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Satélites artificiales

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Satélites artificiales

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Presentation Transcript

  1. Satélites artificiales Cátedra José Celestino Mutis Universidad Nacional de Colombia J. Gregorio Portilla Observatorio Astronómico Nacional

  2. Antes del 4 de octubre de 1957…

  3. 384000 km

  4. Mecánica celeste Isaac Newton (1687)

  5. Línea recta Elipse Parábola Hipérbola

  6. ¿Cómo colocar una luna artificial? ¿Cómo hacer que un cuerpo escape de la Tierra?

  7. Consideremos dos cuerpos Tierra

  8. Newton demostró que cuerpos esféricos se comportan como si toda la masa estuviera concentrada en su centro Tierra

  9. Velocidad inicial cero La trayectoria es una línea recta Tierra

  10. Velocidad inicial distinta de cero pero va en la dirección de la línea vertical La trayectoria es de nuevo una línea recta Tierra

  11. Si la velocidad inicial no es cero pero tiene una componente tangencial La trayectoria es un óvalo Tierra

  12. En la vida real, el cuerpo lanzado choca con la superficie terrestre Tierra

  13. Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento El objeto está cayendo y finalmente choca con la superficie Tierra

  14. Sigamos aumentando la velocidad… Tierra

  15. Sigamos aumentando la velocidad… El objeto queda perpetuamente dotado de movimiento Hay una velocidad mínima para la cual el objeto queda en órbita

  16. Sigamos aumentando la velocidad…

  17. Sigamos aumentando la velocidad… El objeto escapa… Hay una velocidad mínima para la cual el objeto escapa (parábola)

  18. Velocidad orbital G=6.67X10-11 (MKS) M=6X1024 kg R=6’378.140 m h = 8850 m Esta es una velocidad enorme!!! V=8000 m = 8 km/s

  19. Velocidad de escape 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

  20. Plaza de Bolívar 8 kilómetros en 1 segundo Aeropuerto El Dorado

  21. 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

  22. Y, entonces, ¿cómo lograr velocidades del orden de 8-11 km/s?

  23. Acción-reacción Aire La velocidad del globo depende de: La velocidad de salida del aire La cantidad de gas que hay originalmente

  24. 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

  25. 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

  26. Examinemos el asuntoparaFobos (satélite de Marte) M = 1 X 1016 kg R = 10 km h = 2 m Hasta con la fuerza de un niño es posible colocar un satélite v = 8 m/s

  27. Fase propulsada… Inyección

  28. Trayectoria balística

  29. Fase balística Inyección Tierra Fase propulsada

  30. Para lograr en la práctica velocidades orbitales se necesitan cohetes multietapas Carga útil 1 etapa 2 etapa 3 etapa

  31. R-7 Primer misil balístico intercontinental

  32. El 4 de octubre de 1957 quedaron en realidad tres objetos en órbita terrestre Cono protector Sputnik Cohete R7

  33. Órbita del Sputnik I 950 km 228 km

  34. 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)

  35. 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

  36. La Luna y el Sol afectan la trayectoria de un satélite Sol 150000000 km Tierra 384400 km Luna

  37. La fuerza que más afecta la trayectoria elíptica de un satélite es el debido a la forma irregular de la misma Tierra

  38. La atmósfera terrestre ejerce una fuerza de resistencia que afecta el movimiento de los satélites de baja altura

  39. Interacción de un satélite artificial con las capas altas de la atmósfera Caída en espiral de un satélite a baja altura

  40. Variación de la altura de la Estación Espacial Internacional

  41. Casi siempre los satélites de baja altura se queman y desaparecen en las capas altas de la atmósfera

  42. Algunos objetos en su reentrada no se queman totalmente y logran llegar hasta la superficie de la Tierra

  43. Presión de radiación SOL Tierra

  44. Examinemos rápidamente los tipos de órbitas características de los satélites

  45. No es posible colocar un satélite a 10 km Tierra A esa altura hay muchas moléculas de aire A 10 km/s se quema completamente por la fricción 20 km 50 km 100 km 150 km

  46. 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

  47. Satélites de altura intermedia Altura (km) 1000 22000 Vel (km/s) 7.3 3.7 Periodo 88 m 13 h • Telefonía • Navegación

  48. Satélites de órbita geoestacionaria Altura (km) 35800 Vel (km/s) 3.0 Periodo 24 h • Comunicaciones • Meteorológicos • Alerta temprana Órbita Molniya