לוויין מלאכותי הוא פלא של טכנולוגיה והנדסה. רק שקול את מה שמדענים צריכים להבין בכדי לגרום לזה לקרות: ראשית, יש כוח המשיכה, אחר כך ידע מקיף בפיזיקה, וכמובן את אופי מסלוליהם עצמם. אז באמת, השאלה כיצד לוויינים נשארים במסלול, היא שאלה רב תחומית שכוללת ידע רב טכני ואקדמי.
ראשית, כדי להבין כיצד לוויין מקיף את כדור הארץ, חשוב להבין מה מסלולו כרוך. יוהן קפלר היה הראשון שתיאר במדויק את הצורה המתמטית של מסלולי כוכבי הלכת. בעוד שמסלולי כוכבי הלכת על השמש והירח סביב כדור הארץ נחשבו כעגולים לחלוטין, קפלר מעד למושג מסלולי העל. על מנת שאובייקט יישאר במסלול סביב כדור הארץ עליו להיות מספיק מהירות בכדי לחזור על דרכו. זה נכון לגבי לוויין טבעי כמו של לוויין מלאכותי. מתגליתו של קפלר, מדענים הצליחו גם להסיק שככל שלוויין קרוב יותר לאובייקט, כך כוח המשיכה חזק יותר, ולכן עליו לנסוע מהר יותר כדי לשמור על מסלול.
לאחר מכן באה הבנה של כוח הכבידה עצמו. לכל העצמים יש שדה כבידה, אך רק במקרה של עצמים גדולים במיוחד (כלומר כוכבי לכת) מורגש כוח זה. במקרה של כדור הארץ, משיכת הכבידה מחושבת ל 9.8 מ / ש 2. עם זאת, זהו מקרה ספציפי על פני כדור הארץ. בעת חישוב עצמים במסלול סביב כדור הארץ, הנוסחה v = (GM / R) 1/2 חלה, כאשר v מהירות הלוויין, G הוא קבוע הכבידה, M הוא מסת כדור הארץ, ו- R הוא המרחק ממרכז כדור הארץ. בהסתמך על נוסחה זו אנו מסוגלים לראות כי המהירות הנדרשת למסלול שווה לשורש הריבועי מהמרחק מהאובייקט למרכז כדור הארץ, פי התאוצה כתוצאה מכוח הכבידה באותו מרחק. אז אם היינו רוצים לשים לוויין במסלול מעגלי בגובה 500 ק"מ מעל פני השטח (מה שמדענים מכנים מסלול נמוך בכדור הארץ LEO), הוא יזדקק למהירות של ((6.67 x 10-11 * 6.0 x 1024) / ( 6900000)) 1/2 או 7615.77 מ '/ ש. ככל שגובה הגובה גדול יותר, כך נחוצה פחות מהירות לשמירה על מסלול המסלול.
אז באמת, יכולת לוויינים לשמור על מסלולו מסתכמת באיזון בין שני גורמים: מהירותו (או המהירות בה היה נוסע בקו ישר), והמשיכה הכבידה בין הלוויין לכוכב הלכת שהוא עובר. ככל שהמסלול גבוה יותר, כך נדרש פחות מהירות. ככל שהמסלול קרוב יותר, עליו לעבור מהר יותר כדי להבטיח שהוא לא ייפול חזרה לכדור הארץ.
כתבנו מאמרים רבים על לוויינים עבור מגזין החלל. הנה מאמר על לוויינים מלאכותיים, והנה מאמר על מסלול גיאוסינכרוני.
אם תרצה לקבל מידע נוסף על לוויינים, עיין במאמרים הבאים:
אובייקטים אורביטליים
רשימת לוויינים במסלול גיאוסטציונרי
הקלטנו גם פרק של אסטרונומיה קאסט על מעבורת החלל. האזינו כאן, פרק 127: מעבורת החלל האמריקנית.
מקורות:
http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite
http://science.howstuffworks.com/satellite6.htm
http://www.bu.edu/satellite/classroom/lesson05-2.html
http://library.thinkquest.org/C007258/Keep_Orbit.htm#
