Что такое спутник в космосе кратко
Спутник (космический аппарат)
Спутник — ранние советские искусственные спутники Земли (ИСЗ) различного устройства и назначения. Использовались для экспериментов по выводу в околоземное пространство полезной нагрузки, изучения влияния невесомости и радиации на живых существ, экспериментов по изучению свойств земной атмосферы, подготовки к первому пилотируемому космическому полёту.
Содержание
Космическая программа «Спутник»
В рамках программы Советский Союз запланировал и вывел на орбиту несколько космических аппаратов. Запуск первого Спутника произошёл 4 октября 1957 года в рамках международного геофизического года.
ИСЗ, известные как «Спутник»
Названия «Спутник-1…10» являются неофициальными и придуманы журналистами.
В своей книге «Ракеты и люди» [1] Черток Б. Е. приводит другую нумерацию кораблей-спутников:
См. также
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Спутник (космический аппарат)» в других словарях:
Космический аппарат — (КА) общее название технических устройств, используемых для выполнения разнообразных задач в космическом пространстве, а также проведения исследовательских и иного рода работ на поверхности различных небесных тел. Средствами доставки… … Википедия
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ — (КА) аппарат для полета в космос или в космосе, напр. искусственный спутник Земли, космический корабль, орбитальная станция. КА подразделяются на околоземные, орбитальные и межпланетные; автоматические и пилотируемые. Первый КА современный… … Большой Энциклопедический словарь
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ — КОСМИЧЕСКИЙ аппарат, общее название различных технических автоматических или пилотируемых устройств, предназначенных для выполнения целевых задач в космосе (искусственные спутники, космические корабли, станции). Делятся на 2 основные группы:… … Современная энциклопедия
Космический аппарат — КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ, общее название различных технических автоматических или пилотируемых устройств, предназначенных для выполнения целевых задач в космосе (искусственные спутники, космические корабли, станции). Делятся на 2 основные группы:… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
космический аппарат — (КА), аппарат для полёта в космос или в космосе, например ИСЗ, космический корабль, орбитальная станция. КА подразделяются на околоземные, движущиеся по геоцентрическим орбитам, не выходя за пределы гравитационного поля Земли, и межпланетные;… … Энциклопедический словарь
космический аппарат — совокупность технических средств, приборов и устройств, объединённых в единую конструкцию и взаимодействующих с целью выполнения задач в космическом полёте. Космические аппараты подразделяются на околоземные (искусственные спутники Земли) и… … Энциклопедия техники
космический аппарат Космос-2133 — мист. искусственный спутник Земли советского производства, вокруг которого разгорелись споры среди независимых исследователей по поводу его возможного использования в уфологических целях. В конце 1990 х годов украинские контактеры стали… … Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого
Луч (космический аппарат) — У этого термина существуют и другие значения, см. Луч. Луч (11Ф669) и Луч 2 Векторный рисунок КА Луч первого поколения … Википедия
Розетта (космический аппарат) — Розетта «Розетта» … Википедия
Корот (космический аппарат) — Корот (COROT) космический телескоп Организация: CNES/ЕКА Технические характеристики[1] … Википедия
Доброе утро
Зачем нужны спутники
Код для встраивания видео
Настройки
Плеер автоматически запустится (при технической возможности), если находится в поле видимости на странице
Размер плеера будет автоматически подстроен под размеры блока на странице. Соотношение сторон — 16×9
Плеер будет проигрывать видео в плейлисте после проигрывания выбранного видео
На Западе советский спутник окрестили «бипером» — за характерный звук издаваемый передатчиком. В газетах писали где и когда можно наблюдать первый космический аппарат. За три месяца спутник сделал 1440 оборотов вокруг Земли и сгорел в плотных слоях атмосферы. В музее РКК «Энергия» хранится только макет первого спутника.
За 55 лет спутники научились многому. Благодаря спутникам у нас есть телевидение, интернет и долгосрочный прогноз погоды. Но есть и функции государственной важности. Например, фоторазведка. С помощью сверхчувствительной оптики военные наблюдают за передвижениями противника.
Из главного центра войск космического командования управляют всеми спутниками, в том числе и спутниками, предназначенными для разведки. Такой спутник может «разглядеть» объект размером не больше 10 сантиметров. Так же спутники помогают ориентироваться на местности и спасать людей.
Отечественная навигационная система Глонасс — аналог американской GPS. Но в вопросах государственной безопасности нельзя рассчитывать на зарубежную систему. После серии неудачных запусков российская группировка уже набрала в штатную численность 30 навигационных спутников.
Спутники становятся все более функциональными. Ведутся разработки аппаратов буксиров и заправщиков. Уже скоро повсеместно появится мобильная спутниковая связь, тогда можно будет разговаривать по телефону в любой точки мира без роуминга.
Для чего нужен спутник?
Для чего нужен спутник? Спутником называется любое небесное тело, которое вращается вокруг другого тела.
Однако чаще всего имеется в виду искусственный спутник, который находится на орбите вокруг Земли и собирает и передает данные.
Искусственный спутник может служить многим целям. Спутники, исследующие из космоса облака, ветры и температуру атмосферы, используются метеорологами для прогнозов погоды.
Спутники используются в военных целях, чтобы следить за зонами боевых действий, отслеживать запуски ракет и ядерные испытания, производить разведывательную деятельность за другими странами и засекать приближающиеся объекты, например метеориты.
Спутники ретранслируют между континентами телевизионные программы и телефонные переговоры.
Первый спутник глобальной системы навигации и определения местоположения (GPS) был запущен 22 ноября 1978 г., и сегодня GPS является стандартным инструментом навигации, который применяется в военном деле, в науке и промышленности.
Спутники используются и в астрономических целях, например для изучения других планет и для исследования взаимодействий между Солнцем и Землей.
С того дня, когда был запущен первый искусственный спутник Земли, на околоземные орбиты были выведены тысячи космических беспилотных аппаратов. И сегодня земляне без них уже не могут обойтись.
Спутники используются для научных исследований, осуществляют связь между разными континентами, помогают кораблям, самолетам и даже обычным автомобилям находить дорогу, ищут полезные ископаемые. Ими пользуются военные, астрономы, метеорологи, создатели новых лекарств и многие другие специалисты.
В наши дни с помощью навигационных спутников в любой точке земного шара корабли, самолеты, автомобили и даже отдельные люди могут в любое мгновение определять свое местоположение и даже скорость, с которой они двигаются. Для этого используются 24 спутника, вращающиеся вокруг Земли на высоте 20 тысяч километров.
Точнее не бывает
Другая задача у спутников, вращающихся на низких орбитах и оборудованных приборами для сверхточной фото- и видеосъемки земной поверхности.
За последние десятилетия они позволили создать самые точные и подробные карты поверхности Земли, на которых видны детали размером меньше одного метра. Стали ненужными длительные и дорогостоящие экспедиции картографов.
Погода на завтра
Метеорологические спутники бдительно следят из космоса за всеми изменениями погоды на планете. С их помощью составляют метеорологические карты, предсказывают погоду, предупреждают суда и самолеты о штормах и ураганах, изучают изменения климата.
Как «подвесить» спутник
Вращаться вокруг Земли спутники могут на разных высотах, но не ниже 150 км над поверхностью планеты. На такой высоте атмосфера тормозит движение космического аппарата, и срок его «жизни» сокращается.
Спутник при этом как бы постоянно «висит» на огромной высоте над одной точкой земной поверхности. Эти спутники называют «геостационарами».
Станут ли ископаемыми современные растения и животные?
Звездные имена
Какая разница между обозначениями «до н. э.» и «до Р. X.»?
Австралийский Муррей
Большой выбор качественных гидравлических дровоколов
Искусственные спутники: для чего они нужны, как работают, типы, важно
Содержание:
В искусственные спутники Они представляют собой транспортные средства или устройства, специально созданные для запуска в космос без необходимости в команде, чтобы совершать орбитальные операции вокруг Земли или любого другого небесного тела.
Первые идеи о создании искусственных спутников исходили от авторов-фантастов, таких как Жюль Верн и Артур Кларк. Последний был офицером-радаром в Королевских ВВС и в конце Второй мировой войны задумал использовать три спутника на орбите вокруг Земли для обслуживания телекоммуникационной сети.
В то время еще не было средств для вывода спутника на орбиту. Военным США потребовалось еще несколько лет, чтобы создать первую спутниковую связь в начале 1950-х годов.
Космическая гонка между Соединенными Штатами и Советским Союзом дала толчок развитию индустрии искусственных спутников. Первым успешно выведенным на орбиту в 1957 г. был советский спутник «Спутник», который излучал сигналы в диапазоне 20-40 МГц.
После этого Соединенные Штаты запустили Echo I в целях связи. С тех пор обе державы осуществили многочисленные запуски на орбиту, и впоследствии многие страны присоединились к новой технологии.
Для чего нужны искусственные спутники?
-В научных и метеорологических исследованиях, включая картографию и астрономические наблюдения.
-Для целей военной разведки.
-Для навигации и определения местоположения используется одна из самых известных систем GPS (Global Positioning System).
-Для наблюдения за земной поверхностью.
-На космических станциях, предназначенных для знакомства с жизнью за пределами Земли.
Как они работают?
В своей работе ПринципИсаак Ньютон (1643-1727) установил, что необходимо для вывода спутника на орбиту, хотя вместо спутника он использовал в качестве примера пушечное ядро, выпущенное с вершины холма.
Выстреливая с определенной горизонтальной скоростью, пуля следует по обычной параболической траектории. С увеличением скорости горизонтальный вылет становится все больше и больше, что было ясно. Но заставит ли пуля выйти на орбиту вокруг Земли при определенной скорости?
Земля изгибается от линии, касающейся поверхности, со скоростью 4,9 м на каждые 8 км. Любой объект, выпущенный из состояния покоя, упадет на 4,9 м за первую секунду. Следовательно, при горизонтальном выстреле с пика со скоростью 8 км / с пуля упадет на 4,9 м за первую секунду.
Но Земля за это время также опустится на 4,9 м, так как она изгибается под пушечным ядром. Он продолжает горизонтальное движение, покрывая 8 км, и в течение этой секунды останется на той же высоте по отношению к Земле.
Естественно, то же самое происходит через следующую секунду и во все последующие секунды, превращая пулю в искусственный спутник без какой-либо дополнительной тяги, пока нет трения.
Однако трение, вызванное сопротивлением воздуха, неизбежно, поэтому необходима ракета-носитель.
Ракета поднимает спутник на большую высоту, где более тонкая атмосфера оказывает меньшее сопротивление и обеспечивает необходимую горизонтальную скорость.
Такая скорость должна быть больше 8 км / с и меньше 11 км / с. Последний является космическая скорость. Спроектированный с такой скоростью, спутник отказался бы от гравитационного воздействия Земли, уходя в космос.
Структура искусственного спутника
Искусственные спутники содержат различные сложные механизмы для выполнения своих функций, которые включают прием, обработку и отправку различных типов сигналов. Они также должны быть легкими и автономными.
Основные конструкции общие для всех искусственных спутников, которые, в свою очередь, имеют несколько подсистем по назначению. Они монтируются в корпус из металла или других легких составов, который служит опорой и называется автобус.
В автобусе можно найти:
— Центральный модуль управления, содержащий компьютер, с помощью которого обрабатываются данные.
— Приемные и передающие антенны для связи и передачи данных по радиоволнам, а также телескопы, камеры и радары.
— Система солнечных батарей на крыльях для получения необходимой энергии и аккумуляторных батарей, когда спутник находится в тени. В зависимости от орбиты спутникам требуется около 60 минут солнечного света для подзарядки батарей, если они находятся на низкой орбите. Более далекие спутники проводят гораздо больше времени под воздействием солнечного излучения.
Поскольку спутники длительное время подвергаются воздействию этого излучения, необходима система защиты, чтобы избежать повреждения других систем.
Открытые части сильно нагреваются, в то время как в тени они достигают чрезвычайно низких температур, потому что атмосферы недостаточно для регулирования изменений. По этой причине радиаторы необходимы для устранения тепла и алюминиевые крышки для сохранения тепла, когда это необходимо.
Типы искусственных спутников
В зависимости от траектории искусственные спутники могут быть эллиптическими или круглыми. Конечно, каждому спутнику назначена орбита, которая обычно совпадает с направлением вращения Земли, называемым асинхронная орбита. Если по какой-то причине спутник движется в обратном направлении, то он ретроградная орбита.
Под действием силы тяжести объекты движутся по траекториям эллиптический по законам Кеплера. Искусственные спутники этого не избегают, однако некоторые эллиптические орбиты имеют такой небольшой эксцентриситет, что их можно считать круговой.
Орбиты также могут быть наклонены по отношению к экватору Земли. При наклоне 0º это экваториальные орбиты, если они 90º, они полярные орбиты.
Высота спутника также является важным параметром, поскольку на высоте 1500–3000 км находится первый пояс Ван Аллена, региона, которого следует избегать из-за высокого уровня радиации.
Спутниковые орбиты
Орбита спутника выбирается в соответствии с его миссией, поскольку есть более или менее благоприятные высоты для различных операций. По этому критерию спутники классифицируются как:
–НОО (низкая околоземная орбита)Они имеют высоту от 500 до 900 км и описывают круговую траекторию с периодами приблизительно полтора часа и наклоном 90 градусов. Они используются для мобильных телефонов, факсов, персональных пейджеров, автомобилей и лодок.
–MEO (Средняя околоземная орбита)Они находятся на высоте 5000–12000 км, при наклоне 50º и продолжительностью около 6 часов. Они также используются в сотовой телефонии.
–GEO (геосинхронная земная орбита), или геостационарная орбита, хотя между этими двумя терминами есть небольшая разница. Первые могут иметь переменный наклон, а вторые всегда под углом 0 °.
Геостационарные спутники
Вначале спутники связи имели периоды, отличные от периода вращения Земли, но это затрудняло размещение антенн, и связь была потеряна. Решением было разместить спутник на такой высоте, чтобы его период совпадал с периодом вращения Земли.
Таким образом, спутник вращается вместе с Землей и кажется фиксированным по отношению к ней. Высота, необходимая для вывода спутника на геостационарную орбиту, составляет 35786,04 км и известна как ремень clarke.
Высоту орбиты можно рассчитать, установив период, используя следующее выражение, полученное из закона всемирного тяготения Ньютона и законов Кеплера:
Так как таким образом ориентация спутника по отношению к Земле не изменяется, это гарантирует, что он всегда будет контактировать с ней.
Важнейшие искусственные спутники Земли
Спутник
Это был первый искусственный спутник в истории человечества, выведенный на орбиту бывшим Советским Союзом в октябре 1957 года. За этим спутником последовали еще 3 спутника в рамках программы Sputnik.
Первый спутник был довольно маленьким и легким: в основном это было 83 кг алюминия. Он был способен излучать частоты от 20 до 40 МГц. Он находился на орбите в течение трех недель, после чего упал на Землю.
Реплики Спутника сегодня можно увидеть во многих музеях Российской Федерации, Европы и даже Америки.
Космический шаттл
Другой хорошо известной пилотируемой миссией была космическая транспортная система STS или космический шаттл, которая находилась в эксплуатации с 1981 по 2011 год и участвовала, среди других важных миссий, в запуске космического телескопа Хаббл и Международной космической станции, в дополнение к миссиям ремонт других спутников.
Космический шаттл имел асинхронную орбиту и был многоразовым, поскольку он мог приходить и уходить на Землю. Из пяти паромов два были случайно уничтожены вместе со своими экипажами: Challenger и Columbia.
Спутники GPS
Система глобального позиционирования широко известна тем, что позволяет точно определять местоположение людей и объектов в любой точке земного шара. Сеть GPS состоит как минимум из 24 высотных спутников, из которых всегда есть 4 спутника, видимые с Земли.
GPS не ограничивается поиском людей или транспортных средств, он также полезен для картографии, геодезии, геодезии, спасательных операций и занятий спортом, среди других важных приложений.
Космический телескоп Хаббла
Это искусственный спутник, который предлагает непревзойденные, невиданные ранее изображения Солнечной системы, звезд, галактик и далекой Вселенной без атмосферы Земли или светового загрязнения, блокирующих или искажающих далекий свет.
Таким образом, его запуск в 1990 году стал самым заметным достижением астрономии за последнее время. Огромный 11-тонный цилиндр Хаббла находится на высоте 340 миль (548 км), совершая круговое движение вокруг Земли с периодом 96 минут.
Ожидается, что он будет отключен между 2020 и 2025 годами и заменен космическим телескопом Джеймса Уэбба.
Международная космическая станция
Известная как МКС (Международная космическая станция), это орбитальная исследовательская лаборатория, управляемая пятью космическими агентствами по всему миру. Пока это самый большой из существующих искусственных спутников.
В отличие от остальных спутников, на космической станции находятся люди. Помимо фиксированного экипажа из минимум двух космонавтов, станцию посещали даже туристы.
Назначение станции в первую очередь научное. Он имеет 4 лаборатории, в которых исследуются эффекты невесомости и проводятся астрономические, космологические и климатические наблюдения, а также различные эксперименты в области биологии, химии и влияния излучения на различные системы.
Чандра
Этот искусственный спутник представляет собой обсерваторию для обнаружения рентгеновских лучей, которые поглощаются атмосферой Земли и поэтому не могут быть изучены с поверхности. НАСА вывело его на орбиту в 1999 году с помощью космического корабля «Колумбия».
Спутники связи Иридиум
Они составляют сеть из 66 спутников на высоте 780 км на орбитах типа LEO с периодом действия 100 минут. Они были разработаны телефонной компанией Motorola для обеспечения телефонной связи в труднодоступных местах. Однако это очень дорогая услуга.
Спутниковая система Галилео
Это система определения местоположения, разработанная Европейским Союзом, эквивалентная GPS и предназначенная для гражданского использования. В настоящее время у него работает 22 спутника, но он все еще строится. Он способен определять местонахождение человека или объекта с точностью до 1 метра в открытой версии и взаимодействует со спутниками системы GPS.
Серия Landsat
Это спутники, специально разработанные для наблюдения за земной поверхностью. Они начали свою работу в 1972 году. Среди прочего, они отвечают за картографирование местности, запись информации о движении льда на полюсах и протяженности лесов, а также за ведение горных работ.
Система Глонасс
Это система геолокации Российской Федерации, эквивалентная GPS и сети Galileo.
Наблюдение за искусственными спутниками
Искусственные спутники могут быть замечены с Земли любителями, поскольку они отражают солнечный свет и могут рассматриваться как точки света, даже если Солнце село.
Чтобы найти их, рекомендуется установить на телефон одно из приложений спутникового поиска или обратиться к интернет-сайтам, отслеживающим спутники.
Подготовка к наблюдению за спутниками такая же, как и к наблюдению за метеорным дождем. Наилучшие результаты получаются очень темными и ясными ночами, без облаков и без луны, или с луной низко над горизонтом. Чем дальше от светового загрязнения, тем лучше, вам также придется иметь при себе теплую одежду и горячие напитки.
Что такое спутник в космосе кратко
Что такое спутник?
Спутник — это любой объект, который движется по кривой вокруг планеты. Луна — это естественный спутник Земли, также рядом с Землей находится множество спутников, сделанных руками человека, так сказать, искусственных. Путь, по которому следует спутник, это орбита, иногда принимающая форму окружности.
Чтобы понять, почему спутники движутся таким образом стоит обратиться к Ньютону. Он предположил, что сила гравитации существует между двумя любыми объектами во Вселенной. Если бы этой силы не было, спутники, летящие вблизи планеты, продолжали бы свое движение с одной скоростью и в одном направлении — по прямой. Эта прямая — инерционный путь спутника, который, однако, уравновешивается сильным гравитационным притяжением, направленным к центру планеты.
Иногда орбита спутника выглядит как эллипс, приплюснутый круг, который проходит вокруг двух точек, известных как фокусы. В этом случае работают все те же законы движения, разве что планеты расположены в одном из фокусов. В результате, чистая сила, приложенная к спутнику, не проходит равномерно по всему его пути, и скорость спутника постоянно меняется. Он движется быстро, когда находится ближе всего к планете — в точке перигея (не путать с перигелием), и медленнее, когда находится дальше от планеты — в точке апогея.
Спутники бывают самых разных форм и размеров и выполняют самые разнообразные задачи.
Когда были изобретены спутники?
Возможно, Ньютон и продумывал запуск спутника, но прежде чем мы на самом деле совершили этот подвиг, прошло немало времени. Одним из первых визионеров был писатель-фантаст Артур Кларк. В 1945 году Кларк предположил, что спутник может быть размещен на орбите так, что будет двигаться в том же направлении и с той же скоростью, что и Земля. Так называемые геостационарные спутники можно было бы использовать для связи.
Ученые не понимали Кларка — до 4 октября 1957 года. Тогда Советский Союз запустил «Спутник-1», первый искусственный спутник, на орбиту Земли. «Спутник» был 58 сантиметров в диаметре, весил 83 килограмма и был выполнен в форме шарика. Хотя это было замечательное достижение, содержание «Спутника» было скудным по сегодняшним меркам:
На внешней стороне «Спутника» четыре штыревые антенны передавали на коротковолновой частоте выше и ниже нынешнего стандарта (27 МГц). Станции слежения на Земле поймали радиосигнал и подтвердили, что крошечный спутник пережил запуск и успешно вышел на курс вокруг нашей планеты. Месяцем позже Советский Союз запустил на орбиту «Спутник-2». Внутри капсулы была собака Лайка.
В декабре 1957 года, отчаянно пытаясь идти в ногу со своими противниками по холодной войне, американские ученые попытались вывести спутник на орбиту вместе с планетой Vanguard. К сожалению, ракета разбилась и сгорела еще на стадии взлета. Вскоре после этого, 31 января 1958 года, США повторили успех СССР, приняв план Вернера фон Брауна, который заключался в выводе спутника Explorer-1 с ракетой U.S. Redstone. Explorer-1 нес инструменты для обнаружения космических лучей и обнаружил в ходе эксперимента Джеймса Ван Аллена из Университета Айовы, что космических лучей гораздо меньше, чем ожидалось. Это привело к открытию двух тороидальных зон (в конечном счете названных в честь Ван Аллена), наполненных заряженными частицами, захваченными магнитным полем Земли.
Воодушевленные этими успехами, некоторые компании начали разрабатывать и запускать спутники в 60-х годах. Одной из них была Hughes Aircraft вместе со звездным инженером Гарольдом Розеном. Розен возглавил команду, которая воплотила идею Кларка — спутник связи, размещенный на орбите Земли таким образом, что мог отражать радиоволны из одного места в другое. В 1961 году NASA заключило контракт с Hughes, чтобы построить серию спутников Syncom (синхронная связь). В июле 1963 года Розен и его коллеги увидели, как Syncom-2 взлетел в космос и вышел на грубую геосинхронную орбиту. Президент Кеннеди использовал новую систему, чтобы поговорить с премьер-министром Нигерии в Африке. Вскоре взлетел и Syncom-3, который на самом деле мог транслировать телевизионный сигнал.
Эпоха спутников началась.
Какая разница между спутником и космическим мусором?
Технически, спутник это любой объект, который вращается вокруг планеты или меньшего небесного тела. Астрономы классифицируют луны как природные спутники, и на протяжении многих лет они составили список из сотен таких объектов, обращающихся вокруг планет и карликовых планет нашей Солнечной системы. К примеру, насчитали 67 лун Юпитера. И до сих пор продолжают находить новые луны.
Техногенные объекты, вроде «Спутника» и Explorer, также можно классифицировать как спутники, поскольку они, как и луны, вращаются вокруг планеты. К сожалению, человеческая активность привела к тому, что на орбите Земли оказалось огромное количество мусора. Все эти куски и обломки ведут себя как и крупные ракеты — вращаются вокруг планеты на высокой скорости по круговому или эллиптическому пути. В строгом толковании определения можно каждый такой объект определить как спутник. Но астрономы, как правило, считают спутниками те объекты, которые выполняют полезную функцию. Обломки металла и другой хлам попадают в категорию орбитального мусора.
Орбитальный мусор поступает из многих источников:
NASA вывело специальный спутник под названием LDEF для изучения долгосрочных эффектов от столкновения с космическим мусором. За шесть лет инструменты спутника зарегистрировали около 20 000 столкновений, некоторые из которых были вызваны микрометеоритами, а другие орбитальным мусором. Ученые NASA продолжают анализировать данные LDEF. А вот в Японии уже планируют развернуть гигантскую сеть для отлова космического мусора.
Что внутри обычного спутника?
Спутники бывают разных форм и размеров и выполняют множество различных функций, однако все, в принципе, похожи. Все они имеют металлический или композитный каркас и тело, которое англоязычные инженеры называют bus, а русские — космической платформой. Космическая платформа собирает все вместе и обеспечивает достаточно мер, чтобы инструменты пережили запуск.
У всех спутников есть источник питания (обычно солнечные батареи) и аккумуляторы. Массивы солнечных батарей позволяют заряжать аккумуляторы. Новейшие спутники включают и топливные элементы. Энергия спутников очень дорога и крайне ограничена. Ядерные элементы питания обычно используются для отправки космических зондов к другим планетам.
У всех спутников есть бортовой компьютер для контроля и мониторинга различных систем. У всех есть радио и антенна. Как минимум, у большинства спутников есть радиопередатчик и радиоприемник, поэтому экипаж наземной команды может запросить информацию о состоянии спутника и наблюдать за ним. Многие спутники позволяют массу различных вещей: от изменения орбиты до перепрограммирования компьютерной системы.
Как и следовало ожидать, собрать все эти системы воедино — непростая задача. Она занимает годы. Все начинается с определения цели миссии. Определение ее параметров позволяет инженерам собрать нужные инструменты и установить их в правильном порядке. Как только спецификация утверждена (и бюджет), начинается сборка спутника. Она происходит в чистой комнате, в стерильной среде, что позволяет поддерживать нужную температуру и влажность и защищать спутник во время разработки и сборки.
Искусственные спутники, как правило, производятся на заказ. Некоторые компании разработали модульные спутники, то есть конструкции, сборка которых позволяет устанавливать дополнительные элементы согласно спецификации. К примеру, у спутников Boeing 601 было два базовых модуля — шасси для перевозки двигательной подсистемы, электроника и батареи; и набор сотовых полок для хранения оборудования. Эта модульность позволяет инженерам собирать спутники не с нуля, а с заготовки.
Как спутники запускаются на орбиту?
Сегодня все спутники выводятся на орбиту на ракете. Многие перевозят их в грузовом отделе.
В большинстве запусков спутников запуск ракеты происходит прямо вверх, это позволяет быстрее провести ее через толстый слой атмосферы и минимизировать расход топлива. После того, как ракета взлетает, механизм управления ракеты использует инерциальную систему наведения для расчета необходимых корректировок сопла ракеты, чтобы обеспечить нужный наклон.
После того как ракета выходит в разреженный воздух, на высоту около 193 километров, система навигации выпускает небольшие ракетки, чего достаточно для переворота ракеты в горизонтальное положение. После этого выпускается спутник. Небольшие ракеты выпускаются снова и обеспечивают разницу в расстоянии между ракетой и спутником.
Орбитальная скорость и высота
Ракета должна набрать скорость в 40 320 километров в час, чтобы полностью сбежать от земной гравитации и улететь в космос. Космическая скорость куда больше, чем нужно спутнику на орбите. Они не избегают земной гравитации, а находятся в состоянии баланса. Орбитальная скорость — это скорость, необходимая для поддержания баланса между гравитационным притяжением и инерциальным движением спутника. Это примерно 27 359 километров в час на высоте 242 километра. Без гравитации инерция унесла бы спутник в космос. Даже с гравитацией, если спутник будет двигаться слишком быстро, его унесет в космос. Если спутник будет двигаться слишком медленно, гравитация притянет его обратно к Земле.
Орбитальная скорость спутника зависит от его высоты над Землей. Чем ближе к Земле, тем быстрее скорость. На высоте в 200 километров орбитальная скорость составляет 27 400 километров в час. Для поддержания орбиты на высоте 35 786 километров спутник должен обращаться со скорость 11 300 километров в час. Эта орбитальная скорость позволяет спутнику делать один облет в 24 часа. Поскольку Земля также вращается 24 часа, спутник на высоте в 35 786 километров находится в фиксированной позиции относительно поверхности Земли. Эта позиция называется геостационарной. Геостационарная орбита идеально подходит для метеорологических спутников и спутников связи.
В целом, чем выше орбита, тем дольше спутник может оставаться на ней. На низкой высоте спутник находится в земной атмосфере, которая создает сопротивление. На большой высоте нет практически никакого сопротивления, и спутник, как луна, может находиться на орбите веками.
Типы спутников
На земле все спутники выглядят похоже — блестящие коробки или цилиндры, украшенные крыльями из солнечных панелей. Но в космосе эти неуклюжие машины ведут себя совершенно по-разному в зависимости от траектории полета, высоты и ориентации. В результате, классификация спутников превращается в сложное дело. Один из подходов — определение орбиты аппарата относительно планеты (обычно Земли). Напомним, что существует две основных орбиты: круговая и эллиптическая. Некоторые спутники начинают по эллипсу, а потом выходят на круговую орбиту. Другие движутся по эллиптическому пути, известному как орбита «Молния». Эти объекты, как правило, кружат с севера на юг через полюсы Земли и завершают полный облет за 12 часов.
Полярно-орбитальные спутники также проходят через полюсы с каждым оборотом, хотя их орбиты менее эллиптические. Полярные орбиты остаются фиксированными в космосе, в то время как вращается Земля. В результате, большая часть Земли проходит под спутником на полярной орбите. Поскольку полярные орбиты дают прекрасный охват планеты, они используются для картографирования и фотографии. Синоптики также полагаются на глобальную сеть полярных спутников, которые облетают наш шар за 12 часов.
Можно также классифицировать спутники по их высоте над земной поверхностью. Исходя из этой схемы, есть три категории:
И наконец, можно подумать о спутниках в том смысле, где они «ищут». Большинство объектов, отправленных в космос за последние несколько десятилетий, смотрят на Землю. У этих спутников есть камеры и оборудование, которое способно видеть наш мир в разных длинах волн света, что позволяет насладиться захватывающим зрелищем в ультрафиолетовых и инфракрасных тонах нашей планеты. Меньше спутников обращают свой взгляд к пространству, где наблюдают за звездами, планетами и галактиками, а также сканируют объекты вроде астероидов и комет, которые могут столкнуться с Землей.
Известные спутники
До недавнего времени спутники оставались экзотическими и сверхсекретными приборами, которые использовались в основном в военных целях для навигации и шпионажа. Теперь они стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Благодаря им, мы узнаем прогноз погоды (хотя синоптики порой и ошибаются). Мы смотрим телевизоры и работаем с Интернетом также благодаря спутникам. GPS в наших автомобилях и смартфонах позволяет добраться до нужного места. Стоит ли говорить о неоценимом вкладе телескопа «Хаббл» и работы космонавтов на МКС?
Однако есть настоящие герои орбиты. Давайте с ними познакомимся.
Сколько стоят спутники?
После «Спутника» и Explorer, спутники стали больше и сложнее. Возьмем, к примеру, TerreStar-1, коммерческий спутник, который должен был обеспечить передачу мобильных данных в Северной Америке для смартфонов и подобных устройств. Запущенный в 2009 году TerreStar-1 весил 6910 килограмм. И будучи полностью развернутым, он раскрывал 18-метровую антенну и массивные солнечные батареи с размахом крыльев в 32 метра.
Строительство такой сложной машины требует массы ресурсов, поэтому исторически только правительственные ведомства и корпорации с глубокими карманами могли войти в спутниковый бизнес. Большая часть стоимости спутника лежит в оборудовании — транспондерах, компьютерах и камерах. Обычный метеорологический спутник стоит около 290 миллионов долларов. Спутник-шпион обойдется на 100 миллионов долларов больше. Добавьте к этому стоимость содержания и ремонта спутников. Компании должны платить за пропускную полосу спутника так же, как владельцы телефонов платят за сотовую связь. Обходится иногда это более чем в 1,5 миллиона долларов в год.
Другим важным фактором является стоимость запуска. Запуск одного спутника в космос может обойтись от 10 до 400 миллионов долларов, в зависимости от аппарата. Ракета Pegasus XL может поднять 443 килограмма на низкую околоземную орбиту за 13,5 миллиона долларов. Запуск тяжелого спутника потребует большей подъемной силы. Ракета Ariane 5G может вывести на низкую орбиту 18 000-килограммовый спутник за 165 миллионов долларов.
Несмотря на затраты и риски, связанные с постройкой, запуском и эксплуатацией спутников, некоторые компании сумели построить целый бизнес на этом. К примеру, Boeing. В 2012 году компания доставила в космос около 10 спутников и получила заказы на более чем семь лет, что принесло ей почти 32 миллиарда долларов дохода.
Будущее спутников
Спустя почти пятьдесят лет после запуска «Спутника», спутники, как и бюджеты, растут и крепнут. США, к примеру, потратили почти 200 миллиардов долларов с начала военной спутниковой программы и теперь, несмотря на все это, обладает флотом стареющих аппаратов, ожидающих своей замены. Многие эксперты опасаются, что строительство и развертывание крупных спутников просто не может существовать на деньги налогоплательщиков. Решением, которое может перевернуть все с ног на голову, остаются частные компании, вроде SpaceX, Virgin Galactic и другие, которых явно не постигнет бюрократический застой, как NASA, NRO и NOAA.
Другое решение — сокращение размера и сложности спутников. Ученые Калтеха и Стэнфордского университета с 1999 года работают над новым типом спутника CubeSat, в основе которого лежат строительные блоки с гранью в 10 сантиметров. Каждый куб содержит готовые компоненты и может объединиться с другими кубиками, чтобы повысить эффективность и снизить нагрузку. Благодаря стандартизации дизайна и сокращению расходов на создание каждого спутника с нуля, один CubeSat может стоить всего 100 000 долларов.
В апреле 2013 года NASA решила проверить этот простой принцип и запустило три CubeSat на базе коммерческих смартфонов. Цель состояла в том, чтобы вывести микроспутники на орбиту на короткое время и сделать несколько снимков на телефоны. Теперь агентство планирует развернуть обширную сеть таких спутников.
Будучи большими или маленькими, спутники будущего должны быть в состоянии эффективно сообщаться с наземными станциями. Исторически сложилось так, что NASA полагалось на радиочастотную связь, но РЧ достигла своего предела, поскольку возник спрос на большую мощность. Чтобы преодолеть это препятствие, ученые NASA разрабатывают систему двусторонней связи на основе лазеров вместо радиоволн. 18 октября 2013 года ученые впервые запустили лазерный луч для передачи данных с Луны на Землю (на расстоянии 384 633 километра) и получили рекордную скорость передачи в 622 мегабита в секунду.