Wie Funktionieren Satelliten? - #2

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Tausende von satelliten fliegen täglich über den himmel und helfen bei wettervorhersagen und fernsehsendungen. Erfahren sie, wie satelliten bei WordsSideKick.com funktionieren.

Bemerkenswerte Satelliten

In der Interpretation dieses Künstlers untersucht Landsat die auffällige Sicht unten.

In der Interpretation dieses Künstlers untersucht Landsat die auffällige Sicht unten.

Vor nicht allzu langer Zeit waren Satelliten exotische, streng geheime Geräte, die hauptsächlich in militärischen Kapazitäten für Aktivitäten wie Navigation und Spionage eingesetzt wurden. Jetzt sind sie ein wesentlicher Bestandteil unseres täglichen Lebens. Wir sehen und erkennen ihre Verwendung in Wetterberichten. Wir schauen Fernsehsignale an, die von DIRECTV und dem DISH Network gesendet werden. Wir haben GPS-Empfänger in unseren Autos und Smartphones, um uns zu jedem Ziel zu finden. Und wir staunen über Bilder, die vom Hubble-Weltraumteleskop und von Mätzchen der auf der Internationalen Raumstation lebenden Astronauten aufgenommen wurden.

Trotzdem entgehen viele Satelliten unserer Aufmerksamkeit. Treffen wir uns mit einigen dieser unbesungenen Helden.

Landsat Satelliten haben seit den frühen 70er Jahren Aufnahmen von der Erde gemacht und bieten damit den längsten kontinuierlichen Weltrekord der Oberfläche unseres Planeten. Landsat 1, zu der Zeit als Earth Resources Technology Satellite (ERTS) bekannt, wurde am 23. Juli 1972 auf den Markt gebracht. Es verfügte über zwei Hauptinstrumente - eine von RCA gebaute Kamera und einen Multispektralscanner, der Hughes Aircraft Company zur Verfügung stellte Aufzeichnung von Daten in grünen, roten und zwei Infrarotbereichen.Der Satellit produzierte solch erstaunliche Bilder und wurde als so erfolgreich angesehen, dass ihm eine Reihe von Begleitern folgte. Die neueste Erweiterung, Landsat 8, hat die NASA am 11. Februar 2013 auf den Markt gebracht. Das Gerät enthält zwei Erdbeobachtungssensoren, den Operational Land Imager (OLI) und den Thermal Infrared Sensor (TIRS), die multispektrale Bilder von Küstenregionen erfassen. Polareis, Inseln und Kontinente.

Geostationäre betriebliche Umweltsatelliten (GOES) umkreist die Erde in geosynchronen Bahnen, die jeweils über einem festen Gebiet der Erde schweben. Dadurch können die Satelliten die Atmosphäre im Auge behalten und wechselnde Wetterbedingungen erkennen, die zu Tornados, Wirbelstürmen, Sturzfluten und Gewittern führen können. Meteorologen verwenden die Informationen, um Uhren und Warnungen für Unwetter herauszugeben. Sie können GOES-Bilder auch verwenden, um Niederschlagsmengen und Ansammlungen von Schnee zu schätzen, das Ausmaß der Schneedecke zu messen und die Bewegungen des See- und Seeeises zu verfolgen. Seit 1974 wurden 15 GOES-Satelliten in den Orbit gebracht, doch zu jedem Zeitpunkt sind zwei der Geräte - GOES East und GOES West - erforderlich, um das Wetter der Erde zu sehen.

Jason-1 und Jason-2 haben eine Schlüsselrolle bei der Langzeitanalyse der Ozeane der Erde gespielt. Die NASA startete am 7. Dezember 2001 Jason-1, um die Aufgaben des NASA / CNES-Satelliten Topex / Poseidon zu übernehmen, der seit 1992 die Erde umkreist. Seit fast 12 Jahren erfasst Jason-1 den Meeresspiegel, die Windgeschwindigkeit und den Wind Wellenhöhe für mehr als 95 Prozent der eisfreien Ozeane der Erde. Die Mission revolutionierte die Untersuchung der Ozeanzirkulation und lieferte Daten, die auf einen Anstieg des Meeresspiegels auf der ganzen Welt hindeuten. Die NASA hat Jason-1 am 3. Juli 2013 offiziell außer Dienst gestellt, aber das hat die Ozeanbeobachtungsoperationen nicht gestoppt. 2008 startete die Raumfahrtbehörde einen Nachfolger von Jason-1 von der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien. Jason-2 besitzt hochpräzise Instrumente, um die Entfernung zwischen dem Satelliten und der Meeresoberfläche auf wenige Zentimeter zu messen. Diese Messungen von Ozeantopografie liefern Wissenschaftlern Informationen darüber, wie schnell sich Meeresströmungen bewegen und wie viel Wärme im Ozean gespeichert ist. Diese Daten liefern wiederum Einblicke in die globalen Klimamuster.

Weitere Satelliten-Superstars

Künstlerische Konzeption des James Webb Space Telescope

Künstlerische Konzeption des James Webb Space Telescope

Die 66 Iridium-Kommunikationssatelliten Die Umlaufbahn von 800 km über der Erdoberfläche hat an vielen Fronten für Aufsehen gesorgt. Iridium LLC, der ursprüngliche Eigentümer der Satelliten, gab fünf Milliarden US-Dollar für den Bau und die Bereitstellung der Maschinen aus und verkaufte sie 1999 für 25 Millionen US-Dollar, als das Unternehmen in Konkurs ging. 2009 kollidierte Iridium 33 mit einem außer Dienst gestellten russischen Satelliten über Sibirien, wodurch ein großes Feld von Weltraummüll und Trümmern entstand, die noch viele Jahre im Orbit bleiben werden. Heute besitzt und betreibt Iridium Communications Inc. die Satelliten, die es Teilnehmern ermöglichen, Satellitentelefone zu verwenden, um von jedem Punkt der Welt aus zu kommunizieren. Sterngucker mögen auch Iridium, weil die Satelliten in der "Konstellation" leicht zu erkennen sind, besonders wenn ihre Antennenarrays Sonnenlicht einfangen und hell am Nachthimmel aufflammen.

Das OSCAR (Orbit-Satellitenfunk-Amateurfunk) Eine Serie von Satelliten erleichtert die Kommunikation zwischen Amateurfunkstationen. Sie werden von einer gemeinnützigen Organisation von Amateurfunkbetreibern weltweit als AMSAT gebaut und betrieben. Die von AMSAT gebauten Satelliten "haken" einen Raketenstart auf einer "Nutzlast-Raum-Verfügbarkeit" -Basis. Aus diesem Grund sind die Geräte in der Regel recht klein und haben keine Antriebssysteme, die die Hauptnutzlast der Rakete beeinträchtigen könnten. AMSAT-Satelliten können oft mit einem Kurzwellenempfänger oder einem Aradio-Scanner gehört werden. Schinkenbetreiber nutzen die Satelliten bei Naturkatastrophen, wenn terrestrische Verbindungen und Mobiltelefonsysteme ausfallen oder überlastet sind.

Weltraumteleskope sind Satelliten, die von der Erde wegschauen. Von ihren Umlaufbahnen hoch über unserer Atmosphäre können sie das Universum ohne Verzerrungen oder Störungen betrachten. Zweifellos haben Sie einige der spektakulären Bilder gesehen, die 1990 vom Hubble-Weltraumteleskop (HST) ausgestrahlt wurden, das in seine Umlaufbahn (570 Kilometer) über der Erde eingedrungen ist. HST verfügt über ein sehr ausgeklügeltes Kontrollsystem, mit dem das Teleskop arbeiten kann stunden- oder tagelang auf dieselbe Position im Weltraum zeigen (trotz der Tatsache, dass das Teleskop mit 27.000 km / h fährt!). Das System enthält Gyroskope, Beschleunigungssensoren, ein Stabilisierungssystem für das Reaktionsrad, Triebwerke und eine Reihe von Sensoren, die die Position der Leitsterne beobachten. Im Jahr 2018 plant die NASA, einen Begleiter für Hubble zu starten - das James Webb-Weltraumteleskop (JWST). JWST wird Infrarotlicht von weit entfernten Objekten beobachten und wird dies von einem speziellen elliptischen Orbit (L2) aus tun, der 932.000 (1,5 Millionen Kilometer) von der Erde entfernt ist!

Wie viel kosten Satelliten?

In den Jahren nach Sputnik und Explorer 1 wurden die Satelliten größer und komplizierter. Erwägen Sie TerreStar-1, einen kommerziellen Satelliten, der in Nordamerika für mobile Sprach- und Datenkommunikation für Smartphones mit Smartphone-Größe konzipiert ist. TerreStar-1 wurde 2009 auf den Markt gebracht und wog 6.910 Kilogramm. Und als es vollständig aufgestellt war, entrollte es eine S-Band-Antenne mit einem Durchmesser von 18 Metern und massive Sonnenkollektoren, die dem Endgerät eine Flügelspannweite von 32 Metern (Quelle: de Selding) verliehen.

Der Bau einer solch komplexen Maschine erfordert viele Ressourcen. Aus diesem Grund konnten bisher nur Regierungsbehörden und Unternehmen mit tiefen Taschen in das Satellitengeschäft einsteigen. Ein Großteil der Kosten ist in die Ausrüstung eingepackt, die von einem Satellitentransponder, Computer und Kameras getragen wird.Ein typischer Wettersatellit kostet 290 Millionen US-Dollar. Ein Spionagesatellit könnte weitere 100 Millionen Dollar kosten [Quelle: GlobalCom]. Hinzu kommen die Kosten für die Wartung und Reparatur von Satelliten. Die Unternehmen müssen für die Satellitenbandbreite zahlen, genau wie die Handybesitzer für die Übertragung von Sprache und Daten. Diese Bandbreitenkosten könnten 1,5 Millionen US-Dollar pro Jahr erreichen [Quelle: GlobalCom]!

Ein weiterer wichtiger Faktor bei Satelliten sind die Kosten des Starts. Das Starten eines einzelnen Satelliten in den Weltraum kann je nach Fahrzeug zwischen 10 und 400 Millionen US-Dollar kosten. Eine kleine Trägerrakete wie die Pegasus XL-Rakete kann 443 Kilogramm (976 Pfund) in den erdnahen Orbit für etwa 13,5 Millionen US-Dollar bringen. Das sind fast 14.000 Dollar pro Pfund. Ein schweres Startfahrzeug kostet dagegen mehr Start, bietet aber auch eine höhere Hubkraft. Zum Beispiel kann die Ariane 5G-Rakete 39.648 Pfund (18.000 Kilogramm) in den erdnahen Orbit für 165 Millionen Dollar heben. Das entspricht einem Preis von 4.162 USD pro Pfund und ist somit kostengünstiger auf Pfundbasis [Quelle: Futron Corporation]. (Beachten Sie, dass alle monetären Zahlen in 2000 US-Dollar angegeben sind.)

Trotz der Kosten und Risiken, die mit dem Bau, dem Start und dem Betrieb von Satelliten verbunden sind, ist es einigen Unternehmen gelungen, ihr Geschäft mit Weltraumtechnologie auszubauen. Boeing ist eines dieser Unternehmen. Der Unternehmensbereich Defence, Space und Security konnte 2012 zehn Satelliten liefern und weitere sieben Aufträge akquirieren. Dies trug zu einem Umsatz von fast 32 Milliarden US-Dollar bei. [Quelle: The Boeing Company].

Wie kann ich einen Overhead-Satelliten sehen?

Die Internationale Raumstation geht am 20. August 2011 über den Bow Lake in Banff, Alberta, Kanada. Dieses Foto ist ein Mosaik von fünf 40-Sekunden-Aufnahmen mit Lücken im Pfad, die durch eine Sekunde Pause zwischen den Bildern verursacht werden. Eine Iridium-Fackel durchbohrte auch die ISS-Spur.

Die Internationale Raumstation geht am 20. August 2011 über den Bow Lake in Banff, Alberta, Kanada. Dieses Foto ist ein Mosaik von fünf 40-Sekunden-Aufnahmen mit Lücken im Pfad, die durch eine Sekunde Pause zwischen den Bildern verursacht werden. Eine Iridium-Fackel durchbohrte auch die ISS-Spur.

Wenn Sie an Sternbeobachtung denken, stellen Sie sich vor, wie jemand hinter einem Teleskop steht und die Krater auf dem Mond, die Flecken und Streifen der rostigen Marsoberfläche, die Ringe des Saturn oder die Galaxien der Lokalen Gruppe betrachtet. Aber viele Amateurastronomen, selbst wenn sie keine teuren Optiken haben, haben große Freude daran, Satelliten im Orbit um die Erde zu sehen. Wenn Sie an der Aktion teilnehmen möchten, finden Sie hier einige Tipps:

  • Erstens können Sie Satelliten ohne Instrument entdecken, aber es hilft, ein gutes Fernglas zu haben. Danach geht es zum richtigen Zeitpunkt - kurz nach Sonnenuntergang oder kurz vor Sonnenaufgang, wenn es dunkel auf dem Boden ist, aber die Sonnenstrahlen immer noch die luftigen Höhen erreichen, in denen sich Satelliten befinden.
  • Wählen Sie einen Stuhl, mit dem Sie sich bequem zurücklehnen und so ausrichten können, dass Sie einen weiten Himmel sehen können. Es ist egal, in welche Richtung Sie schauen.
  • Fegen Sie langsam über den Himmel und pausieren Sie gelegentlich, um sich auf einen Bereich zu konzentrieren. Wenn Sie geduldig sind, können Sie bald einen hellen Lichtpunkt vor dem Hintergrund der Sterne entdecken. Man kann Satelliten nicht wirklich mit Meteoriten oder Flugzeugen verwechseln, da der erste vor dem Ausbrennen schnell über den Himmel streift und der letztere normalerweise von blinkenden Lichtern und Motorgeräuschen begleitet wird. Satelliten bewegen sich stetig und intensiv, oft dauert es drei bis fünf Minuten, um von einem Horizont zum anderen zu gelangen.
  • In der Stunde nach der Dämmerung können Sie mit 10 bis 20 Satelliten rechnen. Sie reisen oft von Westen nach Osten, einige jedoch von Norden nach Süden oder von Süden nach Norden. Dies könnten Überwachungssatelliten sein, mit denen andere Länder ausspioniert werden.

Wenn Sie ernsthafter werden möchten, können Sie versuchen, vorherzusagen, wann ein bestimmter Satellit über den Kopf geht. Eine spezielle Satellitensoftware, die für PCs verfügbar ist, sagt Satellitenbahnen aus. Die Software verwendet Keplerian Daten, um jeden Orbit vorherzusagen, und zeigen an, wann ein Satellit über Kopf ist. Die neuesten "Keps" sind im Internet für eine Reihe populärer Satelliten verfügbar. Satelliten verwenden eine Vielzahl lichtempfindlicher Sensoren, um ihre Position zu bestimmen. Der Satellit übermittelt seine Position an die Bodenstation.

Natürlich wäre keine "Sat-Seeing" -Expedition komplett ohne einen Blick auf einige spezielle Satelliten. Taumelnde Raumsonden sind ein solcher Genuss. Dies sind normalerweise tote Satelliten, die im Orbit bleiben, sich aber jetzt um eine oder mehrere Achsen drehen. Wenn sie sich drehen, reflektieren ihre Oberflächen das Sonnenlicht, sodass die Objekte zu blinken scheinen, wenn sie sich über den Himmel bewegen. Satelliten in der Iridium-Konstellation können ebenfalls ein ähnliches Erlebnis bieten. Die sogenannten Iridium-Flares treten auf, weil jeder Satellit eine ungewöhnliche sechsseitige Form hat, die das Licht leicht auf irdische Beobachter abprallt. Eine einzelne Fackel kann mit einer scheinbaren Stärke leuchten, die viel größer ist als die der Venus.

Die Internationale Raumstation (ISS) leuchtet aufgrund ihrer Größe auch so hell wie Venus oder Jupiter. Es kann jedoch schwierig sein zu sehen, da es nahe am Horizont bleibt und "Sichtbarkeitsbrüche" durchläuft - Zeiten, in denen es leichter zu erkennen ist als andere. Quellen wie Heavens Above können Ihnen sagen, wann und wo Sie einen Blick auf die ISS werfen müssen. Sie benötigen Ihre Koordinaten für Längen- und Breitengrad, die bei den USS erhältlich sind. Geologische Übersicht und ein genaues Maß für die Zeit.

Die Zukunft der Satelliten

Diese Abbildung zeigt, wie CubeSat1 mit seinem Radar- und Laser-Cross-Track-Sensor die Entfernung und Relativbewegung des anderen Satelliten (CubeSat2 links) messen kann.

Diese Abbildung zeigt, wie CubeSat1 mit seinem Radar- und Laser-Cross-Track-Sensor die Entfernung und Relativbewegung des anderen Satelliten (CubeSat2 links) messen kann.

In den mehr als fünf Jahrzehnten nach dem Start von Sputnik sind die Satelliten sowie ihre Budgets tendenziell größer geworden.Die Vereinigten Staaten beispielsweise haben seit ihrer Gründung 200 Milliarden US-Dollar für ihr militärisches Satellitenprogramm ausgegeben und verfügen nun trotz der Investitionen über eine Flotte alternder Geräte, ohne dass viele Ersatzgeräte in den Startlöchern warten [Quelle: The New Atlantis]. Viele Experten befürchten, dass der Bau und Einsatz großer Satelliten schlichtweg nicht nachhaltig ist, zumindest nicht von Steuerzahlern finanzierten Regierungsbehörden. Eine Lösung besteht darin, Satellitenprogramme für private Interessen wie SpaceX, Virgin Galactic oder andere Raumfahrtunternehmen zu verwenden, die oft nicht die gleichen bürokratischen Ineffizienzen wie die NASA, das National Reconnaissance Office und die National Oceanic and Atmospheric Administration aufweisen.

Eine andere Lösung besteht darin, die Größe und Komplexität von Satelliten zu verkleinern. Wissenschaftler der California Polytechnic State University und der Stanford University arbeiten seit 1999 an einem neuen Satellitentyp namens CubeSat, der auf Bausteinen von nur 10 cm (4 Zoll) Breite basiert. Jeder Würfel erhält Standardkomponenten und kann mit anderen Würfeln, meist von verschiedenen Teams, kombiniert werden, um eine komplexere Nutzlast zu erreichen. Durch die Standardisierung des Designs und die Verteilung der Entwicklungskosten auf mehrere Parteien steigen die Kosten des Satelliten nicht so stark an. Ein einzelnes CubeSat-Raumschiff kostet weniger als 100.000 US-Dollar für die Entwicklung, den Start und den Betrieb von [Quelle: Pang].

Im April 2013 stellte die NASA dieses Grundprinzip auf den Prüfstand, als sie drei CubeSats auf den Markt brachte, die um handelsübliche Smartphones gebaut wurden. Ziel war es, die Mikrosatelliten für kurze Zeit in den Orbit zu bringen und einige Fotos und Systemdaten von den Telefonen zu sammeln. Die NASA startete die Satelliten am 21. April und sie drangen sechs Tage später wieder in die Erdatmosphäre ein. Nun prüft die Agentur, wie sie ein umfangreiches Netzwerk von CubeSats für eine koordinierte, langfristige Mission einsetzen können.

Große oder kleine zukünftige Satelliten müssen in der Lage sein, effizient mit irdischen Stationen zu kommunizieren. In der Vergangenheit hat sich die NASA auf Radiofrequenz (RF) -Kommunikation verlassen, aber RF stößt an ihre Grenzen, da die Nachfrage nach mehr Kapazität steigt. Um dieses Hindernis zu überwinden, haben Wissenschaftler der NASA ein bidirektionales Kommunikationssystem entwickelt, das auf Lasern anstelle von Funkwellen basiert. Die Ausrüstung, die den Test durchführte, wurde mit dem NASA Atmosphere and Dust Environment Explorer der NASA durchgeführt, der im September 2013 startete und auf den Mond zusteuerte, wo er begann, in den Orbit zu gehen und Informationen über die Mondatmosphäre zu sammeln. Am 18. Oktober 2013 veröffentlichten die Forscher Geschichte, als sie mit einem gepulsten Laserstrahl Daten über die 239.000 Meilen (384.633 Kilometer) zwischen Mond und Erde mit einer rekordbrechenden Download-Rate von 622 Megabit pro Sekunde übertragen [Quelle: Buck]..

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Anmerkung des Autors: Wie Satelliten funktionieren

Versteht mich nicht falsch, es ist großartig, von der Satellitentechnologie zu profitieren. Aber ich kann nicht anders als traurig zu sein, wenn ich mir Bilder anschaue, die die Hunderte von Satelliten zeigen, die um die schöne blaue Scheibe der Erde schwirren. In einigen dieser Bilder sieht unser Planet aus wie ein Chia-Haustier, das einen unbeholfenen Mop aus künstlichen Haaren hervorbringt. - William Harris


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