¿Cómo colocan los científicos los satélites en órbita? ¿Cómo calculan la gravedad que actúa sobre la nave espacial para generar la fuerza exactamente opuesta por medio de la energía cinética para mantener estable el satélite?
¿Crees que alguien calculó la velocidad de la tierra para permanecer en órbita alrededor del sol? Siempre que la velocidad esté en el rango correcto, el satélite permanecerá en órbita.
Para un satélite alrededor de la tierra, la velocidad mínima es de unos 7 km/s. Esta es la velocidad tangencial, es decir, la velocidad paralela a la superficie terrestre. Cualquier cosa por debajo de 7 km/s, y el satélite retrocederá.
Si la velocidad es superior a 11,2 km/s, la gravedad de la Tierra es insuficiente para retener al satélite y escapará de la Tierra, pero necesita aún más velocidad (en la dirección correcta) para escapar también del Sol.
Entre 7 y 11,2 km/s, el satélite estará en alguna órbita. Por ejemplo, a una altitud de unos 35700 km, una velocidad de 3,1 km/s es suficiente para mantener el satélite en órbita geoestacionaria. A la distancia de la luna, aproximadamente 1 km/s es suficiente. Wikipedia tiene un buen artículo de partida.
Todas estas figuras asumen una órbita circular. En órbitas elípticas la velocidad varía dependiendo de la posición en la órbita. Ver las leyes de Kepler . Los desarrolló para los planetas, pero también se aplican a los satélites.
En primer lugar, es un poco extraño decir que los científicos colocan satélites en órbita. Ya que un cohete hace todo el trabajo, que a su vez es construido por ingenieros. Pero se podría decir que las personas que controlan el cohete/satélite pueden llamarse científicos.
No soy un experto en la planificación de trayectorias de satélites. Sin embargo, sospecho que las trayectorias de los satélites que se ponen en órbita alrededor de la Tierra usarán algo así como una transferencia de Hohmann o, para órbitas más altas, incluso una transferencia bielíptica .
Pero también hay órbitas más complejas. Por ejemplo, la Tierra no es esférica, sino más bien un esferoide achatado , lo que provoca que las órbitas inclinadas tengan una precesión nodal . Incluso las anomalías gravitatorias pueden hacer que las órbitas bajas sean inestables con el tiempo, lo que es especialmente notable en la órbita lunar .
También hay que tener en cuenta el decaimiento orbital debido al arrastre atmosférico , ya que el espacio alrededor de la Tierra no es un vacío total, sino que se trata más de mantener la órbita.
Y también hay satélites cuya órbita se ve muy afectada por múltiples cuerpos celestes. Estas órbitas suelen estar cerca de un punto de Lagrange . Por ejemplo, la nave espacial Gaia que orbita alrededor del punto Lagrangiano L2 Sol-Tierra.
A un nivel muy básico para el cálculo de una órbita circular basta con igualar la fuerza centrípeta y la gravitacional:
Si la velocidad no cumple estrictamente esta condición, no significa que el satélite caerá, simplemente seguirá una órbita elíptica donde la altitud no es constante como lo hacen muchos cuerpos celestes.
Juan Alexiou