Jak ISS obíhá Zemi

Oběžná dráha ISS ve skutečných číslech

Mezinárodní vesmírná stanice „nelétá“ v tradičním smyslu: je v neustálém volném pádu kolem Země a pohybuje se tak rychle, že nikdy nedopadne na zem. K pochopení její dráhy stačí čtyři údaje: rychlost, výška, doba oběhu a sklon dráhy. Všechny spolu souvisejí a přesně určují trasu, kterou vidíš vykreslenou na naší mapě v reálném čase a na 3D glóbu.

Rychlost, výška a doba oběhu

ISS obíhá rychlostí asi 27 600 km/h (17 150 mph), díky které oběhne celou planetu každých 90-93 minut. To znamená přibližně 16 celých oběhů denně: posádka vidí východ a západ Slunce každou hodinu a půl, zhruba 16krát za pozemský den.

Její průměrná výška se pohybuje kolem 400 km nad povrchem, nejde ale o pevné číslo: přirozeně kolísá zhruba mezi 400 a 420 km podle toho, kdy proběhlo poslední zvýšení dráhy (vysvětlujeme níže). V této výšce je stanice stále uvnitř zemské exosféry, kde jsou zbytky atmosféry dost husté na to, aby vyvolaly nepatrné, ale stálé tření.

Tato kombinace rychlosti a výšky není náhodná: je to přesně ta rychlost, při které se zakřivení dráhy padající ISS shoduje se zakřivením Země. Kdyby letěla rychleji, vzdálila by se na vyšší dráhu; kdyby letěla pomaleji, klesla by do husté atmosféry.

Proč je oběžná dráha skloněná o 51,6 stupně?

Dráha ISS nevede podél rovníku: je vůči němu skloněná o 51,6°. Tohle číslo není libovolné. Stanice se z velké části sestavuje a zásobuje z kosmodromu Bajkonur v Kazachstánu, který leží na 45,9° severní šířky. Z bezpečnostních důvodů nesmějí rakety startující odtud v prvních fázích výstupu přelétat nad územím jiných států, což vynucuje azimut startu, jehož výsledkem je minimální sklon dráhy 51,6°.

Tento sklon má přímý a dobře viditelný důsledek: určuje, mezi kterými zeměpisnými šířkami je stanice vidět. ISS pravidelně přelétá nad územím mezi 51,6° severní a 51,6° jižní šířky – nad pásem, kde žije prakticky celá světová populace, ale mimo něj zůstává nejsevernější Skandinávie, Aljaška nebo Antarktida.

Proč dráha kreslí na mapě vlnu

Když se podíváš na 2D mapu na tomto webu, všimneš si, že trasa ISS není přímka ani jednoduchá křivka: vypadá jako sinusoida, která stoupá a klesá mezi 51,6° severní a jižní šířky a přitom postupuje na východ.

Vysvětlení spočívá v kombinaci dvou nezávislých pohybů. Rovina oběžné dráhy ISS zůstává vůči hvězdám prakticky pevná, zatímco stanice v ní obíhá; Země se mezitím pod ní otáčí vlastním tempem (asi 1 670 km/h na rovníku). Když se tato pevná dráha promítne na plochou mapu otáčejícího se povrchu, každý přelet se jeví posunutý na západ oproti předchozímu. Když se nakreslí několik oběhů za sebou, výsledkem je přesně tento vlnitý vzor: „ground track“ neboli pozemní stopa ISS.

Na našem 3D glóbu je tento efekt vidět ještě lépe, protože sleduješ pevnou rovinu dráhy v prostoru, zatímco se pod ní v reálném čase otáčí planeta.

Co je zvýšení oběžné dráhy a proč je nutné

Přestože je vzduch ve výšce 400 km extrémně řídký, nejde o dokonalé vakuum. Zbytková atmosféra vyvolává na konstrukci ISS nepatrné, ale neustálé tření, které působí jako jemná a trvalá brzda. Stanice proto postupně ztrácí výšku: od několika set metrů až po dva kilometry za měsíc v závislosti na sluneční aktivitě (když je Slunce aktivnější, horní atmosféra se rozpíná a brzdění sílí).

Aby se to vyrovnalo, pravidelně se provádí zvýšení oběžné dráhy (reboost): motory připojené lodi (ruského Progressu, Cygnusu nebo trysky samotného modulu Zvezda) se na několik minut zažehnou a vynesou stanici zpět do cílové výšky. Tyto manévry slouží v případě potřeby i k vyhýbání se vesmírnému smetí a vysvětlují, proč se přesná výška ISS týden od týdne mírně mění.

Časté dotazy

Proč ISS nespadne?

V přísně fyzikálním smyslu padá: je v neustálém volném pádu. Její vodorovná rychlost 27 600 km/h je ale tak vysoká, že křivka jejího pádu kopíruje zakřivení zemského povrchu, takže se k zemi nikdy nepřiblíží. Právě to znamená být na oběžné dráze.

Proč dráha na mapě vypadá jako vlna?

Protože rovina oběžné dráhy zůstává v prostoru pevná, zatímco se Země pod ní otáčí. Každý oběh se promítá posunutý na západ oproti předchozímu, a když se několik oběhů za sebou spojí na ploché mapě, vznikne sinusová křivka.

Je oběžná dráha vždy úplně stejná?

Ne. Výška se přirozeně mění kvůli tření zbytkové atmosféry a pravidelně se koriguje zvýšením dráhy pomocí připojených lodí. Sklon 51,6° ale zůstává stabilní.

Jak rychle letí ve srovnání s letadlem?

Rychlostí 27 600 km/h letí ISS víc než 30krát rychleji než dopravní letadlo v cestovní rychlosti (asi 900 km/h). Takovou rychlostí urazí vzdálenost celého maratonu za méně než 5 sekund.