Viajar en círculo mientras está en órbita

¿Qué se requiere para que un satélite permanezca posicionado a 400 km sobre el polo norte, lo que le permite parecer esencialmente estacionario en relación con la superficie de la tierra? ¿Se podría lograr esto mejor colocando el satélite en una órbita solar con el mismo período que la Tierra, a solo 400 km sobre el polo?

¿Quieres decir que una órbita geoestacionaria está demasiado lejos de la Tierra para ti?
@AtmosphericPrisonEscape Geostationary solo está sobre el ecuador de todos modos.
Una órbita solar con el mismo período que la tierra, sólo 400 km por encima del polo no es posible, el sol debe estar en el plano de la órbita y no por debajo.

Respuestas (2)

¿Se podría lograr esto mejor colocando el satélite en una órbita solar con el mismo período que la Tierra, a solo 400 km sobre el polo?

No. Al menos, no sin que aplique continuamente empuje contra la Tierra.

A una distancia de solo 400 km sobre la superficie, la gravedad de la Tierra (aceleración hacia la Tierra) seguirá siendo casi igual al valor en la superficie de la Tierra (9,8 m/s/s).

Si pudiera colocar "mágicamente" un objeto geoestacionario en la Tierra, a 400 km en línea recta desde el Polo Norte y liberarlo allí, no se quedaría allí. Sí, técnicamente, estará en órbita alrededor del Sol, al igual que la Tierra. Pero no estará en órbita alrededor de la Tierra, por lo que responderá al campo de gravedad de la Tierra con una aceleración descendente de aproximadamente 1 g.

No hay forma de que un objeto gire en órbita alrededor de la Tierra de manera que parezca estar estacionario sobre un polo. Hay órbitas que permiten que un objeto "permanezca" en latitudes altas, pero en realidad están en órbitas muy inclinadas y elípticas (ver órbita de Molniya ); pueden ser geosíncronos, apareciendo en la misma región del cielo la mayor parte del tiempo, y describiendo repetidamente el mismo camino en el cielo (desde el punto de vista de un observador terrestre "fijo"), pero de ninguna manera son geoestacionario

Acerca de las órbitas geoestacionarias

La gravedad sigue la ley del cuadrado inverso; cuanto mayor es la distancia, menor es la fuerza. En altitudes bajas, como donde orbita la ISS, un objeto debe viajar a unos 7,6 km/s para permanecer en órbita (completando una órbita cada 90 minutos). La Luna, que gira alrededor de la Tierra una vez al mes a una distancia de aproximadamente 239 000 millas, viaja en su órbita a aproximadamente 1 km/s. A unas 22.000 millas, un objeto tendría que viajar a unos 3 km/s, completando una órbita cada 24 horas. A la velocidad y distancia adecuadas, la órbita estará sincronizada con la rotación de la Tierra. Si la órbita es también circular y con inclinación cero respecto al ecuador, un objeto en esa órbita parecerá estar en un punto fijo del cielo, siempre directamente sobre algún punto específico de la superficie terrestre. Para obtener más información sobre esto, consulte esta pregunta:¿Cómo se mantienen posicionados los satélites de comunicación sobre una región en particular? y este artículo de Wikipedia .

Sospecho que la persona que hace la pregunta puede no estar muy familiarizada con los satélites y las órbitas y, por lo tanto, puede beneficiarse de una explicación un poco más detallada de las órbitas geoestacionarias, en particular, por qué solo son posibles a una altitud muy específica y solo sobre el ecuador. ¿ Posiblemente dirigirlos a esta pregunta ?
Incluso si la Tierra no estuviera ejerciendo ninguna fuerza sobre el satélite, aún "chocaría": 400 km sobre el polo lo pondría en una órbita de aproximadamente el mismo radio, excentricidad, período, etc., pero diferente inclinación. Si la Tierra fuera solo un holograma sin peso, el satélite la atravesaría 3 meses después y aparecería 400 km sobre el polo sur 6 meses después: los dos planos orbitales tienen un centro común (el Sol) y se cruzan entre sí, lo que significa "400 km arriba". en un lado del Sol está "400 km por debajo" en el otro lado. No puede tener una órbita simplemente "desplazada desde el centro de masa".
El satélite que se está discutiendo no está en órbita terrestre. Está en una órbita alrededor del sol y da sombra a la tierra, siguiendo esencialmente la misma elíptica, ya que ambos orbitan alrededor del sol. La altitud (potencialmente sobre cualquiera de los polos) se eligió para minimizar la resistencia atmosférica pero estar lo suficientemente cerca como para alcanzar rápidamente cualquier punto por encima de los 23,5 grados de latitud a velocidades SX1.

4.000.000km pero no 400km. Incluso si ignoras la Tierra, no hay una órbita solar que se mantenga a 400 km sobre el polo norte. Oscilará de un lado a otro en el transcurso de un año, desde 400 km sobre el Polo Norte hasta 400 km sobre el Polo Sur. En la práctica, la gravedad de la Tierra la empujaría rápidamente hacia abajo.

Un millón de kilómetros más arriba es posible tener un satélite que se cierne sobre un polo, pero en realidad no está en órbita, sino que usa una vela solar para flotar. Eso solo se puede hacer cuando estás lo suficientemente lejos como para que la minúscula fuerza de una vela solar sea suficiente para contrarrestar la gravedad del cuerpo sobre el que intentas flotar. En realidad, esto tiene un uso práctico: podría colocar un satélite de televisión sobre el polo para servir a los clientes que están demasiado al norte para ser atendidos por los satélites ecuatoriales. La patente ha caducado, eres libre de construir una.

Editar: La patente: https://www.google.com/patents/US5183225

¿Podría vincular la patente, si está en línea en alguna parte?
@PaŭloEbermann hay una pregunta hace mucho tiempo con un enlace. Creo que el inventor también es un famoso escritor de ciencia ficción. Iré a echar un vistazo ahora.
@PaŭloEbermann ¡Lo encontré debajo de otra respuesta de LorenPechtel ! Resulta que hice la misma pregunta en los comentarios que hiciste aquí.
@LorenPechtel tal vez sea una buena idea editar esta respuesta y también esa respuesta e incluir una referencia a Robert L. Forward y la patente asociada. Es una información bastante interesante y notable, es mejor guardarla en las respuestas donde es fácil de encontrar que simplemente esconderla en los comentarios.
Sospecho que no se entendió bien mi pregunta. Se supone que se requiere el mantenimiento de la posición tal como es el caso de los satélites en órbita terrestre geosíncrona. Un satélite puede ponerse en órbita alrededor del sol y colocarse de modo que guíe o siga a la tierra, o se posicione para moverse con la tierra en su camino alrededor del sol. Se requiere un movimiento de 23,5 grados al norte o al sur a medida que el planeta orbita alrededor del sol para mantener el satélite posicionado sobre el polo geográfico. No hay necesidad de que dicho satélite se mueva de polo a polo.
@uhoh, había olvidado por completo que me había referido a eso antes.
@Jim No veo evidencia de que su pregunta no se haya entendido. Más bien, su conocimiento de la mecánica orbital es muy deficiente: no se trata de un mero mantenimiento de la estación, para colocar su satélite a 400 km sobre cualquiera de los polos requeriría flotar en cohetes de 1 g. Lo de ir entre los polos es lo que sucedería si la Tierra no estuviera allí. Simplemente estaba mostrando que incluso la órbita solar en sí misma no funciona, incluso si ignoras la gravedad de la Tierra.
@Jim Imagine la Tierra en una órbita circular alrededor del Sol exactamente en el centro de la órbita. Ahora imagina un punto sobre el polo norte. A medida que la Tierra gira alrededor del Sol, este punto se mueve en un círculo similar, pero ahora el Sol no está en el centro. Esto no es una órbita alrededor del sol. Para que esta órbita esté centrada en el sol, tendría que estar inclinada, así que después de 3 meses (90 grados) pasaría por la órbita de la Tierra, y después de 6 meses (180 grados) estaría sobre el Sur. polo, asumiendo que podría atravesar la Tierra. No puede orbitar la Tierra y permanecer sobre el polo.
Viajar en círculo mientras está en órbita
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