Mi a pálya? (1. rész)

Sorozatunkban bemutatjuk, milyen pályákon keringhetnek a Föld környezetében az űreszközök, s melyiknek mi az előnye.

Ahogy egy színházban a különböző ülések más-más rálátást biztosítanak az előadásra, úgy az sem mindegy, hogy a mesterséges holdakat milyen pályára állítják a Föld körül. Mindegyik típusú pályának megvan a maga előnye, ami miatt egy adott űreszköz számára éppen azt választják ki. Van olyan, amelyen mindig a földfelszín egy adott pontja fölött tartózkodik a műhold, így folyamatosan megfigyelheti bolygónknak a felé eső korongját. Más műholdak a lehető legközelebb keringenek, hogy minél élesebben „lássanak”, s gyorsan megtéve egy-egy pályaperiódust, mindig más területek fölött repülnek el. Összeállításunkban bemutatjuk a műholdpályák típusait, s megemlítünk olyan tipikus űreszközöket, amelyek e pályákon róják ellipsziseiket a Föld körül.

A Földtől mért távolság alapján alapvetően három típust szokás megkülönböztetni: az alacsony, a közepes és a magas pályákat. Ezek elhelyezkedését – méretarányosan, körpályákkal – az alábbi ábra szemlélteti.

Az alacsony (angol rövidítésük alapján LEO) pályák felszín feletti magassága 180 és 2000 km között változhat. A közepes pályák (MEO) régiója 35 794 km alatti magasságig tart. Itt vagy ennél még távolabb magas Föld körüli pályákról (HEO) beszélünk.

Röviden összefoglalva, alacsony pályákon keringenek általában a földmegfigyelő műholdak, valamint az embereket szállító űrhajók, például a Nemzetközi Űrállomás. Közepes pályákon működnek például a navigációs műholdrendszerek tagjai. A magas pályák közül fontossága kiemeli a geostacionárius ill. geoszinkron (GEO) pályákat, ahol jellemzően távközlési és egyes meteorológiai műholdakat üzemeltetnek.

Kepler harmadik törvénye értelmében minél messzebb kering az űreszköz a Földtől, annál hosszabb a periódusa, vagyis annál lassabban kerüli meg a bolygót. A NASA Aqua földmegfigyelő műholdja kb. 700 km-es magasságban alig 100 perc alatt ér körbe. Egy meteorológiai hold, amely 23 óra 56 perc 4 másodperc – épp egy csillagnap, ami a Föld forgási ideje a távoli csillagokhoz képest – periódussal kering, 35 794 km-es magasságban található. A Holdnak, a Föld középpontjától mérve közel 384 ezer km-es távolságban, kb. 28 napra van szüksége egy keringési periódus megtételéhez.

A különböző – alacsony napszinkron, GPS navigációs, ill. geostacionárius – pályák esetén a piros pályaszakasz azt mutatja, hogy a műhold 1 óra alatt mekkora ívet tesz meg. A méretarányos rajzon középen a szürke korong maga a Föld. (Képek: NASA / R. Simmon)

A pályamagasság megváltoztatása a mozgás sebességére is hatással van. Az ún. égi mechanikai paradoxon értelmében, ha a műholdüzemeltető meg akarja növelni a pálya menti sebességet, akkor nem az a teendője, hogy egyszerűen bekapcsolja a gyorsító hajtóműveket. Eközben ugyanis nő a pályamagasság, a sebesség pedig éppenséggel csökken. (A hajtóműveket ebben az esetben úgy kell működtetni, hogy a pillanatnyi mozgás irányával ellentétes, „lassító” erőt fejtsenek ki. Ilyenkor csökken a magasság, nő a sebesség.) Az eljárás csak azért tűnik furcsának a hétköznapi szemléletünkkel, mert itt a Földön, például az autónk gyorsításánál nem ezt szoktuk meg... (A paradoxon feloldása az, hogy az űreszköz teljes energiáját nem csak a mozgási, de a gravitációs helyzeti energiája is, pontosan a kettő összege határozza meg. A Földtől távolabbi pályán az összenergia több, még ha a mozgási energia kevesebb is.)

(Folytatjuk a pálya lapultsága és a pályasík hajlásszöge tárgyalásával!)

Kapcsolódó cikkek:
Mi a pálya? (2. rész)
Mi a pálya? (3. rész)
Mi a pálya? (4. rész)
Mi a pálya? (5. rész)

Kapcsolódó linkek:
A műholdpályákról (NASA EO)