terrestre el satélite aparece para alguien en la Tierra como un punto fijo en el cielo
Las antenas parabólicas apuntan a satélites geoestacionarios Televisión Satelital (Direct TV)
Satélites de reconocimiento Tierra Geoestacionario
Pueden identificar objetos con tamaños hasta de 10 cm Electro-ópticos Térmicos (ir) Radar
Satélites meteorológicos
Satélites de navegación Global positioning system (GPS)
Recursos naturales
Fotografía de un campo de marihuana (zona negra) en Estados Unidos
Telefonía global 66 satélites en órbita baja en 8 planos a una altura de 800 km Iridium
Exploración del espacio El ojo humano sólo es sensible a una pequeña parte del llamado espectro electromagnético
La atmósfera bloquea gran parte del espectro
Explosiones de rayos gamma (23 enero 1999) Cygnus X-1 Detección de agua en el exoplaneta HD189733b
Satélites para la exploración del espacio Estrellas muy próximas * * Los astros centellean Atmósfera terrestre Difi cultad en alcanzar los poderes de resolución teóricos de telescopios *
Telescopio Espacial Hubble No es el telescopio más grande del mundo, pero tiene la ventaja de que está por encima de la atmósfera Satélite de baja altura cuyas fotografías son de muy alta resolución
Los satélites llevan 52 años y han cambiado nuestra forma de vida y la manera como vemos al mundo y al Universo
Muchas gracias!!!
Fase balística Inyección Tierra Fase propulsada
Para lograr en la práctica velocidades orbitales se necesitan cohetes multietapas Carga útil 1 etapa 2 etapa 3 etapa
Newton demostró que cuerpos esféricos se comportan como si toda la masa estuviera concentrada en su centro Tierra