SATELIT TIRUAN: PENTING UNTUK APA, BAGAIMANA IA BERFUNGSI, JENIS, DAN PENTING - ARTE - 2025

The satelit adalah kenderaan atau peranti yang dibina khusus untuk dilepaskan kepada ruang tanpa anak kapal, untuk orbit mengelilingi Bumi atau objek angkasa lain.

Idea pertama mengenai pembinaan satelit buatan datang dari pengarang fiksyen sains, misalnya Jules Verne dan Arthur C. Clark. Yang terakhir adalah seorang pegawai radar di Tentera Udara Diraja dan, pada akhir Perang Dunia II, menyusun idea untuk menggunakan tiga satelit di orbit mengelilingi Bumi untuk mengekalkan rangkaian telekomunikasi.

Rajah 1. Satelit buatan mengorbit Bumi. Sumber: Wikimedia Commons.

Pada masa itu, sarana belum tersedia untuk menempatkan satelit di orbit. Diperlukan beberapa tahun lagi untuk tentera Amerika Syarikat menghasilkan komunikasi satelit pertama pada awal 1950-an.

Perlumbaan ruang angkasa antara Amerika Syarikat dan Kesatuan Soviet mendorong industri satelit buatan. Yang pertama berjaya dimasukkan ke orbit adalah satelit Soviet Sputnik pada tahun 1957 dan ia memancarkan isyarat dalam julat 20-40 MHz.

Ini diikuti dengan pelancaran Echo I oleh Amerika Syarikat, untuk tujuan komunikasi. Sejak itu, banyak peluncuran ke orbit digantikan oleh kedua-dua kuasa dan, kemudian, banyak negara bergabung dengan teknologi baru.

Untuk apa satelit buatan?

-Dalam telekomunikasi, untuk penghantaran semula mesej radio, televisyen dan telefon bimbit.

-Dalam penyelidikan ilmiah dan meteorologi, termasuk pemerhatian kartografi dan astronomi.

-Untuk tujuan risikan ketenteraan.

-Untuk penggunaan navigasi dan lokasi, menjadi GPS (Sistem Penentududukan Global) salah satu yang paling terkenal.

-Untuk memantau permukaan tanah.

-Dalam stesen angkasa, yang dirancang untuk mengalami kehidupan di luar Bumi.

Bagaimana mereka berfungsi?

Dalam Principia-nya, Isaac Newton (1643-1727) menetapkan apa yang diperlukan untuk meletakkan satelit di orbit, walaupun sebagai gantinya satelit, ia menggunakan sebagai contoh bola meriam yang ditembakkan dari puncak bukit.

Dipecat dengan halaju mendatar tertentu, peluru mengikuti lintasan parabola yang biasa. Meningkatkan kelajuan, jangkauan mendatar menjadi lebih besar dan lebih besar, sesuatu yang jelas. Tetapi adakah kelajuan tertentu akan menyebabkan peluru masuk ke orbit mengelilingi Bumi?

Bumi melengkung dari garis singgung ke permukaan pada kadar 4.9 m untuk setiap 8 km. Mana-mana objek yang dilepaskan dari rehat akan jatuh 4.9 m pada saat pertama. Oleh itu, ketika melepaskan peluru secara mendatar dari puncak dengan halaju 8 km / s, ia akan jatuh 4,9 m pada saat pertama.

Tetapi Bumi juga akan turun 4,9 m pada waktu itu, ketika melengkung di bawah bola meriam. Ini terus bergerak secara mendatar, meliputi 8 km dan akan berada pada ketinggian yang sama dengan Bumi selama detik itu.

Secara semula jadi, perkara yang sama berlaku selepas detik berikutnya dan dalam beberapa saat berturut-turut, menjadikan peluru menjadi satelit buatan, tanpa dorongan tambahan, asalkan tidak ada geseran.

Walau bagaimanapun, geseran yang disebabkan oleh rintangan udara tidak dapat dielakkan, sebab itulah diperlukan roket penggalak.

Roket mengangkat satelit ke ketinggian yang tinggi, di mana atmosfer yang lebih tipis menawarkan sedikit daya tahan dan memberikannya dengan kelajuan mendatar yang diperlukan.

Kelajuan sedemikian mestilah lebih besar dari 8 km / s dan kurang dari 11 km / s. Yang terakhir adalah halaju pelarian. Diproyeksikan pada kecepatan ini, satelit akan meninggalkan pengaruh gravitasi Bumi, menuju ke angkasa.

Struktur satelit buatan

Satelit buatan mengandungi pelbagai mekanisme kompleks untuk melaksanakan fungsinya, yang meliputi penerimaan, pemprosesan dan pengiriman berbagai jenis isyarat. Mereka juga mesti ringan dan mempunyai autonomi operasi.

Struktur utama adalah umum untuk semua satelit buatan, yang pada gilirannya mempunyai beberapa subsistem mengikut tujuannya. Mereka dipasang di perumahan yang terbuat dari logam atau sebatian ringan lain, yang berfungsi sebagai penyokong dan disebut bus.

Di dalam bas, anda boleh menemui:

- Modul kawalan pusat, yang mengandungi komputer, di mana data diproses.

- Menerima dan menghantar antena untuk komunikasi dan penghantaran data dengan gelombang radio, serta teleskop, kamera dan radar.

- Sistem panel suria di sayap, untuk mendapatkan tenaga yang diperlukan dan bateri yang boleh dicas semula ketika satelit berada di tempat teduh. Bergantung pada orbit, satelit memerlukan cahaya matahari sekitar 60 minit untuk mengisi semula baterinya, jika berada di orbit rendah. Satelit yang lebih jauh menghabiskan lebih banyak masa terdedah kepada sinaran matahari.

Oleh kerana satelit menghabiskan waktu lama terkena radiasi ini, diperlukan sistem perlindungan untuk mengelakkan kerosakan pada sistem lain.

Bahagian yang terdedah menjadi sangat panas, sementara di tempat teduh mereka mencapai suhu yang sangat rendah, kerana tidak ada suasana yang cukup untuk mengatur perubahan. Atas sebab ini, radiator diperlukan untuk menghilangkan haba dan penutup aluminium untuk menjimatkan haba apabila perlu.

Jenis satelit tiruan

Bergantung pada lintasannya, satelit buatan boleh berbentuk elips atau bulat. Sudah tentu, setiap satelit mempunyai orbit yang ditentukan, yang umumnya berada pada arah yang sama dengan Bumi yang berputar, yang disebut orbit tak segerak. Sekiranya untuk sebab tertentu satelit bergerak dengan cara yang berlawanan, maka ia mempunyai orbit yang mundur.

Di bawah graviti, objek bergerak di jalan elips menurut undang-undang Kepler. Satelit buatan tidak luput dari ini, bagaimanapun, beberapa orbit elips mempunyai eksentrisitas kecil sehingga dapat dianggap bulat.

Orbit juga boleh cenderung sehubungan dengan khatulistiwa Bumi. Pada kecenderungan 0º mereka adalah orbit khatulistiwa, jika 90º mereka adalah orbit kutub.

Ketinggian satelit juga merupakan parameter penting, kerana ketinggian antara 1500 - 3000 km adalah tali pinggang Van Allen pertama, wilayah yang harus dihindari kerana kadar radiasi yang tinggi.

Gambar 2. Orbit, ketinggian dan kelajuan satelit buatan. Satelit yang tidak digunakan masuk ke orbit perkuburan, walaupun ada sisa-sisa di semua orbit. Sumber: Wikimedia Commons.

Orbit satelit

Orbit satelit dipilih mengikut misi yang dimilikinya, kerana terdapat ketinggian yang kurang lebih baik untuk operasi yang berbeza. Mengikut kriteria ini, satelit diklasifikasikan sebagai:

- LEO (Orbit Bumi Rendah) , keduanya setinggi antara 500 dan 900 km dan menggambarkan jalan bulat, dengan jangka masa sekitar 1 jam setengah dan kecenderungan 90º. Mereka digunakan untuk telefon bimbit, faks, alat pager peribadi, untuk kenderaan dan kapal.

- MEO (Medium Bumi Orbit) , mereka berada di ketinggian antara 5000-12000 km, kemiringan 50º dan jangka masa sekitar 6 jam. Mereka juga bekerja di telefon bimbit.

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit) , atau orbit geostasioner, walaupun terdapat perbezaan kecil antara kedua istilah tersebut. Yang pertama boleh berubah-ubah, sementara yang kedua selalu berada di 0º.

Bagaimanapun, mereka berada di ketinggian tinggi -36,000 km lebih kurang- Mereka mengelilingi orbit bulat dalam tempoh 1 hari. Terima kasih kepada mereka, faks, telefon jarak jauh dan televisyen satelit disediakan, antara lain perkhidmatan.

Rajah 3. Diagram orbit satelit buatan. 1) Bumi. 2) LEO. 3) MEO, 4) Orbit geosinkron. Sumber: Wikimedia Commons.

Satelit geostasioner

Pada awalnya satelit komunikasi mempunyai jangka waktu yang berbeza daripada putaran Bumi, tetapi ini menyukarkan kedudukan antena dan komunikasi hilang. Penyelesaiannya adalah dengan meletakkan satelit pada ketinggian sehingga masa bertepatan dengan putaran Bumi.

Dengan cara ini satelit mengorbit bersama-sama dengan Bumi dan nampaknya terpaku sehubungan dengannya. Ketinggian yang diperlukan untuk meletakkan satelit di orbit geosinkron adalah 35786.04 km dan dikenali sebagai tali pinggang Clarke.

Ketinggian orbit dapat dihitung dengan menetapkan periode, menggunakan ungkapan berikut, yang berasal dari Hukum Gravitasi Universal Newton dan hukum Kepler:

Di mana P adalah noktah, a adalah panjang paksi separa utama orbit elips, G adalah pemalar pemalar universal dan M adalah jisim Bumi.

Oleh kerana dengan cara ini orientasi satelit berkenaan dengan Bumi tidak berubah, ia menjamin bahawa ia akan selalu bersentuhan dengannya.

Satelit buatan terpenting di Bumi

Sputnik

Gambar 4. Replika Sputnik, satelit buatan pertama di orbit dalam sejarah. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini adalah satelit buatan pertama dalam sejarah umat manusia, dimasukkan ke orbit oleh bekas Kesatuan Soviet pada Oktober 1957. Satelit ini diikuti oleh 3 yang lain, sebagai sebahagian daripada program Sputnik.

Sputnik pertama agak kecil dan ringan: terutamanya 83 kg aluminium. Ia mampu memancarkan frekuensi antara 20 dan 40 MHz. Ia berada di orbit selama tiga minggu, setelah itu jatuh ke Bumi.

Replika Sputnik dapat dilihat hari ini di banyak muzium di Persekutuan Rusia, Eropah dan bahkan Amerika.

Pesawat ulang-alik

Misi berawak lain yang terkenal ialah Space Transport System STS atau Space Shuttle, yang beroperasi dari tahun 1981 hingga 2011 dan turut serta, antara misi penting lain, dalam pelancaran Hubble Space Telescope dan International Space Station, selain misi pembaikan satelit lain.

Space Shuttle mempunyai orbit tak segerak dan dapat digunakan kembali, kerana dapat datang dan pergi ke Bumi. Dari lima feri tersebut, dua kapal itu musnah secara tidak sengaja bersama dengan anak kapal mereka: the Challenger and the Columbia.

Satelit GPS

Sistem Penentududukan Global terkenal dengan tepat untuk mencari orang dan objek di mana sahaja di dunia. Rangkaian GPS terdiri daripada sekurang-kurangnya 24 satelit ketinggian tinggi, di mana selalu ada 4 satelit yang dapat dilihat dari Bumi.

Mereka berada di orbit pada ketinggian 20,000 km dan jangka masa mereka adalah 12 jam. GPS menggunakan kaedah matematik yang serupa dengan triangulasi untuk menilai kedudukan objek, yang disebut trilaterasi.

GPS tidak terhad untuk mencari orang atau kenderaan, ia juga berguna untuk kartografi, tinjauan, geodesi, operasi menyelamat dan amalan sukan, antara aplikasi penting lain.

Teleskop Angkasa Hubble

Ia adalah satelit buatan yang menawarkan gambar sistem suria, bintang, galaksi dan alam semesta yang tidak pernah dilihat sebelumnya, tanpa atmosfera Bumi atau pencemaran cahaya yang menyekat atau memutarbelitkan cahaya jauh.

Gambar 5. Pandangan Teleskop Angkasa Hubble. Sumber: NASA melalui Wikimedia Commons.

Oleh itu, pelancarannya pada tahun 1990 merupakan kemajuan astronomi yang paling luar biasa sejak kebelakangan ini. Silinder besar 11 tan Hubble terletak pada ketinggian 340 batu (548 km) mengorbit Bumi dalam gerakan bulat, dengan jangka masa 96 minit.

Ia diharapkan akan dinonaktifkan antara tahun 2020 dan 2025, digantikan oleh teleskop ruang angkasa James Webb.

Stesen Angkasa Antarabangsa

Dikenal sebagai ISS (Stesen Angkasa Antarabangsa), ia adalah makmal penyelidikan yang mengorbit, dikendalikan oleh lima agensi angkasa di seluruh dunia. Setakat ini ia adalah satelit buatan terbesar yang wujud.

Tidak seperti satelit yang lain, di Stesen Angkasa terdapat manusia di atas kapal. Selain kru tetap sekurang-kurangnya dua angkasawan, stesen ini bahkan pernah dikunjungi oleh pelancong.

Tujuan stesen ini adalah ilmiah. Ia memiliki 4 makmal di mana kesan graviti sifar diselidiki dan pemerhatian astronomi, kosmologi, dan iklim dilakukan, serta berbagai eksperimen dalam biologi, kimia dan pengaruh radiasi pada berbagai sistem.

Chandra

Satelit buatan ini adalah sebuah observatorium untuk mengesan sinar-X, yang diserap oleh atmosfera Bumi dan oleh itu tidak dapat dipelajari dari permukaan. NASA memasukkannya ke orbit pada tahun 1999 melalui Space Shuttle Columbia.

Satelit komunikasi Iridium

Mereka membentuk jaringan 66 satelit pada ketinggian 780 km di orbit jenis LEO, dengan jangka waktu 100 minit. Mereka dirancang oleh syarikat telefon Motorola untuk menyediakan komunikasi telefon di tempat yang tidak dapat diakses. Walau bagaimanapun, ia adalah perkhidmatan kos yang sangat tinggi.

Sistem satelit Galileo

Ini adalah sistem penentuan kedudukan yang dikembangkan oleh Kesatuan Eropah, setara dengan GPS dan untuk kegunaan awam. Pada masa ini ia mempunyai 22 satelit yang beroperasi, tetapi masih dalam pembinaan. Ia mampu mengesan seseorang atau objek dengan ketepatan 1 meter dalam versi terbuka dan boleh dikendalikan dengan satelit sistem GPS.

Seri Landsat

Mereka adalah satelit yang direka khas untuk memerhatikan permukaan bumi. Mereka memulakan pekerjaan mereka pada tahun 1972. Antara lain, mereka bertugas memetakan medan, mencatat maklumat mengenai pergerakan ais di kutub dan sejauh mana hutan, serta mencari-cari perlombongan.

Sistem glonass

Ini adalah sistem geolokasi Persekutuan Rusia, setara dengan GPS dan rangkaian Galileo.

Pemerhatian satelit buatan

Satelit buatan dapat dilihat dari Bumi oleh amatur, kerana mereka memantulkan cahaya matahari dan dapat dilihat sebagai titik cahaya, walaupun Matahari sudah terbenam.

Untuk mengesannya, disarankan untuk memasang salah satu aplikasi carian satelit di telefon atau melihat laman internet yang mengesan satelit.

Sebagai contoh, Teleskop Angkasa Hubble dapat dilihat dengan mata kasar, atau lebih baik lagi, dengan teropong yang baik, jika anda tahu di mana mencarinya.

Persiapan untuk memerhatikan satelit adalah sama seperti untuk memerhatikan hujan meteor. Hasil terbaik diperoleh pada malam yang sangat gelap dan cerah, tanpa awan dan tanpa bulan, atau dengan bulan yang rendah di kaki langit. Semakin jauh dari pencemaran cahaya semakin baik, anda juga harus membawa pakaian hangat dan minuman panas.

Rujukan

1. Agensi Angkasa Eropah. Satelit. Dipulihkan dari: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fizik: Prinsip dengan Aplikasi. Ke-6. Dewan Ed Prentice.
3. Maran, S. Astronomi untuk Dummies.
4. POT. Mengenai Teleskop Angkasa Hubble. Dipulihkan dari: nasa.gov.
5. Apa itu satelit buatan dan bagaimana ia berfungsi? Dipulihkan dari: youbioit.com
6. Wikiversity. Satelit buatan. Dipulihkan dari: es.wikiversity.org.