YAPAY UYDULAR: NE IŞE YARARLAR, NASIL ÇALIŞIRLAR, TÜRLERI, ÖNEMLIDIR - ARTE - 2024

Uydular Earth veya diğer gök cismi etrafında yörüngesinde amacıyla, araçlar veya mürettebat olmadan uzaya tahliye edilecek özel olarak inşa edilmiş cihazlardır.

Yapay uydular oluşturmayla ilgili ilk fikirler, Jules Verne ve Arthur C. Clark gibi bilim kurgu yazarlarından geldi. İkincisi, Kraliyet Hava Kuvvetleri'nde bir radar subayıydı ve II.Dünya Savaşı'nın sonunda, bir telekomünikasyon ağını sürdürmek için Dünya çevresinde yörüngede üç uydu kullanma fikrini tasarladı.

Şekil 1. Dünya'nın etrafında dönen yapay uydu. Kaynak: Wikimedia Commons.

O zamanlar, yörüngeye bir uydu yerleştirmek için araçlar henüz mevcut değildi. 1950'lerin başında Birleşik Devletler ordusunun ilk uydu haberleşmesini üretmesi birkaç yıl daha sürdü.

Amerika Birleşik Devletleri ve Sovyetler Birliği arasındaki uzay yarışı, yapay uydu endüstrisini güçlendirdi. Yörüngeye başarıyla yerleştirilen ilk uydu, 1957'de Sovyet Sputnik uydusuydu ve 20-40 MHz aralığında sinyaller yaydı.

Bunu, iletişim amacıyla Birleşik Devletler tarafından Echo I'in piyasaya sürülmesi izledi. O zamandan beri, yörüngeye yapılan sayısız fırlatma her iki güç tarafından başarılı oldu ve ardından birçok ülke yeni teknolojiye katıldı.

Yapay uydular ne içindir?

-Telekomünikasyonda radyo, televizyon ve cep telefonu mesajlarının yeniden iletilmesi için.

- Haritacılık ve astronomik gözlemler dahil olmak üzere bilimsel ve meteorolojik araştırmalarda.

- Askeri istihbarat amaçlı.

-Navigasyon ve konum kullanımları için, GPS (Küresel Konumlandırma Sistemi) en iyi bilinenlerden biridir.

- Kara yüzeyini izlemek için.

- Dünya dışındaki yaşamı deneyimlemek için tasarlanmış uzay istasyonlarında.

Nasıl çalışırlar?

Isaac Newton (1643-1727) Principia'sında yörüngeye bir uydu yerleştirmek için neyin gerekli olduğunu belirledi, ancak bir uydu yerine bir tepenin tepesinden atılan bir gülle örnek olarak kullandı.

Belirli bir yatay hızda ateşlenen mermi, olağan parabolik yörüngeyi takip eder. Hızı artırarak, yatay erişim gittikçe daha da büyüyor, bu açık olan bir şey. Ancak belirli bir hız, merminin Dünya çevresinde yörüngeye girmesine neden olur mu?

Dünya, her 8 km'de 4,9 m hızla yüzeye teğet bir çizgiden eğilir. Hareketsiz halden serbest bırakılan herhangi bir nesne, ilk saniyede 4,9 m düşecektir. Bu nedenle, mermiyi yatay olarak 8 km / s hızla bir tepeden ateşlerken, ilk saniyede 4,9 m düşecektir.

Ancak Dünya, top güllesinin altında kıvrılırken bu süre içinde 4,9 m alçalmış olacak. Bu, 8 km'lik alanı kapsayan yatay olarak hareket etmeye devam ediyor ve o saniye boyunca Dünya'ya göre aynı yükseklikte kalacaktı.

Doğal olarak, aynı şey bir sonraki saniyeden sonra ve birbirini takip eden tüm saniyelerde olur, sürtünme olmadığı sürece mermiyi herhangi bir ilave itme olmadan yapay bir uyduya çevirir.

Bununla birlikte, hava direncinin neden olduğu sürtünme kaçınılmazdır, bu nedenle bir güçlendirici roket gereklidir.

Roket, uyduyu büyük bir yüksekliğe kaldırır, burada daha ince atmosfer daha az direnç sunar ve ona gerekli yatay hızı sağlar.

Bu hız 8 km / s'den fazla ve 11 km / s'den az olmalıdır. İkincisi, kaçış hızıdır. Bu hızda öngörülen uydu, Dünya'nın yerçekimi etkisini bırakarak uzaya gidecekti.

Yapay uydu yapısı

Yapay uydular, çeşitli sinyal türlerinin alınması, işlenmesi ve gönderilmesini içeren, işlevlerini yerine getirmek için çeşitli karmaşık mekanizmalar içerir. Ayrıca hafif olmalı ve çalışma özerkliğine sahip olmalıdırlar.

Ana yapılar tüm yapay uydularda ortaktır ve bu uydularda amaca göre birkaç alt sistem bulunur. Destek görevi gören ve otobüs adı verilen metal veya diğer hafif bileşenlerden yapılmış bir muhafazaya monte edilirler.

Otobüste şunları bulabilirsiniz:

- Verilerin işlendiği bilgisayarı içeren merkezi kontrol modülü.

- Radyo dalgaları ile iletişim ve veri iletimi için antenlerin yanı sıra teleskoplar, kameralar ve radarların alınması ve iletilmesi.

- Uydu gölgede iken gerekli enerjiyi ve şarj edilebilir pilleri elde etmek için kanatlarda güneş paneli sistemi. Yörüngeye bağlı olarak uydular, yörüngede düşükse pillerini şarj etmek için yaklaşık 60 dakika güneş ışığına ihtiyaç duyar. Daha uzaktaki uydular, güneş radyasyonuna çok daha fazla maruz kalırlar.

Uydular bu radyasyona uzun süre maruz kaldığından, diğer sistemlere zarar vermemek için bir koruma sistemi gereklidir.

Açıkta kalan kısımlar çok ısınırken gölgede son derece düşük sıcaklıklara ulaşırlar, çünkü değişiklikleri düzenlemek için yeterli atmosfer yoktur. Bu nedenle gerektiğinde ısıyı korumak için radyatörlerin ısıyı ve alüminyum kapakları ortadan kaldırması gerekmektedir.

Yapay uydu türleri

Yörüngelerine bağlı olarak yapay uydular eliptik veya dairesel olabilir. Elbette, her bir uyduya, asenkron yörünge adı verilen, genellikle Dünya'nın döndüğü yönde atanmış bir yörünge vardır. Herhangi bir nedenden dolayı uydu ters yönde hareket ederse, o zaman bir retrograd yörüngeye sahiptir.

Yerçekimi altında nesneler, Kepler'in yasalarına göre eliptik yollarda hareket eder. Yapay uydular bundan kaçamazlar, ancak bazı eliptik yörüngelerin dairesel olarak kabul edilebilecek kadar küçük bir eksantrikliği vardır.

Yörüngeler ayrıca Dünya'nın ekvatoruna göre eğimli olabilir. 0 ° eğimde ekvatoral yörüngeler, 90 ° iseler kutup yörüngeleri.

Uydunun rakımı da önemli bir parametredir, çünkü 1500 - 3000 km arasındaki yükseklik, yüksek radyasyon oranı nedeniyle kaçınılması gereken bir bölge olan ilk Van Allen kuşağıdır.

Şekil 2. Yapay uyduların yörüngeleri, yükseklikleri ve hızları. Tüm yörüngelerde kalıntılar olmasına rağmen, kullanılmayan uydular mezarlık yörüngesine geçer. Kaynak: Wikimedia Commons.

Uydu yörüngeleri

Uydunun yörüngesi sahip olduğu göreve göre seçilir, çünkü farklı operasyonlar için aşağı yukarı uygun yükseklikler vardır. Bu kritere göre uydular şu şekilde sınıflandırılır:

- LEO (Alçak Dünya Yörüngesi) , 500 ila 900 km yüksekliğindedirler ve yaklaşık 1 buçuk saatlik periyotlar ve 90º'lik bir eğim ile dairesel bir yolu tanımlarlar. Cep telefonları, fakslar, kişisel çağrı cihazları, araçlar ve tekneler için kullanılırlar.

- MEO (Orta Dünya Yörüngesi) , 5000-12000 km arası rakımda, 50º eğimde ve yaklaşık 6 saat sürmektedir. Cep telefonlarında da kullanılıyorlar.

- İki terim arasında küçük bir fark olmasına rağmen, GEO (Geosynchronous Earth Orbit) veya konumsal yörünge. İlki değişken eğimli olabilirken, ikincisi her zaman 0º'dedir.

Her halükarda, yüksek bir rakımdadırlar -36.000 km aşağı yukarı-. 1 günlük periyotlarla dairesel yörüngelerde seyahat ederler. Onlar sayesinde, diğer hizmetlerin yanı sıra faks, uzun mesafe telefon ve uydu televizyonu mevcuttur.

Şekil 3. Yapay uyduların yörüngelerinin şeması. 1) Dünya. 2) LEO. 3) MEO, 4) Jeosenkron yörüngeler. Kaynak: Wikimedia Commons.

Geostationary uydular

Başlangıçta iletişim uydularının Dünya'nın dönüşünden farklı dönemleri vardı, ancak bu antenleri konumlandırmayı zorlaştırdı ve iletişim kesildi. Çözüm, uyduyu, periyodu Dünya'nın dönüşüne denk gelecek şekilde bir yüksekliğe yerleştirmekti.

Bu şekilde uydu, Dünya ile birlikte yörüngede dönüyor ve ona göre sabit görünüyor. Bir uyduyu yer eşzamanlı yörüngeye yerleştirmek için gereken yükseklik 35786,04 km'dir ve Clarke kuşağı olarak bilinir.

Yörüngenin yüksekliği, Newton'un Evrensel Çekim Yasası ve Kepler'in yasalarından türetilen aşağıdaki ifade kullanılarak periyot oluşturularak hesaplanabilir:

P periyot olduğunda, a eliptik yörüngenin yarı büyük ekseninin uzunluğudur, G evrensel yerçekimi sabitidir ve M Dünya'nın kütlesidir.

Bu şekilde uydunun Dünya'ya göre yönelimi değişmediğinden, onunla her zaman temas halinde olacağını garanti eder.

Dünyanın en önemli yapay uyduları

Sputnik

Şekil 4. Tarihte yörüngedeki ilk yapay uydu olan Sputnik'in kopyası. Kaynak: Wikimedia Commons.

Eski Sovyetler Birliği tarafından Ekim 1957'de yörüngeye konan insanlık tarihindeki ilk yapay uydudu. Bu uydu, Sputnik programının bir parçası olarak 3 başka uydu tarafından takip edildi.

İlk Sputnik oldukça küçük ve hafifti: Ağırlıklı olarak 83 kg alüminyum. 20 ile 40 MHz arasında frekans yayabiliyordu, üç hafta yörüngede kaldı ve ardından Dünya'ya düştü.

Sputnik'in kopyaları bugün Rusya Federasyonu, Avrupa ve hatta Amerika'daki birçok müzede görülebilir.

Uzay mekiği

Bir başka tanınmış insanlı görev, 1981'den 2011'e kadar faaliyette olan ve diğer önemli görevlerin yanı sıra Hubble Uzay Teleskobu ve Uluslararası Uzay İstasyonunun fırlatılmasında yer alan Uzay Taşıma Sistemi STS veya Uzay Mekiğiydi. diğer uyduların onarımı.

Uzay Mekiğinin asenkron bir yörüngesi vardı ve gelip Dünya'ya gidebildiği için tekrar kullanılabilirdi. Beş feribottan ikisi mürettebatlarıyla birlikte kazara imha edildi: Challenger ve Columbia.

GPS uyduları

Küresel Konumlandırma Sistemi, dünyanın herhangi bir yerindeki insanları ve nesneleri doğru bir şekilde konumlandırmasıyla bilinir. GPS ağı, her zaman Dünya'dan görülebilen 4 uydunun bulunduğu en az 24 yüksek rakımlı uydudan oluşur.

20.000 km yükseklikte yörüngede ve süreleri 12 saattir. GPS, üçgenleme adı verilen nesnelerin konumunu değerlendirmek için üçgenlemeye benzer matematiksel bir yöntem kullanır.

GPS, insanları veya araçları bulmakla sınırlı değildir, diğer önemli uygulamaların yanı sıra haritacılık, araştırma, jeodezi, kurtarma operasyonları ve spor uygulamaları için de yararlıdır.

Hubble Uzay Teleskobu

Güneş sistemi, yıldızlar, galaksiler ve uzaktaki evrenin daha önce hiç görülmemiş, Dünya'nın atmosferi veya ışık kirliliği uzaktaki ışığı engellemeden veya bozmadan eşsiz görüntülerini sunan yapay bir uydudur.

Şekil 5. Hubble Uzay Teleskobu'nun görünümü. Kaynak: Wikimedia Commons aracılığıyla NASA.

Bu nedenle, 1990'daki lansmanı, son zamanlarda astronomideki en dikkat çekici ilerlemeydi. Hubble'ın devasa 11 tonluk silindiri, 340 mil (548 km) yükseklikte, 96 dakikalık bir periyotla Dünya'nın etrafında dairesel bir hareketle oturur.

2020-2025 yılları arasında devre dışı bırakılması, yerini James Webb uzay teleskobuna bırakması bekleniyor.

Uluslararası Uzay istasyonu

ISS (Uluslararası Uzay İstasyonu) olarak bilinen, dünya çapında beş uzay ajansı tarafından yönetilen yörüngede bir araştırma laboratuvarıdır. Şimdiye kadar var olan en büyük yapay uydu.

Diğer uyduların aksine, Uzay İstasyonunda gemide insan var. En az iki astronottan oluşan sabit mürettebata ek olarak, istasyon turistler tarafından bile ziyaret edildi.

İstasyonun amacı öncelikle bilimseldir. Sıfır yerçekiminin etkilerinin araştırıldığı, astronomik, kozmolojik ve iklim gözlemlerinin gerçekleştirildiği 4 laboratuvarı ile biyoloji, kimya ve radyasyonun çeşitli sistemler üzerindeki etkisi üzerine çeşitli deneyler bulunmaktadır.

Chandra

Bu yapay uydu, Dünya atmosferi tarafından emilen ve bu nedenle yüzeyden incelenemeyen X-ışınlarını tespit etmek için bir gözlemevidir. NASA onu 1999'da Uzay Mekiği Columbia ile yörüngeye koydu.

İridyum iletişim uyduları

LEO tipi yörüngelerde 780 km yükseklikte 66 uydudan oluşan bir ağı 100 dakikalık bir periyotla oluştururlar. Motorola telefon şirketi tarafından erişilemeyen yerlerde telefon iletişimi sağlamak için tasarlanmışlardır. Ancak çok yüksek maliyetli bir hizmettir.

Galileo uydu sistemi

Avrupa Birliği tarafından GPS'e eşdeğer ve sivil kullanım için geliştirilmiş konumlandırma sistemidir. Şu anda çalışan 22 uydusu var, ancak hala yapım aşamasında. Açık versiyonda 1 metre hassasiyetle bir kişi veya nesneyi bulabilir ve GPS sisteminin uyduları ile birlikte çalışabilir.

Landsat serisi

Dünya yüzeyini gözlemlemek için özel olarak tasarlanmış uydulardır. Çalışmalarına 1972'de başladılar. Diğer şeylerin yanı sıra, araziyi haritalamaktan, kutuplardaki buzun hareketi ve ormanların kapsamı hakkındaki bilgileri kaydetmekten ve ayrıca madencilik araştırmasından sorumludurlar.

Glonass sistemi

Rusya Federasyonu'nun GPS ve Galileo ağına eşdeğer konum belirleme sistemidir.

Yapay uyduların gözlemlenmesi

Yapay uydular, güneş ışığını yansıttıkları ve Güneş batmış olsa bile ışık noktaları olarak görülebildikleri için amatörler tarafından Dünya'dan görülebilir.

Bunları bulmak için, telefona uydu arama uygulamalarından birini kurmanız veya uyduları izleyen internet sitelerine başvurmanız önerilir.

Örneğin, Hubble Uzay Teleskobu, nereye bakacağınızı biliyorsanız, çıplak gözle veya daha da iyisi, iyi bir dürbünle görülebilir.

Uyduları gözlemlemek için yapılan hazırlıklar meteor yağmurlarını gözlemlemekle aynıdır. En iyi sonuçlar çok karanlık ve açık gecelerde, bulutsuz ve aysız veya ayın ufukta alçakta olduğu zamanlarda elde edilir. Işık kirliliğinden uzaklaştıkça, yanınızda sıcak giysiler ve sıcak içecekler de getirmeniz gerekir.

Referanslar

1. Avrupa Uzay Ajansı. Uydular. Esa.int'den kurtarıldı.
2. Giancoli, D. 2006. Fizik: Uygulamalı Prensipler. 6. Ed Prentice Hall.
3. Maran, S. Aptallar için Astronomi.
4. TENCERE. Hubble Uzay Teleskobu Hakkında. Kurtarıldı: nasa.gov.
5. Yapay uydu nedir ve nasıl çalışır? Kurtarıldı: youbioit.com
6. Vikiversite. Yapay uydular. Es.wikiversity.org adresinden kurtarıldı.