Uydu neden Dünya'ya düşmüyor? Kafanıza uydu düşebilir mi? Peki bir uydu yörüngede nasıl kalır? Doğrudan uzaya uçmaz mıydı?

İllüstrasyon telif hakkı Getty Images

Alçak Dünya yörüngesindeki uzay enkazının miktarı giderek artıyor. Köşe yazarı, kullanılmış uydular Dünya'ya düştüğünde ne olacağını bulmaya karar verdi. Alman bilim adamları bu sorunu araştırıyorlar.

Willems'in bana "en ilginç şeyleri" göstereceği bina, Köln'de bulunan Alman Havacılık ve Uzay Merkezi'nin (DLR) aerodinamik araştırma enstitüsüne ait.

Willems ayrıca "en ilgi çekici olmayan" şeyin, içinde pek çok sensör, anahtar ve düğme bulunan devasa, eski bir uzaktan kumandanın bulunduğu rüzgar tüneli kontrol odası olduğunu da belirtiyor.

Patlamaya dayanıklı devasa bir kapıyı geçerek penceresiz bir odaya giriyoruz. Duvarlar isle kaplı, barut kokusu havada açıkça hissediliyor.

Roket motorlarının aerodinamik testleri burada yapılıyor.

Ancak görünen o ki bu en ilginç olanı değil.

Willems "en ilginç" deneylerini Köln merkezindeki rüzgar tünellerinden birinde gerçekleştiriyor. Bir uydunun Dünya yörüngesinden ayrılışını simüle eder.

Willems, "Şu anda Dünya'nın çevresinde dönen çok sayıda yapay uydu var ve hepsi er ya da geç yörüngeden ayrılacak" diye açıklıyor.

Atmosferde yanmamış uydu kalıntıları bir şeyin ya da birinin üzerine düşebilir mi?

"Uzay aracı atmosfere girdiğinde yok oluyor. Parçalarının hayatta kalma olasılığının ne olduğuyla ilgileniyoruz."

Başka bir deyişle, atmosferde yanmamış olan kullanılmış uyduların kalıntıları Dünya'daki bir şeyin veya birinin üzerine düşebilir mi?

Willems'in deneyleri için ayrılan, beton zemin üzerine kurulan rüzgar tüneli, buharlı pişiriciye bağlanan, yarı demonte, devasa bir elektrikli süpürgeyi andırıyor.

Parlak ünite bir boru ve elektrik kabloları ağıyla kaplıdır. Tipik olarak, bu boru süpersonik ve hipersonik uçak modellerini üflemek için kullanılır - içinde oluşturulan hava akışının hızı, ses hızını 11 kat aşabilir.

Gökten giderek daha fazla uydu düşecek

"Boru"nun kendisi, içinde temizleme modellerinin özel kelepçelerle sabitlendiği, iki metre yüksekliğinde küresel bir metal odadır.

Ancak Willems'in kelepçelere ihtiyacı yok; sadece nesneleri, havanın ters yönde yaklaşık 3000 km/saat hızla (bu ses hızının iki katı) aktığı bir boruya atıyor.

Bu şekilde dünya atmosferinde yörüngesinden çıkan bir uydunun uçuşu simüle edilir.

Willems, "Serbest düşüş simülasyonunda nasıl davrandıklarını görmek için nesneleri hava akışına koyuyoruz" diyor.

"Her deneyin süresi yalnızca 0,2 saniyedir ancak bu, birçok fotoğraf çekmek ve gerekli ölçümleri yapmak için yeterli bir süredir."

Deneyler sırasında elde edilen veriler bilgisayar modellerine girilecek ve bu sayede uzay aracının yörüngeden ayrılırken davranışının daha doğru tahmin edilmesi mümkün olacak. ( Bu videoda DLR Rosat uydusunun dünya atmosferindeki yok oluşu simüle edildi.)

Şu anda Dünya'nın yörüngesinde, küçük metal parçalardan, Avrupa Uzay Ajansı'nın Nisan 2012'de aniden çalışmayı durduran Envisat uydusu gibi otobüs boyutundaki uzay aracının tamamına kadar değişen yaklaşık 500.000 parça yörünge enkazı bulunmaktadır.

Britanya'daki Southampton Üniversitesi'nde uçak ve roket bilimi alanında kıdemli öğretim görevlisi olan Huw Lewis, "Genel olarak, yörüngelerini takip ettiğimiz enkaz parçalarının sayısı artıyor" diyor.

Yörünge enkazının hacmi arttıkça, çalışan uydularla veya insanlı uzay araçlarıyla çarpışma olasılığı da artacaktır.

Yörünge enkazı sorunu uzun süre geçerli kalacak

Zaten bu nedenle Uluslararası Uzay İstasyonu'nun yörüngesinin periyodik olarak ayarlanması gerekiyor.

Lewis, "Uzay araştırmalarının başlangıcından bu yana kullanılmış araçların parçaları yörüngeden çıkıyor" dedi. "Genellikle, büyük bir nesne her üç ila dört günde bir atmosfere giriyor ve bu sorun uzun süre geçerli kalacak."

Her ne kadar atmosferdeki uydular aşırı yüklenmeler ve yüksek sıcaklıklar nedeniyle tahrip olsa da, bazı büyük enkazlar nispeten sağlam bir şekilde Dünya'ya düşüyor.

Lewis şöyle diyor: "Örneğin yakıt depoları, bazı uzay araçlarında küçük bir araba boyutundadır."

Willems arabaları rüzgar tüneline atmıyor olsa da amacı, büyük nesnelerin yok edildiğinde nasıl davrandığını ve bunların hangi parçalarının teorik olarak dünya yüzeyine ulaşabileceğini görmek.

"Bir bileşenin etrafındaki akış, komşularının etrafındaki akışı etkiliyor" diye açıklıyor. "Tek tek veya grup halinde Dünya'ya düşmelerine bağlı olarak, atmosferde tamamen yanma olasılıkları da değişiyor."

Peki uzay enkazı yörüngeden bu kadar sık ​​çıkıyorsa neden enkaz evlerin çatılarından geçip başımıza düşmüyor?

Çoğu durumda cevap, kullanılmış uyduların, gemide kalan yakıt kullanılarak kasıtlı olarak yörüngesinden çıkarılmasıdır.

Üzerinize bir uydu parçasının düşme ihtimali son derece düşüktür

Bu durumda iniş yörüngeleri, uyduların okyanusların ıssız alanları üzerindeki atmosferde yanacağı şekilde hesaplanır.

Ancak planlanmamış yörüngeden sapmalar çok daha büyük bir tehlike oluşturuyor.

Bu tür vakaların en sonlarından biri, Amerikan uzay ajansı NASA'ya ait Üst Atmosfer Araştırma Uydusu'nun (UARS) 2011 yılında planlanmamış yörüngeden çıkmasıydı.

Lewis, Dünya'nın %70'inin okyanuslarla kaplı olmasına ve geniş kara alanlarının hala seyrek nüfuslu olmasına rağmen, NASA'nın tahminlerine göre UARS'ın düşüşünün Dünya'da yıkıma yol açma ihtimalinin 2.500'de 1 olduğunu belirtiyor.

"Bu çok yüksek bir oran; nüfusa yönelik olası risk 10.000'de 1 olduğunda endişelenmeye başlıyoruz" diyor.

"Üstünüze bir uydu parçasının düşmesinden bahsetmiyoruz; prensip olarak birinin üzerine düşme ihtimalinden bahsediyoruz."

Her yıl dünya çapında bir milyondan fazla insanın araba kazalarında öldüğü göz önüne alındığında, yörüngedeki bir enkaz parçasının Dünya'da ciddi bir yıkıma neden olma ihtimali çok zayıf.

Yörüngeye ne kadar çok uydu yerleştirilirse, o kadar fazlası oradan ayrılacak

Ancak BM anlaşmaları uyarınca uzay aracını fırlatan ülkenin, bu tür faaliyetlerden doğacak her türlü zararın hukuki ve mali sorumluluğunu üstlendiği göz ardı edilmiyor.

Bu nedenle uzay ajansları nesnelerin yörüngeden düşmesiyle ilgili riskleri en aza indirmeye çalışıyor.

DLR'nin deneyleri, bilim adamlarının planlanmamış yörüngeden çıkışlar da dahil olmak üzere uzay enkazının davranışını daha iyi anlamalarına ve daha yakından izlemelerine yardımcı olacak.

Uzay fırlatmalarının maliyeti giderek düşüyor ve uydular giderek daha minyatür hale geliyor, bu nedenle sayıları yalnızca önümüzdeki on yıllarda artacak.

Lewis, "İnsanlık uzayı giderek daha fazla kullanıyor, ancak yörüngedeki enkaz sorunu daha da kötüleşiyor" diyor ve ekliyor: "Yörüngeye daha fazla uydu yerleştirildikçe, daha fazlası oradan kaldırılacak."

Başka bir deyişle, uzay aracı enkazının çarpma olasılığı ihmal edilebilir düzeyde kalsa da, giderek daha fazla uydu gökten düşecek.

Alçak Dünya yörüngesine fırlatılan hiçbir nesne sonsuza kadar orada kalamaz.

Şu anda Dünya'nın yörüngesinde 1000'den fazla yapay uydu var. Çok çeşitli görevleri yerine getirirler ve farklı tasarımlara sahiptirler. Ancak ortak bir noktaları var; uydular gezegenin etrafında dönüyor ve düşmüyor.

Hızlı açıklama

Aslında uydular yerçekimi nedeniyle her zaman Dünya'ya düşer. Ancak fırlatma sırasındaki atalet tarafından belirlenen bir yanal hıza sahip oldukları için her zaman ıskalıyorlar.

Bir uydunun Dünya etrafındaki dönüşü onun sürekli düşüşüdür.

Açıklama

Topu havaya atarsanız top geri düşer. Bunun nedeni ise yer çekimi- bizi Dünya'da tutan ve uzaya uçmamızı engelleyen güçle aynı.

Uydular roketlerle yörüngeye fırlatılıyor. Roket hızlanmalı 29.000 km/saat'e kadar! Bu, güçlü yerçekiminin üstesinden gelip Dünya atmosferinden kaçmaya yetecek kadar hızlıdır. Roket Dünya üzerinde istenilen noktaya ulaştığında uyduyu serbest bırakır.

Uydu, hareket halinde kalabilmek için roketten aldığı enerjiyi kullanır. Bu harekete denir dürtü.

Peki bir uydu yörüngede nasıl kalır? Doğrudan uzaya uçmaz mıydı?

Tam olarak değil. Uydu binlerce kilometre uzakta olsa bile Dünya'nın yerçekimi onu çekiyor. Dünyanın yerçekimi, roketin momentumuyla birleşerek uydunun Dünya etrafında dairesel bir yol izlemesine neden olur. yörünge.

Bir uydu yörüngedeyken momentum ile Dünya'nın yerçekimi kuvveti arasında mükemmel bir dengeye sahiptir. Ancak bu dengeyi bulmak oldukça zordur.

Yerçekimi, bir nesne Dünya'ya ne kadar yakınsa o kadar güçlüdür. Ve Dünya'nın yörüngesinde dönen uyduların yörüngede kalabilmeleri için çok yüksek hızlarda hareket etmeleri gerekiyor.

Örneğin NOAA-20 uydusu Dünya'nın sadece birkaç yüz kilometre üzerinde yörüngede bulunuyor. Yörüngede kalabilmesi için saatte 27.300 km hızla gitmesi gerekiyor.

NOAA'nın GOES-East uydusu ise 35.405 km yükseklikte Dünya'nın yörüngesinde dönüyor. Yerçekimini yenmek ve yörüngede kalabilmek için yaklaşık 10.780 km/saat hıza ihtiyacı vardır.

ISS 400 km yükseklikte yer aldığından hızı 27.720 km/saattir.

Uydular yüzlerce yıl boyunca yörüngede kalabilir, dolayısıyla onların Dünya'ya düşmesi konusunda endişelenmemize gerek yok.

Dünya, yalnızca yüzeyinde bulunan nesneleri değil, aynı zamanda bir nedenden dolayı kendilerini kendisine yakın bulan uzay nesnelerini de çeken güçlü bir yerçekimi alanına sahiptir. Ama eğer öyleyse, o zaman insan tarafından dünyanın yörüngesine fırlatılan yapay uyduların yeryüzüne düşmemesi nasıl açıklanır?

Fizik yasalarına göre, dünyanın yörüngesinde bulunan herhangi bir nesnenin, yerçekimi alanı tarafından çekilerek yüzeyine düşmesi gerekir. Bütün bunlar kesinlikle doğrudur, ancak yalnızca gezegen ideal bir küre şekline sahipse ve yörüngesinde bulunan nesnelere hiçbir dış kuvvet etki etmemişse. Aslında durum böyle değil. Dünya kendi ekseni etrafında dönmesi nedeniyle ekvatorda bir miktar şişkin, kutuplarda ise basıktır. Ayrıca yapay uydular Güneş ve Ay'dan kaynaklanan dış kuvvetlerden de etkilenir. Bu nedenle Dünya yüzeyine düşmezler.

Gezegenimizin şekli ideal olmadığı için yörüngede tutuluyorlar. Dünya'dan yayılan çekim alanı uyduları kendine çekme eğiliminde olduğundan Ay ve Güneş'in de aynısını yapmasına engel oluyor. Uydulara etki eden yerçekimi kuvvetleri telafi edilir, bunun sonucunda yörüngelerinin parametreleri değişmez. Kutuplara yaklaştıkça Dünya'nın çekim kuvveti azalır, Ay'ın çekim kuvveti artar. Uydu ona doğru hareket etmeye başlar. Ekvator kuşağından geçerken ise durum tam tersi oluyor.

Yapay uyduların yörüngesinde bir tür doğal düzeltme vardır. Bu nedenle düşmezler. Ayrıca uydu, yer çekiminin etkisiyle yuvarlak bir yörüngede uçarak dünya yüzeyine yaklaşmaya çalışacak. Ancak Dünya yuvarlak olduğu için bu yüzey sürekli olarak ondan uzaklaşacaktır.

Bu gerçek basit bir örnekle gösterilebilir. Bir ipe ağırlık bağlarsanız ve onu bir daire içinde döndürmeye başlarsanız, o zaman sürekli olarak sizden kaçmaya çalışacaktır, ancak bunu yapamaz, uydularla ilgili olarak Dünya'nın yerçekiminin bir benzeri olan ip tarafından tutularak bunu yapamaz. . Uzaya uçmaya çalışan uyduları yörüngesinde tutan odur. Bu nedenle sonsuza kadar gezegenin etrafında dönecekler. Gerçi bu tamamen bir teori. Bu durumu değiştirebilecek ve uydunun Dünya'ya düşmesine neden olabilecek çok sayıda ek faktör var. Bu nedenle aynı ISS üzerinde sürekli olarak yörünge düzeltmesi yapılıyor.

Dünya'nın binden fazla çalışan uydusu var. Ve eğer gelişimimizde duraksamazsak, yüzyılın sonuna doğru sayıları kat kat artabilir. Buna rağmen, nispeten başarılı işleyişinin nedeninin tam olarak açık olmadığı ortaya çıktı. Evet evet aslında düşmeleri lazım.

Boşlukta küresel bir Dünya hayal edin. Bu seçenekte uyduların yörüngeleri rahatsız edici faktörlerden etkilenmez ve neredeyse sonsuza kadar başımızın üzerinde kalabilirler.

Eğer Dünya resimdeki gibi yuvarlak olsaydı, Ay'ın yerçekimi, güçlü verniye motorları olmayan herhangi bir uyduyu birkaç ay içinde yörüngeden fırlatırdı. (İllüstrasyon Shutterstock tarafından yapılmıştır)

Gerçek Dünya da bir boşlukta yaşıyor ancak tam olarak küresel değil. Buna ek olarak, yerçekimi ile ana düzensizliği, düşmanca gezegensel uydular ve uzay enkazları ailesine sokan bir cisim olan Ay'a da sahiptir. Gök mekaniği yasalarının Ay'ın uzaydaki yapay nesneler üzerindeki etkisine doğrudan uygulanması, bu tür cisimlerin kısa sürede daha sonra yanmalarıyla birlikte dünya atmosferine düşmesine yol açacağı sonucuna varır.

GPS/GLONASS uydularının henüz başınıza düşmediğinden emin olmak için içgüdüsel olarak navigatörünüze baktıysanız, sizi anlıyoruz. Durum biraz gizemli görünüyor. Bu kadar tonlarca demiri yüksekte tutan nasıl bir tasarruf gücü var?

Princeton Üniversitesi'nden (ABD) tanınmış Scott Tremaine ve Tomer Yavetz bu konuyla ciddi şekilde ilgilenmeye başladılar ve bilgisayar modellemeyi kullanarak uyduların Dünya'nın gökkubbesine çarpmasını neyin önlediğini bulmaya çalıştılar. Hesaplamalara göre, bunun sorumlusu gezegenimizin yukarıda belirtilen "küresel olmaması" ve Güneş'in etkisidir.

Hatırlarsanız gezegenimiz, kendi dönüşünün doğal bir sonucu olarak, kutuplarda hafifçe basık, ekvatorda ise hafif dışbükeydir. Ve bu ekvator "akışı", küre için hesaplanan dünyanın yerçekimine öyle bir katkı yaratır ki, Ay'ın veya diğer büyük nesnelerin herhangi bir etkisi telafi edilir ve bir veya başka bir uydu, genellikle birkaç yıl sonra herhangi bir yönde hızla hareket edemez. yörüngede .

Üstelik Güneş'in çekimsel etkisi olmasaydı, bu tek başına Ay'ın etkisini telafi etmeye yeterli olmazdı. Ve yalnızca bu kuğu, kerevit ve turna balığı, Dünya'ya yakın uzay aracının arabasını yerinde tutarak, onun dünya atmosferinin vadisine kaymasını önler.


İllüstrasyon Shutterstock'tan.

Hesaplamaların açıkça göstermesi ilginçtir: Eğer gezegenimiz küreye biraz daha yakın olsaydı, uydular kaçınılmaz olarak ve nispeten hızlı bir şekilde yörüngelerinden ayrılırlardı. Bu da elbette bizi bazı uzay enkazlarından kurtaracaktır. Öte yandan, sadece dikkatsizce park edilmiş olanları değil, yoldaki tüm arabaları arayan bir çekicinin ne faydası var?

NewScientist'ten hazırlanmıştır. Splash görseli Shutterstock'un izniyle.

Uydu neden Dünya'ya düşmüyor?

Bu soru sıklıkla duyulabilir. Buna niteliksel bir cevap aşağıdaki düşünce deneyi kullanılarak elde edilebilir. Diyelim ki Dünya üzerinde 200 km yüksekliğinde bir dağ var ve siz bu dağın zirvesine çıkıyorsunuz. Bir dağın tepesinden bir taş atın. Ne kadar sallanırsanız taş o kadar uzağa uçacaktır. Önce dağın yamacına, sonra eteğine düşecek ve son olarak düşüş noktası ufkun ötesinde bir yerde kaybolacak. Elbette, gerçekten Herkül gücüne sahip olduğunuzu varsayıyoruz (ki bu elbette temiz dağ havasının büyük ölçüde kolaylaştırdığı). Bir taşı Dünya'nın karşı tarafına, hatta bir dağın eteğine düşecek şekilde atabilirsiniz, ancak diğer tarafta, Dünya'nın etrafında dönerek, Dünya'nın etrafında dönen taş, üzerinizde ıslık çalacaktır. kafa bir tür bumeranga dönüşüyor Ve şimdi taşın uçuşunu şu soruyla birleştirin: uydu neden Dünya'ya düşmüyor.

Yukarıdaki düşünce deneyi, uydunun sürekli olarak Dünya'ya düştüğünü göstermektedir. Şaşırmayın, düşüyor ve Dünya yüzeyine temas etmeye çalışıyor. Sorun ne? Dünyanın küresel olduğunu, alanının merkezi olduğunu ve uyduların uçuşunun doğrudan yüzeyinin üzerinde, örneğin bir metre yükseklikte gerçekleştiğini varsayalım. Teorik olarak buna izin verilebilir. İncirde. 21'den OA uydunun dairesel yörüngesinin yarıçapını gösterir. Bir anda uydunun A noktasında olduğunu ve uçuş hızının yarıçapa dik olan AB çizgisi boyunca yönlendirildiğini varsayalım. OA.

Eğer Dünya'nın yerçekimi olmasaydı, uydu kısa bir süre sonra hız vektörünün devamında yer alan B noktasına varacak ve A noktasından AB mesafesine doğru hareket edecekti. Ancak Dünya'nın yerçekimi nedeniyle uçuş yolu bükülecek ve dolayısıyla uydu bir C noktasına ulaşacaktır. Bu, bir uydunun sabit bir hızla uçuşunu ve aynı zamanda Dünya'ya doğru "düşüşünü" göz önüne aldığımızda anlamına gelir. yerçekimi nedeniyle, Döner Kavşak Dolaşımından başka bir şey elde edemiyoruz. Artık uydunun neden Dünya yüzeyine ulaşmadığı anlaşılıyor: Uydu, Dünya'nın yerçekimi kuvvetlerinin etkisiyle doğrusal hareketten ne kadar saparsa, Dünya'nın yüzeyi küreselliği nedeniyle düz çizgiden "sapacaktır". Mecazi anlamda konuşursak, uydu sürekli olarak Dünya yüzeyine ulaşmaya çalışıyor gibi görünüyor ve Dünya'nın yüzeyi kıvrılarak ondan uzaklaşıyor. Ve bu süreç uçuş boyunca devam ediyor ve bunun sonucunda uydu Dünya yüzeyine ulaşamıyor. Ancak bu olgunun paradoksal doğası şaşırtıcı değil; buna uygun bir "dünyevi" benzetme bulunabilir. Bir ağırlığı uzatılmış bir ip üzerinde döndürmeyi düşündüğünüzde yaptığınız deneyi hatırlayın. Döndürme işlemi sırasında ağırlığı bir ip yardımıyla sürekli kendinize doğru çekiyorsunuz ancak yine de ağırlık asla elinize ulaşmıyor ve bu sizi hiç şaşırtmıyor. Kozmik ölçekte de benzer bir şey oluyor: Dünyanın çekim kuvveti, uyduyu tutan ve onun Dünya etrafında dönmesini sağlayan ipin ta kendisi.