Искусственные спутники Земли (ИСЗ)

космические летательные аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли и предназначенные для решения научных и прикладных задач. Запуск первого ИСЗ, ставшего первым искусственным небесным телом, созданным человеком, был осуществлен в СССР 4 октября 1957 и явился результатом достижений в области ракетной техники, электроники, автоматического управления, вычислительной техники, небесной механики и др. разделов науки и техники. С помощью этого ИСЗ впервые была измерена плотность верхней атмосферы (по изменениям его орбиты), исследованы особенности распространения радиосигналов в ионосфере, проверены теоретические расчёты и основные технические решения, связанные с выведением ИСЗ на орбиту. 1 февраля 1958 на орбиту был выведен первый американский ИСЗ «Эксплорер-1», а несколько позже самостоятельные запуски ИСЗ произвели и другие страны: 26 ноября 1965 - Франция (спутник «А-1»), 29 ноября 1967 - Австралия («ВРЕСАТ-1»), 11 февраля 1970 - Япония («Осуми»), 24 апреля 1970 - КНР («Китай-1»), 28 октября 1971 - Великобритания («Просперо»). Некоторые спутники, изготовленные в Канаде, Франции, Италии, Великобритании и др. странах, запускались (с 1962) с помощью американских ракет-носителей. В практике космических исследований широкое распространение получило международное сотрудничество. Так, в рамках научно-технического сотрудничества социалистических стран запущен ряд ИСЗ. Первый из них - «Интеркосмос-1» - был выведен на орбиту 14 октября 1969. Всего к 1973 запущено свыше 1300 ИСЗ различного типа, в том числе около 600 советских и свыше 700 американских и др. стран, включая пилотируемые космические корабли-спутники и орбитальные станции с экипажем.

Общие сведения об ИСЗ. В соответствии с международной договорённостью космический аппарат называется спутником, если он совершил не менее одного оборота вокруг Земли. В противном случае он считается ракетным зондом, проводившим измерения вдоль баллистической траектории, и не регистрируется как спутник. В зависимости от задач, решаемых с помощью ИСЗ, их подразделяют на научно-исследовательские и прикладные. Если на спутнике установлены радиопередатчики, та или иная измерительная аппаратура, импульсные лампы для подачи световых сигналов и т. п., его называют активным. Пассивные ИСЗ предназначены обычно для наблюдений с земной поверхности при решении некоторых научных задач (к числу таких ИСЗ принадлежат спутники-баллоны, достигающие в диаметре нескольких десятков м ). Научно-исследовательские ИСЗ служат для исследований Земли, небесных тел, космического пространства. К их числу относятся, в частности, геофизические спутники (См. Геофизический спутник), Геодезические спутники , орбитальные астрономические обсерватории и др. Прикладными ИСЗ являются Связи спутник и, метеорологические спутники (См. Метеорологический спутник), ИСЗ для исследования земных ресурсов, навигационные спутники (См. Навигационный спутник), спутники технического назначения (для исследования воздействия космических условий на материалы, для испытаний и отработки бортовых систем) и др. ИСЗ, предназначенные для полёта людей, называются пилотируемыми кораблями-спутниками. ИСЗ на экваториальной орбите, лежащей вблизи плоскости экватора, называются экваториальными, ИСЗ на полярной (или приполярной) орбите, проходящей вблизи полюсов Земли, - полярными. ИСЗ, выведенные на круговую экваториальную орбиту, удалённую на 35860 км от поверхности Земли, и движущиеся в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли, «висят» неподвижно над одной точкой земной поверхности; такие спутники называются стационарными. Последние ступени ракет-носителей, головные обтекатели и некоторые другие детали, отделяемые от ИСЗ при выводе на орбиты, представляют собой вторичные орбитальные объекты; их обычно не называют спутниками, хотя они обращаются по околоземным орбитам и в ряде случаев служат объектами наблюдений для научных целей.

В соответствии с международной системой регистрации космических объектов (ИСЗ, космических зондов (См. Космические зонды) и др.) в рамках международной организации КОСПАР в 1957-1962 космические объекты обозначались годом запуска с добавлением буквы греческого алфавита, соответствующей порядковому номеру запуска в данном году, и арабской цифры - номера орбитального объекта в зависимости от его яркости или степени научной значимости. Так, 1957α2 - обозначение первого советского ИСЗ, запущенного в 1957; 1957α1 - обозначение последней ступени ракеты-носителя этого ИСЗ (ракета-носитель была более яркой). Поскольку количество запусков возрастало, начиная с 1 января 1963 космические объекты стали обозначать годом запуска, порядковым номером запуска в данном году и заглавной буквой латинского алфавита (иногда также заменяемой порядковым числом). Так, ИСЗ «Интеркосмос-1» имеет обозначение: 1969 88А или 1969 088 01. В национальных программах космических исследований серии ИСЗ часто имеют также собственные названия: «Космос» (СССР), «Эксплорер» (США), «Диадем» (Франция) и др. За рубежом слово «спутник» до 1969 использовалось только применительно к советским ИСЗ. В 1968-69 при подготовке международного многоязычного космонавтического словаря достигнута договоренность, согласно которой термин «спутник» применяется к ИСЗ, запущенным в любой стране.

В соответствии с разнообразием научных и прикладных задач, решаемых с помощью ИСЗ, спутники могут иметь различные размеры, массу, конструктивные схемы, состав бортового оборудования. Например, масса наименьшего ИСЗ (из серии «ЕРС») - всего 0,7 кг ; советский ИСЗ «Протон-4» имел массу около 17 т . Масса орбитальной станции «Салют» с пристыкованным к ней космическим кораблём «Союз» была свыше 25 т . Наибольшая масса полезного груза, выведенного на орбиту ИСЗ, составляла около 135 т (американский космический корабль «Аполлон» с последней ступенью ракеты-носителя). Различают автоматические ИСЗ (научно-исследовательские и прикладные), на которых работа всех приборов и систем управляется командами, поступающими либо с Земли, либо из бортового программного устройства, пилотируемые корабли-спутники и орбитальные станции с экипажем.

Для решения некоторых научных и прикладных задач необходимо, чтобы ИСЗ был определённым образом ориентирован в пространстве, причём вид ориентации определяется главным образом назначением ИСЗ или особенностями установленного на нём оборудования. Так, орбитальную ориентацию, при которой одна из осей постоянно направлена по вертикали, имеют ИСЗ, предназначенные для наблюдений объектов на поверхности и в атмосфере Земли; ИСЗ для астрономических исследований ориентируются на небесные объекты: звёзды, Солнце. По команде с Земли или по заданной программе ориентация может изменяться. В некоторых случаях ориентируется не весь ИСЗ, а лишь отдельные его элементы, например остронаправленные антенны - на наземные пункты, солнечные батареи - на Солнце. Для того чтобы направление некоторой оси спутника сохранялось неизменным в пространстве, ему сообщают вращение вокруг этой оси. Для ориентации используют также гравитационные, аэродинамические, магнитные системы - так называемые пассивные системы ориентации, и системы, снабженные реактивными или инерционными управляющими органами (обычно на сложных ИСЗ и космических кораблях), - активные системы ориентации. ИСЗ, имеющие реактивные двигатели для маневрирования, коррекции траектории или спуска с орбиты, снабжаются системами управления движением, составной частью которой является система ориентации.

Энергопитание бортовой аппаратуры большинства ИСЗ осуществляется от солнечных батарей, панели которых ориентируются перпендикулярно направлению солнечных лучей или расположены так, чтобы часть из них освещалась Солнцем при любом его положении относительно ИСЗ (так называемые всенаправленные солнечные батареи). Солнечные батареи обеспечивают длительную работу бортовой аппаратуры (до нескольких лет). На ИСЗ, рассчитанных на ограниченные сроки работы (до 2-3 недель), используются электрохимические источники тока - аккумуляторы, топливные элементы. Некоторые ИСЗ имеют на борту изотопные генераторы электрической энергии. Тепловой режим ИСЗ, необходимый для работы их бортовой аппаратуры, поддерживается системами терморегулирования.

В ИСЗ, отличающихся значительным тепловыделением аппаратуры, и космических кораблях применяются системы с жидкостным контуром теплопередачи; на ИСЗ с небольшим тепловыделением аппаратуры в ряде случаев ограничиваются пассивными средствами терморегулирования (выбор внешней поверхности с подходящим оптическим коэффициентом, теплоизоляции отдельных элементов).

Передача научной и другой информации с ИСЗ на Землю производится с помощью радиотелеметрических систем (часто имеющих запоминающие бортовые устройства для регистрации информации в периоды полёта ИСЗ вне зон радиовидимости наземных пунктов).

Пилотируемые корабли-спутники и некоторые автоматические ИСЗ имеют спускаемые аппараты для возвращения на Землю экипажа, отдельных приборов, плёнок, подопытных животных.

Движение ИСЗ. ИСЗ выводятся на орбиты с помощью автоматических управляемых многоступенчатых ракет-носителей, которые от старта до некоторой расчётной точки в пространстве движутся благодаря тяге, развиваемой реактивными двигателями. Этот путь, называемый траекторией выведения ИСЗ на орбиту, или активным участком движения ракеты, составляет обычно от нескольких сотен до двух-трёх тыс. км . Ракета стартует, двигаясь вертикально вверх, и проходит сквозь наиболее плотные слои земной атмосферы на сравнительно малой скорости (что сокращает энергетические затраты на преодоление сопротивления атмосферы). При подъёме ракета постепенно разворачивается, и направление её движения становится близким к горизонтальному. На этом почти горизонтальном отрезке сила тяги ракеты расходуется не на преодоление тормозящего действия сил притяжения Земли и сопротивления атмосферы, а главным образом на увеличение скорости. После достижения ракетой в конце активного участка расчётной скорости (по величине и направлению) работа реактивных двигателей прекращается; это - так называемая точка выведения ИСЗ на орбиту. Запускаемый космический аппарат, который несёт последняя ступень ракеты, автоматически отделяется от неё и начинает своё движение по некоторой орбите относительно Земли, становясь искусственным небесным телом. Его движение подчинено пассивным силам (притяжение Земли, а также Луны, Солнца и др. планет, сопротивление земной атмосферы и т. д.) и активным (управляющим) силам, если на борту космического аппарата установлены специальные реактивные двигатели. Вид начальной орбиты ИСЗ относительно Земли зависит целиком от его положения и скорости в конце активного участка движения (в момент выхода ИСЗ на орбиту) и математически рассчитывается с помощью методов небесной механики. Если эта скорость равна или превышает (но не более чем в 1,4 раза) первую космическую скорость (См. Космические скорости) (около 8 км /сек у поверхности Земли), а её направление не отклоняется сильно от горизонтального, то космический аппарат выходит на орбиту спутника Земли. Точка выхода ИСЗ на орбиту в этом случае расположена вблизи перигея орбиты. Выход па орбиту возможен и в других точках орбиты, например вблизи апогея, но поскольку в этом случае орбита ИСЗ расположена ниже точки выведения, то сама точка выведения должна располагаться достаточно высоко, скорость же в конце активного участка при этом должна быть несколько меньше круговой.

В первом приближении орбита ИСЗ представляет собой эллипс с фокусом в центре Земли (в частном случае - окружность), сохраняющий неизменное положение в пространстве. Движение по такой орбите называется невозмущённым и соответствует предположениям, что Земля притягивает по закону Ньютона как шар со сферическим распределением плотности и что на спутник действует только сила притяжения Земли.

Такие факторы, как сопротивление земной атмосферы, сжатие Земли, давление солнечного излучения, притяжения Луны и Солнца, являются причиной отклонений от невозмущённого движения. Изучение этих отклонений позволяет получать новые данные о свойствах земной атмосферы, о гравитационном поле Земли. Из-за сопротивления атмосферы ИСЗ, движущиеся по орбитам с перигеем на высоте несколько сот км , постепенно снижаются и, попадая в сравнительно плотные слои атмосферы на высоте 120-130 км и ниже, разрушаются и сгорают; они имеют, таким образом, ограниченный срок существования. Так, например, первый советский ИСЗ находился в момент выхода на орбиту на высоте около 228 км над поверхностью Земли и имел почти горизонтальную скорость около 7,97 км /сек. Большая полуось его эллиптической орбиты (т. е. среднее расстояние от центра Земли) составляла около 6950 км , период обращения 96,17 мин , а наименее и наиболее удалённые точки орбиты (перигей и апогей) располагались на высотах около 228 и 947 км соответственно. Спутник существовал до 4 января 1958, когда он, вследствие возмущений его орбиты, вошёл в плотные слои атмосферы.

Орбита, на которую выводится ИСЗ сразу после участка разгона ракеты-носителя, бывает иногда лишь промежуточной. В этом случае на борту ИСЗ имеются реактивные двигатели, которые включаются в определённые моменты на короткое время по команде с Земли, сообщая ИСЗ дополнительную скорость. В результате ИСЗ переходит на другую орбиту. Автоматические межпланетные станции выводятся обычно сначала на орбиту спутника Земли, а затем переводятся непосредственно на траекторию полёта к Луне или планетам.

Наблюдения ИСЗ. Контроль движения ИСЗ и вторичных орбитальных объектов осуществляется путём наблюдений их со специальных наземных станций. По результатам таких наблюдений уточняются элементы орбит спутников и вычисляются эфемериды для предстоящих наблюдений, в том числе и для решения различных научных и прикладных задач. По используемой аппаратуре наблюдения ИСЗ разделяются на оптические, радиотехнические, лазерные; по их конечной цели - на позиционные (определение направлений на ИСЗ) и дальномерные наблюдения, измерения угловой и пространственной скорости.

Наиболее простыми позиционными наблюдениями являются визуальные (оптические), выполняемые с помощью визуальных оптических инструментов и позволяющие определять небесные координаты ИСЗ с точностью до нескольких минут дуги. Для решения научных задач ведутся фотографические наблюдения с помощью спутниковых фотокамер (См. Спутниковая фотокамера), обеспечивающих точность определений до 1-2 " по положению и 0,001 сек по времени. Оптические наблюдения возможны лишь в том случае, когда ИСЗ освещен солнечными лучами (исключение составляют геодезические спутники, оборудованные импульсными источниками света; они могут наблюдаться и находясь в земной тени), небо над станцией достаточно тёмное и погода благоприятствует наблюдениям. Эти условия значительно ограничивают возможность оптических наблюдений. Менее зависимы от таких условий радиотехнические методы наблюдений ИСЗ, являющиеся основными методами наблюдений спутников в период функционирования установленных на них специальных радиосистем. Такие наблюдения заключаются в приёме и анализе радиосигналов, которые либо генерируются бортовыми радиопередатчиками спутника, либо посылаются с Земли и ретранслируются спутником. Сравнение фаз сигналов, принимаемых на нескольких (минимально трёх) разнесённых антеннах, позволяет определить положение спутника на небесной сфере. Точность таких наблюдений около 3" по положению и около 0,001 сек по времени. Измерение доплеровского смещения частоты (см. Доплера эффект) радиосигналов даёт возможность определить относительную скорость ИСЗ, минимальное расстояние до него при наблюдавшемся прохождении и момент времени, когда спутник был на этом расстоянии; наблюдения, выполняемые одновременно из трёх пунктов, позволяют вычислить угловые скорости спутника.

Дальномерные наблюдения осуществляются путём измерения промежутка времени между посылкой радиосигнала с Земли и приёмом после ретрансляции его бортовым радиоответчиком ИСЗ. Наиболее точные измерения расстояний до ИСЗ обеспечивают лазерные дальномеры (точность до 1-2 м и выше). Для радиотехнических наблюдений пассивных космических объектов используются радиолокационные системы.

Научно-исследовательские ИСЗ. Аппаратура, устанавливаемая на борту ИСЗ, а также наблюдения ИСЗ с наземных станций позволяют проводить разнообразные геофизические, астрономические, геодезические и др. исследования. Орбиты таких ИСЗ разнообразны - от почти круговых на высоте 200-300 км до вытянутых эллиптических с высотой апогея до 500 тыс. км . К научно-исследовательским ИСЗ относятся первые советские спутники, советские ИСЗ серий «Электрон », «Протон », «Космос », американские спутники серий «Авангард», «Эксплорер», «ОГО», «ОСО», «ОАО» (орбитальные геофизические, солнечные, астрономические обсерватории); английский ИСЗ «Ариель», французский ИСЗ «Диадем» и др. Научно-исследовательские ИСЗ составляют около половины всех запущенных ИСЗ.

С помощью научных приборов, установленных на ИСЗ, изучаются нейтральный и ионный состав верхней атмосферы, её давление и температура, а также изменения этих параметров. Концентрация электронов в ионосфере и её вариации исследуются как с помощью бортовой аппаратуры, так и по наблюдениям прохождения сквозь ионосферу радиосигналов бортовых радиомаяков. С помощью ионозондов детально изучены структура верхней части ионосферы (выше главного максимума электронной концентрации) и изменения электронной концентрации в зависимости от геомагнитной широты, времени суток и т. п. Все результаты исследований атмосферы, полученные с помощью ИСЗ, являются важным и надёжным экспериментальным материалом для понимания механизмов атмосферных процессов и для решения таких практических вопросов, как прогноз радиосвязи, прогноз состояния верхней атмосферы и т. п.

С помощью ИСЗ обнаружены и исследуются Радиационные пояса Земли . Наряду с космическими зондами ИСЗ позволили исследовать структуру магнитосферы Земли (См. Магнитосфера Земли) и характер её обтекания солнечным ветром, а также характеристики самого солнечного ветра (См. Солнечный ветер) (плотность потока и энергию частиц, величину и характер «вмороженного» магнитного поля) и др. недоступные для наземных наблюдений излучения Солнца - ультрафиолетовое и рентгеновское, что представляет большой интерес с точки зрения понимания солнечно-земных связей. Ценные для научных исследований данные доставляют также и некоторые прикладные ИСЗ. Так, результаты наблюдений, выполняемых на метеорологических ИСЗ, широко используются для различных геофизических исследований.

Результаты наблюдений ИСЗ дают возможность с высокой точностью определять возмущения орбит ИСЗ, изменения плотности верхней атмосферы (в связи с различными проявлениями солнечной активности), законы циркуляции атмосферы, структуру гравитационного поля Земли и др. Специально организуемые позиционные и дальномерные синхронные наблюдения спутников (одновременно с нескольких станций) методами спутниковой геодезии (См. Спутниковая геодезия) позволяют осуществлять геодезическую привязку пунктов, удалённых на тысячи км друг от друга, изучать движение материков и т. п.

Прикладные ИСЗ. К прикладным ИСЗ относят спутники, запускаемые для решения тех или иных технических, хозяйственных, военных задач.

Спутники связи служат для обеспечения телевизионных передач, радиотелефонной, телеграфной и др. видов связи между наземными станциями, расположенными друг от друга на расстояниях до 10-15 тыс. км . Бортовая радиоаппаратура таких ИСЗ принимает сигналы наземных радиостанций, усиливает их и ретранслирует на другие наземные радиостанции. Спутники связи выводятся на высокие орбиты (до 40 тыс. км ). К ИСЗ этого типа относятся советский ИСЗ « Молния » , американский ИСЗ «Синком», ИСЗ «Интелсат» и др. Спутники связи, выведенные на стационарные орбиты, постоянно находятся над определёнными районами земной поверхности.

Метеорологические спутники предназначены для регулярной передачи на наземные станции телевизионных изображений облачного, снегового и ледового покровов Земли, сведений о тепловом излучении земной поверхности и облаков и т. п. ИСЗ этого типа запускаются на орбиты, близкие к круговым, с высотой от 500-600 км до 1200-1500 км ; полоса обзора с них достигает 2-3 тыс. км . К метеорологическим спутникам относятся некоторые советские ИСЗ серии «Космос», спутники «Метеор », американские ИСЗ «Тирос», «ЭССА», «Нимбус». Проводятся эксперименты по глобальным метеорологическим наблюдениям с высот, достигающих 40 тыс. км (советский ИСЗ «Молния-1», американский ИСЗ «АТС»).

Исключительно перспективными с точки зрения применения в народном хозяйстве являются спутники для исследования природных ресурсов Земли. Наряду с метеорологическими, океанографическими и гидрологическими наблюдениями такие ИСЗ позволяют получать оперативную информацию, необходимую для геологии, сельского хозяйства, рыбного промысла, лесного хозяйства, контроля загрязнений природной среды. Результаты, полученные с помощью ИСЗ и пилотируемых космических кораблей, с одной стороны, и контрольные измерения с баллонов и самолётов - с другой, показывают перспективность развития этого направления исследований.

Навигационные спутники, функционирование которых поддерживается специальной наземной системой обеспечения, служат для навигации морских кораблей, в том числе подводных. Корабль, принимая радиосигналы и определяя своё положение относительно ИСЗ, координаты которого на орбите в каждый момент известны с высокой точностью, устанавливает своё местоположение. Примером навигационных ИСЗ являются американские спутники «Транзит», «Навсат».

Пилотируемые корабли-спутники. Пилотируемые корабли-спутники и обитаемые орбитальные станции являются наиболее сложными и совершенными ИСЗ. Они, как правило, рассчитаны на решение широкого круга задач, в первую очередь - на проведение комплексных научных исследований, отработку средств космической техники, изучение природных ресурсов Земли и др. Впервые запуск пилотируемого ИСЗ осуществлен 12 апреля 1961: на советском космическом корабле-спутнике «Восток » лётчик-космонавт Ю. А. Гагарин совершил полёт вокруг Земли по орбите с высотой апогея 327 км . 20 февраля 1962 вышел на орбиту первый американский космический корабль с космонавтом Дж. Гленном на борту. Новым шагом в исследовании космического пространства с помощью пилотируемых ИСЗ был полёт советской орбитальной станции «Салют », на которой в июне 1971 экипаж в составе Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева выполнил широкую программу научно-технических, медико-биологических и др. исследований.

Н. П. Ерпылёв, М. Т. Крошкин, Ю. А. Рябов, Е. Ф. Рязанов.

Развитие технического прогресса происходит такими темпами, что самые выдающиеся научные достижения быстро становятся повседневностью и перестают удивлять.

Не стало исключением и освоение космического пространства. Почти 6 десятилетий отделяют нас от запуска первого искусственного спутника Земли (РС-1). Вспомним, как это было. Узнаем, как далеко продвинулась наука в этой области.

Как это было

К середине 60-х годов прошлого столетия в СССР сформировалась мощная группа единомышленников, занимавшихся практической космонавтикой. Возглавлял группу .

Первые шаги в космос было решено начать с запуска искусственного спутника Земли. При этом ставились такие задачи:

проверка всех теоретических расчётов;
сбор сведений об условиях работы аппаратуры;
изучение верхних слоёв ионосферы и атмосферы.

Для выполнения необходимого объёма исследований в спутнике диаметром 58 см размещалась специальная аппаратура и источники энергопитания. Для поддержания постоянной температуры его внутреннюю полость заполнили азотом, который приводился в движение специальными вентиляторами. Общий вес первого космического аппарата равнялся 83,6 кг. Его герметичный корпус был изготовлен из особого алюминиевого сплава, а полированная поверхность прошла специальную обработку.

Четыре стержневые антенны длиной от 2,4 до 2,9 м, установленные на наружной поверхности спутника, во время выведения аппарата на орбиту прижимались к корпусу.

Как ракетный полигон стал космодромом

Для запуска спутника РС-1 было решено использовать военный полигон в Казахстанской пустыне. Решающим доводом в выборе места была и близость к экватору. Это позволило при запуске максимально использовать скорость вращения Земли. А его удаленность от Москвы позволяла поддерживать режим секретности.

Именно на военном полигоне Байконур впервые распахнулись космические ворота, и был дан старт первому искусственному спутнику земли. «Спутник -1» стартовал 4 октября 1957 в 22:28 по московскому времени. За 92 дня работы на околоземной орбите он совершил около полутора тысяч оборотов вокруг Земли. Две недели его сигналы «бип-бип-бип» принимали не только в центре управления полетом, но и радиолюбители по всему миру.

Как спутник был доставлен на орбиту

Для запуска первого советского спутника было использовали двухступенчатую межконтинентальную ракету Р–7, которая была разработана как носитель водородной бомбы.

После некоторых доработок в её конструкции и нескольких испытаний, стало ясно, что она вполне справится с задачей по выводу спутника на заданную орбиту.

Спутник был размещен в головной части ракеты. Её старт выполнялся строго вертикально. Затем ось ракеты постепенно отклоняли от вертикали. Когда скорость ракеты была близка к первой космической скорости, отделилась первая ступень. Дальнейший полёт ракеты теперь обеспечивала вторая ступень, увеличившая её скорость до 18-20 тысяч км/час. Когда ракета достигла наивысшей точки своей орбиты, спутник отделился от ракетоносителя.

Дальнейшее его движение происходило по инерции.

Физические основы полета спутников

Чтобы тело стало ИСЗ необходимо выполнение двух основных условий:

сообщение телу горизонтальной скорости 7,8 км/ сек (первой космической скорости), чтобы преодолеть земное тяготение;
перемещение его из плотных слоёв атмосферы в очень разряженные, которые не оказывают сопротивление движению.

Обретя I космическую скорость, спутник вращается вокруг планеты по круговой орбите.

Если его период вращения будет равен 24 часам, то спутник будет вращаться синхронно с Землей, как бы зависая над одним и тем же районом планеты. Такая орбита называется геостационарной, а её радиус, при заданной скорости аппарата, должен в шесть раз превышать радиус Земли. При увеличении скорости вплоть до 11,2 км/сек, орбита всё более вытягивается, превращаясь в эллипс. Именно по такой орбите двигалось первое детище советской космонавтики. При этом Земля находилась в одном из фокусов этого эллипса. Наибольшее удаление спутника от Земли составляло 900 км.

Но в процессе движения он все же погружался в верхние слои атмосферы, тормозился, постепенно приближаясь к Земле. В конце концов, от сопротивления воздуха он нагрелся и сгорел в плотных слоях атмосферы.

60–летняя история запусков ИСЗ

Запуск и полёт этого крохотного серебристого шарика на столь значительном удалении от Земли явился триумфом советской науки на тот период. Далее последовали ещё ряд запусков, которые преследовали в основном военные цели. Они выполняли разведывательные функции, являлись частью систем навигации и связи.

Современные труженики звёздного неба выполняют громадный объём работ на благо человечества. Кроме спутников, предназначенных для оборонных целей, востребованы:

Спутники связи (ретрансляторы), обеспечивающие устойчивую, не зависящую от капризов погоду, связь на большей территории планеты.
Спутники-навигаторы, служащие для определения координат и скорости всех видов транспорта и определения точного времени.
Спутники, позволяющие фотографировать участки земной поверхности. «Космические» фотографии востребованы многими наземными службами (лесоводами, экологами, метеорологами и т. д.), их используют для создания сверх точных карт любых участков планеты.
Спутники–«учёные», это площадки для проверки новых идей и технологий, инструменты для получения уникальной научной информации.

Изготовление, запуск и обслуживание космических аппаратов требует огромных расходов, поэтому стали появляться интернациональные проекты. Одна из них система ИНМАСАРТ, обеспечивающая кораблям, находящимся в открытом море, устойчивую связь. Именно благодаря ей спасено немало морских судов и человеческих жизней.

В ночное небо посмотри

Ночью, среди алмазной россыпи звезд можно увидеть яркие, не мигающие светящиеся точки. Если они, двигаясь по прямой, пролетают весь небосвод за 5-10 минут, значит, вы увидели спутник. Невооруженному взгляду доступно наблюдение только достаточно больших спутников, не менее 600 м в длину. Видимы они лишь тогда, когда отражают солнечный свет.

К таким объектам относится международная космическая станция (МКС). За одну ночь её можно увидеть дважды. Сначала она движется с юго-восточной части неба к северо-востоку. Примерно через 8 часов она появляется на северо – западе и скрывается за юго-восточной частью горизонта. Самые удачное время для наблюдения за ней - июнь–июль - через час после заката и 40–60 минут до восхода нашего светила.

Проводив взглядом светящуюся точку, вспомни, сколько сил и знаний вложено в это чудо технической мысли, каким мужеством обладают люди, работающие на борту орбитальной станции.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

Впервые искусственный спутник Земли запустили в 1957 году. С этого времени слово «спутник» появилось во всех мировых языках. Сегодня их насчитывается не один десяток, и каждый имеет свое название.

Искусственными спутниками нашей планеты именуют летательные космические аппараты. Они выводятся на орбиту и вращаются по геоцентрической орбите. ИСЗ создаются в прикладных и научных целях.

Первый запуск такого аппарата - 4.10.1957 года. Именно он является первым небесным телом, созданным искусственно людьми. Для его создания использовались достижения советской вычислительной техники, ракетной техники, а также небесной механики. С помощью первого ИСЗ ученые получили возможность измерить плотность всех атмосферных слоев, узнать особенности передачи радиосигналов в иносфере, проверить точность и достоверность технических решений и теоретических расчетов, которые были использованы для вывода ИСЗ.

Какие бывают земные спутники? Виды

Все они подразделяются на:

научно-исследовательские аппараты.,
прикладные.

Это зависит от того, какие задачи они решают. С помощью научно-исследовательских аппаратов возможно исследовать поведение небесных объектов Вселенной и значительного объема космического пространства. К научно-исследовательским устройствам относят: орбитальные астрономические обсерватории, геодезические, геофизические спутники. К прикладным относят: метеорологические, навигационные и технические, спутники связи и спутники для исследования земельных ресурсов. Существуют также искусственно созданные спутники Земли, предназначенные для полета людей в космос, их называют «пилотируемые».

На каких орбитах летают спутники Земли? На какой высоте?

Те ИСЗ, что находятся на экваториальной орбите называют экваториальными, а те, что на полярной орбите – полярными. Существуют также стационарные модели, которые были запущены на круговую экваториальную орбиту, и их движение совпадает с вращением нашей планеты. Такие стационарные аппараты висят неподвижно над какой-либо конкретной точкой Земли.

Отделяемые ИСЗ детали в процессе вывода на орбиту нередко также называют спутниками Земли. Они относятся к вторичным орбитальным объектам и служат для проведения наблюдений в научных целях.

Первые пять лет после первого запуска ИСЗ (1957-1962) назывались научным образом. Для их названия брали год запуска и одну греческую букву, соответствующую номеру по порядку в каждом конкретном году. С увеличением числа запускаемых искусственных аппаратов с начала 1963 года они стали именоваться годом запуска и всего одной латинской буквой. ИСЗ могут иметь разные конструктивные схемы, разные размеры, отличаться массой, составом бортового оборудования. Энергопитание ИСЗ происходит за счет солнечных батарей, которые стоят на внешней части корпуса.

По достижении спутником высоты 42164 километра от центра нашей планеты (от поверхности земли 35786 км) он начинает входить в зону, где орбита будет соответствовать вращению планеты. Ввиду того, что движение аппарата происходит с такой же скоростью, как движение Земли (этот период равен 24-м часам), кажется, что он стоит на месте только над одной долготой. Такую орбиту называют геосинхронной.

Задачи и программы полетов вокруг Земли

Метеорологическая система «Метеор» была создана еще в 1968 году. В нее входит не один, а несколько спутников, которые одновременно находятся на разных орбитах. Они наблюдают за облачным покровом планеты, фиксируют контуры морей и материков, о чем передают сведения в Гидрометеоцентр.

Данные спутников важны и в процессе проведения космофотосъемки, используемой в геологии. С ее помощью возможно обнаружить крупные геологические структуры, связанные с месторождениями полезных ископаемых. Они помогают четко фиксировать лесные пожары, что актуально для таёжных просторов, где невозможно быстро заметить большой пожар. С помощью космических снимков можно рассмотреть особенности почв и рельефа, ландшафтов, распределении подземных и наземных вод. С помощью спутников можно следить за переменами в растительном покрове, что особенно важно для специалистов сельского хозяйства.

Интересные факты о земных спутниках

Первым ИСЗ, отправившимся на околоземную орбиту был ПС-1. Его запуск осуществлялся с полигона СССР.
Создателем ПС-1 был конструктор Королёв, который мог бы получить нобелевскую премию. Но в СССР не принято было присваивать достижения кому-то одному, все было общее. Поэтому создание ИСЗ было достижением всего народа СССР.
В 1978 году СССР запустил спутник-шпион, но запуск прошел неудачно. Аппарат включал в себя ядерный реактор. Когда он упал, - заразил территорию более 100 000 квадратных километров.
Схема запуска ИЗС напоминает вбрасывание камня. Его нужно «выкинуть» с полигона с такой скоростью, чтобы он сам мог вращаться вокруг планеты. Скорость запуска спутника должна быть равна 8 километров в секунду.
Копию ПС-1 можно было приобрести на аукционе Ebay в начале 21 века.

В современном мире жители нашей планеты уже активно пользуются достижениями космических технологий. Научные спутники , такие, как космический телескоп , демонстрируют нам все величие и необъятность окружающего нас пространства, чудеса, происходящие как в отдаленных уголках Вселенной, так и в ближайшем космосе. Активное использование получили спутники связи , подобные, например, "Гэлакси XI" . С их участием обеспечивается международная и мобильная телефонная связь и, конечно, спутниковое телевидение . Спутники связи играют огромную роль в распространении интернета . Это благодаря им мы имеем возможность с огромной скоростью получить доступ к информации, которая физически расположена на другом конце света, на другом континенте. Спутники наблюдения , один из них "Спот" , передают информацию, важную для различных отраслей промышленности и отдельных организаций, помогая, например, геологам искать месторождения полезных ископаемых, администрациям крупных городов - планировать застройку, экологам - оценивать уровень загрязнения рек и морей. Самолеты, корабли и автомобили ориентируются, используя спутники Глобальной системы ориентирования (GPS) , а управление морскими коммуникациями осуществляется с использованием навигационных спутников и спутников связи. Мы уже привыкли видеть в прогнозах погоды снимки, сделанные такими спутниками, как "Метеосат" . Другие спутники помогают ученым следить за состоянием окружающей среды, передавая такую информацию, как высота волн и температура морской воды. Военные спутники обеспечивают армии и органы безопасности самой различной информацией, в том числе данными радиоэлектронной разведки, выполняемой, например, спутниками "Магнум" , а также снимками с очень высоким разрешением, которые выполняют секретные спутники оптической и радиолокационной разведки . В этом разделе сайта мы познакомимся со многими спутниковыми системами, принципами их работы и устройством спутников.

Для начала, чтобы сразу иметь представление о сложности спутниковых систем и коммуникаций, рассмотрим более "приближенный к действительности" один из первых спутников связи - спутник «Комстар» .

Спутник связи «Комстар 1»

Конструкция спутника связи «Комстар-1»

Одним из первых геостационарных спутников, применявшихся для повседневных нужд людей, стал спутник «Комстар» . Спутники «Комстар 1» управляются оператором «Комсат» и арендуются AT&T. Их срок службы рассчитан на семь лет. Они ретранслируют сигналы телефонии и телевизионные сигналы в пределах территории США, а также Пуэрто-Рико. Через них может одновременно ретранслироваться до 6000 телефонных разговоров и до 12 телевизионных каналов. Геометрические размеры спутника «Комстар 1» : высота: 5,2 м (17 футов), диаметр: 2,3 м (7,5 фута). Стартовый вес составляет 1410 кг (3109 фунтов).

Приемопередающая антенна связи с вертикальной и горизонтальной поляризационными решетками, позволяет вести и прием, и передачу на одной частоте, но с перпендикулярной поляризацией. За счет этого пропускная способность радиочастотных каналов спутника удваивается. Забегая вперед, можно сказать, что поляризация радиосигнала используется сейчас практически во всех спутниковых системах, особенно это знакомо владельцам спутниковых приемных телевизионных систем, где при настройке на высокочастотные телеканалы приходится устанавливать либо вертикальную, либо горизонтальную поляризацию.

Еще одна интересная конструктивная особенность состоит в том, что цилиндрический корпус спутника вращается со скоростью около одного оборота в секунду, чтобы обеспечить эффект гироскопической стабилизации спутника в пространстве. Если учесть немалую массу спутника - около полутора тонн - то эффект действительно имеет место. И при этом антенны спутника остаются направленными в определенную точку пространства на Земле, чтобы излучать туда полезный радиосигнал.

Одновременно спутник должен находиться на геостационарной орбите, т.е. "висеть" над Землей "неподвижно", точнее, лететь вокруг планеты со скоростью её вращения вокруг собственной оси в направлении её вращения. Уход с точки позиционирования вследствие влияния различных факторов, самыми значительными из которых являются мешающее притяжение Луны, встреча с космической пылью и другими объектами космоса, отслеживается системой управления и периодически корректируется двигателями системы ориентации спутника.

Космические аппараты во всем своем многообразии - одновременно гордость и забота человечества. Их созданию предшествовала многовековая история развития науки и техники. Космическая эра, позволившая людям со стороны взглянуть на мир, в котором они живут, вознесла нас на новую ступень развития. Ракета в космосе сегодня - это не мечта, а предмет забот высококлассных специалистов, перед которыми стоят задачи по усовершенствованию существующих технологий. О том, какие виды космических аппаратов выделяют и чем они друг от друга отличаются, пойдет речь в статье.

Определение

Космические аппараты - обобщенное название для любых устройств, предназначенных для работы в условиях космоса. Есть несколько вариантов их классификации. В самом простом случае выделяют космические аппараты пилотируемые и автоматические. Первые, в свою очередь, подразделяются на космические корабли и станции. Различные по своим возможностям и назначению, они сходны во многом по строению и используемому оборудованию.

Особенности полета

Любой космический аппарат после старта проходит через три основных стадии: выведение на орбиту, собственно полет и посадка. Первый этап предполагает развитие аппаратом скорости, необходимой для выхода в космическое пространство. Для того чтобы попасть на орбиту, ее значение должно быть 7,9 км/с. Полное преодоление земного притяжения предполагает развитие второй равной 11,2 км/с. Именно так движется ракета в космосе, когда ее целью являются удаленные участки пространства Вселенной.

После освобождения от притяжения следует второй этап. В процессе орбитального полета движение космических аппаратов происходит по инерции, за счет приданного им ускорения. Наконец, стадия посадки предполагает снижение скорости корабля, спутника или станции практически до нуля.

«Начинка»

Каждый космический аппарат оснащается оборудованием под стать тем задачам, которые он призван решить. Однако основное расхождение связано с так называемым целевым оборудованием, необходимым как раз для получения данных и различных научных исследований. В остальном оснащение у космических аппаратов схоже. В него входят следующие системы:

энергообеспечение - чаще всего снабжают космические аппараты необходимой энергией солнечные или радиоизотопные батареи, химические аккумуляторы, ядерные реакторы;
связь - осуществляется при использовании радиоволнового сигнала, при существенном удалении от Земли особенно важным становится точное наведение антенны;
жизнеобеспечение - система характерна для пилотируемых космических аппаратов, благодаря ей становится возможным пребывание людей на борту;
ориентация - как и любые другие корабли, космические оснащены оборудованием для постоянного определения собственного положения в пространстве;
движение - двигатели космических аппаратов позволяют вносить изменения в скорость полета, а также в его направление.

Классификация

Один из основных критериев для разделения космических аппаратов на типы - это режим работы, определяющий их возможности. По данному признаку выделяют аппараты:

размещающиеся на геоцентрической орбите, или искусственные спутники Земли;
те, целью которых является изучение удаленных участков космоса, - автоматические межпланетные станции;
используемые для доставки людей или необходимого груза на орбиту нашей планеты, называются они космическими кораблями, могут быть автоматическими или же пилотируемыми;
созданные для пребывания людей в космосе на протяжении длительного периода, - это ;
занимающиеся доставкой людей и грузов с орбиты на поверхность планеты, они называются спускаемыми;
способные исследовать планету, непосредственно располагаясь на ее поверхности, и передвигаться по ней, - это планетоходы.

Остановимся подробнее на некоторых типах.

ИСЗ (искусственные спутники Земли)

Первыми аппаратами, запущенными в космос, были искусственные спутники Земли. Физика и ее законы делают выведение любого подобного устройства на орбиту непростой задачей. Любой аппарат должен преодолеть притяжение планеты и затем не упасть на нее. Для этого спутнику необходимо двигаться с или чуть быстрее. Над нашей планетой выделяют условную нижнюю границу возможного расположения ИСЗ (проходит на высоте 300 км). Более близкое размещение приведет к достаточно быстрому торможению аппарата в условиях атмосферы.

Первоначально только ракеты-носители могли доставлять на орбиту искусственные спутники Земли. Физика, однако, не стоит на месте, и сегодня разрабатываются новые способы. Так, один из часто используемых в последнее время методов - запуск с борта другого спутника. В планах применение и других вариантов.

Орбиты космических аппаратов, вращающихся вокруг Земли, могут пролегать на разной высоте. Естественно, от этого зависит и время, требуемое на один круг. Спутники, период обращения которых равен суткам, размещаются на так называемой Она считается наиболее ценной, поскольку аппараты, находящиеся на ней, для земного наблюдателя кажутся неподвижными, а значит, отсутствует необходимость создания механизмов поворота антенн.

АМС (автоматические межпланетные станции)

Огромное число сведений о различных объектах Солнечной системы ученые получают при помощи космических аппаратов, направляемых за пределы геоцентрической орбиты. Объекты АМС - это и планеты, и астероиды, и кометы, и даже галактики, доступные для наблюдения. Задачи, которые ставятся перед такими аппаратами, требуют огромных знаний и сил от инженеров и исследователей. Миссии АМС представляют собой воплощение технического прогресса и являются одновременно его стимулом.

Пилотируемый космический корабль

Аппараты, созданные для доставки людей к назначенной цели и возвращения их обратно, в технологическом плане ничуть не уступают описанным видам. Именно к этому типу относится «Восток-1», на котором совершил свой полет Юрий Гагарин.

Самая сложная задача для создателей пилотируемого космического корабля - обеспечение безопасности экипажа во время возвращения на Землю. Также значимой частью таких аппаратов является система аварийного спасения, в которой может возникнуть необходимость во время выведения корабля в космос при помощи ракеты-носителя.

Космические аппараты, как и вся космонавтика, непрестанно совершенствуются. В последнее время в СМИ можно было часто видеть сообщения о деятельности зонда «Розетта» и спускаемого аппарата «Филы». Они воплощают все последние достижения в области космического кораблестроения, расчета движения аппарата и так далее. Посадка зонда «Филы» на комету считается событием, сравнимым с полетом Гагарина. Самое интересное, что это не венец возможностей человечества. Нас еще ожидают новые открытия и достижения в плане как освоения космического пространства, так и строения