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Satélites artificiales
ObservatorioAstronómico
Nacional
J. Gregorio Portilla
Universidad Nacional de Colombia
Cátedra José Celestino Mutis
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Antes del 4 de octubre de 1957…
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384000 km
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Isaac Newton (1687)
Mecánica celeste
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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
TierraLa trayectoria es una línea recta
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Velocidad inicial distinta de cero pero va en ladirección de la línea vertical
TierraLa trayectoria es de nuevo una línea recta
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La trayectoria es un óvaloTierra
Si la velocidad inicial no es cero pero tiene una componente tangencial
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En la vida real, el cuerpo lanzado choca con la
superfi cie terrestreTierra
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Vamos a aumentar la velocidad de lanzamiento
TierraEl objeto está cayendo y finalmente
choca con la superficie
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Sigamos aumentando la velocidad…
Tierra
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Sigamos aumentando la velocidad…
El objeto queda
perpetuamentedotado 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
G=6.67X10-11 (MKS)
V=8000 m = 8 km/s Esta es una velocidad
enorme!!!
h = 8850 m
M=6X1024 kg
R=6’378.140 m
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Velocidad de escape
�
v =2GM
R + h
G=6.67X10-11 (MKS)
V=11300 m = 11.3 km/s Y esta con más veras
h = 8850 m
M=6X1024 kg
R=6’400.000 m
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Plazade Bolívar
Aeropuerto El Dorado
8 kilómetrosen 1 segundo
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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
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Y, entonces, ¿cómo lograr velocidadesdel orden de 8-11 km/s?
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Acción-reacción
Aire
La velocidad del globo depende de:
La velocidad de salida del aireLa cantidad de gas que hay originalmente
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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
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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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M = 1 X 1016 kg R = 10 km h = 2 m
v = 8 m/s Hasta con la fuerza de un niño es posible colocar un satélite
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Fase propulsada… Inyección
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Trayectoriabalística
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Fasepropulsada
Tierra
Inyección
Fase balística
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R-7
Primer misil balístico
intercontinental
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El 4 de octubre de 1957 quedaron en realidad tres objetos en órbita
terrestre
Sputnik
Cono protector
Cohete R7
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950 km
228 km
Órbita del Sputnik I
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Para marzo del 2009, existían 900 satélites operacionales junto con 13000 residuos espaciales rastreados (> 10 cm)
con posiblemente 100.000 trozos no rastreables (0.5-10 cm)
Han existido más de 6000 lanzamientos(EEUU, Rusia, Japón, China, Francia, India,
Israel, Australia, Reino unido)
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Las órbitasde 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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Tierra
150000000 km
384400 km
La Luna y el Sol afectan la trayectoria de un satélite
Luna
Sol
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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 unsatélite artificial
con las capas altasde la atmósfera
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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 colocarun satélite a 10 km
A esa altura haymuchas moléculas
de aire
A 10 km/s se quemacompletamentepor la fricción
50 km
20 km
150 km
100 km
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Satélites de baja altura
Altura (km) 200 1000
Vel (km/s) 8 7.3
Periodo (min) 88 105
•Espionaje•Meteorológicos•Telescopios•Estaciones espaciales•Telefonía•Búsqueda de recursos
6300 km
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Satélites de altura intermedia
Altura (km) 1000 22000
Vel (km/s) 7.3 3.7
Periodo 88 m 13 h
•Telefonía•Navegación
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Satélites de órbita geoestacionaria
Altura (km) 35800
Vel (km/s) 3.0
Periodo 24 h
•Comunicaciones•Meteorológicos•Alerta temprana
Órbita Molniya
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Órbita lunar
Altura (km) 380000
Vel. (Km/s) 1
Periodo 27.3 d
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Examinemos las ventajas se se sacan de colocar uno o varios objetos girando
incesamente varios centenares omiles de kilómetros
sobre la superficie de la Tierra
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Problema de las telecomunicaciones
Tierra Luna
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Un satélite de baja altura tiene un periodo orbital muy corto (90 min)
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35800 km
Situado a esa altura, con órbita circulary sobre el ecuador terrestre el satélite
aparece para alguien en la Tierra como un punto fijo en el cielo
Satélites geoestacionarios
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TelevisiónSatelital (Direct TV)
Las antenas parabólicas apuntana satélites geoestacionarios
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Tierra
Geoestacionario
Satélites de reconocimiento
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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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Satélites de navegación
Global positioning system (GPS)
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Recursos naturales
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Fotografía de un campode marihuana (zona negra)…
en Estados Unidos
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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 sensiblea una pequeña parte del
llamado espectro electromagnético
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La atmósfera bloquea gran parte del espectro
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Explosiones de rayos gamma(23 enero 1999)
Cygnus X-1
Detección de agua en el exoplanetaHD189733b
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Satélites para la exploración del espacio
Los astros “centellean”
Difi cultad en alcanzarlos poderes de resolución
teóricos de telescopios
* *
*
Atmósfera terrestre
Estrellas muypróximas
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Telescopio Espacial Hubble
Satélite de baja alturacuyas fotografías son
de muy alta resoluciónNo 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 añosy 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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Fasepropulsada
Tierra
Inyección
Fase balística
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1 etapa
2 etapa
3 etapa
Carga útil
Para lograr en la práctica velocidades orbitales se necesitan
cohetes multietapas
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Newton demostró que cuerpos esféricos se comportan como si toda la masa estuviera concentrada en su
centro
Tierra