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Satélites artificiales
Cátedra José Celestino Mutis Universidad Nacional de Colombia J. Gregorio Portilla Observatorio Astronómico Nacional
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Antes del 4 de octubre de 1957…
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km
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Mecánica celeste Isaac Newton (1687)
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Línea recta Elipse Parábola Hipérbola
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¿Cómo colocar una luna artificial?
¿Cómo hacer que un cuerpo escape de la Tierra?
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Consideremos dos cuerpos
Tierra
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Newton demostró que cuerpos esféricos se comportan como si toda la masa estuviera concentrada en su centro Tierra
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Velocidad inicial cero
La trayectoria es una línea recta Tierra
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Tierra Velocidad inicial distinta de cero pero va en la
dirección de la línea vertical La trayectoria es de nuevo una línea recta Tierra
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La trayectoria es un óvalo
Si la velocidad inicial no es cero pero tiene una componente tangencial La trayectoria es un óvalo Tierra
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En la vida real, el cuerpo
lanzado choca con la superficie terrestre Tierra
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Tierra Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento
El objeto está cayendo y finalmente choca con la superficie Tierra
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Sigamos aumentando la velocidad…
Tierra
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Sigamos aumentando la velocidad…
El objeto queda perpetuamente dotado de movimiento Hay una velocidad mínima para la cual el objeto queda en órbita
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Sigamos aumentando la velocidad…
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Sigamos aumentando la velocidad…
El objeto escapa… Hay una velocidad mínima para la cual el objeto escapa (parábola)
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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
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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
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Plaza de Bolívar 8 kilómetros en 1 segundo Aeropuerto El Dorado
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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
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Y, entonces, ¿cómo lograr velocidades
del orden de 8-11 km/s?
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Acción-reacción Aire La velocidad del globo depende de:
La velocidad de salida del aire La cantidad de gas que hay originalmente
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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
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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
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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
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Fase propulsada… Inyección
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Trayectoria balística
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Fase balística Inyección Tierra Fase propulsada
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Primer misil balístico
intercontinental
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El 4 de octubre de 1957 quedaron en realidad tres objetos en órbita terrestre
Cono protector Sputnik Cohete R7
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Órbita del Sputnik I 950 km 228 km
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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)
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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
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La Luna y el Sol afectan la trayectoria de un satélite
km Tierra km Luna
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La fuerza que más afecta la trayectoria elíptica
de un satélite es el debido a la forma irregular de la misma Tierra
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La atmósfera terrestre ejerce una fuerza de resistencia que afecta el movimiento de los satélites de
baja altura
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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
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Variación de la altura de la Estación Espacial Internacional
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Casi siempre los satélites de
baja altura se queman y desaparecen en las capas altas de la atmósfera
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Algunos objetos en su reentrada no se queman totalmente
y logran llegar hasta la superficie de la Tierra
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Presión de radiación SOL Tierra
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Examinemos rápidamente los tipos de
órbitas características de los satélites
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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
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Satélites de baja altura
Altura (km) Vel (km/s) Periodo (min) 6300 km Espionaje Meteorológicos Telescopios Estaciones espaciales Telefonía Búsqueda de recursos
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Satélites de altura intermedia
Altura (km) Vel (km/s) Periodo m h Telefonía Navegación
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Satélites de órbita geoestacionaria
Altura (km) Vel (km/s) Periodo h Comunicaciones Meteorológicos Alerta temprana Órbita Molniya
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Órbita lunar Altura (km) Vel. (Km/s) Periodo d
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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
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Problema de las telecomunicaciones
Luna Tierra
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Un satélite de baja altura tiene un periodo orbital muy corto (90 min)
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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
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Las antenas parabólicas apuntan a satélites geoestacionarios
Televisión Satelital (Direct TV)
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Satélites de reconocimiento
Tierra Geoestacionario
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Pueden identificar objetos con tamaños hasta de 10 cm
Electro-ópticos Térmicos (ir) Radar
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Satélites meteorológicos
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Global positioning system (GPS)
Satélites de navegación Global positioning system (GPS)
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Recursos naturales
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de marihuana (zona negra)…
Fotografía de un campo de marihuana (zona negra)… en Estados Unidos
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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
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Exploración del espacio
El ojo humano sólo es sensible a una pequeña parte del llamado espectro electromagnético
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La atmósfera bloquea gran parte del espectro
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Cygnus X-1 Explosiones de rayos gamma (23 enero 1999)
Detección de agua en el exoplaneta HD189733b
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Satélites para la exploración del espacio
Estrellas muy próximas * * Los astros “centellean” Atmósfera terrestre Dificultad en alcanzar los poderes de resolución teóricos de telescopios *
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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
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Los satélites llevan 52 años y han cambiado nuestra
forma de vida y la manera como vemos al mundo y al Universo
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Muchas gracias!!!
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Fase balística Inyección Tierra Fase propulsada
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Para lograr en la práctica velocidades orbitales se necesitan
cohetes multietapas Carga útil 1 etapa 2 etapa 3 etapa
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Newton demostró que cuerpos esféricos se comportan como si toda la masa estuviera concentrada en su centro Tierra
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