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Tal como a Lua, giram hoje ao redor da Terra vários satélites artificiais. Entre eles encontram-se satélites para previsão do tempo, para comunicações telefônicas, para enviar imagens televisionadas, para auxílio à navegação aérea e marítima, e satélites que funcionam como observatórios astronômicos, muito acima da atmosfera terrestre.
Para colocar um satélite em órbita é necessário vencer dois grandes obstáculos. Primeiro: a gravidade terrestre, que nunca deixa de exercer sua influência. Segundo, a resistência oposta pela atmosfera, através da qual o satélite deve passar para alcançar sua órbita.
Gravidade
O antigo ditado "tudo que sobe cai" não é verdadeiro, se o objeto subir com a velocidade adequada. Se o foguete alcançar a velocidade de pouco mais de 11,26 km/s, aproximadamente 40536 km/h, poderá escapar da Terra. Apesar da gravidade da terrestre continuar a desacelerá-lo, sua velocidade inicial é suficiente para permitir a fuga, prosseguindo talvez para a Lua, Vênus, Marte ou tornando-se uma satélite do Sol.
Para colocar um satélite em órbita ao redor da Terra, a uma altitude de 322 km, deve-se impulsioná-lo até atingir a velocidade de aproximadamente 28962 km/h. A força da gravidade fica equilibrada pela força produzida pela velocidade do satélite em órbita. Assim, para responder à pergunta "o que faz um satélite permanecer em órbita?" é necessário entender os efeitos da gravidade e da velocidade do satélite.
Suponhamos que um projétil seja lançado, horizontalmente, do alto de uma torre, com velocidade cada vez maior. Desprezando a resistência do ar, haverá de chegar um momento em que o projétil não mais voltará a estabelecer contato com o solo, ele entrará em órbita.
Os satélites são projéteis disparados com uma velocidade tal que não possam mais aterrissar. Eles caem continuamente rumo à Terra, porque são atraídos pela força da gravidade, mas a superfície curva da Terra impede-os de aterrissar.
Na realidade, para colocar em órbita um satélite, não o disparamos horizontalmente com uma grande velocidade. Ele é levado por um foguete que, enquanto o eleva, lhe fornece também a velocidade horizontal necessária para fazê-lo permanecer em órbita.
É importante observar que, mesmo em órbita, a força gravitacional da Terra continua a existir, do contrário o satélite se moveria em linha reta e se perderia no espaço.
A própria Terra é um exemplo de um corpo que se move suficientemente rápido (cerca de 29 km/s) para não cair sobre o Sol, porém não tão rapidamente que a permita romper o sistema solar. Os satélites artificiais tornam-se menos misteriosos quando se percebe que eles obedecem às mesmas leis que regem os planetas nas suas órbitas ao redor do Sol.
Permanência em órbita
Quando se tem conhecimento que um satélite artificial em órbita não tem motor para impulsioná-lo (exceto para pequenos ajustes de posição) surge logo a pergunta "como se mantém em movimento, então?" É uma pergunta perfeitamente natural porque nossa observação diária mostra que os veículos - carros, trens, barcos - param se não forem continuamente impulsionados por um motor qualquer. Entretanto, o que nem sempre é percebido e entendido é o fato de terem todos esses veículos uma força que se opõe ao movimento, resultante do contato com a terra, água, ar, etc. Sem atrito, um carro pode movimentar-se indefinidamente, com o motor desligado. Newton expressou esse fato em uma das suas leis, quando estabeleceu que um corpo permanece em movimento uniforme a menos que seja obrigado a mudar seu estado por forças atuantes sobre ele.
Em altitudes de 160 km, ou acima, o efeito da atmosfera terrestre é muito fraco, de modo que nada há para diminuir a velocidade do satélite. Naturalmente, alguns satélites tiveram vida curta não por deficiências de projeto, mas por terem sido lançados em órbitas que cruzaram as partes mais baixas, mais densas, da atmosfera terrestre.
A atmosfera
A atmosfera terrestre é um elemento que deve ser considerado. Acabamos de ver que um satélite artificial deve estar acima da atmosfera, para que não tenha sua velocidade diminuída, e, em conseqüência, reduzida a sua capacidade de se opor aos efeitos da gravidade.
No planejamento de uma missão, desde o lançamento do foguete até o momento em que a nave fica acima do ar, a atmosfera deve ser levada em consideração. O veículo deve ser aerodinâmico de modo a tornar a resistência do ar um valor mínimo. A velocidade na baixa atmosfera não deve ser muito grande , porque a força de atrito aumenta com a velocidade. Além disso, o calor resultante desse atrito eleva a temperatura a valores que podem ser nocivos ao material da nave.
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