Cos'è un satellite artificiale? Che tipi di satellite esistono?
A cosa servono i satelliti artificiali?
Quali forze agiscono su un satellite in orbita? Come mai rimane in orbita e
non cade sulla Terra? E' in equilibrio?
Cosa sai sulle forze che agiscono sul satellite? Sarebbe bene aggiungere un
paragrafo in cui le descrivi e le spieghi in maggiore dettaglio.
Come si lancia un satellite? Cos'è la velocità di fuga?
Individualmente, organizza i materiali che hai trovato secondo la traccia.
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1) un Veicolo
ideato e costruito dall'uomo per essere posto in orbita attorno alla Terra. I satelliti
possono essere senza equipaggio a bordo e controllati solo da terra, oppure abitabili e provvisti di
sistemi di guida governabili direttamente dall'interno. I satelliti artificiali effettuano oggi una così
gran mole di servizi che sarebbe difficile concepire la società moderna senza di essi. La stessa
rivoluzione telematica, paragonabile per importanza alla rivoluzione industriale, è dovuta in gran
parte alla rete di satelliti in grado di scambiare enormi quantità di informazioni in tempo reale a un
numero grandissimo di utenti pubblici e privati.
2)Tipi
di satellite. Anche se designati con nomi diversi, i satelliti effettuano servizi e svolgono
ricerche scientifiche e tecnologiche raggruppabili in alcuni settori ben caratterizzati. Per quanto
ogni classificazione abbia comunque un certo grado di arbitrarietà, specialmente per il fatto che uno
stesso satellite può esplicare contemporaneamente funzioni diverse, è comunque possibile una
sommaria divisione dei satelliti in: a) satelliti per telecomunicazioni; b) satelliti per telerilevamento;
c) satelliti meteorologici; d) satelliti per la navigazione; e) satelliti astronomici e scientifici; f)
satelliti militari.
3)Usi
e possibilità. La straordinaria capacità di calcolo di alcuni elaboratori elettronici di
grandissime dimensioni e di altissima velocità distribuiti in diversi continenti è resa disponibile,
istantaneamente e a relativamente basso costo, per utenti di tutto il mondo attraverso la rete di
satelliti per telecomunicazioni. Ma, mentre da un lato i satelliti rivoluzionano i modi di vita dei
Paesi più evoluti, essi rappresentano anche una delle possibilità di sviluppo per Paesi che non hanno
ancora raggiunto buoni livelli di industrializzazione e di progresso sociale. Un satellite geosincrono
sopra il subcontinente indiano può, per esempio, essere utilizzato per l'educazione scolastica di una
sterminata massa di individui. Molti Paesi africani vedono nei satelliti per la ricerca delle risorse
terrestri una delle poche possibilità di uscire dal mondo del sottosviluppo. Oggi i satelliti non sono
più, come ai tempi della gara spaziale USA-URSS, monopolio esclusivo delle due superpotenze.
Molti altri Paesi hanno in orbita satelliti per usi specifici, senza i quali sarebbero costretti a
rivolgersi all'estero, con grande aumento dei costi, per poter usufruire di servizi essenziali. Il
problema fondamentale è però quello di disporre di vettori idonei per mettere in orbita i diversi
satelliti, vettori che sino a poco tempo fa erano di dominio esclusivo di Stati Uniti e Unione
Sovietica. La possibilità di mettere in orbita satelliti è altrettanto importante per i Paesi in via di
sviluppo e per i Paesi europei. Questi ultimi dispongono ora di un proprio vettore ben collaudato,
l'Ariane, che offre condizioni molto interessanti ai Paesi in via di sviluppo, oltre che alle stesse
società statunitensi che non possono ricorrere per ragioni di tempo o di affidabilità ai vettori del loro
Paese. Anche la Repubblica Popolare Cinese e il Giappone dispongono di propri vettori ben
collaudati per la messa in orbita di satelliti, vettori che sono resi disponibili, insieme a quelli
sovietici, come alternativa a quelli europei e statunitensi.
4)L’orbita
del satellite
Il satellite si posiziona in un’orbita che risponde a semplici leggi della fisica. Su di esso
infatti agiscono due forze, la forza centrifuga e la forza centripeta.
Centripeta è la forza che impone ad un oggetto un moto circolare. E’ noto dalla fisica che
un oggetto a cui sia stata impressa una forza si muove in linea retta, e la sua velocità
rimane costante se il suo moto non è perturbata da attrito o da altre forze; l’oggetto
percorre invece una traiettoria circolare, qualora il suo movimento sia perturbato da
un’accelerazione centripeta. Se però esiste accelerazione, per la seconda legge di Newton
deve esistere anche una forza nella direzione dell’accelerazione, che è il centro della
traiettoria circolare percorsa dall’oggetto: si tratta della forza centripeta Fc:
Fc = – m • ω2 /D
dove m è la massa dell’oggetto, ω è la sua velocità angolare, D è il raggio del cerchio e il
segno – denota che il vettore punta al centro del cerchio.
Nel caso dell’orbita satellitare, la forza centripeta coincide con la forza di gravità. E’ ovvio
che, affinchè il satellite non subisca gli effetti di questa forza, esso dovrà essere sottoposto
ad una forza di pari intensità e di verso opposto: si tratta della forza centrifuga,
determinata dalla rotazione del satellite attorno alla terra. Definito il valore D, cioè l’altezza
orbitale, il valore di equilibrio tra le due forze si otterrà dando un opportuno valore alla
velocità angolare ω del satellite.
Un’orbita circolare è caratterizzata da valori definiti e costanti dei parametri D e ω, in
qualunque punto della traiettoria del satellite. Essa è però da considerare come caso
particolare di orbita ellittica, caratterizzata da elevata velocità angolare nel punto più basso
(D minima), detto perigeo, e da minima velocità angolare nel punto più alto, detto
apogeo. L’orbita ellittica può essere utilmente impiegata nelle fasi di lancio: il satellite
viene posto dal vettore in orbita bassa, ma poi, accelerando con motori di bordo la sua
velocità angolare, raggiunge l’orbita definitiva, più alta; ma può anche essere una scelta di
sistema, come avviene con determinati satelliti il cui perigeo corrisponde col territorio
interessato alla relazione col satellite stesso.
Come scelta di sistema, il piano contenente l’orbita del satellite può venire progettato con
angolo arbitrario rispetto all’asse di rotazione terrestre: i due casi estremi sono
rappresentati dall’orbita polare, il cui piano contiene l’asse Nord-Sud terrestre, e
dall’orbita equatoriale: in questo caso l’orbita è ortogonale all’asse terrestre, e quindi si
sviluppa sul piano che contiene la linea dell’Equatore.
Un satellite che percorra un’orbita da Ovest verso Est e abbia periodo di 24 ore, è detto
geosincrono: esso infatti si sposta in sincronismo con la rotazione terrestre, e ciò si
verifica quando il parametro D vale 42.164 Km; in altri termini, la quota geostazionaria
riferita al livello medio degli oceani deve essere pari a 35.790 Km. Un caso particolare si
verifica quando la sua proiezione sul suolo (un punto definito subsatellite) cade
esattamente sull’equatore: allora, da qualunque punto della Terra il satellite viene visto
come immobile nella sua posizione spaziale, e viene denominato geostazionario.
Lo spostamento di un satellite per telecomunicazioni non geostazionario nello spazio
manifesta a suo modo una levata ed un tramonto, quando inizia a mostrarsi all’antenna
terrestre e quando scompare all’orizzonte. Ciò implica che l’antenna terrestre lo acquisisca
e lo segua per la durata della sua visibilità, applicando quindi una tecnica di inseguimento
e aggancio, o tracking, ottenuta mediante motorizzazione dell’antenna gestita per lo più
da controllo computerizzato.
Si sottraggono a questo meccanismo proprio i satelliti geostazionari, che grazie alla loro
“immobilità” in un definito punto dello spazio consentono all’antenna terrestre un
puntamento noto e stabile. Si comprende facilmente che tale prerogativa rende questi
satelliti estremamente interessanti per servizi DBS (Direct Broadcast Satellite), ovvero
sistemi capaci di trasmettere in modalità broadcast verso una utenza molto numerosa ed
estesa sul territorio, come nel caso della TV da satellite.
5)
- le orbite dei satelliti non sono perfettamente circolari, ma possiedono una certa
eccentricita', per cui si definiscono ellittiche.
- anche a grande distanza dall'atmosfera dei pianeti, non esiste il vuoto assoluto,
perche' ci sono sempre atomi singoli (creati al momento della nascita dell'universo, il
big bang) che vagano per lo spazio con un moto casuale (e quando raramente si
combinano danno luogo alla creazione dei corpi celesti).
6)
Moti naturali
Cos'è un moto naturale? Si può definire tale, il moto di un corpo che avviene in assenza di cause
agenti. Si potrebbe pensare che gli unici moti naturali siano quelli di quiete: esiste moto solo
quando c'è una causa che lo produce. Questa è esattamente la concezione aristotelica: un corpo è
in moto (anche se si muove di moto rettilineo uniforme) in quanto c'è una forza che causa il
moto. Oggi questa concezione risulta superata grazie ad una serie di contributi apportati nel
corso degli anni.
un corpo, su cui non agisca alcuna circostanza modificatrice di movimento,
conserva indefinitamente la sua velocità e la sua direzione.
Sistema di riferimento
Il concetto di quiete o di moto rettilineo uniforme non è assoluto, ma dipende dal
sistema di riferimento.
Si consideri un punto materiale in un sistema di riferimento rotante costantemente rispetto ad un
altro; esso sarà soggetto all'azione della forza prodotta dalla rotazione, cioè della forza centrifuga.
Pertanto un corpo in quiete in tale sistema di riferimento è soggetto all'azione di una forza
centripeta e quindi si muove di moto circolare uniforme. Analogamente un punto è in quiete in un
sistema di riferimento che si muove con velocità costante rispetto al primo. Evidentemente, in
ambedue i casi, il corpo non subirà accelerazioni per il moto dei sistemi di riferimento.
E' chiaro, da quanto detto, che le cause dei moti determineranno accelerazione. Pertanto un punto
si muove di moto naturale quando non è soggetto ad alcuna accelerazione. A questo punto siamo in
grado di formulare la prima legge della Dinamica che tiene conto dei moti naturali: il suo
contenuto è duplice
1. esiste una classe privilegiata di sistemi di riferimento, detti inerziali, in moto
rettilineo uniforme l'uno rispetto all'altro;
2. in questa classe di sistemi di riferimento i moti naturali (inerziali) sono quelli ad
accelerazione nulla, cioè i moti rettilinei uniformi. Essi rappresentano il moto dei
punti isolati.
