Umělá družice

Z Multimediaexpo.cz

Aktuální verze z 14. 8. 2022, 14:54

Umělá družice (umělý satelit) je umělé kosmické těleso, které se pohybuje v prvním přiblížení po uzavřené křivce (oběžné dráze, přibližně po elipse) kolem přirozeného kosmického tělesa, např. planety nebo jejího měsíce, na rozdíl od kosmických sond, pohybujících se na počátku jejich letu v gravitačním poli Země po otevřených křivkách, po (parabole nebo hyperbole). Podle specifických vlastností oběžných drah umělých družic pak rozeznáváme jako zvláštní podkategorie družice stacionární, polární a heliosynchronní.

Historie umělých družic

Poprvé o vypouštění satelitů na oběžnou dráhu píše Edward Everett Hale v povídce The Brick Moon. Příběh též začal vycházet v roce 1869 jako seriál v měsíčníku The Atlantic Monthly^[1][2]. Myšlenka vypouštění satelitů na oběžnou dráhu se vrací roku 1879 v knize Julese Verna The Begum's Millions. V roce 1903 Konstantin Eduardovič Ciolkovskij (1857–1935) publikoval The Exploration of Cosmic Space by Means of Reaction Device (rusky Исследование мировых пространств реактивными приборами). Toto byla první publikace, která obsahovala akademické pojednání o schopnosti raketové techniky vynést těleso na oběžnou dráhu. Jako jednu z variant použitého paliva, navrhoval použití kapalného vodíku a kapalného kyslíku. Během celého života publikoval přes 500 prací týkající se letu vesmírem a jeho příbuzným oblastem, včetně románů science fiction. Mezi jeho práce patří návrhy raket, pomocných raket, kosmických stanic, vzduchových uzávěrů pro výstup z kosmická lodě a spoustu dalších. Navrhoval též biologické systémy. Jeho myšlenky daly vzniknout i detailnímu řešení stravování a řešení problémům s kyslíkem na vesmírných koloniích. Od kosmonautiky není daleko k letectví, takže není překvapením, že jisté úsilí věnoval i tomuto oboru. Zajímavostí je, že tyto kalkulace prováděl ve stejnou dobu jako bratři Wrightové. V roce 1928 Herman Potočnik (1892–1929) publikoval svou první a zároveň poslední knihu Problém letu vesmírem - raketový motor (německy Das Problem der Befahrung des Weltraums - der Raketen Motor). Představil kosmickou stanici podrobně v detailech a popsal, že jako umělá družice dokáže zaujmout stálé postavení na oběžné dráze a že její využití může být pro lidstvo velkým přínosem především v mírovém nasazení. V roce 1945 anglický spisovatel science fiction Arthur C. Clarke (narozen 1917) popsal detailně možnost použití družic pro hromadné sdělovací prostředky. Clarke zkoumal operativní zabezpečení ostrovního systému. Podle jeho vize by dostačovalo vypustit na oběžnou dráhu tři družice pro pokrytí celé naší planety. První umělou družicí Země se stal Sputnik 1, vypuštěný z kosmodromu Bajkonur 4. října 1957.^[3] Více o historii prvních družic jednotlivých států podává následující tabulka:

Dne 10.2.2009 došlo k první historické srážce dvou družic na oběžné dráze kolem Země. Stalo se tak ve výšce asi 800 kilometrů nad Sibiří a srazil se při ní americký satelit komunikační firmy Iridium a nefunkční ruská vojenská družice.^[4]

Rozdělení

Umělé družice rozdělujeme do kategorií zejména právě podle centrálního tělesa, kolem něhož se pohybují, rozeznáváme tedy např. umělé družice Země, umělé družice Měsíce, umělé družice Marsu atp. Umělá kosmická tělesa, pohybující se po eliptických drahách kolem Slunce, se sice v počátcích kosmonautiky nazývala analogicky umělé družice Slunce nebo umělé planetky, ale později se pro ně vžilo spíše označení meziplanetární sondy, případně planetární sondy.

Druhy družic

Jiné dělení vychází z hlavního účelu umělých družic, podle kterého je můžeme rozdělit na:

• Vědecké družice
  • Astronomické
  • Geofyzikální
  • Geodetické
  • Biologické
• Vojenské a špionážní družice
• Navigační družice - viz Globální družicový polohový systém
• Meteorologické družice
• Radioamatérské družice
• Telekomunikační družice, dříve nazývané jen komunikační

Oběžné dráhy

Rozdělení podle výšky oběžné dráhy:

• GEO (geostacionární oběžná dráha Geostationary Earth Orbit) nehybné vzhledem k zemskému povrchu, výška 36 000 km
• MEO (střední oběžná dráha) s oběhem 4-6× denně, ve výškách 1200 - 35 286 km nad zemským povrchem
• LEO (nízká oběžná dráha) s dobou oběhu 80-130 minut, ve výšce 200 - 1200 km nad zemí

Poloha družice

V případě, že zanedbáme gravitační vliv ostatních těles a považujeme gravitační pole Země za sféricky symetrické, pohybuje se družice okolo Země po elipse, v jejímž ohnisku se nachází těžiště Země (1. Keplerův zákon). Polohu družice vůči Zemi proto popisujeme tak, že stanovíme polohu elipsy vůči Zemi, tvar elipsy a pak polohu družice na elipse.

Dráha družice

Polohu elipsy vůči Zemi charakterizují tři úhly (viz obrázek):

• inklinace \(i\), což je úhel mezi rovinou rovníku a severní polorovinou dráhy
• rektascenze \(\Omega\), což je úhel mezi směrem k jarnímu bodu (průsečík roviny rovníku s ekliptikou, v němž je Slunce v okamžiku jarní rovnodennosti) a směrem k vzestupnému uzlu (průsečík roviny rovníku s rovinou dráhy, v němž přechází dráha z jižní do severní poloroviny)
• argument perigea \(\omega\) , což je úhel mezi směrem k vzestupnému uzlu a směrem k perigeu (bod dráhy nejblíže k těžišti Země).

Tvar elipsy vyjadřují buď její poloosy nebo hlavní poloosa \(A\) dráhy a excentricita \(e\). K tomu, abychom pro určitý čas t určili polohu družice na elipse, stačí znát polohu družice v nějakém jiném čase, protože pohyb družice je plně dán 2. Keplerovým zákonem (plocha opsaná průvodičem za jednotku času je konstantní) a 3. Keplerovým zákonem (poměr třetí mocniny hlavní poloosy a druhé mocniny oběžné doby je konstantní).

Pozorovaní

viz Záblesk družice

Odkazy

Reference

1. ↑ The Brick Moon and Other Stories by Edward Everett Hale [online]. Project Gutenberg. Dostupné online.  
2. ↑ Contents - The Atlantic monthly. Volume 24, Issue 141 [online]. Cornell University Library. Dostupné online.  
3. ↑ VÍTEK, Antonín; LÁLA, Petr. Malá encyklopedie kosmonautiky. Praha : Mladá fronta, 1982. Kapitola Historie, s. 102.  
4. ↑ Na oběžné dráze se srazily dvě družice. Red. kal. České noviny.cz [online]. 2009-02-12 [cit. 2009-02-12]. Dostupné online.