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Satélites artificiales Observatorio Astronómico Nacional J. Gregorio Portilla Universidad Nacional de Colombia Cátedra José Celestino Mutis.

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Presentación del tema: "Satélites artificiales Observatorio Astronómico Nacional J. Gregorio Portilla Universidad Nacional de Colombia Cátedra José Celestino Mutis."— Transcripción de la presentación:

1 Satélites artificiales Observatorio Astronómico Nacional J. Gregorio Portilla Universidad Nacional de Colombia Cátedra José Celestino Mutis

2 Antes del 4 de octubre de 1957…

3 km

4 Isaac Newton (1687) Mecánica celeste

5 Línea recta Elipse ParábolaHipérbola

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 Tierra La trayectoria es una línea recta

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

11 La trayectoria es un óvalo Tierra Si la velocidad inicial no es cero pero tiene una componente tangencial

12 En la vida real, el cuerpo lanzado choca con la superficie terrestre Tierra

13 Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento Tierra El objeto está cayendo y finalmente choca con la superficie

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 El objeto escapa… Hay una velocidad mínima para la cual el objeto escapa (parábola)

18 Velocidad orbital G=6.67X (MKS) V=8000 m = 8 km/s Esta es una velocidad enorme!!! h = 8850 m M=6X10 24 kg R= m

19 Velocidad de escape G=6.67X (MKS) V=11300 m = 11.3 km/s Y esta con más veras h = 8850 m M=6X10 24 kg R= m

20 Plaza de Bolívar Aeropuerto El Dorado 8 kilómetros en 1 segundo

21 150 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

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 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

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 M = 1 X kg R = 10 km h = 2 m v = 8 m/s Hasta con la fuerza de un niño es posible colocar un satélite

27 Fase propulsada… Inyección

28 Trayectoria balística

29

30 Fase propulsada Tierra Inyección Fase balística

31 R-7 Primer misil balístico intercontinental

32 El 4 de octubre de 1957 quedaron en realidad tres objetos en órbita terrestre Sputnik Cono protector Cohete R7

33 950 km 228 km Órbita del Sputnik I

34 Para marzo del 2009, existían 900 satélites operacionales junto con residuos espaciales rastreados (> 10 cm) con posiblemente trozos no rastreables ( cm) Han existido más de 6000 lanzamientos (EEUU, Rusia, Japón, China, Francia, India, Israel, Australia, Reino unido)

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 Tierra km km La Luna y el Sol afectan la trayectoria de un satélite Luna Sol

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

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 A esa altura hay muchas moléculas de aire A 10 km/s se quema completamente por la fricción 50 km 20 km 150 km 100 km

46 Satélites de baja altura Altura (km) Vel (km/s) Periodo (min) Espionaje Meteorológicos Telescopios Estaciones espaciales Telefonía Búsqueda de recursos 6300 km

47 Satélites de altura intermedia Altura (km) Vel (km/s) Periodo 88 m 13 h Telefonía Navegación

48 Satélites de órbita geoestacionaria Altura (km) Vel (km/s) 3.0 Periodo 24 h Comunicaciones Meteorológicos Alerta temprana Órbita Molniya

49 Órbita lunar Altura (km) Vel. (Km/s) 1 Periodo 27.3 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 Tierra Luna

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

53 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 Satélites geoestacionarios

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

55 Tierra Geoestacionario Satélites de reconocimiento

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

57 Satélites meteorológicos

58 Satélites de navegación Global positioning system (GPS)

59 Recursos naturales

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

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

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

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 propulsada Tierra Inyección Fase balística

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

71

72

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


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