Rymdsatelliter

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Raketens och Satellitens uppbyggnad

En raket kan man säga består av 90 % bränsle, 8 % raketmotorer, tankar och elektronik och endast 2 % utgörs av satelliten. Satelliten sitter fast i raketen genom en adapter, som har utrustning för att satelliten sedan ska kunna avlägsnas från raketen. Oftast separeras den genom att banden som håller fast den klipps av genom små sprängladdningar, för att sedan låta fjädrar se till att satelliten skjuts iväg. En satellit är vanligtvis uppbyggd av två delar, som kallas för plattform och nyttolast. Plattformen är strukturerad att få satelliten att fungera, det är den så kallade fysiska strukturen. Det är plattformens uppgift att bland annat kontrollera satellitens värmeutveckling, hålla den i dess önskade bana och kontrollera satellitens stabilitet. Nyttolasten är konstruerad för att utföra det speciella arbetet som satelliten är uppskjuten för. Uppgiften satelliten har kan t.ex. vara att ta bilder på jorden eller göra vetenskapliga mätningar. Detta innebär att en plattform kan användas i flera olika sammanhang, medan nyttolasten endast kan användas till den satellit som har det uppdrag nyttolasten är konstruerad för.


Uppskjutningen

Rymdsatelliten skjuts upp i rätt bana av en bärfarkost med en eller flera raketmotorer, även kallade flerstegsraketer, de styrs vanligtvis från jorden via radiosignaler. De bärfarkoster som vi har använt hittills säger man har två eller tre steg (därav namnet flerstegsraketer), det vill säga den gör arbetet i dessa steg med dens egna drivmedelsbehållare och motorer. Det första steget accelererar satelliten till dess önskade hastighet, när denna hastighet är nådd är drivmedlet förbrukat och steget lösgörs då, vartefter det kastas bort. Detta för att inte onödig massa ska släpas med ut i rymden. Därefter tar nästa steg vid, vilket fortsätter att accelerera satelliten. Dessa två steg krävs för att uppnå kretshastigheten, då centrifugalkraften* i satellitens rundade bana kring himlakroppen uppväger tyngdkraften*. Kretshastigheten i en cirkelbana kring jordytan är 7,91 km/sek och krävs för att satellitens bana ska vara stabil. När satellitens kretshastighet är nådd behöver den accelerera ytterligare för att uppnå flykthastigheten som behövs för att satelliten ska övervinna gravitationskraften. Om den inte har tillräckligt hög hastighet kan den inte övervinna kraften, vilket leder till att den inte kan avlägsnas från jordytan. Flykthastigheten är vid jordytan 11,18 km/sek, otroligt snabbt alltså. För att dessa hastigheter ska kunna uppnås krävs ovannämnda flerstegsraketer, som fungerar på så sätt att det steget som tar över startar med det föregående steget sluthastighet, vilket alltså innebär att hastigheten hela tiden ökar. Det är dock inte bara hastigheten som behöver vara rätt, utan även farkostens riktning behöver vara rätt för att det ska fungera. För att satelliten ska gå i rätt bana avkänns bärfarkostens riktning av särskilda reglerorgan, exempelvis radiovågor eller tröghetsnavigeringssystem. Om den inte är rätt avgör reglerorganen vad för avvikelse som behövs och sänder order till styrorgan, såsom separata, vinkelrätt ställda styrraketer att ändra hastighetens riktning.



Raketmotorns funktion

För att uppskjutningen av satelliten ska fungera krävs det väldigt avancerade raketmotorer. I en raketmotor alstras kraften i ett slutet system för att inte luft eller annan materia ska kunna påverka. Energin som är bunden i raketmotorns strålmassa omvandlas till rörelseenergi i dess molekyler, joner, atomkärnor, fotoner eller elektroner. När det gäller fysikaliska raketmotorer så varierar arbetsprinciperna, den vanligaste och dominerande typen är däremot den kemiska. I de kemiska raketmotorerna är arbetsmedium och energikälla bundna i drivmedlet, vilket förbränns i en brännkammare, där värme och tryck alstras. Drivmedlet strömmar sedan ut genom ett munstycke (som kallas dysan) där dess värmeenergi (som bildas genom förbränningen) omvandlas till riktad rörelseenergi i en gasstråle.
Vad drivmedlet befinner sig i för form beror på vad det är för slags motor. I vätskeraketmotorer är det i flytande form, i krutraketmotorer i fast form och i hybridraketmotorer båda delarna – genom att den har både en flytande och en fast drivmedelskomponent.
En raketmotors uppgift är helt enkelt att omvandla den kemiska energin som tillkommit vid förbränningen till rörelseenergi.

Satelliters användningsområde

Varför skjuter vi då upp satelliter, vad har vi för användning av dem?
Faktum är att de verkligen används till allt möjligt, och de kan vara både bemannade och obemannade. De används bland annat till jordobservation, för att det ska fungera placeras olika instrument på satelliten som ger data. Datan bearbetas sedan så vi ska få de önskade svaren vi är ute efter. Jordobservation, eller fjärranalys som det också kallas, använder vi oss av när vi exempelvis vill ha en global uppfattning av miljön, atmosfären eller klimatet. Det här en bra teknik när man vill undersöka förändringar som sker, till exempel den globala uppvärmningen som är aktuell nu, genom rätt satelliter kan vi ta reda på hur den utvecklar sig.
Satellitbilder är också bakgrunden till väderprognoserna vi dagligen ser på TV och läser om i tidningar, de är till väldigt god hjälp när man ska förutspå väder.
Satellitbilder används även till skogs- och jordbruk, i detta fall vill man gärna se om många träd har fallit på samma ställe eller om illegal trädhuggning har ägt rum någon stans. Det är även intressant för skogsägarna att se hur det går med deras skog och för myndigheterna att kontrollera att skogsägarna gör som de ska med skogen.
Andra typer av satelliter är exempelvis Navigationssatelliter, Tv-satelliter, telekommunikationssatelliter och forskningssatelliter.


Satellitbilder

Vad kan man då se från en satellitbild, stora områden eller kan man även skåda mindre föremål?
Det är väldigt olika från satellit till satellit hur detaljerade bilderna är, eftersom det är konstruerade och avsedda för olika handlingar. Tekniken har ju naturligtvis utvecklats genom åren också, från att förut inte ha varit särskilt detaljerad till att numera vara väldigt avancerad.
Numera konstrueras instrumenten på ett visst sätt beroende på hur detaljerade bilder man vill ha. I vissa fall när man bara vill ha översiktsbilder (exempelvis när man vill se hur en öken breder ut sig) så är man ju inte i behov av detaljerade bilder, vilket innebär att instrumenten på satelliten konstrueras för att ta just översiktsbilder. Om man däremot vill ha väldigt detaljerade bilder, så går ju det också bra. 6 dm stora föremål kan en satellit se som minst i nuläget, väldigt litet alltså! Människor kan också synas på en satellitbild, om de står i grupp eller kastar en lång skugga efter sig. Tekniken utvecklas ju hela tiden, så i framtiden kommer vi säkert att kunna se ännu mindre föremål.



Satellitens bana

Att satelliten kan röra sig i en bana kring jorden utan att falla ner på planeten beror dels på jordens rundning och dels på satellitens hastighet. Man skulle kunna säga att den hela tiden faller ner mot jorden, men eftersom jorden lutar så ”hinner” den inte ramla ner på grund av att jordytan försvinner under satelliten. Om den däremot skulle ha lägre hastighet så skulle den ramla ner mot jorden, eftersom den då inte skulle hinna ifatt jordens krökning. I rymden finns det dessutom inget syre eller luft, det är bara vakuum – tomt kan man säga. Detta innebär att det finns väldigt lite som kan bromsa upp farten, vilket innebär att satelliten i princip kan behålla sin hastighet, åtminstone väldigt länge.
Att ett föremål som inte påverkas av någon kraft alls fortsätter att röras i samma riktning och hastighet är en grundprincip inom den klassiska fysiken, detta innebär att en satellit som inte påverkades av jordens dragningskraft skulle fara rakt ut i rymden. Det finns i huvudsak två olika sorters satellitbanor; cirkulära och elliptiska, båda har en bestämd inklinationsvinkel.* Parametrarna* altitud* och inklationsvinkel beskriver enklast en cirkulär bana, eftersom de beskriver höjden och vinkeln på satellitens bana i förhållande till ekvatorn, vilket är det enda som behövs eftersom satelliten i detta fall befinner sig på samma höjd hela tiden. Den kan även hålla en position då den står över samma punkt på jordytan hela tiden. För att detta ska fungera krävs det att altituden är 35786 km, eftersom satelliten i detta fall har den exakta hastigheten (3,07466 km/s) och sträckan som krävs för att färdas i samma hastighet som jorden roterar. Denna speciella bana kallas för en geosynkroniserad bana och används ofta av kommunikationssatelliter.
För att beskriva en elliptisk bana krävs det däremot tre parametrar; perigealtitud, apogealtitud och inklinationsvinkel. Perigealtitudet motsvarar den lägsta höjden i satellitbanan och apogealtitudet det högsta, anledningen bakom att det i detta fall krävs två altituder är att satelliten förändrar höjden på sin bana.
Man brukar också dela in satellitbanor beroende på inklinationsvinkeln. En satellitbana som går rakt över ekvatorn har ju väldigt logiskt inklinationsvinkeln 0 och kallas därmed för ekvatorialbanor. När en satellitbana går över polerna har den inklinationsvinkeln +, - 90 (det kan vara både positivt och negativt eftersom det finns två poler åt vartdera hållet) och kallas för polärbana. När en satellit befinner sig i en sådan bana täcker den hela höjddimensionen och kan därmed se hela jorden eftersom planeten roterar i breddimensionen.


Gravitationen

Man skulle kunna säga att det är gravitationen som har skapat rymdens alla planeter, eftersom den drar ihop materia. Gravitationen är en naturlig kraft, den är attraktionen (dragningskraften) mellan all materia, exempelvis två föremål. Hur stor gravitationskraften är beror på hur stor produkten av massorna är. Även det inverterade talet* av avståndet mellan kropparna i kvadrat avgör hur stark gravitationen mellan dem blir. Genom detta kan vi förstå att ju större kropparna är och ju närmare varandra de är – desto högre blir gravitationen. Detta innebär att en planet som jorden har väldigt hög gravitation, vilket leder till att en rymdfarkost som ska lämna jorden behöver väldigt hög hastighet för att övervinna denna kraft. Man kan också konstatera att gravitationskraften alltid finns, den kan aldrig upphöra helt, eftersom man aldrig kan få en produkt mindre än 0 (negativt tal). Detta beror ju i sin tur på att alla kroppar har en massa, annars är det ju ingenting och att det alltid finns ett avstånd mellan kropparna, vilket de måste göra om de inte sitter ihop.
Jordens (och även andra planeters) gravitation försöker alltså hela tiden dra till sig kroppar runtomkring. Artificiella satelliter* påverkas hela tiden av denna kraft som vill dra ner dem till jorden. Satelliten däremot vill ju fortsätta sin bana (all materia vill bibehålla den aktuella riktningen) och försöker då att fortsätta färdas rakt fram (vilket innebär rakt ut i rymden eftersom jorden är rund). Om dessa två krafter motsvarar varandra uppnås en balans då satelliten färdas i en oförändrad bana kring jorden. Då gravitationen vill dra till sig satelliten och den själv vill åka ut i rymden blir alltså resultatet ett mellanting, förutsatt att krafterna motsvarar varandra. På detta sätt fungerar det i alla solsystem, månar kring planeter och planeter som kretsar kring stjärnor.
Om balansen mellan satelliten och gravitationen rubbas och gravitationen övervinner satellitens tröghetskraft dras satelliten ner mot atmosfären och brinner vanligtvis upp.


Bränslen och Påverkan på miljön

Det är främst uppskjutningen av satelliten som påverkar miljön, eftersom det är då det mesta av bränslet förbrukas och mest avgaser släpps ut. Vid val av bränsle vill man ju såklart få ut så mycket energi per viktenhet som möjligt, men samtidigt göra det på ett hyfsat miljövänligt vis. Denna kombination är dock inte lätt. Anledningen bakom att man vill ha ut så mycket energi per enhet som möjligt är att det då inte går åt lika mycket bränsle, vilket leder till att farkosten kan ta med större last ut i rymden. Tidigare nämnt beskrivs det ju hur stor del som bränslet utgör i raketen, vilket gör att det är det största stället där man kan minska lasten på. De energirikaste bränslena är i flytande form, så drömmen skulle ju vara att använda dessa, om det då inte vore för miljöfaran. Istället används oftast fasta bränslen, vilket är betydligt säkrare, men dock mycket mindre energirikt. Man har nu kommit på en smart lösning genom att skapa fasta bränslen innehållande bland annat boron, vilket är en lätt metall som dessutom är väldigt energirik. Den har dock väldigt svårt att antända (vilket krävs vid uppskjutningen) eftersom den oxiderar på ytan, men genom att blanda in fluor som angriper oxideringen, blir det lättare för bränslet att antända. Att utföra detta på ett säkert och effektivt sätt är förstås svårt, men inom en snar framtid kan det kanske komma att fungera. Raketer som sänder upp satelliter släpper bland annat ut klorföreningar i olika mängder, vilket påverkar ozonlagret på ett negativt sätt. Detta är definitivt inte bra med tanke på att vi redan har problem med ozonskiktet.


Ordförklaringar

* Centrifugalkraft = Tröghetskraft/skenbar kraft, då en roterande kropp strävar efter att avlägsnas från rotationens centrum. Motsats till Centripetalkraft.
* Tyngdkraft = en himlakropps gravitation/dragningskraft
*Inverterat tal = Talet som framkommer då täljare och nämnare byter plats
*Artificiella satelliter = Rymdfarkoster som ligger i omloppsbana runt jorden
*Inklinationsvinkel = Vinkeln mellan satellitens och ekvatorns bana
*Parameter = Konstant som beroende på tillfället antar olika värden, enkla parametrar kan t.ex. vara diameter och radie.
*Altitud = Höjd, ofta en himlakropps höjd över horisonten



Analys

Om man inte vet så mycket om satelliter skulle man nog kanske tycka att vi inte behövde dem, att de bara ställer till problem. I allmänhet är det ju ofta det vi blir underrättade med, när det har hänt något skadligt eller rent utav farligt. Det är ju inte precis så att de går ut på nyheterna och informerar om vilken tur vi har att vi har dessa satelliter, det är ju bara om det har hänt någon olycka eller något nytt av något slag. Jag tror att denna bristande information påverkar oss negativt eftersom det är svårt (och rent utsagt dumt) att ta ställning till något som man inte är så att säga på läst om. Det är ju inte alla som söker informationen självmant och väger fördelar mot nackdelar innan de tar sitt ställningstagande eller uttalar sig om saken.

Eftersom satelliter kostar väldigt mycket (ungefärligt sätt: en väldigt enkel 20 miljoner, mer avancerad 500 miljoner och en större hela fem miljarder kronor), kan man fråga sig om det verkligen är värt det. Det är ju ofta skattebetalarna som åker på att betala stora delar av dessa summor, vilket på sätt och vis kan kännas orättvist. Det har ju visserligen omröstats demokratiskt om vilken regering som ska bestämma i landet, där har man ju fått vara med och påverkat, men i dessa frågor kanske det ibland skulle vara mer rättvist med en folkomröstning. Det negativa i så fall är ju den bristande informationen, folk kanske inte riktigt är medvetna om vad de röstar om.

Men man kan ju tycka att vi borde leva vårat liv, utnyttja det på bästa sätt istället för att ödsla tid, kraft och pengar på att utforska rymden. Trots att vi påverkas av rymden så är vi ju egentligen inte i behov av att veta allt vad vi utforskar om, det kan ju i vissa fall kännas viktigare att lägga pengarna på ett mer konkret plan som att satsa på bättre skolor och omsorg än att försöka att komma underfund med om det finns liv på andra planeter. Visserligen tycker jag personligen att det är bland det mest intressanta som finns att söka svar på sådana frågor, men ibland kan det kännas så abstrakt och långt borta att det rentav kan kännas onödigt. Jag ställer mig fortfarande frågan: Ska människor som är helt ointresserade av rymden behöva betala för att vissa andra vill ha svar på och utveckla sina livsteorier?
Jag är naturligtvis medveten om att det inte bara är det som pengarna går till och det är ju inte alltid vi vanliga människor får stå för kostnaderna, men jag får ändå den tankeställaren.

Jag skulle faktiskt vilja påstå att nästan alla människor här på jorden på ett eller annat sätt har användning för satelliterna vi sänder ut. Om det inte är för att titta på TV eller lyssna på radio, så kan det vara att man i förtid får besked om att en naturkatastrof är på väg eller att en vulkan snart ska bryta ut, vilket gör att man kan evakuera stället så att färre människor kommer till skada. Detta ser jag som den allra viktigaste funktionen, att förutsäga saker och att se förändringar och kunna informera om dem. Ta växthuseffekten till exempel, man har i princip vetat om att denna globala uppvärmning har varit på väg sedan 1800-talet när Arrhenius gjorde sina beräkningar, men inte har man gjort något åt det. Detta tror jag beror på bristande bevis, att folk inte har tagit det på allvar. Nu när vi har satelliterna som effektivt kan knäppa bilder och upptäcka förändringar över hela världen, så upptäcker vi själva att det är allvarligt det som håller på att hända. Men för att vi ska reagera tror jag det behövs verkliga siffror, bevis och bilder. (Visserligen kom de med vetenskapliga mätningar då redan på 1800-talet, men det blir liksom inte på samma sätt.) Denna information kan satelliterna ge oss, vilket jag tror är väldigt viktigt för att vi både ska förstå, men också bry oss och försöka förändra vårt beteende.

En sak som jag upplever som mycket negativt vid användning av satelliter är miljöutsläppen. De hjälper oss att få vetskap om miljön, men samtidigt släpper de själva ut farliga avgaser som påverkar miljön. Jag tror däremot att man i framtiden, kanske inte så långt härifrån, kan komma på betydligt mindre miljöfarliga bränslen. Fram till dess tycker jag att man kan ta det väldigt lugnt med raketfärder, det skulle i alla fall skona miljön lite. Att man låter bli att sända ut nya satelliter, om det inte är absolut nödvändigt, man kanske kan nöja sig med de ca 500 aktiva som i nuläget kretsar runt jorden och inte göra några längre rymdresor. De satelliter som redan är ute i rymden har ju inte så stor påverkan, eftersom de knappt släpper ut bränsle och dem kan man ju dessutom inte göra särskilt mycket åt. Jag skulle alltså tycka det var en bra idé att vänta med att sända fler farkoster, inte minst med tanke på att rymdskrotet runt jorden då kanske fick tid att falla ner i atmosfären och brinna upp innan det hela tiden kommer nytt. Rymdskrotet är ju nämligen inte heller bra för miljön.

Det är ju väldigt smidigt att ha satelliter som hela tiden knäpper bilder på jorden, vi ser enkelt om enorma trädmassor har fallit på samma ställe exempelvis, vilket gör att vi snabbt kan åtgärda det. Kanske inte så mycket i just detta fall men i det stora hela sett. Vi får dessutom väldigt bra väderprognoser genom satelliter, meteorologer studerar ofta väder på detta sätt. Detta är ju bra på så sätt att vi kan planera våra dagar bättre och veta i förväg om någon väderkatastrof eller liknande kommer att inträffa, men jag skulle ändå vilja påstå att detta är ganska oväsentligt. Vi kan ju ändå inte påverka vädret, vi kan bara förutse det. Vore det inte lite roligare att någon gång bli överraskad, komma ner i köket och se att det är sol och 30 grader varmt ute? Var blev det med uttrycket ”Ta dagen som den kommer”?
Jag tror egentligen att vi är för beroende av information, statistik och diagnoser att vi glömmer bort att njuta av vad de visar. Vi hinner liksom aldrig bli positivt överraskade eftersom vi redan vet vad som komma skall.

Ta TV:n som exempel också, nästan varenda hushåll här i Sverige äger en TV. Visst, grundidén med att enkelt kunna sprida information var bra, men är det vad den huvudsakligen handlar om idag? Nej, den sprider reklam och visar främst underhållningsprogram, får folk att bli sittandes inne istället för att gå ut och röra på sig. Jag tycker inte att TV:n är särskilt viktig, det känns som att den har missbrukats på något sätt, jag anser att det är ganska onödigt att sända ut satelliter för att vi ska kunna se på TV.

Om jag ska se realistiskt på saken så tror jag verkligen att satelliterna har en framtid. Jag tror att vi bara är i början av vårt användande av dessa, längre fram tror jag de kommer att utvecklas i väldigt mycket och kanske även användas inom nya områden.
Sammanfattningsvis kan jag konstatera att det finns både fördelar och nackdelar med satelliter.

Fördelar:
- Man kan i ett globalt perspektiv se hur saker förändras.
- N...