Download Presentación () - Universidad Nacional de Colombia

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
superficie 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
GM
v
Rh
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
GM
v
Rh
Examinemos el asunto para
(satélite de Marte)
M = 1 X 1016 kg
R = 10 km
h=2m
GM
v
Rh
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
Dificultad 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