איך לוויינים בחלל לא נופלים חזרה לכדור הארץ?

640px-Zero_G.jpg

אנשים רבים חושבים שבחלל אין כוח כבידה – ולכן האסטרונאוטים מרחפים והלוויינים אינם נופלים חזרה לארץ. אבל האמת היא שרוב הלוויינים מקיפים את כדור הארץ מגובה של בין 100 ל-2,000 ק"מ בלבד מפני הים (מסלול לווייני נמוך – LEO). במילים אחרות, אם אתם גרים בחיפה, למשל – באר שבע רחוקה מכם יותר מהרבה מאוד לוויינים.

בגבהים כאלה כוח הכבידה שפועל על הלוויין כמעט אינו שונה מכוח הכבידה שמצמיד אותנו למטה – לכיוון מרכז המסה של כדור הארץ. אז איך הלוויין אינו נופל? הוא כן. כל הלוויינים נעים במסלול סביב כדור הארץ ולכן אפשר לומר שהם נמצאים בנפילה תמידית לכיוון כדור הארץ, ורק מהירותם היא שגורמת להם להמשיך ולנוע סביב כדור הארץ. אילו היינו במעלית שנותקה מכבליה והיא נופלת נפילה חופשית, גם אנחנו היינו "עפים" בתוכה, מכיוון שאנו והמעלית היינו נופלים באותה מהירות לכיוון כדור הארץ. מבחינה זו, לוויין דומה למעלית המצויה בנפילה חופשית תמידית לכיוון כדור הארץ, ותמיד "מפספסת" את הקרקע. ה"פספוס" הזה נקרא מסלול.

Tracy_Caldwell_Dyson_in_Cupola_ISS (1).jpg

כדי להגיע למסלול סביב כדור הארץ, הלוויין משוגר לא רק למעלה אלא גם מזרחה, עם כיוון הסיבוב של כדור הארץ, כדי "להרוויח" את התנע שסיבוב כדור הארץ מקנה לו, במהירות של לפחות 28,000 קמ"ש, או 7.8 קילומטר לשנייה, תלוי במרחק הלוויין מכדור הארץ. לאחר מכן, אין צורך להשקיע דלק נוסף כדי לשמור אותו "למעלה" לכמה שנים טובות.

עם זאת, כל הלוויינים ייפלו בסופו של דבר. גם באוויר הדליל מאוד של החלל הקרוב לכדור הארץ יש מולקולות של גז – והן מתנגשות בלוויינים ללא הרף. התנגשויות אלה מאיטות את מהירותו. ההתנגשויות נקראות "גרר אטמוספירי", וההשפעה שלהם קטנה ככל שמתרחקים מכדור הארץ. במסלול לווייני נמוך, תוחלת החיים הממוצעת של לוויין היא 15 שנים. לאחר מכן, ההתנגשויות יאטו את הלוויין למהירות הנמוכה ממהירות הסיבוב של כדור הארץ, והוא יתחיל לאבד גובה – עד שיישרף באטמוספירה.