¿Por qué los satélites geoestacionarios no caen a la Tierra? Física elemental: ¿por qué no caen satélites a la Tierra? ¿Por qué la ISS no cae de su órbita?

La Estación Espacial Internacional (ISS) es un proyecto técnico de gran escala y, quizás, el más complejo en su organización en toda la historia de la humanidad. Cada día, cientos de especialistas de todo el mundo trabajan para que la EEI pueda cumplir plenamente su función principal: ser una plataforma científica para estudiar el espacio ilimitado y, por supuesto, nuestro planeta.

Cuando miras las noticias sobre la ISS, surgen muchas preguntas sobre cómo la estación espacial puede funcionar en condiciones extremas del espacio, cómo vuela en órbita y no cae, cómo las personas pueden vivir en ella sin sufrir altas temperaturas y radiación solar. .

Habiendo estudiado este tema y recopilado toda la información, debo admitir que en lugar de respuestas recibí aún más preguntas.

¿A qué altitud vuela la ISS?

La ISS vuela en la termosfera a una altitud de aproximadamente 400 km de la Tierra (a título informativo, la distancia de la Tierra a la Luna es de aproximadamente 370 mil km). La termosfera en sí es una capa atmosférica que, de hecho, aún no es del todo cósmica. Esta capa se extiende desde la Tierra a una distancia de 80 km a 800 km.

La peculiaridad de la termosfera es que la temperatura aumenta con la altura y puede fluctuar significativamente. Por encima de los 500 km aumenta el nivel de radiación solar, lo que puede dañar fácilmente los equipos y afectar negativamente a la salud de los astronautas. Por tanto, la ISS no se eleva por encima de los 400 km.

Así se ve la ISS desde la Tierra

¿Cuál es la temperatura fuera de la ISS?

Hay muy poca información sobre este tema. Diferentes fuentes dicen lo contrario. Dicen que a 150 km la temperatura puede alcanzar los 220-240°, y a 200 km más de 500°. Por encima de eso, la temperatura sigue aumentando y a una altura de 500-600 km supuestamente ya supera los 1500°.

Según los propios cosmonautas, a la altitud de 400 km a la que vuela la ISS, la temperatura cambia constantemente dependiendo de las condiciones de luz y sombra. Cuando la ISS está a la sombra, la temperatura exterior desciende a -150°, y si está bajo la luz solar directa, la temperatura sube a +150°. ¡Y ya ni siquiera es un baño de vapor en una casa de baños! ¿Cómo pueden los astronautas estar en el espacio exterior a tales temperaturas? ¿Es realmente un traje súper térmico el que les salva?

El trabajo de un astronauta en el espacio exterior a +150°

¿Cuál es la temperatura dentro de la ISS?

A diferencia de la temperatura exterior, en el interior de la ISS es posible mantener una temperatura estable adecuada para la vida humana: aproximadamente +23°. Además, no está del todo claro cómo se hace esto. Si afuera hace, por ejemplo, +150°, ¿cómo se puede enfriar la temperatura dentro de la estación o viceversa y mantenerla constantemente normal?

¿Cómo afecta la radiación a los astronautas en la ISS?

A una altitud de 400 km, la radiación de fondo es cientos de veces mayor que en la Tierra. Por lo tanto, los astronautas de la EEI, cuando se encuentran en el lado soleado, reciben niveles de radiación varias veces superiores a la dosis recibida, por ejemplo, de una radiografía de tórax. Y en momentos de poderosas erupciones solares, los trabajadores de la estación pueden tomar una dosis 50 veces mayor de lo normal. También sigue siendo un misterio cómo se las arreglan para trabajar en tales condiciones durante mucho tiempo.

¿Cómo afectan el polvo y los desechos espaciales a la ISS?

Según la NASA, hay alrededor de 500 mil desechos grandes en la órbita terrestre baja (partes de etapas gastadas u otras partes de naves espaciales y cohetes) y aún se desconoce cuántos desechos pequeños similares. Todo este "bien" gira alrededor de la Tierra a una velocidad de 28 mil km/h y por alguna razón no es atraído por la Tierra.

Además, hay polvo cósmico: se trata de todo tipo de fragmentos de meteoritos o micrometeoritos que son atraídos constantemente por el planeta. Además, aunque una mota de polvo pese sólo 1 gramo, se convierte en un proyectil perforador capaz de perforar la estación.

Dicen que si tales objetos se acercan a la ISS, los astronautas cambian el rumbo de la estación. Pero no se pueden rastrear pequeños escombros o polvo, por lo que resulta que la ISS está constantemente expuesta a un gran peligro. Tampoco está claro cómo afrontan esto los astronautas. Resulta que cada día arriesgan mucho sus vidas.

El agujero de desechos espaciales en el transbordador Endeavour STS-118 parece un agujero de bala

¿Por qué no cae la ISS?

Varias fuentes escriben que la ISS no cae debido a la débil gravedad de la Tierra y a la velocidad de escape de la estación. Es decir, girando alrededor de la Tierra a una velocidad de 7,6 km/s (para información, el período de revolución de la EEI alrededor de la Tierra es de solo 92 minutos y 37 segundos), la EEI parece fallar constantemente y no caer. Además, la ISS cuenta con motores que le permiten ajustar constantemente la posición del coloso de 400 toneladas.

Uno de los mayores activos de la humanidad es la Estación Espacial Internacional o ISS. Varios estados se unieron para crearlo y operarlo en órbita: Rusia, algunos países europeos, Canadá, Japón y Estados Unidos. Este aparato demuestra que se puede lograr mucho si los países cooperan constantemente. Todo el mundo en el planeta conoce esta estación y mucha gente hace preguntas sobre a qué altitud vuela la ISS y en qué órbita. ¿Cuántos astronautas han estado allí? ¿Es cierto que se permiten turistas allí? Y esto no es todo lo que interesa a la humanidad.

Estructura de la estación

La ISS consta de catorce módulos, que albergan laboratorios, almacenes, baños, dormitorios y cuartos de servicio. La estación incluso cuenta con un gimnasio con aparatos de ejercicio. Todo este complejo funciona con paneles solares. Son enormes, del tamaño de un estadio.

Datos sobre la ISS

Durante su funcionamiento, la estación despertó mucha admiración. Este aparato es el mayor logro de la mente humana. Por su diseño, finalidad y características, se le puede llamar perfección. Por supuesto, tal vez dentro de 100 años comiencen a construir naves espaciales de otro tipo en la Tierra, pero por ahora, este dispositivo es propiedad de la humanidad. Esto se evidencia en los siguientes hechos sobre la ISS:

1. Durante su existencia, unos doscientos astronautas visitaron la ISS. También había turistas que simplemente venían a observar el Universo desde alturas orbitales.
2. La estación es visible desde la Tierra a simple vista. Esta estructura es la más grande entre los satélites artificiales y puede verse fácilmente desde la superficie del planeta sin ningún dispositivo de aumento. Hay mapas en los que puedes ver a qué hora y cuándo el dispositivo sobrevuela las ciudades. Utilizándolos, puede encontrar fácilmente información sobre su localidad: consulte el horario de vuelos de la región.
3. Para montar la estación y mantenerla en funcionamiento, los astronautas viajaron al espacio más de 150 veces y pasaron allí unas mil horas.
4. El aparato está controlado por seis astronautas. El sistema de soporte vital garantiza la presencia continua de personas en la estación desde el momento de su puesta en marcha.
5. La Estación Espacial Internacional es un lugar único donde se llevan a cabo una amplia variedad de experimentos de laboratorio. Los científicos hacen descubrimientos únicos en los campos de la medicina, la biología, la química y la física, la fisiología y las observaciones meteorológicas, así como en otros campos de la ciencia.
6. El dispositivo utiliza paneles solares gigantes del tamaño de un campo de fútbol con sus zonas de anotación. Su peso es de casi trescientos mil kilogramos.
7. Las baterías son capaces de garantizar plenamente el funcionamiento de la estación. Su trabajo es supervisado cuidadosamente.
8. La estación cuenta con una minicasa equipada con dos baños y gimnasio.
9. El vuelo es monitoreado desde la Tierra. Para el control se han desarrollado programas que constan de millones de líneas de código.

astronautas

Desde diciembre de 2017, la tripulación de la ISS está formada por los siguientes astrónomos y cosmonautas:

• Anton Shkaplerov - comandante de la ISS-55. Visitó la estación dos veces: en 2011-2012 y en 2014-2015. Durante 2 vuelos vivió en la estación durante 364 días.
• Skeet Tingle: ingeniero de vuelo, astronauta de la NASA. Este astronauta no tiene experiencia en vuelos espaciales.
• Norishige Kanai: ingeniero de vuelo, astronauta japonés.
• Alejandro Misurkin. Su primer vuelo se realizó en 2013 y tuvo una duración de 166 días.
• Macr Vande Hai no tiene experiencia en vuelo.
• José Akaba. El primer vuelo se realizó en 2009 como parte del Discovery y el segundo vuelo se realizó en 2012.

Tierra desde el espacio

Hay vistas únicas de la Tierra desde el espacio. Esto se evidencia en fotografías y videos de astronautas y cosmonautas. Puedes ver el trabajo de la estación y los paisajes espaciales si miras las transmisiones en línea desde la estación ISS. Sin embargo, algunas cámaras están apagadas debido a trabajos de mantenimiento.

La atmósfera de nuestro planeta nos protege de la radiación ultravioleta y de numerosos meteoritos que se acercan a la Tierra. La mayoría de ellos se queman completamente en las densas capas de la atmósfera, al igual que los desechos espaciales que caen de la órbita. Pero esta circunstancia es todo un problema para la industria espacial, porque los astronautas no solo necesitan ser enviados a la órbita, sino también devueltos. Pero los astronautas completan de forma segura su estancia en la Estación Espacial Internacional y regresan en cápsulas especiales que no se queman en la atmósfera. Hoy veremos por qué sucede esto.

Las naves espaciales, al igual que los objetos extraterrestres, sufren los efectos destructivos de la atmósfera. Con la resistencia aerodinámica de las capas de gas de la atmósfera, la superficie de cualquier cuerpo que se mueva a una velocidad significativa se calienta hasta valores críticos. Por lo tanto, los diseñadores tuvieron que esforzarse mucho para resolver este problema. La tecnología para proteger la tecnología espacial de tales efectos se llama protección ablativa. Incluye una capa superficial a base de compuestos que contienen amianto, que se aplica en la parte exterior de la aeronave y se destruye parcialmente, pero permite mantener intacta la nave espacial.

El regreso de los astronautas de la ISS a la Tierra se realiza en una cápsula especial ubicada en la nave espacial Soyuz. Después de desacoplarse de la ISS, la nave comienza a moverse hacia la Tierra y, a una altitud de unos 140 kilómetros, se divide en tres partes. Los compartimentos de instrumentación y servicios públicos de la nave Soyuz se queman por completo en la atmósfera, pero el vehículo de descenso con los astronautas tiene una capa protectora y continúa su camino. A una altura aproximada de 8,5 kilómetros se activa un paracaídas de frenado que reduce significativamente la velocidad y prepara el aparato para el aterrizaje.

Si miras las fotografías de las cápsulas con los astronautas después de su aterrizaje, verás que son de color casi negro y tienen rastros de quemado como resultado del vuelo a través de las capas de la atmósfera.

¿O por qué no caen los satélites? La órbita del satélite es un delicado equilibrio entre inercia y gravedad. La fuerza de gravedad atrae continuamente al satélite hacia la Tierra, mientras que la inercia del satélite tiende a mantener su movimiento recto. Si no existiera la gravedad, la inercia del satélite lo enviaría directamente desde la órbita de la Tierra al espacio exterior. Sin embargo, en cada punto de la órbita, la gravedad mantiene al satélite atado.

Para lograr un equilibrio entre inercia y gravedad, el satélite debe tener una velocidad estrictamente definida. Si vuela demasiado rápido, la inercia vence a la gravedad y el satélite abandona la órbita. (El cálculo de la llamada segunda velocidad de escape, que permite a un satélite abandonar la órbita terrestre, juega un papel importante en el lanzamiento de estaciones espaciales interplanetarias). Si el satélite se mueve demasiado lento, la gravedad ganará la lucha contra la inercia y el satélite caer a la Tierra. Esto es exactamente lo que ocurrió en 1979, cuando la estación orbital estadounidense Skylab comenzó a decaer debido a la creciente resistencia de las capas superiores de la atmósfera terrestre. Atrapada en las garras de hierro de la gravedad, la estación pronto cayó a la Tierra.

Velocidad y distancia

Como la gravedad de la Tierra se debilita con la distancia, la velocidad necesaria para mantener un satélite en órbita varía con la altitud. Los ingenieros pueden calcular la velocidad y la altura a la que debe orbitar un satélite. Por ejemplo, un satélite geoestacionario, siempre situado sobre el mismo punto de la superficie terrestre, debe realizar una órbita en 24 horas (lo que corresponde al tiempo de una revolución de la Tierra alrededor de su eje) a una altitud de 357 kilómetros.

Gravedad e inercia

El equilibrio de un satélite entre gravedad e inercia se puede simular haciendo girar un peso sujeto a una cuerda. La inercia de la carga tiende a alejarla del centro de rotación, mientras que la tensión de la cuerda, actuando como gravedad, mantiene la carga en una órbita circular. Si se corta la cuerda, la carga volará a lo largo de una trayectoria recta perpendicular al radio de su órbita.