人工衛星とは? 人工衛星が飛ぶ原理とは?

人工衛星

1957年10月4日、ソ連が第1号人工衛星のうちあげに成功したと発表しました。
そして、明け方の空を横切って飛ぶ、明るい星のような衛星が見られ
衛星から送られてくるピピピという信号音を聞いたときには
世界中の人々がたいへん驚きました。

それがわずか10年あまりのうちに
今日では、地球をまわっている人工衛星が本体以外のものまでいれると、
実に千何百個という、たいへんな数になります。

しかも、それぞれが、さまざまな目的に用いられる
という大進歩をとげたのです。
ところで、こうした人工衛屋のいろいろについて知るには
まずその原理を理解することが大切です。




人工衛星の飛ぶ原理

一般の人々は、人工衛星が秒速8キロメートルという
ものすごスピードで、わずか1時間半あまりで
地球を一周することに驚きました。

また、燃料もなしに、地球のまわりを飛び続けることも
不思議に思われました。

しかし、人工衛星のようなものが
地球のまわりをまわる理屈は、はやくから知られていました。

200年ちかくも昔、有名な科学者ニュートンが
万有引力の法則を考えだしたときからそのわけは、わかっていたのです。

地球で投げ出された物体は小石でもボールでも
すべてふたたび地上に落ちてきます。
これは、地球と投げられた物体が、引力で引き合っているからです。

しかし、仮にボールを水平に投げ出したとすると
すでに投げたときよりも、バットで打ったときのほうが
遠くまで飛んで地面に落ちます。

これは、バットで打ったときの力のほうが大きいからです。
そこで、このときのボールの道筋について考えてみましょう。

ボールが地面に落ちるということは、ボールが地表面とぶつかって
そこで行き止まりになることです。

もし、地球がもっと小さいか、あるいは
大きさがなくて重いだけの点のようなものだったとしたら
地面というものはなく、ボールの道筋は行き止まりにならずに
もっと続くわけです。

ニュートンは、地球に大きさがあってもなくても
その道筋は同じで、ボールと地球が引力で引きあって運動する場合
ボールの道筋は、下の図のようになることを発見しました。

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速さが遅いときは、ボールの道筋は図のアのように
地球の中心をめぐるたいへん細長い楕円形になります。
ところが、速さが大きくなると
だんだん、イ・ウのようにまるく大きな楕円になるのです。



このように、落ちる…はだんだん遠くなり
したがってボールは遠くまで飛ぶというわけです。
ボールで遠くまで飛ぶというわけです。

理屈の上では、スピードをどんどん大きくすれば
地球の反対側まで飛んで、ようやく落ちるようになります。

地球よりも、大きなまるい道筋を通るようになれば
地面とはめぐりあわなくなり、落ちなくなるわけです。
このときの速さは、毎秒約8キロメートルほどです。

こうなると、もうボールは地上に落ちなくなり、

つきのように地球をまわります。
つまり人工衛星となるわけです。

この速さをさらに速くすれば道筋は投げ出した場所とは反対側のほうで、
だんだん地球から遠ざかるようになり、細長くなっていきます。

速さが毎秒10.9キロメートルほどになると、地球から最も遠ざかる点は、
だいたい40万キロメートルほどになります。
この距離には月がまわっています。

つまり、このくらいの速さになると
ロケットは月のあたりまでいけることになります。

さらに、打ち出しの速さを増してゆくと
ロケットの到達距離はぐんぐん伸び毎秒11.2キロメートルほどになると、
軌道はかなりなく長い楕円、つまり放物線となり
もはや地球にはもどってこなくなります。

すなわち地球の引力に打ち勝って、飛び去ってしまうわけです。

火星や金星、もっと遠くの星々に向かうロケットは
このような速さをあたえてやらなければならないわけです。

また、届く距離とともに、届くまでの時間もずいぶんかかります。

それで、それぞれ運動している月や火星などの
天体とめぐりあうように打ち出すには
方向とともに速さを非常に精密に調節しなければならないのです。







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