ماهواره ها در فضا به دور زمین می چرخند. فاصله آنها از زمین آن قدر زیاد است که ما نمی توانیم آنها را ببینیم.
به گزارش مرکز روابط عمومی و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، ساخت و پرتاب هر ماهواره میلیاردها تومان هزینه دارد، هم اکنون حدود یک هزار و ۱۰۰ ماهواره در حال چرخش به دور زمین هستند. وظیفه این ماهواره ها ناوبری، پیش بینی وضع آب و هوا، مشاهده زمین، ارسال سیگنال های تلویزیونی و... است. ولی این ماهواره ها چه طور به ارتفاعات بالا می رسند و چه طور در آنجا باقی می مانند؟
اجازه دهید قبل از این که درباره موشک های ماهواره بر صحبت کنیم، درباره توپ های جنگی صحبت کنیم. فرض کنید یک گلوله توپ به صورت افقی از بالای یک کوه شلیک شود. گلوله توپ، مدتی به طور موازی با سطح زمین پرواز می کند تا این که در اثر نیروی جاذبه به زمین می افتد. حال فرض کنید قدرت توپ را بیشتر و بیشتر کنیم. گلوله توپ پس از شلیک فاصله بیشتر و بیشتری را طی می کند.
با افزایش سرعت شلیک، مسیر حرکت گلوله توپ برای مدتی با انحنای زمین یکسان است و سپس گلوله به دلیل وجود جاذبه و اصطکاک هوا به زمین می افتد. حال فرض کنید که هوا وجود نداشته باشد. مثلا فرض کنید که این توپ روی کره ماه نصب شده. می دانیم که اطراف کره ماه هیچ هوایی وجود ندارد که سرعت گلوله را کم کند.
اگر قدرت توپ را به مقدار لازم تنظیم کنیم، مسیر حرکت گلوله کاملا منطبق بر انحنای سطح کره ماه خواهد شد و گلوله پس از یک دور چرخش به دور ماه، از پشت به توپ برخورد خواهد کرد! در واقع در حین این چرخش، گلوله دائما در حال افتادن است، ولی به دلیل انحنای سطح کره ماه، هرگز به سطح ماه برخورد نمی کند! عجیب است، نه؟ این فکر که اولین بار توسط نیوتن مطرح شد، اولین قدم برای دستیابی به توانایی ارسال ماهواره به مدار زمین بود.

ارتفاع لازم برای چرخش ماهواره ها به دور زمین حدود۳۲۰ کیلومتر
روی کره ماه واقعا می توانیم ماهواره هایی در ارتفاع بسیار پایین داشته باشیم که به دور ماه بچرخند، و حتی می توانیم از یک توپ جنگی برای پرتاب آنها استفاده کنیم! ولی در مورد زمین، کار به این سادگی نیست، چون ابتدا باید ماهواره ها به ارتفاع بالایی برسند تا از جو زمین خارج شده و سپس بتوانند در فضا به دور زمین بچرخند. ارتفاع لازم برای چرخش ماهواره ها به دور زمین حدود۳۲۰ کیلومتر است. تلسکوپ فضایی هابل در ارتفاع ۶۰۰ کیلومتری زمین قرار دارد.
برای این منظور ماهواره ها روی موشک های ماهواره بر سوار می شوند. این موشک ها ابتدا برای مدت کوتاهی به طور عمودی به سمت بالا پرواز می کنند و سپس به آرامی مسیر حرکتشان انحنا می یابد و موازی سطح زمین می شود. پس از رسیدن به ارتفاع لازم، جاذبه زمین ماهواره را به سمت پایین می کشد و سرعت ماهواره آن را به جلو می برد. بسته به ارتفاع مدار مورد نظر، یافتن حد تعادل بین سرعت ماهواره و قدرت جاذبه زمین حیاتی است.
اگر سرعت ماهواره خیلی زیاد باشد، ماهواره بر جاذبه زمین غلبه کرده و به سمت فضای بی نهایت پرواز می کند. اگر سرعت ماهواره کم باشد، به سمت زمین کشیده می شود و هنگام بازگشت به زمین با برخورد با جو از بین می رود. هرچه ماهواره به زمین نزدیکتر باشد، باید سریع تر حرکت کند تا بتواند اثر جاذبه زمین را خنثی کند..

چرخش ماهواره‌ها با سرعت 25 هزار کیلومتر بر ساعت
بیشتر ماهواره ها در مدار پایین (لئو) در ارتفاعی بین ۱۵۰-۲۰۰۰ کیلومتر حرکت می کنند. ماهواره هایی که در ارتفاع ۳۰۰ کیلومتری پرواز می کنند، برای باقی ماندن در این ارتفاع باید با سرعت 28 هزار کیلومتر بر ساعت به دور زمین بچرخند. در حالی که ماهواره هایی که در ارتفاع یک هزار کیلومتری هستند، باید با سرعت 25 هزار کیلومتر بر ساعت حرکت کنند.
ماهواره ها با مشکل دیگری به نام پسای اتمسفری هم روبرو هستند که در اثر برخورد ماهواره با مولکول های گاز درون فضا باعث کاهش ارتفاع آنها می شود. به عنوان مثال، ایستگاه فضایی بین المللی که در ارتفاع ۴۰۰ کیلومتری به دور زمین می چرخد، روزانه حدود ۹۰ متر از ارتفاعش کاسته می شود. البته با روشن کردن موتور پیشران در مواقع خاص، این کاهش ارتفاع جبران می شود.
در ارتفاعات پایین تر، این مشکل جدی تر است. در ارتفاع پایین چگالی اتمسفر بیشتر بوده (تعداد مولکول های گازی در فضا بیشتر است) و باعث کاهش ارتفاع ماهواره ها می شود. با کاهش ارتفاع، چگالی باز هم افزایش می یابد و ارتفاع ماهواره بیشتر کاهش می یابد. این پدیده باعث پایین آمدن «اسکای لب Skylab» (اولین ایستگاه فضایی ناسا در دهه ۱۹۷۰) شد.


قبرستان ماهواره‌ها سرنوشت محتوم ماهواره‌های سرگردان در جو زمین
در نهایت همه ماهواره ها به همین سرنوشت دچار خواهند شد. گاهی در نزدیکی زمان پایان عمر یک ماهواره، با کمک موتور مخصوصی ماهواره به سمت زمین سرعت می گیرد و پس از ورود به جو زمین، از بین می رود. ولی معمولا ماهواره ها با پایان عمر مفید خود، توسط موتور پیشران به ارتفاع بالاتری هدایت می شوند و در مداری به نام قبرستان ماهواره ها قرار می گیرند تا در مسیر حرکت ماهواره های دیگر مزاحمتی ایجاد نکنند. این مدار حدود ۳۰۰ کیلومتر بالاتر از دورترین ماهواره های فعال قرار دارد. در حال حاضر صدها ماهواره در این مدار به دور زمین در گردشند.
البته با توجه به اینکه همه این ماهواره ها هم تحت تاثیر جو زمین هستند، در آینده دور با کاهش ارتفاع به زمین باز خواهند گشت. ماهواره های موجود در مدارهای پایین پس از ۱ یا ۲ سال به جو زمین وارد می شوند ولی ماهواره هایی که در ارتفاعات بالاتر پرواز می کنند، ممکن است ده ها یا صدها سال طول بکشد تا به جو زمین برسند. بیشتر ماهواره های کوچک، به دلیل داشتن سرعت بسیار بالا، پس از ورود به جو در مواجهه با اصطکاک هوا داغ شده و می سوزند، و در مورد ماهواره های بزرگ تر... فقط می توانم بگویم... همه اش تقصیر نیوتن بود.
پایان پیام/23