Pierwsza prędkość kosmiczna i satelity – co je łączy?

Pierwsza prędkość kosmiczna i satelity mają ze sobą wiele wspólnego. Od czasu wysłania w kosmos Sputnika 1, pierwszego sztucznego satelity, z ich dobrodziejstwa korzystamy każdego dnia, czy to oglądając telewizję, czy próbując znaleźć budynek, w którym mamy dziś zajęcia. Jednakże, czy zdajemy sobie sprawę z tego, co trzeba zrobić, by takie urządzenie mogło krążyć wokół Ziemi?

Pierwsza prędkość kosmiczna

Tym mianem określamy prędkość, jaką trzeba nadać ciału, by pokonało siłę grawitacji danej planety i stało się jego satelitą. Zatem zastanówmy się, ile wynosi pierwsza prędkość kosmiczna dla Ziemi. W obliczeniach pominiemy opory powietrza oraz ewentualną obecność innych ciał niebieskich. Wiemy, że kiedy ciało porusza się po orbicie, to działa na nie siła dośrodkowa. Ponieważ rolę takiej siły pełni grawitacja, nic nie stoi na przeszkodzie, żeby porównać ze sobą te dwa wzory:

Po podstawieniu wartości liczbowych prędkość ta wyniesie ok. 8 km/s. Jest to o wiele więcej niż chociażby prędkość kuli wystrzelonej z karabinu! Ciekawostka: wyróżniono cztery prędkości kosmiczne. Oprócz wyżej opisanej pierwszej prędkości kosmicznej stosowana jest także prędkość ucieczki, określająca jak szybko musi poruszać się ciało, by opuścić daną planetę, trzecią prędkość kosmiczną należałoby nadać ciału, które ma znaleźć się poza Układem Słonecznym, czwartą – dla opuszczenia Drogi Mlecznej.

Pierwsza prędkość kosmiczna a prędkość satelity

Wiemy już, jaką prędkość należy nadać potencjalnemu satelicie. A jak sprawdzić, w jakim tempie będzie krążyć wokół Ziemi? Tu wszystko zależy od promienia orbity i wynikającego z nań okresu obiegu. W takim razie, czy wokół nas krążą też takie, które poruszają się w tym samym tempie co Ziemia? Tak, i nazywamy takie satelity geostacjonarnymi. Słowo „stacjonarny” jest w ich nazwie nie bez przyczyny, gdyż ciągle znajdują się w jednym punkcie nad powierzchnią globu. Takie urządzenia wykorzystujemy w meteorologii, telefonii satelitarnej czy do wspomagania systemu GPS.

Oprócz tego satelity krążą po innych torach, spośród których warto zwrócić uwagę na średnią orbitę okołoziemską, gdyż jest wykorzystywana do nawigacji – tak, to tam krąży 31 satelitów systemu GPS. A co można znaleźć na niższej orbicie? Głównie satelity komunikacyjne, gdyż takie „niskie” (o ile 2000 km nad Ziemią można nazwać niewielką odległością) położenie ułatwia przesyłanie danych. Warto wspomnieć, że takie satelity poruszają się z wyżej opisaną pierwszą prędkością kosmiczną – inaczej spadłyby w atmosferę. Na niskiej orbicie odbyła się też większość lotów załogowych, także misje wahadłowców.