学習目標
このレッスンを終えると、次のことができるようになります。
- 軌道を定義します。
- 軌道上の物体の運動を説明します。
- 軌道への打ち上げについて説明します。
- 軌道の種類について説明します。
軌道とは、物体がたどる曲がった軌道を指します。たとえば、地球が太陽の周りをたどる軌跡や、星の周りを惑星がたどる軌跡などです。自然または人工の衛星も軌道をたどります。通常、軌道は規則的に繰り返される軌道です。ただし、軌道は繰り返さない軌道を指すこともあります。
軌道をたどる物体の運動は重力の影響を受け、ニュートン力学を使用して近似できます。
軌道は、次の一般的な方法で理解できます。
- オブジェクトが直線で飛行しようとするとき、重力のような力がオブジェクトを曲線経路を通して引っ張ります。
- オブジェクトが巨大なボディに向かって引っ張られると、オブジェクトはボディに向かって落下します。ただし、オブジェクトに十分な接線速度がある場合、オブジェクトは軌道をたどり続け、ボディに落ちません。オブジェクトは、ボディを周回していると見なされます。
質量を持つ宇宙の物体は、重力によって互いに引き付けられます。これらの物体が十分な運動量で一緒になると、それらは互いに周回します。
同じ質量を持つ物体は、中心に何もない状態で互いに公転します。宇宙の小さな物体は、大きな物体の周りを周回しています。たとえば、太陽系では月が地球の周りを回っていて、地球が太陽の周りを回っています。ただし、一部の大きなオブジェクトは完全に静止していません。重力により、地球は月によって中心からわずかに引っ張られます。これが私たちの海に潮汐を引き起こします。地球はまた、地球や他の惑星によって中心からわずかに引っ張られています。
太陽系の創造の間、塵、氷、ガスが運動量と速度の両方で宇宙を移動し、太陽を雲として取り囲んでいました。太陽はこれらの天体よりも大きいため、重力によって太陽に引き寄せられ、太陽の周りにリングを形成します。
時間が経つにつれて、これらの粒子は凝集し始め、惑星、小惑星、月を形成するまで大きくなりました。これが、惑星が太陽の周りを公転する理由であり、それらは粒子と同じ方向に、ほぼ同じ平面で公転します。
ロケットが衛星を打ち上げると、それらは宇宙の軌道に配置されます。衛星は重力によって軌道を維持されています。同様に、月は重力によって地球の軌道に保たれています。
宇宙には空気がないことに注意してください。したがって、空間内の物体の動きを妨げる空気摩擦はありません。重力により、衛星はそれ以上の抵抗なしに地球の周りを周回します。衛星を地球の軌道に送ることで、通信、天気予報、ナビゲーション、天文観測など、さまざまな分野に技術を適用することができます。
軌道に打ち上げる
軌道への衛星の打ち上げは、ロケットを使用して行われます。ロケットの選択は、主に衛星の質量と、衛星が移動する必要がある地球からの距離に依存します。高高度の軌道や重いペイロードでは、地球の重力に打ち勝つためにより多くの電力が必要になります。
軌道の種類
衛星または宇宙船が打ち上げられると、次のいずれかの軌道に配置されます。
- 静止軌道。上の画像は静止軌道のイラストです。この軌道上の衛星は、地球の自転に従って、赤道上空で西から東へ地球を一周します。地球と同じ速度で移動し、1 回転するのに 23 時間 56 分 4 秒かかります。これにより、この軌道上の衛星は固定位置に静止しているように見えます。地球の自転に完全に合わせるために、この軌道の衛星の速度は秒速約 3 キロメートル、高度 35,786 キロメートルです。
- 地球低軌道。上の画像は地球低軌道のイラストです。この軌道は、地球の軌道に比較的近いです。高度は 1000 キロメートル以下で、地表から 160 キロメートルの高さに位置することもあります。この軌道の衛星は、地球の周りの特定の経路をたどる必要はありません。この軌道には利用可能なルートが複数あります。これにより、最も一般的に使用される軌道になります。国際宇宙ステーションの軌道です。地球に近いため、衛星画像に使用され、高解像度の画像を生成します。
- 中地球軌道。上の画像は地球の中軌道を描いたものです。これは、さまざまな軌道で構成されています。この軌道上の衛星は、特定の経路を取る必要はありません。これは、ナビゲーション衛星で最も一般的に使用されています。
- 極軌道。上の画像は極軌道の図です。この軌道上の衛星は、地球の極を北から南に移動します。この軌道の衛星は、20 ～ 30 度以内にずれることがあるため、必ずしも極を通過するとは限りません。極軌道は地球から 200 ～ 1000 キロメートルの低高度にあります。太陽同期軌道は、極地域上空を走る一種の極軌道で、太陽と同期しています。これは、この軌道上の衛星が太陽に対して同じ位置になるように同期されていることを意味します。
- トランスファー軌道。上の画像はトランスファー軌道のイメージ図です。これらの軌道は、ある軌道から別の軌道に移動するために使用されます。衛星がこの軌道にある場合、衛星を別の軌道に移動するのは簡単です。これにより、人工衛星はロケットを使わずに高高度の軌道に到達することができます。
まとめ
私たちはそれを学びました。
- 軌道とは、物体がたどる曲がった軌道を指します。
- 軌道をたどる物体の運動は、重力の影響を受けます。
- 同じ質量を持つオブジェクトは、中心に何もない状態で互いに周回しますが、空間内の小さなオブジェクトは、より大きなオブジェクトの周りを周回します。
- 私たちはロケットを使って人工衛星を宇宙軌道に打ち上げます。
