Home » Hvad er et kredsløb

Hvad er et kredsløb

Hvad er et kredsløb?

Kredsløbsmekanik, orbitalmekanik, celest mekanik og astrodynamik er alle navne for læren om, hvordan legemer opfører sig, når de er under indvirkning af tyngdekraften. Kort fortalt Hvis man binder en sten i en snor og holder den i strakt arm, hænger stenen nedad. Det er fordi, Jordens tyngdekraft trækker i stenen. Hvis man så begynder at slynge stenen rundt om sig, vil den hæve sig, og hvis man slynger den rigtig hurtigt, vil snoren næsten være vandret. Det er fordi centrifugalkraften[1] <#1>, der trækker stenen udad i den cirkelformede bevægelse, vinder over tyngdekraften. Hvis man sætter farten ned igen, så snoren bevæger sig i en kegle, hvor vinklen imellem snoren og jorden er 45°, så trækker snoren og Jorden lige meget i stenen. Det er den samme mekanisme, der gør kredsløb muligt. Hvis man bare anbragte et rumskib ude i rummet, ville det hurtigt falde ned. Men hvis man istedet slynger det tilpas hurtigt rundt om Jorden, så vil centrifugalkraften i cirkelbevægelsen (der trækker rumskibet udad) og Jordens tyngdekraft (der trækker rumskibet indad) netop ophæve hinanden. Det gælder altså om at få fart på – og primært sidelæns. Men man kan ikke bare gå i kredsløb om Jorden i få hundrede meters højde. Så tæt på overfladen er der nemlig en tæt atmosfære, som hurtigt ville bremse en ned igen. Så for at gå i kredsløb skal man altså først og fremmest /op/ over atmosfæren; dér kan man så begynde at accelerere sidelæns. På Månen, hvor der ingen luft er, kan man i princippet gå i kredsløb få meter over overfladen – lige indtil man støder ind i et bjerg, altså! Men det går ikke på Jorden, og derfor skal en raket i virkeligheden udføre to stykker arbejde samtidig: den skal dels løfte nyttelasten op over den tætte del af atmosfæren, dels accelerere nyttelasten op til en hastighed, der er stor nok til at den kan gå i kredsløb. Den længere forklaring For et cirkulært kredsløb hænger satellittens omløbtid og baneradius nøje sammen. De er forbundet i denne formel: hvor r er banens radius i meter, G er gravitationskonstanten (6,67 · 10^-11 N · m^2 · kg^-2 ), M er Jordens masse (5,796 · 10^24 kg) og T er satellittens omløbstid i sekunder. Denne formel giver følgende sammenhængende værdier for banehøjde og omløbstid for Jorden: Jorden Banehøjde Baneradius Omløbstid Banehastighed 100 km 6.478 km 1 t 26 m 7,8 km/s 1.000 km 7.378 km 1 t 45 m 7,4 km/s 10.000 km 16.378 km 5 t 48 m 4,9 km/s 35.800 km 42.178 km 23 t 56 m 3,1 km/s 390.000 km 396.378 km 28 d 17 t 53 m 1,0 km/s Formlen er helt generel, så den kan også bruges til at beregne omløbtider om andre planeter, måner og stjerner. *Beslægtede emner:* Keplers love Newtons love Gravity assist Bunden rotation Typer af kredsløb Cirkulært kredsløb *Cirkulært kredløb* I virkeligheden er det ikke muligt at lave et perfekt cirkulært kredsløb, men det er muligt at komme ret tæt på. Det cirkulære kredsløb bruges ofte af satellitter i lav bane om Jorden. „Lav bane” (LEO, Low Earth Orbit) betyder som regel ca. 200-1.000 kilometers højde. Et kredsløb tager omtrent 1½ time. Rumfærgen, Mir og den internationale rumstation ISS er eksempler på cirkulære kredsløb. Der er to ting, der karakteriserer det cirkulære kredsløb: højden og inklinationen, dvs. den vinkel kredsløbsplanet danner med Jordens ækvator. Den internationale rumstation og Mir er f.eks. i kredsløb med inklinationer på 51,6°, mens rumfærgen – i hvert fald når den ikke skal besøge rumstationen – som regel er i kredsløb med en inklination på 28,5°. En speciel type af det cirkulære kredsløb er det polære, hvor inklinationen er 90°. Her passerer satellitten ved hvert omløb én gang over nordpolen og én gang over sydpolen. Geosynkront kredsløb *Geosynkront kredsløb* Det geosynkrone eller geostationære kredsløb er egentlig et cirkulært kredsløb, men det der gør det geosynkrone kredsløb specielt, er kredsløbets højde. En satellits omløbstid afhænger nemlig af højden over jordoverfladen; satellitter i lav højde kommer hurtigst rundt med en omløbstid på ca. 1½ time. Jo højere kredsløb, jo længere omløbstid. Tænk f.eks. på Månen, der er knap 400.000 km fra Jorden – den bruger en hel måned på et omløb! Ca. 35.800 km over Jorden ligger den bane, hvor omløbtiden er 24 timer. Hvis det tager satellitten 24 timer at komme rundt om Jorden, og Jorden drejer med nedenunder satellitten, så ser det fra Jorden ud som om, at satellitten står stille over jordoverfladen. Denne type kredsløb blev opfundet af forfatteren Arthur C. Clarke, og derfor kaldes det også et Clarke-kredsløb. Satellitter i geosynkrone baner er meget praktiske, fordi vi her på Jorden kan nøjes med at indstille vores parabolantenne én gang for alle; så peger den hele tiden mod satellitten. Hvis man skal radiokommunikere med en satellit, der ikke er i geosynkront kredsløb, skal man hele tiden følge med og dreje sin parabolantenne. Molniya-kredsløb *Molniya-kredsløb* Molniya-kredsløbet er meget excentrisk. Alle satellitkredsløb er ellipser, og “strækningsgraden” af en ellipse kaldes excentriciteten, dvs. Molniya-kredsløbet er formet som en meget langstrakt ellipse. Der er flere fordele ved Molniya-kredsløbet. For det første passerer satellitten i løbet af et omløb igennem mange forskellige højder over jordoverfladen. Dette er meget praktisk, hvis man ønsker at studere Jordens omgivelser, f.eks. magnetosfæren. For det andet overholder satellitter altid det, der hedder Keplers anden lov. Den siger, groft sagt, at når en satellit er i et meget excentrisk kredsløb vil den bevæge sig meget hurtigt, når den er tæt på planeten, og meget langsomt, når den er langt fra planeten. Dette medfører, at hvis satellitten f.eks. har apogæum (det punkt, der ligger længst fra Jorden) over den nordlige halvkugle, f.eks. Nordpolen, vil satellitten tilbringe meget længere tid over Nordpolen end over Sydpolen. Det er smart, hvis man enten vil observere den nordlige halvkugle over længere tid, eller hvis man skal have kontakt med satellitten over længere tid. Sol-synkront kredsløb *Sol-synkront kredsløb* Det sol-synkrone kredsløb er synkroniseret med Solen, således, at hver gang satellitten passerer over det samme sted på Jorden, står Solen altid det samme sted. Det er f.eks. smart, hvis man skal observere et område under ensartede belysningsforhold. ———————————————————————— [1] <#t1> I virkeligheden er det ikke centrifugalkraften, der er årsag til kredsløbet, idet centrifugalkraften er en såkaldt /fiktiv kraft./ Det vil sige, at centrifugalkraften i virkeligheden slet ikke eksisterer, men at satellitten blot adlyder Newtons første lov – satellitten befinder sig /ikke/ i et såkaldt /inertialsystem/ men i et /accelereret system. /Derfor er det strengt taget heller ikke korrekt at tale om „vægtløshed” i kredsløb om Jorden, da man jo stadig befinder sig i et temmelig kraftigt tyngdefelt – den professionelle betegnelse er „mikrogravitation”. /Denne side er sidst opdateret 30. januar 2004/ webmaster@rumfart.dk