Satélites artificiales

ObservatorioAstronómico

Nacional

J. Gregorio Portilla

Universidad Nacional de Colombia

Cátedra José Celestino Mutis

Antes del 4 de octubre de 1957…

384000 km

Isaac Newton (1687)

Mecánica celeste

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

TierraLa trayectoria es una línea recta

Velocidad inicial distinta de cero pero va en ladirección de la línea vertical

TierraLa trayectoria es de nuevo una línea recta

La trayectoria es un óvaloTierra

Si la velocidad inicial no es cero pero tiene una componente tangencial

En la vida real, el cuerpo lanzado choca con la

superfi cie terrestreTierra

Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento

TierraEl objeto está cayendo y finalmente

choca con la superficie

Sigamos aumentando la velocidad…

Tierra

Sigamos aumentando la velocidad…

El objeto queda

perpetuamentedotado 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

G=6.67X10-11 (MKS)

V=8000 m = 8 km/s Esta es una velocidad

enorme!!!

h = 8850 m

M=6X1024 kg

R=6’378.140 m

Velocidad de escape

�

v =2GM

R + h

G=6.67X10-11 (MKS)

V=11300 m = 11.3 km/s Y esta con más veras

h = 8850 m

M=6X1024 kg

R=6’400.000 m

Plazade Bolívar

Aeropuerto El Dorado

8 kilómetrosen 1 segundo

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

Comparación de velocidades

Y, entonces, ¿cómo lograr velocidadesdel orden de 8-11 km/s?

Acción-reacción

Aire

La velocidad del globo depende de:

La velocidad de salida del aireLa cantidad de gas que hay originalmente

Gases Calientes Carga útil

Cohete

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

M = 1 X 1016 kg R = 10 km h = 2 m

v = 8 m/s Hasta con la fuerza de un niño es posible colocar un satélite

Fase propulsada… Inyección

Trayectoriabalística

Fasepropulsada

Tierra

Inyección

Fase balística

R-7

Primer misil balístico

intercontinental

El 4 de octubre de 1957 quedaron en realidad tres objetos en órbita

terrestre

Sputnik

Cono protector

Cohete R7

950 km

228 km

Órbita del Sputnik I

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)

Han existido más de 6000 lanzamientos(EEUU, Rusia, Japón, China, Francia, India,

Israel, Australia, Reino unido)

Las órbitasde 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

Tierra

150000000 km

384400 km

La Luna y el Sol afectan la trayectoria de un satélite

Luna

Sol

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

Caída en espiral de un satélite a baja

altura

Interacción de unsatélite artificial

con las capas altasde la atmósfera

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

Tierra

No es posible colocarun satélite a 10 km

A esa altura haymuchas moléculas

de aire

A 10 km/s se quemacompletamentepor la fricción

50 km

20 km

150 km

100 km

Satélites de baja altura

Altura (km) 200 1000

Vel (km/s) 8 7.3

Periodo (min) 88 105

•Espionaje•Meteorológicos•Telescopios•Estaciones espaciales•Telefonía•Búsqueda de recursos

6300 km

Satélites de altura intermedia

Altura (km) 1000 22000

Vel (km/s) 7.3 3.7

Periodo 88 m 13 h

•Telefonía•Navegación

Satélites de órbita geoestacionaria

Altura (km) 35800

Vel (km/s) 3.0

Periodo 24 h

•Comunicaciones•Meteorológicos•Alerta temprana

Órbita Molniya

Órbita lunar

Altura (km) 380000

Vel. (Km/s) 1

Periodo 27.3 d

Examinemos las ventajas se se sacan de colocar uno o varios objetos girando

incesamente varios centenares omiles 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)

35800 km

Situado a esa altura, con órbita circulary sobre el ecuador terrestre el satélite

aparece para alguien en la Tierra como un punto fijo en el cielo

Satélites geoestacionarios

TelevisiónSatelital (Direct TV)

Las antenas parabólicas apuntana satélites geoestacionarios

Tierra

Geoestacionario

Satélites de reconocimiento

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 campode 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 sensiblea 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 exoplanetaHD189733b

Satélites para la exploración del espacio

Los astros “centellean”

Difi cultad en alcanzarlos poderes de resolución

teóricos de telescopios

* *

*

Atmósfera terrestre

Estrellas muypróximas

Telescopio Espacial Hubble

Satélite de baja alturacuyas fotografías son

de muy alta resoluciónNo es el telescopio más grande del mundo, pero tiene la ventaja de que

está por encima de la atmósfera

Los satélites llevan 52 añosy han cambiado nuestra

forma de vida y la manera como vemos al mundo y al

Universo

Muchas gracias!!!

Fasepropulsada

Tierra

Inyección

Fase balística

1 etapa

2 etapa

3 etapa

Carga útil

Para lograr en la práctica velocidades orbitales se necesitan

cohetes multietapas

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

centro

Tierra