Почему спутники летают по синусоиде

Трасса орбиты (наземная трасса орбиты, трасса спутника) — проекция орбиты искусственного спутника Земли на поверхность Земли. Другими словами — трасса движения подспутниковой точки по поверхности Земли.

В зависимости от параметров орбиты спутника трасса его орбиты может принимать разный вид: синусоида, восьмёрка, прямая линия (для спутника с нулевым наклонением орбиты, который всегда летит только над экватором), и т. д.

Также, в зависимости от параметров орбиты, её трасса может повторяться за определённый промежуток времени.

Например, для спутника с периодом обращения, кратным звёздным суткам (то есть 23 часа 56 минут, 11 часов 58 минут, 5 ч. 59 мин и пр. — орбиты суточной кратности), наземная трасса приближённо повторяется каждые сутки.

Если вы когда-либо видели кадры орбиты искусственного спутника, это то, что вы бы увидели:

Желтые линии изображают путь Международной космической станции

Из приведенного выше изображения видно, что спутник имеет волнообразную орбиту, но разве это не выглядит немного необычным для пути спутника вокруг Земли? Это, конечно, не очень эффективно! Вопрос в том, действительно ли все искусственные спутники, включая МКС, действительно имеют такие волнистые орбиты, когда они окружают Землю?

Почему путь МКС выглядит как волна на карте мира?

Хотя все искусственные спутники отслеживают (почти) круговую траекторию вокруг планеты, в этой статье мы рассмотрим только МКС.

Планета ISS вокруг Земли

Международная космическая станция

Читайте также:  Продать фотоувеличитель времен ссср

Как и любой другой искусственный спутник, МКС также окружает Землю по предопределенному пути, называемому орбитой. Орбита МКС расположена на высоте над Землей, где она все еще испытывает сильное гравитационное притяжение с Земли. Вопреки распространенному мнению, это не «невесомость» там

отнюдь не. Фактически, МКС испытывает до 90% силы тяжести, которую мы испытываем здесь на Земле. Он постоянно падает на Землю, но благодаря огромной орбитальной скорости (17 200 миль в час / 27, 6000 км / ч) и плотностям Земли он никогда не попадает на поверхность.

Одна из примечательных особенностей орбиты МКС заключается в том, что она не совпадает с экватором Земли. Всякий раз, когда мы говорим о спутниках, вращающихся вокруг Земли, мы обычно стремимся визуализировать свою орбиту, совпадающую с экватором, но на самом деле орбита МКС выглядит примерно так:

Из рисунка выше видно, что МКС следует круговой траектории вокруг планеты. Тем не менее, когда тот же путь представлен на карте мира, он подвергается резкому изменению, чтобы выглядеть так:

Почему драматические изменения?

Меркаторная проекция

На самом деле есть веская причина. Видите ли, наша планета является трехмерным объектом, тогда как карты всегда двумерны. Для того, чтобы мы могли видеть и визуализировать границы стран и большие наземные массы на поверхности Земли, нам нужен способ проецировать все эти трехмерные вещи на двумерный лист бумаги. Это то, что делает карта Меркатора.

Меркаторная проекция мира.

Он прекрасно представляет физические особенности и наземные массы мира на прямоугольном листе бумаги, где широты и долготы являются прямыми, которые пересекаются перпендикулярно, а формы стран четко определены. Однако, помимо возникновения определенных проблем, когда дело касается относительных размеров стран, проекция Меркатора также искажает путь МКС на карте мира.

Читайте также:  Cpu clock skew что это

Проецирование орбиты МКС выглядит как волна на двумерной карте

Ниже приведена анимация, которая поможет вам визуализировать и понять это с большей ясностью:

Если вы представляете орбиту МКС, как она на самом деле (то есть круглая) на двумерной карте, то экватор будет выглядеть как синусоидальная волна.

В двух словах, путь МКС (и других искусственных спутников) появляется как волна, потому что он проецируется на двумерный экран, а не потому, что искусственные спутники следуют по волнистой траектории вокруг Земли.

Прямо сейчас на орбите Земли расположено более 1000 искусственных спутников. Они выполняют самые разнообразные задачи и имеют различную конструкцию. Но объединяет их одно — спутники вращаются вокруг планеты и не падают.

Быстрое объяснение

На самом деле спутники постоянно падают на Землю из-за воздействия гравитации. Но они всегда промахиваются, т. к. имеют боковую скорость, заданную инерцией при запуске.

Вращение спутника вокруг Земли — это его постоянное падение мимо.

Развёрнутое объяснение

Если вы бросаете мяч в воздух, мяч возвращается обратно вниз. Это из-за гравитации — той же силы, которая удерживает нас на Земле и не дает улететь в открытый космос.

Спутники попадают на орбиту благодаря ракетам. Ракета должна разогнаться до 29 000 км/ч! Этого достаточно быстро, чтобы преодолеть сильное притяжение и покинуть атмосферу Земли. Как только ракета достигает нужной точки над Землей, она отпускает спутник.

Спутник использует энергию, полученную от ракеты, чтобы оставаться в движении. Это движение называется импульсом.

Но как спутник остается на орбите? Разве он не полетел бы по прямой в космос?

Не совсем. Даже когда спутник находится за тысячи километров, гравитация Земли все еще притягивает его. Притяжение Земли в сочетании с импульсом от ракеты заставляет спутник следовать круговой траектории вокруг Земли — орбите.

Когда спутник находится на орбите, он имеет идеальный баланс между импульсом и силой притяжения Земли. Но найти этот баланс довольно сложно.

Гравитация тем сильнее, чем ближе объект к Земле. И спутники, которые вращаются вокруг Земли, должны двигаться на очень высоких скоростях, чтобы оставаться на орбите.

Читайте также:  График зависимости полезной мощности от сопротивления

Например, спутник NOAA-20 вращается всего в нескольких сотнях километров над Землей. Он должен путешествовать со скоростью 27 300 км/ч, чтобы оставаться на орбите.

С другой стороны, спутник NOAA GOES-East вращается вокруг Земли на высоте 35 405 км. Чтобы преодолеть гравитацию и остаться на орбите, ему нужна скорость около 10 780 км/ч.

Спутники могут оставаться на орбите в течение сотен лет, поэтому нам не нужно беспокоиться о том, что они упадут на Землю.

Оцените статью
ПК Знаток
Добавить комментарий

Adblock
detector