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人工衛星の軌道

2003/02/01 10:48

今度の３月に人工衛星を打ち上げるようですね。いつも思うことですが、人工衛星は地球の赤道上空を回るものだと思っていました。人工衛星の原動力は重力でそれが均等に加わるのは赤道上空と思いました。地球はきちんとした球ではないからです。もしくは必ず地球の重心上空をとおって回っていなきゃいけないと思います。高度が決まっていて軌道も限られておると、もう衝突しないようにあげるのは難しいのではないでしょうか？？衛星の雲なんてのがあるのでしょうか？？

tetuharu
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物理学
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First_Noel
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2003/02/04 18:50 回答No.6

私は宇宙工学関係ですので，＞別の話ですが地球がきちんとした球でないのは＞自転しているからですか？？については一般人，しかも自信なしでお願い致します．私も知らなかったので，調べてみました．下記ＵＲＬ御参照．どうも，本当に西洋ナシ型なのではなく，陸地や山があったりなかったりで，これを平均海水面（ジオイド）を用いて表現すると，西洋ナシ型になるようです．

参考URL：: http://mike.medic.mie-u.ac.jp/~kimunori/koumuin/tigaku1.htm

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First_Noel
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2003/02/05 15:08 回答No.8

＃７さまの御回答を読みまして，これは書いておかなくちゃと，再度すみません．＃７さまの書かれている高校物理は「初等物理」と呼ばれます．私も宇宙工学関係ですが，高校物理の教科書は関係に非常に良くまとまっているので，何かにつけよく見ます，いつも手の届くところにおいてあります．宇宙，と言うか，衛星軌道上当たりより先では，初等物理が高精度で成り立ちますから，とても大切なんです．更に長期に渡り精度を出す場合では，いろいろな要素が式に入って来て，結局は数値計算せざるを得ない微分方程式となってしまうのですが．初等物理がそのまま成り立つ，と言うこと，衛星が衝突しないのか，と言うことでついさっき思い出しましたが，日本も宇宙科学研究所（当時は東大宇宙研）が最初の衛星「おおすみ」を投入する前に３回失敗しています．その内の１回は，ロケットを切り離した後，残留推力があって，結局は切り離したロケットが分離した衛星＋キックモータに追突してしまったことが原因だと考えられています．初等物理が高精度に成り立っていたからです．

jetplane
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2003/02/05 12:16 回答No.7

僕は高校生なんですが、なんかこれが教科書にあったので一応書いておきます。たぶん専門家の方には、所詮高校生なんだよといわれそうですが。第一宇宙速度・・・これが、いろいろな誤差をなくして計算した地球をぎりぎり回れる速度だそうです。　　　　　　　　　地球の半径をＲ、質量をＭ、重力加速度をｇ、人工衛星の速さをｖ、質量をｍ、万有引力定数をＧとすると、　　　　　　　　　ｍ（ｖ二乗）／Ｒ＝ＧＭｍ／Ｒ二乗　・・・１　　　　　　　　　地表での力の釣り合い　　　　　　　　　ＧＭｍ／Ｒ二乗＝ｍｇ・・・２　　　　　　　　　２を１に代入して　　　　　　　　　ｖ＝ルートｇＲ　　　　　　　　　なのだそうです。とても幼稚ですいません。やっぱり、一般人しかも高校生ですから。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

SCNK
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2003/02/03 19:48 回答No.5

まず基本的な問題として、軌道要素には６つの要素があります。平均軌道高度、離心率、軌道傾斜角、昇（降）点赤緯、元期、近点赤緯です。これらの要素を組み合わせ多数の軌道をとることが可能です。もちろん重力の影響で軌道がずれることもありますし、自転によって引きずられる摂動という現象もあります。これを逆に利用して地球を測定するということも、行われています。ただし衛星は何らかの目的をもって打ち上げられるわけですから、同じ目的の衛星は近い軌道をとることになります。衛星の雲というようなものもありえます。高い高度を回る衛星では重力のつりあう場所にいずれ固まります。低軌道衛星では大気との摩擦でいずれ地上に落下します。現実にニアミスも生じているようです。まあ今のところ静止軌道などを除けば、あまり問題にはなっていません。ただスペースデブリとの衝突の危険性が問題になっています。

First_Noel
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2003/02/03 11:24 回答No.4

おおかた回答はありますので，追記まで．重力が不均一に影響することで，衛星の軌道は乱れます．例え静止衛星でも，南北に８の字を描くように常に動いています．また東西にも変動することもあります．これらを搭載した推進系で常に制御する必要があります．（南北制御，東西制御）この推進系の燃料（推進剤）がなくなった時点が，衛星のひとつの寿命となります．＞重力でそれが均等に加わるのは赤道上空と思いました。＞地球はきちんとした球ではないからです。おっしゃるとおり，北半球の方が若干へこみ気味です，と言うことは，例え赤道上空であっても，衛星への重力は若干偏ります．このような状況で重力が均等に働くと言えるのは，極軌道となります．更に付け加えさせて頂きますと，陸地があるかないか，そこに山があるかないか，鉱脈があるかないか，など，形のみならず物質の混み具合で重力は至るところで不均一で，これは赤道上空でも同じです．デブリについては，確率的に殆ど当たることはないから大丈夫，と言う人もいれば，当たるかも知れないからちゃんとこれこれの対策をすべきだ，と言う人もいます．私は後者の立場に立つ技術屋です．

質問者

お礼 2003/02/03 23:59

専門家さんの意見はありがたいです。軌道が変わってくるのを絶えず制御しているのですねなるほど別の話ですが地球がきちんとした球でないのは自転しているからですか？？（動くものの距離は縮まるから）？？いやいや極に対してつぶれているんだから遠心力で周りが膨らんだのでしょうか？それとも・・・。

satoumasaru
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2003/02/02 11:41 回答No.3

>　人工衛星の原動力は重力でいえいえ、人工衛星の原動力は最初に第一宇宙速度まで加速したロケット等の推進力にあります。力を与えたばあい、特に力を与えなくても物体はそのまま等速度で運動します。ニュートンの法則でありましたね。あなたがもし水平にボールを投げたとしますね。ところが、すぐ地面に落ちてしまいます。だけどもっともっと早く投げた場合ボールはおちるんだけれど、地球が曲がっているために、結果的にはボールは地球を一周することになります。これが人工衛星の原理です。さて考えてみてください。ボールの速度の原因は何でしょうか？それは最初にボールを一定速度までにした力ですね。重力はボールを宇宙の彼方にもっていかなくしているだけです。 >　それが均等に加わるのは赤道上空と思いました。地球はきちん >　とした球ではないからです。もしくは必ず地球の重心上空をとお > って回っていなきゃいけないと思います。いえいえ、赤道状態であっても地球の形は「ゆがんで」います。また、地球は球体ですから、どこの上空でも「地球の重心上空」です。ですから、どんな初期設定により、いろいろな軌道をつくることが可能です。 >　高度が決まっていて軌道も限られておると、もう衝突しないよう >　にあげるのは難しいのではないでしょうか？？静止衛星については、赤道上空と、限られた高度ということがあり＃２の方がおっしゃられているとおり、だいぶ過密になってきているようですね。