50 let Sputniku: Dráha družice
Málo se dnes ví, že Sputnik byl vypuštěn v rámci Mezinárodního geofyzikálního roku 1957. O něm tehdy vydal knížku dlouholetý pracovník Českého rozhlasu Ivo Budil. Podívejme se společně na kapitolku o dráze Sputniku 1 dobovýma očima. Je v ní vysvětlena řada základních principů oběhu družic.
Při startu byla družice umístěna v přední části nosné rakety a zakryta ochranným kuželem. Raketa s družicí startovala vertikálně. V krátké době po startu se za pomocí programového zařízení začala osa rakety odklánět od svislice. Na konci úseku přivádějícího raketu na určenou dráhu byla raketa ve výšce několika set kilometrů a pohybovala se rovnoběžně se zemským povrchem rychlostí asi 8000 metrů za vteřinu. Když motory rakety přestaly pracovat, tu ochranný kužel rakety odpadl, družice se oddělila od rakety a začala se pohybovat samostatně.
Vše letělo spolu
Protože rychlost oddělení kužele od družice a družice od rakety nebyla velká, byly z počátku nosná raketa, ochranný kužel i družice v poměrně malé vzdálenosti od sebe a kroužily kolem Země v dráze blízké dráze družice. Vlivem různé rychlosti v okamžiku oddělení, tak i různým stupněm brždění v atmosféře vzdálila se všechna tři tělesa od sebe, takže později byla ve stejném okamžiku nad různými místy zemského povrchu.
V prvním přiblížení je dráha družice elipsa, jejíž jedno ohnisko je ve středu Země. Výška letu družice nad povrchem Země není tedy stálá, ale periodicky se mění a dosahuje maximálně asi 900 km. Orientace roviny dráhy ke stálicím zůstává téměř stejná. Protože Země se otáčí kolem své osy, musí se družice při každém dalším oběhu kolem Země ocitnout nad jiným místem povrchu zemského a uchyluje se za jeden oběh na západ přibližně o 24 stupňů zeměpisné délky.
Důkaz zploštění Země
Skutečná úchylka je poněkud větší, vlivem zploštění Země - přebytku hmoty podél rovníku, se rovina dráhy družice otáčí kolem zemské osy proti smyslu otáčení Země. Tento pohyb roviny dráhy není velký a činí asi čtvrt stupně zeměpisné délky na jeden oběh. V důsledku relativního pohybu Země a roviny dráhy družice je tedy každý další oběh odchýlen na západ od oběhu předcházejícího. Na zeměpisné šířce Moskvy je to přibližně 1500 km, v rovníkové oblasti asi 2500 km.
Rovina dráhy je skloněna k rovině zemského rovníku pod úhlem 65° (obr. 104). Proto vede dráha družice nad oblastmi Země ležícími přibližně mezi severním a jižním polárním kruhem. Parametry dráhy první sovětské umělé družice Země umožňují pozorovat družici ze všech končin ve velkém rozsahu.
To dává velké možnosti pro řešení různých vědeckých problémů. Vypuštění družice na takovou dráhu je obtížnějším úkolem než vypuštění družice na dráhu blízkou rovině rovníku, neboť při vypouštění družice v rovině rovníku je možno využít rychlosti, vzniklé otáčením Země kolem její osy. Odpor zemské atmosféry družici brzdí. Dráha družice se proto vlivem brždění mění. Ve velkých výškách (kde je atmosféra nesmírně řídká) jsou brzdicí síly působící na družici malé a proto se parametry dráhy mění velmi pomalu. Protože hustota atmosféry rychle roste s přibližováním k povrchu Země, dochází k brždění hlavně v oblasti perigea tj. v oblasti nejmenší vzdálenosti družice od povrchu Země. V místě největší vzdálenosti od povrchu Země - apogeu se družice pohybuje v kosmickém prostoru mimo hranice zemské atmosféry.
Každá družice se nakonec zabrzdí
Brždění družice záleží nejen na hustotě atmosféry, ale také na tvaru družice (kulový, kuželový atd.) a na poměru váhy družice k čelní ploše (plošném zatížení). Při velkém plošném zatížení je ztráta rychlosti menší. Dvě družice, uvedené současně na stejnou dráhu, avšak mající různé charakteristiky brždění, se budou po uplynutí určité doby pohybovat různým způsobem, protože jejich dráhy se budou měnit s jejich rychlostí. Ke zmenšení rozměrů dráhy dochází hlavně na základě snížení výšky apogea.
První družice a její nosná raketa se nejprve pohybovaly po přibližně stejné dráze, jejich oběžná doba se málo lišila a byla asi 96,2 minuty. V důsledku toho, že brždění je u první družice menší než u nosné rakety, se jejich dráhy během času rozlišily; tak 10. listopadu byla výška apogea nosné rakety o 100 km menší než apogea družice. Při tom oběžná doba nosné rakety byla o 74 vteřin kratší než oběžná doba družice. Velikost brždění jak nosné rakety, tak i družice se průběhem doby mění v důsledku změny parametrů dráhy; se snižováním dráhy brždění roste.
Bylo očekáváno, že při snížení dráhy na výši řádu 100 km bude brždění tak značné, že dojde k intensivnímu zahřívání nosné rakety i družice, k jejich dalšímu klesání a zničení. V souhlasu s tím nosná raketa první umělé družice Země začala 30. listopadu zmenšovat čas oběhu a klesat. K zvláště intensivnímu poklesu došlo dne 1. prosince na dráze vedoucí přes město Irkutsk, přes poloostrov Čukotku, Aljašku a dále podél západního pobřeží Ameriky.
Při letu po této dráze se nosná raketa první družice dostávala do hustých vrstev atmosféry, počala hořet a rozpadat se. Zbytky nosné rakety dopadly na území Aljašky (asi 160 km jihovýchodně od města Fairbanks) a západní pobřeží Severní Ameriky. Nosná raketa první družice oblétávala z počátku Zemi na 96,2 minuty v maximální výšce 900 km a setrvala ve vesmíru jako družice Země 58 dní. Za tuto dobu uletěla přibližně 39 milionů kilometrů. První družice Země setrvala na dráze kolem Země 92 dny a uskutečnila asi 1400 oběhů. 4. ledna 1958 vstoupila do hustých vrstev atmosféry a zanikla.
Padesátému výročí vypuštění první umělé družice Země se věnuje ve svém speciálním vydání magazín Nebeský cestopis dne 6. října 2007.
E-shop Českého rozhlasu
Vždycky jsem si přál ocitnout se v románu Julese Verna. Teď se mi to splnilo.
Václav Žmolík, moderátor
Tajuplný ostrov
Lincolnův ostrov nikdo nikdy na mapě nenašel, a přece ho znají lidé na celém světě. Už déle než sto třicet let na něm prožívají dobrodružství s pěticí trosečníků, kteří na něm našli útočiště, a hlavně nejedno tajemství.
