دانشنامهمفهوم
مکانیک مداری Orbital mechanics
مکانیک مداری شاخه‌ای از فیزیک است که حرکت ماهواره‌ها و فضاپیماها را زیر نیروی گرانش بررسی میکند. هر مدار در واقع سقوط پیوسته‌ای به دور جرمی بزرگ است که هرگز به آن نمی‌رسد.
نام‌های دیگر: مکانیک مدار، اصول مدار
چرا ماهواره‌ها به زمین نمی‌افتند؟ در حقیقت می‌افتند، اما چون هم‌زمان با سرعت زیاد به پهلو می‌روند، زمین زیر پایشان خمیده میشود و به آن نمی‌رسند. این ایدهٔ اصلی مکانیک مداری است که نیوتن با مثال گلولهٔ توپی بر فراز کوه توضیح داده بود.
مدار چگونه ساخته میشود؟
مدار نتیجهٔ دو چیز است: گرانش که جسم را به مرکز می‌کشد و سرعت جانبی که جسم را از آن دور میکند. اگر سرعت به اندازهٔ کافی باشد، مدار پایدار می‌ماند. در ارتفاع حدود ۴۰۰ کیلومتری سرعت لازم حدود ۷٫۷ کیلومتر در ثانیه است و یک دور حدود ۹۲ دقیقه طول می‌کشد. هرچه مدار بالاتر باشد، سرعت کمتر و دوره بلندتر است. در ارتفاع ۳۵٬۷۸۶ کیلومتری دوره برابر چرخش زمین (حدود ۲۳ ساعت و ۵۶ دقیقه) است و ماهواره‌ای که بالای استوا باشد روی یک نقطه ثابت می‌ماند: مدار زمین‌هم‌زمان.
قوانین حاکم بر این حرکت قوانین کپلر و قانون گرانش عمومی نیوتن هستند. مدار می‌تواند دایره، بیضی، سهمی یا هذلولی باشد. اگر سرعت از سرعت گریز (حدود ۱۱٫۲ کیلومتر در ثانیه از سطح زمین) بیشتر شود، جسم برای همیشه از زمین دور میشود.
چگونه مدار را عوض میکنند؟
برای جابه‌جا شدن بین مدارها باید روشن کردن موتور را زمان‌بندی کرد. روشن کردن موتور در جهت حرکت، نقطهٔ مقابل مدار را بالاتر می‌برد. عجیب است که برای رسیدن به ماهوارهٔ جلویی در همان مدار باید ابتدا کند شد. بهینه‌ترین راه رفتن بین دو مدار دایرهای مدار انتقال هوهمان است. فضاپیماها گاهی با گذر از کنار یک سیاره انرژی می‌گیرند، که به آن کمک گرانشی می‌گویند. نقطه‌هایی که جسم کوچک می‌تواند نسبت به دو جسم بزرگ در آنها ساکن بماند نیز نقاط لاگرانژ نام دارند.
پرسش‌های رایج
### چرا ماهواره سقوط نمیکند؟
ماهواره پیوسته در حال سقوط به سوی زمین است، اما سرعت جانبیاش آنقدر زیاد است که زمین از زیرش دور میشود. به همین دلیل مدار را حفظ میکند.
### سرعت لازم برای قرار گرفتن در مدار چقدر است؟
در مدار پایین زمین حدود ۷٫۸ کیلومتر در ثانیه. هرچه مدار بالاتر باشد، سرعت لازم کمتر است.
### چرا فضانوردان در ایستگاه شناورند؟
آنها هم در حال سقوط آزاد دور زمیناند و گرانش همچنان رویشان اثر دارد. چون همراه ایستگاه سقوط میکنند، احساس بیوزنی دارند.
### مدار انتقال هوهمان چیست؟
مداری بیضیشکل که دو مدار دایرهای را به هم وصل میکند و کمترین سوخت را نیاز دارد. برای رساندن فضاپیما به مریخ هم از آن استفاده میشود.