Satélites artificiales

Presentación del tema: "Satélites artificiales"— Transcripción de la presentación:

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

11 La trayectoria es un óvalo
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 Tierra 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 V=8000 m = 8 km/s G=6.67X10-11 (MKS) M=6X1024 kg
R=6’ 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 Carga útil Gases Calientes 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 asunto para Fobos (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

30 Fase balística Inyección Tierra Fase propulsada

31 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 residuos espaciales rastreados (> 10 cm) con posiblemente trozos no rastreables ( 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
km Tierra 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 Caída en espiral de un satélite a baja altura
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 Tierra No es posible colocar un satélite a 10 km 20 km 50 km 100 km
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) Vel (km/s) Periodo (min) 6300 km Espionaje Meteorológicos Telescopios Estaciones espaciales Telefonía Búsqueda de recursos

47 Satélites de altura intermedia
Altura (km) Vel (km/s) Periodo m h Telefonía Navegación

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

49 Órbita lunar Altura (km) Vel. (Km/s) Periodo d

50 Examinemos las ventajas se se sacan
de colocar uno o varios objetos girando incesamente varios centenares o miles de kilómetros sobre la superficie de la Tierra

51 Problema de las telecomunicaciones
Luna Tierra

52 Un satélite de baja altura tiene un periodo orbital muy corto (90 min)

53 Satélites geoestacionarios
35800 km Situado a esa altura, con órbita circular y sobre el ecuador terrestre el satélite aparece para alguien en la Tierra como un punto fijo en el cielo

54 Las antenas parabólicas apuntan a satélites geoestacionarios
Televisión Satelital (Direct TV)

55 Satélites de reconocimiento
Tierra Geoestacionario

56 Pueden identificar objetos con tamaños hasta de 10 cm
Electro-ópticos Térmicos (ir) Radar

57 Satélites meteorológicos

58 Global positioning system (GPS)
Satélites de navegación Global positioning system (GPS)

59 Recursos naturales

60 de marihuana (zona negra)…
Fotografía de un campo de marihuana (zona negra)… en Estados Unidos

61 66 satélites en órbita baja en 8 planos a una altura de 800 km
Telefonía global 66 satélites en órbita baja en 8 planos a una altura de 800 km Iridium

62 Exploración del espacio
El ojo humano sólo es sensible a una pequeña parte del llamado espectro electromagnético

63 La atmósfera bloquea gran parte del espectro

64 Cygnus X-1 Explosiones de rayos gamma (23 enero 1999)
Detección de agua en el exoplaneta HD189733b

65 Satélites para la exploración del espacio
Estrellas muy próximas * * Los astros “centellean” Atmósfera terrestre Dificultad en alcanzar los poderes de resolución teóricos de telescopios *

66 Telescopio Espacial Hubble Satélite de baja altura
cuyas fotografías son de muy alta resolución No es el telescopio más grande del mundo, pero tiene la ventaja de que está por encima de la atmósfera

67 Los satélites llevan 52 años y han cambiado nuestra
forma de vida y la manera como vemos al mundo y al Universo

68 Muchas gracias!!!

69 Fase balística Inyección Tierra Fase propulsada

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

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