पृथ्वी की परिक्रमा करने वाले उपग्रहों को आमतौर पर ऐसा माना जाता है मानो वे मध्य हवा में लटके हुए हों। यह एक तथ्य है कि वे वास्तव में निरंतर मुक्त पतन की स्थिति का अनुभव करते हैं। इसका तात्पर्य यह है कि वे लगातार पृथ्वी की ओर गिरते हैं, लेकिन चूँकि वे बहुत तेज़ गति से चलते हैं, वे वास्तव में कभी भी ज़मीन तक नहीं पहुँच पाते हैं।आजकल पृथ्वी की कक्षा में 13,000 से अधिक उपग्रह चक्कर लगा रहे हैं, जिनमें संचार, मौसम अवलोकन, नेविगेशन और अनुसंधान उपग्रह शामिल हैं। यह समझने के लिए कि उपग्रह कक्षा से क्यों नहीं गिरते, उपग्रह कक्षा भौतिकी को समझना महत्वपूर्ण है।
उपग्रह कक्षा में गुरुत्वाकर्षण और गति के बीच संतुलन कैसे बनाए रखते हैं
उपग्रहों को उनकी कक्षा में रखने का सिद्धांत पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के खिंचाव और उनकी गति के क्षैतिज घटक के बीच संतुलन है। पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण लगातार उपग्रहों को पृथ्वी के केंद्र की ओर खींच रहा है। एक स्थिर उपग्रह सीधे पृथ्वी पर गिरेगा।फिर भी, उपग्रहों की गति बहुत अधिक होती है। उदाहरण के लिए, निचली पृथ्वी कक्षा के उपग्रहों की गति लगभग 28,000 किलोमीटर प्रति घंटा है। उपग्रहों की गति इसे एक बाहरी बल का अनुभव कराती है जो गुरुत्वाकर्षण के खिंचाव का प्रतिरोध करती है। इस घटना के कारण, उपग्रह पृथ्वी की परिक्रमा वक्ररेखीय तरीके से करते हैं, न कि इस तरीके से कि वे पृथ्वी से टकराएं।इसका उदाहरण आइजैक न्यूटन ने अपने तोप के गोले के उदाहरण से दिया था। किसी पर्वत से क्षैतिज रूप से सही गति से छोड़ा गया तोप का गोला पृथ्वी पर गिरने के बजाय उसकी परिक्रमा करेगा। उपग्रह तेज गति से आगे बढ़ते हुए गिरने के इसी सिद्धांत पर काम करते हैं जो उन्हें पृथ्वी की सतह से टकराने से रोकता है।
कक्षा में उपग्रह सूक्ष्मगुरुत्वाकर्षण और भारहीनता का अनुभव करते हैं
उपग्रहों को सूक्ष्मगुरुत्वाकर्षण या भारहीनता का अनुभव होता है। इसका मतलब यह नहीं है कि गुरुत्वाकर्षण अनुपस्थित है। इसके बजाय, उपग्रह और उसके अंदर की हर चीज़ एक ही दर से गिर रही है। इससे तैरने की अनुभूति उत्पन्न होती है।अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर सवार अंतरिक्ष यात्री तैरते हुए प्रतीत होते हैं, हालाँकि वे पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के काफी भीतर हैं। एक बार सही गति और ऊंचाई पर लॉन्च होने के बाद, उपग्रह बिना इंजन के अपनी गति बनाए रखते हैं, गुरुत्वाकर्षण के कारण उनके प्रक्षेप पथ को गोलाकार या अण्डाकार पथ में मोड़ दिया जाता है।
विभिन्न उपग्रह कक्षाएँ और ऊँचाई उनकी स्थिरता को कैसे प्रभावित करती है
उपग्रह के प्रकार और उसके अनुप्रयोग के आधार पर उपग्रहों को विभिन्न कक्षा स्तरों पर प्रक्षेपित किया जाता है। पृथ्वी की सतह से 400 किलोमीटर की ऊँचाई पर स्थित आईएसएस सहित निम्न पृथ्वी कक्षा उपग्रहों को एक कक्षा पूरी करने में 90 मिनट लगते हैं। इस कक्षीय स्तर पर, पर्याप्त खिंचाव के साथ वायुमंडलीय अवशेष मौजूद हैं।इस समस्या की भरपाई के लिए, उपग्रहों में अक्सर थ्रस्टर शामिल होते हैं जो समय-समय पर उपग्रहों की ऊंचाई बढ़ाते हैं। यदि उपग्रह इन सुधारों के अधीन नहीं होते, तो वे पृथ्वी के वायुमंडल में फिर से प्रवेश कर जाते और जल जाते।भूस्थैतिक उपग्रहों की कक्षाएँ पृथ्वी की सतह से 35,785 किलोमीटर ऊपर होती हैं। इस कक्षा में, पृथ्वी के वायुमंडल से कोई खींचें बल नहीं हैं। इस प्रकार का उपग्रह पृथ्वी पर एक निश्चित स्थान के ऊपर स्थिर स्थिति में पृथ्वी की परिक्रमा करता है, जो संचार और मौसम संबंधी अवलोकनों में उपयोगी है।
उपग्रह की गति को नियंत्रित करना और कक्षा में टकराव से बचना
यहां तक कि निचली पृथ्वी कक्षा में भी, उपग्रहों पर थोड़ी मात्रा में वायुमंडलीय खिंचाव होता है। यह उपग्रह को धीमा कर देता है जिसके परिणामस्वरूप इसे सही कक्षा में स्थापित करने के लिए कभी-कभी सही करना पड़ता है।किसी भी प्रकार के रखरखाव के बिना, उपग्रह पृथ्वी के वायुमंडल में अनियंत्रित रूप से प्रवेश कर सकते हैं या अन्य अंतरिक्ष वस्तुओं से टकरा सकते हैं। यह अंतरिक्ष में कक्षाओं की निगरानी और प्रबंधन की प्रासंगिकता को दर्शाता है। उपग्रहों की संख्या में वृद्धि के कारण अंतरिक्ष कक्षाएँ सघन हो गई हैं। यह स्पेसएक्स द्वारा लॉन्च किए गए स्टारलिंक जैसे मेगाकॉन्स्टेलेशन में अंतरिक्ष उपग्रहों या अंतरिक्ष मलबे के बीच टकराव के संभावित खतरे के रूप में कार्य करता है। हर कोई जानता है कि नासा, इसरो या यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी टकराव से बचने के लिए उपग्रह की कक्षाओं पर नज़र रखती है।उपग्रहों को चालू रखने या यह सुनिश्चित करने के लिए कि अंतरिक्ष वैज्ञानिक या व्यावसायिक प्रयासों के लिए एक सुरक्षित क्षेत्र है, कक्षीय यांत्रिकी, वेग और ड्रैग को समझने की आवश्यकता है।
