ماهواره ( Satellite )
ماهواره
فرض کنید روی قله یک کوه با یک توپ جنگی گلوله ای را پرتاب می کنید. ( بدون در نظر گرفتن مقاومت هوا ) هر چه نیروی پرتاب کننده بیشتر باشد ، سرعت گلوله بهنگام خروج از لوله بیشتر خواهد بود و گلوله مسافت بیشتری طی خواهد کرد تا با نیروی جاذبه زمین سقوط کند . حال اگر سرعت پرتاب به 7.9 کیلومتر در ثانیه ( 2800 کیلومتر در ساعت ) برسد ، گلوله دیگر به زمین سقوط نخواهد کرد و با همان سرعت دور زمین ( در مدار دایره ای شکل ) خواهد چرخید. در این حالت گلوله تبدیل به یک ماهواره شده و اگر نیروی اصطحکاک هوا نباشد ، گلوله تا ابد در مدار زمین باقی می ماند ولی بخاطر وجود اصطحکاک هوا در ارتفاعات کم ، سرعت گلوله کم شده و در نهایت سقوط خواهد کرد. اگر سرعت پرتابه را افزایش دهیم ، مدار حرکت گلوله دور زمین از حالت دایره به حالت بیضی شکل تغییر خواهد کرد و با افزایش سرعت ، مدار حرکت بیضی تر خواهد شد
برای قرار دادن ماهواره در مدار بالایی و دایره ای شکل بدور زمین از موشک های 2 مرحله ای استفاده می کنند. به این صورت که موشک پس از بلند شدن و در ارتفاع کم ، مسیر مستقیم خود را کج می کند تا در مدار زمین قرار گیرد. در این لحظه موتور مرحله اول از موشک جدا می شود. همین لحظه موتور مرحله دوم روشن می شود و موشک در مدار بیضی شکل دور زمین شروع به گردش می کند. موتور مرحله دوم خاموش می شود و وقتی موشک به نقطه اوج ( دورترین نقطه از زمین مدار بیضی از زمین) رسید ، موتور دوم یکبار دیگر روشن می شود تا موشک در مدار دایره ای شکل بزرگ قرار گیرد. در همین لحظه ماهواره از موتور دوم جدا می شود و سپس با همان سرعت اولیه که از موشک در حال حرکت جدا شده ، در مدار دایره ای شکل دور زمین می گردد .
ارتفاع ماهواره ها از سطح زمین :
ماهواره های جاسوسی را اغلب در ارتفاعات کم ( 480 تا 970 کیلومتری) قرار می دهند. این ماهواره ها می توانند در عرض کمتر از دو ساعت دور زمین گردش کنند و عکس های دقیق از مراکز نظامی بگیرند.
ماهواره های علمی در مدارات میانی ( ارتفاع 4800 تا 9700 کیلومتری) قرار داده می شوند. از این ماهواره ها برای تحقیق در مورد مهاجرت حیوانات و بررسی فعالیت آتشفشانها استفاده می شود.
ماهواره های سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS ) در ارتفاع 10000 تا 2000 کیلومتری قرار داده می شوند.
ماهواره های ارتباطی مثل ماهواره تلویزیونی را در ارتفاع 35786 کیلومتری قرار می دهند. زمان گردش ماهواره هایی که در این ارتفاع قرار می گیرند ، با زمان چرخش زمین یکی است . به همین دلیل برای دریافت اطلاعات از این ماهواره ها ، نیازی به جابجایی مکرر گیرنده زمینی ( بشقاب ماهواره ) نیست.
کره ماه ( ماهواره طبیعی زمین ) هم ارتفاع ( فاصله ) حدود 384000 کیلومتری از سطح زمین در حال گردش بدور زمین است ، دارای سرعتی معادل 1 کیلومتر در ثانیه است . با این فاصله و سرعت زمان یک دور گردش ماه بدور زمین حدودا 28 روز طول می کشد که همان طول ماه قمری است .
رابطه سرعت با ارتفاع :
همانطور که می دانید با افزایش ارتفاع از سطح زمین ، نیروی جاذبه کم می شود. هر مدار دایره ای ماهواره ، سرعت مخصوصی دارد که به آن سرعت پایداری مدار می گویند. در این سرعت نیروی جاذبه با نیروی گریز از مرکز در حالت تعادل قرار دارند. اگر سرعت ماهواره را به کمتر از سرعت پایداری کاهش دهیم ، نیروی جاذبه بر نیروی گریز از مرکز غلبه کرده و ماهواره به مدار پایین تر ( ارتفاع کمتر ) سقوط خواهد کرد و بالعکس اگر سرعت ماهواره را افزایش دهیم ، نیروی گریز از مرکز بر نیروی جاذبه غلبه کرده و ماهواره در مدار بالاتر ( بیضی کشیده ) قرار می گیرد.
| ارتفاع از سطح زمین ( کیلومتر ) | سرعت پایداری مدار گردش | زمان یک گردش کامل بدور زمین |
| 200 | 7.78 ( کیلومتر در ثانیه ) | 88 دقیقه |
| 500 | 7.61 ( کیلومتر در ثانیه ) | 94 دقیقه |
| 1000 | 7.35 ( کیلومتر در ثانیه ) | 105 دقیقه |
| 10000 | 4.93 ( کیلومتر در ثانیه ) | حدود 6 ساعت |
| 100000 | 1.94 ( کیلومتر در ثانیه ) | حدود 4 روز |
| 1000000 | 0.63( کیلومتر در ثانیه ) | حدود 4 ماه |
با کاهش سرعت ماهواره پس از پایان ماموریت ، ارتفاع آن کم می شود تا وارد جو شود. از آنجا که سرعت گردش ماهواره در هنگام برخورد به ملکولهای هوای جو هنوز بسیار زیاد است ، دمای سطح ماهواره آنقدر بالا می رود که قطعات آن آتش گرفته و میسوزند .
البته برخی قطعات نسوخته ماهواره ها یا موشکها در مدار زمین باقی می مانند . این قطعات بخاطر سرعت زیادی که در گردش بدور زمین دارند ، برای دیگر ماهواره ها و نیز موشک ها و شاتل های فضایی بسیار خطرناک هستند بطوریکه اگر یک قطعه کوچک ( به اندازه یک توپ پینگ پنگ ) به شاتلی اصابت کند ، مانند یک خمپاره عمل خواهد کرد و ممکن است شاتل را منفجر کند ! دانشمندان سعی می کنند ماهواره ها را از موادی بسازند که در هنگام برخورد با جو کاملا بسوزند و قطعات خطرناک آنها در جو باقی نماند.