На 4 октомври 1957 г. в ниска околоземна орбита е изстрелян първият в света изкуствен спътник на Земята. Така започна космическата ера в човешката история. Оттогава изкуствените спътници редовно помагат в изучаването на космическите тела на нашата галактика.

Изкуствени спътници на Земята (AES)

През 1957 г. СССР първи извежда сателит в ниска околоземна орбита. Съединените щати бяха вторите, които направиха това, година по-късно. По-късно много страни пуснаха своите сателити в околоземна орбита - но за това често се използват сателити, закупени от СССР, САЩ или Китай. В наши дни сателити се изстрелват дори от радиолюбители. Много спътници обаче имат важни задачи: астрономическите сателити изследват галактиката и космическите обекти, биосателитите помагат за провеждането на научни експерименти върху живи организми в космоса, метеорологичните сателити помагат за прогнозиране на времето и наблюдение на климата на Земята, а задачите на навигационните и комуникационните спътници са ясни от техните имена. Сателитите могат да бъдат в орбита от няколко часа до няколко години: например пилотираният космически кораб може да се превърне в краткосрочен изкуствен спътник, а космическата станция може да се превърне в дългосрочен космически кораб в околоземна орбита. Общо повече от 5800 сателита са изстреляни от 1957 г. насам, 3100 от тях все още са в космоса, но от тези три хиляди само около хиляда работят.

Изкуствени лунни спътници (ALS)

По едно време ISL бяха много полезни при изучаването на Луната: когато навлизаха в нейната орбита, сателитите снимаха лунната повърхност с висока разделителна способност и изпращаха снимки на Земята. Освен това, променяйки траекторията на спътниците, беше възможно да се направят изводи за гравитационното поле на Луната, характеристиките на нейната форма и вътрешна структура. Тук Съветският съюз отново изпреварва всички: през 1966 г. съветската автоматична станция Луна-10 първа навлиза в окололунна орбита. И през следващите три години бяха изстреляни още 5 съветски спътника от серията Luna и 5 американски спътника от серията Lunar Orbiter.

Изкуствени спътници на Слънцето

Любопитно е, че до 70-те години на миналия век изкуствените спътници се появяват близо до Слънцето... по погрешка. Първият такъв сателит беше Луна 1, който пропусна Луната и влезе в орбитата на Слънцето. И това въпреки факта, че преминаването към хелиоцентрична орбита не е толкова просто: устройството трябва да достигне втората космическа скорост, без да надвишава третата. И когато се приближава до планети, устройството може да забави и да стане сателит на планетата или да ускори и напълно да напусне слънчевата система. Но сателитите на НАСА, обикалящи около Слънцето близо до орбитата на Земята, започнаха да правят подробни измервания на параметрите на слънчевия вятър. Японският спътник наблюдаваше Слънцето в рентгенови лъчи около десет години - до 2001 г. Русия изстреля слънчев спътник през 2009 г.: Coronas-Photon ще изучава най-динамичните слънчеви процеси и ще наблюдава слънчевата активност денонощно, за да прогнозира геомагнитни смущения.

Изкуствени спътници на Марс (ISM)

Първите изкуствени спътници на Марс бяха... три ISM наведнъж. Две космически сонди бяха изстреляни от СССР ("Марс-2" и "Марс-3") и още една от САЩ ("Маринър-9"). Но въпросът не е, че изстрелването беше „състезание“ и имаше такова припокриване: всеки от тези спътници имаше своя собствена задача. И трите ISM бяха изстреляни в значително различни елиптични орбити и извършиха различни научни изследвания, като се допълваха взаимно. Mariner 9 изготви карта на повърхността на Марс за картографиране, а съветските сателити проучиха характеристиките на планетата: потока на слънчевия вятър около Марс, йоносферата и атмосферата, топографията, температурното разпределение, количеството водна пара в атмосферата и други данни. Освен това Марс 3 беше първият в света, който направи меко кацане на повърхността на Марс.

Изкуствени спътници на Венера (ASV)

Първите WIS отново бяха съветски космически кораби. Венера 9 и Венера 10 излязоха в орбита през 1975 г. Стигнал до планетата. Те бяха разделени на сателити и устройства, спуснати на планетата. Благодарение на радара WIS учените успяха да получат радиоизображения с висока степен на детайлност, а устройствата, които леко се спуснаха на повърхността на Венера, направиха първите в света снимки на повърхността на друга планета... Третият сателит беше американският Pioneer Venera 1 - пуснат е на вода три години по-късно.

В съвременния свят жителите на нашата планета вече активно използват постиженията на космическите технологии. Научни сателити, като космическия телескоп, ни демонстрират цялото величие и необятност на заобикалящото ни пространство, чудеса, случващи се както в далечните краища на Вселената, така и в близкия космос. Получи активно използване комуникационни сателити, като напр. "Галактика XI". С тяхно участие се осигурява международна и мобилна телефонияи разбира се, сателитна телевизия. Комуникационните сателити играят огромна роля в разпространението интернет. Благодарение на тях ние имаме достъп до информация с огромна скорост, която физически се намира на другия край на света, на друг континент. Сателити за наблюдение, един от тях "Петно", предават информация, важна за различни индустрии и отделни организации, като помагат например на геолозите да търсят минерални находища, на администрациите на големите градове да планират развитие, на еколозите да оценят нивото на замърсяване на реките и моретата. Самолети, кораби и автомобили навигират с помощта на Глобална система за позициониране (GPS) сателити, а управлението на морските комуникации се осъществява чрез навигационни сателитии комуникационни сателити. Вече сме свикнали да виждаме в прогнозите за времето изображения, направени от сателити като напр "Метеосат". Други сателити помагат на учените да наблюдават околната среда, като предават информация като височина на вълните и температура на морската вода. Военни сателитипредоставят на армиите и службите за сигурност голямо разнообразие от информация, включително данни от електронно разузнаване, извършени, например, от сателити "Магнум", както и изображения с много висока разделителна способност, които изпълняват секретни спътници за оптично и радарно разузнаване. В този раздел на сайта ще се запознаем с много сателитни системи, принципите на тяхната работа и структурата на сателитите.

Като начало, за да имате незабавна представа за сложността на сателитните системи и комуникации, нека разгледаме един от първите комуникационни спътници, който е по-„по-близо до реалността“ - сателитът "Комстар".

Комуникационен сателит Comstar 1

Проектиране на комуникационния спътник Comstar-1

Един от първите геостационарни спътници, използвани за ежедневните нужди на хората, е сателитът "Комстар". Сателити "Комстар 1"контролиран от оператора "Комсат"и са наети от AT&T. Техният експлоатационен живот е проектиран за седем години. Те предават телефонни и телевизионни сигнали в Съединените щати, както и в Пуерто Рико. Чрез тях могат да се предават едновременно до 6000 телефонни разговора и до 12 телевизионни канала. Геометрични размери на спътника "Комстар 1": височина: 5,2 м (17 фута), диаметър: 2,3 м (7,5 фута). Началното тегло е 1410 кг (3109 фунта).

Трансивър комуникационна антена с вертикални и хоризонтални поляризационни решетки позволява както приемане, така и предаване на една и съща честота, но с перпендикулярна поляризация. Благодарение на това капацитетът на радиочестотните канали на сателита се удвоява. Гледайки напред, можем да кажем, че поляризацията на радиосигнала вече се използва в почти всички сателитни системи, това е особено познато на собствениците на телевизионни системи за сателитно приемане, където при настройка на високочестотни телевизионни канали те трябва да настроят или вертикално или хоризонтална поляризация.

Друга интересна конструктивна особеност е, че цилиндричното тяло на спътника се върти със скорост около един оборот в секунда, за да осигури ефекта на жироскопична стабилизация на спътника в космоса. Ако вземем предвид значителната маса на спътника - около един и половина тона - тогава ефектът наистина се осъществява. И в същото време сателитните антени остават насочени към определена точка в космоса на Земята, за да излъчват там полезен радиосигнал.

В същото време спътникът трябва да е в геостационарна орбита, т.е. „висят“ над Земята „неподвижно“, по-точно летят около планетата със скоростта на нейното въртене около собствената си ос в посоката на нейното въртене. Отклонението от точката на позициониране поради влиянието на различни фактори, най-значимите от които са смущаващата гравитация на Луната, срещи с космически прах и други космически обекти, се следи от системата за управление и периодично се коригира от двигателите на система за контрол на ориентацията на сателита.

Първият изкуствен спътник на Земята

Изкуствен спътник на Земята (AES) - въртящ се в геоцентрична орбита.

Движение на изкуствен спътник на Земята в геостационарна орбита

За да се движи в орбита около Земята, устройството трябва да има начална скорост, равна или по-голяма от първата евакуационна скорост. Полетите на AES се извършват на височини до няколкостотин хиляди километра. Долната граница на височината на полета на спътника се определя от необходимостта да се избегне процесът на бързо спиране в атмосферата. Орбиталният период на спътника, в зависимост от средната височина на полета, може да варира от час и половина до няколко години. От особено значение са спътниците в геостационарна орбита, чийто орбитален период е строго равен на един ден и следователно за наземен наблюдател те „висят“ неподвижно в небето, което позволява да се отървете от въртящите се устройства в антените.

Терминът сателит обикновено се отнася до безпилотни космически кораби, но близките до Земята пилотирани и автоматични товарни космически кораби, както и орбиталните станции, по същество също са сателити. Автоматичните междупланетни станции и междупланетните космически кораби могат да бъдат изстрелвани в дълбокия космос както заобикаляйки сателитния етап (така нареченото право изкачване), така и след предварително изстрелване в т.нар. сателитна референтна орбита.

В началото на космическата ера сателитите се изстрелват само с помощта на ракети-носители, а в края на 20 век изстрелването на спътници от други спътници - орбитални станции и космически кораби (предимно от космическата совалка MTKK) също става широко разпространено . Теоретично е възможно като средство за изстрелване на сателити, но все още не са внедрени космически кораби MTKK, космически оръдия и космически асансьори. Само малко след началото на космическата ера стана обичайно да се изстрелват повече от един сателит на една ракета носител и до края на 2013 г. броят на едновременно изстреляните сателити в някои ракети носители надхвърли три дузини. По време на някои изстрелвания крайните етапи на ракетите-носители също влизат в орбита и ефективно се превръщат в сателити за определен период от време.

Безпилотните сателити имат маса от няколко кг до две дузини тона и размери от няколко сантиметра до (по-специално, когато се използват слънчеви панели и прибиращи се антени) няколко десетки метра. Космически кораби и космически самолети, които са сателити, достигат няколко десетки тона и метри, а сглобяемите орбитални станции достигат стотици тонове и метри. През 21 век, с развитието на микроминиатюризацията и нанотехнологиите, създаването на свръхмалки спътници cubesat (от един до няколко kg и от няколко до няколко десетки cm) се превърна в масово явление и се появи нов формат, наречен poketsat (буквално джобни) от няколкостотин или десетки грама и няколко сантиметра.

Сателитите са проектирани основно да не могат да се връщат, но някои от тях (предимно пилотирани и някои товарни космически кораби) могат да бъдат частично изтеглени (имащи спускаем апарат) или напълно (космически самолети и сателити, които се връщат на борда).

Изкуствените спътници на Земята се използват широко за научни изследвания и приложни задачи (военни спътници, изследователски спътници, метеорологични спътници, навигационни спътници, комуникационни спътници, биосателити и др.), както и в образованието (университетските сателити са станали широко разпространено явление в света ; в Русия е изстрелян сателит, създаден от преподаватели, аспиранти и студенти от Московския държавен университет; планира се да бъде изстрелян спътникът на Московския държавен технически университет) и радиосателитите за хоби. В началото на космическата ера сателитите бяха изстрелвани от държави (национални правителствени организации), но след това сателитите на частни компании станаха широко разпространени. С появата на cubesats и pocketsat с разходи за изстрелване до няколко хиляди долара, стана възможно изстрелването на сателити от частни лица.

Сателитите са изстреляни от повече от 70 различни държави (както и от отделни компании), използвайки както техните собствени ракети носители (LV), така и тези, предоставени като услуги за изстрелване от други държави и междуправителствени и частни организации.

Първият в света сателит е изстрелян в СССР на 4 октомври 1957 г. (Спутник-1). Втората страна, изстреляла сателит, са САЩ на 1 февруари 1958 г. (Explorer 1). Следните държави - Великобритания, Канада, Италия - изстрелват първите си сателити през 1962, 1962, 1964 г. съответно на американски ракети-носители. Третата страна, изстреляла първия сателит на своята ракета носител е Франция на 26 ноември 1965 г. (Астерикс). Австралия и Германия се сдобиха с първите си спътници през 1967 и 1969 г. съответно и с помощта на ракетата носител на САЩ. Япония, Китай и Израел изстреляха първите си сателити на своите ракети носители през 1970, 1970 и 1988 г. Редица държави - Великобритания, Индия, Иран, както и Европа (междуправителствената организация ESRO, сега ESA) - изстреляха първите си спътници на чужди носители, преди да създадат свои собствени ракети-носители. Първите сателити на много страни са разработени и закупени в други страни (САЩ, СССР, Китай и др.).

Разграничават се следните видове сателити:

Астрономическите спътници са сателити, предназначени да изучават планети, галактики и други космически обекти.
Биосателитите са сателити, предназначени да провеждат научни експерименти върху живи организми в космоса.
Дистанционно наблюдение на Земята
Космически кораб - пилотиран космически кораб
Космически станции - дългосрочни космически кораби
Метеорологичните сателити са сателити, предназначени да предават данни с цел прогнозиране на времето, а също и да наблюдават климата на Земята
Малките сателити са спътници с малко тегло (по-малко от 1 или 0,5 тона) и размер. Включва минисателити (над 100 kg), микросателити (над 10 kg) и наносателити (по-леки от 10 kg), вкл. CubeSats и PocketSats.
Разузнавателни сателити
Навигационни сателити
Комуникационни сателити
Експериментални спътници

На 10 февруари 2009 г. за първи път в историята се случи сблъсък на сателити. Сблъскаха се руски военен сателит (изстрелян в орбита през 1994 г., но изведен от експлоатация две години по-късно) и работещ американски сателит на сателитния телефонен оператор Иридиум. "Космос-2251" тежал почти 1 тон, а "Иридиум 33" 560 кг.

Сателитите се сблъскаха в небето над северен Сибир. В резултат на сблъсъка са се образували два облака от малки отломки и фрагменти (общият брой на фрагментите е около 600).

От външната страна на Sputnik четири антени с камшик предават на късовълнови честоти над и под текущия стандарт (27 MHz). Проследяващите станции на Земята уловиха радиосигнала и потвърдиха, че малкият сателит е оцелял след изстрелването и успешно се е движил около нашата планета. Месец по-късно Съветският съюз изстреля Спутник 2 в орбита. Вътре в капсулата беше кучето Лайка.

През декември 1957 г., отчаяни да поддържат темпото на своите противници от Студената война, американски учени се опитаха да поставят сателит в орбита с планетата Авангард. За съжаление ракетата се разби и изгоря по време на излитане. Малко след това, на 31 януари 1958 г., Съединените щати повториха съветския успех, като възприеха плана на Вернер фон Браун за изстрелване на сателита Explorer 1 с американска ракета. Червен камък. Explorer 1 носеше инструменти за откриване на космически лъчи и откри в експеримент на Джеймс Ван Алън от Университета на Айова, че има много по-малко космически лъчи от очакваното. Това доведе до откриването на две тороидални зони (в крайна сметка кръстени на Ван Алън), пълни със заредени частици, уловени в магнитното поле на Земята.

Окуражени от тези успехи, няколко компании започнаха да разработват и изстрелват сателити през 60-те години. Един от тях беше Hughes Aircraft, заедно със звездния инженер Харолд Розен. Росен ръководи екипа, който реализира идеята на Кларк - комуникационен сателит, поставен в орбитата на Земята по такъв начин, че да може да отхвърля радиовълни от едно място на друго. През 1961 г. НАСА възлага договор на Хюз за изграждане на серията сателити Syncom (синхронни комуникации). През юли 1963 г. Росен и колегите му виждат Syncom-2 да излита в космоса и да навлиза в груба геосинхронна орбита. Президентът Кенеди използва новата система, за да разговаря с министър-председателя на Нигерия в Африка. Скоро излетя и Syncom-3, който всъщност можеше да излъчва телевизионен сигнал.

Започна ерата на сателитите.

Каква е разликата между сателит и космически отпадъци?

Технически сателит е всеки обект, който обикаля около планета или по-малко небесно тяло. Астрономите класифицират луните като естествени спътници и през годините са съставили списък от стотици такива обекти, обикалящи около планети и планети джуджета в нашата слънчева система. Например, те преброиха 67 луни на Юпитер. И все още е.

Обекти, създадени от човека, като Sputnik и Explorer, също могат да бъдат класифицирани като сателити, защото те, подобно на луните, обикалят около планета. За съжаление, човешката дейност е довела до огромно количество отломки в орбитата на Земята. Всички тези парчета и отломки се държат като големи ракети - въртящи се около планетата с висока скорост по кръгова или елипсовидна траектория. При строго тълкуване на дефиницията всеки такъв обект може да се определи като сателит. Но астрономите обикновено смятат сателитите за онези обекти, които изпълняват полезна функция. Метални остатъци и други боклуци попадат в категорията на орбиталните отломки.

Орбиталните отломки идват от много източници:

• Експлозия на ракета, която произвежда най-много боклуци.
• Астронавтът отпусна ръка - ако астронавт поправя нещо в космоса и пропусне гаечен ключ, то е загубено завинаги. Ключът излиза в орбита и лети със скорост около 10 км/сек. Ако удари човек или сателит, резултатите могат да бъдат катастрофални. Големи обекти като МКС са голяма мишена за космически отпадъци.
• Изхвърлени предмети. Части от контейнери за изстрелване, капачки на обектива на камерата и т.н.

НАСА изстреля специален сателит, наречен LDEF, за да изследва дългосрочните ефекти от сблъсъци с космически отпадъци. В продължение на шест години инструментите на сателита регистрираха около 20 000 удара, някои причинени от микрометеорити, а други от орбитални отломки. Учените от НАСА продължават да анализират данните от LDEF. Но Япония вече разполага с гигантска мрежа за улавяне на космически отпадъци.

Какво има вътре в обикновен сателит?

Сателитите се предлагат в различни форми и размери и изпълняват много различни функции, но всички те са фундаментално сходни. Всички те имат метална или композитна рамка и каросерия, която англоезичните инженери наричат ​​автобус, а руснаците - космическа платформа. Космическата платформа обединява всичко и осигурява достатъчно мерки, за да гарантира, че инструментите оцеляват след изстрелването.

Всички сателити имат източник на енергия (обикновено слънчеви панели) и батерии. Слънчевите панели позволяват зареждане на батериите. Най-новите сателити включват и горивни клетки. Сателитната енергия е много скъпа и изключително ограничена. Ядрените енергийни клетки обикновено се използват за изпращане на космически сонди до други планети.

Всички сателити имат бордови компютър за управление и наблюдение на различни системи. Всеки има радио и антена. Като минимум повечето сателити имат радиопредавател и радиоприемник, така че наземният екипаж да може да прави запитвания и да следи състоянието на сателита. Много сателити позволяват много различни неща, от промяна на орбитата до препрограмиране на компютърната система.

Както може да очаквате, сглобяването на всички тези системи не е лесна задача. Отнема години. Всичко започва с определяне на целта на мисията. Определянето на неговите параметри позволява на инженерите да сглобят необходимите инструменти и да ги инсталират в правилния ред. След като спецификациите (и бюджетът) бъдат одобрени, сглобяването на сателита започва. Провежда се в чиста стая, стерилна среда, която поддържа желаната температура и влажност и предпазва сателита по време на разработване и сглобяване.

Обикновено изкуствените спътници се правят по поръчка. Някои компании са разработили модулни сателити, тоест структури, чието сглобяване позволява да се монтират допълнителни елементи според спецификациите. Например сателитите Boeing 601 имаха два основни модула - шаси за транспортиране на подсистемата за задвижване, електроника и батерии; и комплект рафтове тип пчелна пита за съхранение на оборудване. Тази модулност позволява на инженерите да сглобяват сателити от заготовки, а не от нулата.

Как се изстрелват сателитите в орбита?

Днес всички спътници се изстрелват в орбита с ракета. Много ги транспортират в товарния отдел.

При повечето сателитни изстрелвания ракетата се изстрелва право нагоре, което й позволява да се движи по-бързо през гъстата атмосфера и минимизира разхода на гориво. След като ракетата излети, контролният механизъм на ракетата използва инерционната система за насочване, за да изчисли необходимите настройки на соплото на ракетата, за да постигне желаната стъпка.

След като ракетата навлезе във въздуха, на височина от около 193 километра, навигационната система изпуска малки ракети, които са достатъчни, за да обърнат ракетата в хоризонтално положение. След това сателитът се освобождава. Малките ракети се изстрелват отново и осигуряват разлика в разстоянието между ракетата и сателита.

Орбитална скорост и надморска височина

Ракетата трябва да достигне скорост от 40 320 километра в час, за да избегне напълно земната гравитация и да полети в космоса. Космическата скорост е много по-голяма от тази, от която сателитът се нуждае в орбита. Те не избягват земната гравитация, но са в състояние на равновесие. Орбиталната скорост е скоростта, необходима за поддържане на баланс между гравитационното привличане и инерционното движение на спътника. Това е приблизително 27 359 километра в час на височина от 242 километра. Без гравитацията инерцията би отвела сателита в космоса. Дори при гравитация, ако сателитът се движи твърде бързо, той ще бъде отнесен в космоса. Ако сателитът се движи твърде бавно, гравитацията ще го привлече обратно към Земята.

Орбиталната скорост на сателита зависи от височината му над Земята. Колкото по-близо до Земята, толкова по-висока е скоростта. На височина 200 километра орбиталната скорост е 27 400 километра в час. За да поддържа орбита на височина от 35 786 километра, спътникът трябва да се движи със скорост от 11 300 километра в час. Тази орбитална скорост позволява на сателита да прави едно прелитане на всеки 24 часа. Тъй като Земята също се върти 24 часа, спътникът на височина от 35 786 километра е във фиксирана позиция спрямо повърхността на Земята. Това положение се нарича геостационарно. Геостационарната орбита е идеална за метеорологични и комуникационни сателити.

Като цяло, колкото по-висока е орбитата, толкова по-дълго сателитът може да остане там. На малка надморска височина спътникът е в земната атмосфера, което създава съпротивление. На голяма надморска височина практически няма съпротивление и спътникът, подобно на луната, може да остане в орбита в продължение на векове.

Видове сателити

На земята всички сателити изглеждат еднакво - лъскави кутии или цилиндри, украсени с крила, направени от слънчеви панели. Но в космоса тези дървени машини се държат много различно в зависимост от траекторията на полета, надморската височина и ориентацията. В резултат класификацията на сателитите се превръща в сложен въпрос. Един подход е да се определи орбитата на кораба спрямо планета (обикновено Земята). Спомнете си, че има две основни орбити: кръгова и елиптична. Някои сателити започват в елипса и след това навлизат в кръгова орбита. Други следват елиптичен път, известен като орбита на Молния. Тези обекти обикновено кръжат от север на юг през полюсите на Земята и завършват пълно прелитане за 12 часа.

Сателитите с полярна орбита също преминават покрай полюсите с всяко завъртане, въпреки че орбитите им са по-малко елиптични. Полярните орбити остават фиксирани в космоса, докато Земята се върти. В резултат на това по-голямата част от Земята преминава под сателита в полярна орбита. Тъй като полярните орбити осигуряват отлично покритие на планетата, те се използват за картографиране и фотография. Синоптиците също разчитат на глобална мрежа от полярни спътници, които обикалят земното кълбо на всеки 12 часа.

Можете също да класифицирате сателитите според тяхната височина над земната повърхност. Въз основа на тази схема има три категории:

• Ниска околоземна орбита (LEO) - LEO спътниците заемат област от пространството от 180 до 2000 километра над Земята. Сателитите, които обикалят близо до повърхността на Земята, са идеални за наблюдение, военни цели и събиране на информация за времето.
• Средна околоземна орбита (MEO) – Тези спътници летят от 2000 до 36 000 км над Земята. GPS навигационните сателити работят добре на тази надморска височина. Приблизителната орбитална скорост е 13 900 км/ч.
• Геостационарна (геосинхронна) орбита - геостационарни сателити обикалят около Земята на надморска височина над 36 000 km и със същата скорост на въртене като планетата. Следователно сателитите в тази орбита винаги са позиционирани към едно и също място на Земята. Много геостационарни спътници летят по екватора, което създава много задръствания в този регион на космоса. Няколкостотин телевизионни, комуникационни и метеорологични сателити използват геостационарна орбита.

И накрая, може да се мисли за сателитите в смисъла на това къде „търсят“. Повечето от обектите, изпратени в космоса през последните няколко десетилетия, гледат към Земята. Тези сателити имат камери и оборудване, които могат да виждат нашия свят в различни дължини на вълната на светлината, което ни позволява да се наслаждаваме на невероятни гледки на ултравиолетовите и инфрачервените тонове на нашата планета. Все по-малко сателити обръщат поглед към космоса, където наблюдават звезди, планети и галактики и сканират за обекти като астероиди и комети, които биха могли да се сблъскат със Земята.

Известни сателити

Доскоро сателитите си оставаха екзотични и свръхсекретни инструменти, използвани предимно за военни цели за навигация и шпионаж. Сега те са се превърнали в неразделна част от нашето ежедневие. Благодарение на тях знаем прогнозата за времето (въпреки че синоптиците много често грешат). Гледаме телевизия и имаме достъп до интернет също благодарение на сателитите. GPS в нашите коли и смартфони ни помага да стигнем до мястото, където трябва да отидем. Струва ли си да говорим за безценния принос на телескопа Хъбъл и работата на астронавтите на МКС?

Има обаче истински герои на орбита. Нека ги опознаем.

1. Сателитите Landsat снимат Земята от началото на 70-те години на миналия век и държат рекорда за наблюдение на земната повърхност. Landsat-1, известен в даден момент като ERTS (Earth Resources Technology Satellite), беше изстрелян на 23 юли 1972 г. Носеше два основни инструмента: камера и мултиспектрален скенер, създаден от Hughes Aircraft Company и способен да записва данни в зелен, червен и два инфрачервени спектъра. Сателитът създаде толкова прекрасни изображения и беше смятан за толкова успешен, че го последва цяла серия. НАСА изстреля последния Landsat-8 през февруари 2013 г. Това превозно средство носеше два сензора за наблюдение на Земята, Operational Land Imager и Thermal Infrared Sensor, събиращи мултиспектрални изображения на крайбрежни региони, полярен лед, острови и континенти.
2. Геостационарните оперативни сателити за околната среда (GOES) обикалят Земята в геостационарна орбита, като всеки отговаря за определена част от земното кълбо. Това позволява на сателитите да наблюдават отблизо атмосферата и да откриват промени в метеорологичните условия, които могат да доведат до торнадо, урагани, наводнения и гръмотевични бури. Сателитите се използват и за оценка на валежите и натрупването на сняг, измерване на размера на снежната покривка и проследяване на движението на морския и езерния лед. От 1974 г. 15 сателита GOES са изстреляни в орбита, но само два спътника, GOES West и GOES East, наблюдават времето във всеки един момент.
3. Джейсън-1 и Джейсън-2 изиграха ключова роля в дългосрочния анализ на океаните на Земята. НАСА изстреля Jason-1 през декември 2001 г., за да замени спътника NASA/CNES Topex/Poseidon, който работеше над Земята от 1992 г. В продължение на почти тринадесет години Jason-1 измерва морското равнище, скоростта на вятъра и височината на вълните в повече от 95% от океаните на Земята без лед. НАСА официално пенсионира Jason-1 на 3 юли 2013 г. Jason-2 влезе в орбита през 2008 г. Носеше високоточни инструменти, които позволяваха измерване на разстоянието от сателита до повърхността на океана с точност до няколко сантиметра. Тези данни, в допълнение към тяхната стойност за океанографите, предоставят обширна представа за поведението на глобалните климатични модели.

Колко струват сателитите?

След Sputnik и Explorer сателитите станаха по-големи и по-сложни. Вземете например TerreStar-1, търговски сателит, който ще предоставя услуга за мобилни данни в Северна Америка за смартфони и подобни устройства. Изстрелян през 2009 г., TerreStar-1 тежеше 6910 килограма. И когато е напълно разгърнат, той разкрива 18-метрова антена и масивни слънчеви панели с размах на крилата от 32 метра.

Изграждането на такава сложна машина изисква много ресурси, така че исторически само правителствени агенции и корпорации с дълбоки джобове можеха да навлязат в сателитния бизнес. По-голямата част от цената на сателита е в оборудването - транспондери, компютри и камери. Един типичен сателит за времето струва около 290 милиона долара. Шпионски сателит би струвал 100 милиона долара повече. Добавете към това разходите за поддръжка и ремонт на сателити. Компаниите трябва да плащат за сателитна честотна лента по същия начин, по който собствениците на телефони плащат за клетъчна услуга. Това понякога струва повече от 1,5 милиона долара годишно.

Друг важен фактор са началните разходи. Изстрелването на един сателит в космоса може да струва от 10 до 400 милиона долара в зависимост от устройството. Ракетата Pegasus XL може да издигне 443 килограма в ниска околоземна орбита за 13,5 милиона долара. Изстрелването на тежък сателит ще изисква повече повдигане. Ракетата Ariane 5G може да изведе 18 000-килограмов сателит в ниска орбита за 165 милиона долара.

Въпреки разходите и рисковете, свързани с изграждането, изстрелването и експлоатацията на сателити, някои компании успяха да изградят цели бизнеси около него. Например Боинг. Компанията достави около 10 спътника в космоса през 2012 г. и получи поръчки за повече от седем години, генерирайки близо 32 милиарда долара приходи.

Бъдещето на сателитите

Почти петдесет години след изстрелването на Спутник сателитите, подобно на бюджетите, растат и стават по-силни. САЩ, например, са похарчили почти 200 милиарда долара от началото на своята военна сателитна програма и сега, въпреки всичко това, разполагат с флот от остарели сателити, които чакат да бъдат заменени. Много експерти се опасяват, че изграждането и разполагането на големи сателити просто не може да съществува с долари на данъкоплатците. Решението, което може да обърне всичко с главата надолу, остават частни компании като SpaceX и други, които очевидно няма да страдат от бюрократична стагнация, като NASA, NRO и NOAA.

Друго решение е намаляването на размера и сложността на сателитите. Учени от Caltech и Станфордския университет работят от 1999 г. върху нов тип CubeSat, който се основава на градивни блокове с 10-сантиметров ръб. Всяко кубче съдържа готови компоненти и може да се комбинира с други кубчета за повишаване на ефективността и намаляване на стреса. Чрез стандартизиране на дизайна и намаляване на разходите за изграждане на всеки сателит от нулата, един CubeSat може да струва само $100 000.

През април 2013 г. НАСА реши да тества този прост принцип с три CubeSat, захранвани от търговски смартфони. Целта беше микросателитите да бъдат изведени за кратко в орбита и да направят няколко снимки с телефоните си. Сега агенцията планира да разгърне широка мрежа от такива сателити.

Независимо дали са големи или малки, бъдещите сателити трябва да могат да комуникират ефективно с наземните станции. В исторически план НАСА разчиташе на радиочестотни комуникации, но радиочестотите достигнаха лимита си, когато се появи търсенето на повече мощност. За да преодолеят това препятствие, учените от НАСА разработват двупосочна комуникационна система, използваща лазери вместо радиовълни. На 18 октомври 2013 г. учените за първи път изстреляха лазерен лъч за предаване на данни от Луната към Земята (на разстояние 384 633 километра) и постигнаха рекордна скорост на предаване от 622 мегабита в секунда.

AES "Космос"

„Космос“ е името на серия съветски изкуствени спътници на Земята за научни, технически и други изследвания в околоземното пространство. Програмата за изстрелване на сателит Космос включва изследване на космическите лъчи, радиационния пояс на Земята и йоносферата, разпространението на радиовълни и друго лъчение в земната атмосфера, слънчевата активност и слънчевата радиация в различни части на спектъра, тестване на компоненти на космически кораби и изясняване на влиянието на метеорната материя върху структурните елементи на космическия кораб, изследване на влиянието на безтегловността и други космически фактори върху биологични обекти и др. Такава обширна изследователска програма и следователно голям брой изстрелвания изправиха инженерите и дизайнерите пред задачата да ограничат унифицирането на дизайна на обслужващите системи на изкуствените спътници Космос. Решението на този проблем направи възможно изпълнението на някои програми за стартиране с помощта на едно тяло, стандартен състав от сервизни системи, обща верига за управление на бордовото оборудване, унифицирана система за захранване и редица други унифицирани системи и устройства . Това направи възможно серийното производство на Космос и компонентни системи, опрости подготовката за изстрелване на сателити и значително намали разходите за научни изследвания.

Спътниците "Космос" се извеждат в кръгови и елиптични орбити, чийто диапазон на надморска височина е от 140 (Космос-244) до 60 600 км (Космос-159) и широк диапазон на орбитални наклони от 0,1° (Космос-775). ° („Космос-1484”) позволява доставката на научно оборудване до почти всички области на околоземното пространство. Орбиталните периоди на спътниците Космос варират от 87,3 минути (Космос-244) до 24 часа и 2 минути (Космос-775). Времето на активна работа на спътника Космос зависи от програмите за научно изстрелване, орбиталните параметри и експлоатационните ресурси на бордовите системи. Например Космос-27 беше в орбита 1 ден, а Космос-80, според изчисленията, ще съществува 10 хиляди години.

Ориентацията на изкуствените спътници на Земята „Космос” зависи от характера на провежданите изследвания. За решаване на такива проблеми като метеорологични експерименти, изучаване на спектъра на радиация, напускаща Земята и т.н., се използват спътници с ориентация спрямо Земята. При изучаване на процесите, протичащи на Слънцето, се използват модификации на "Космос" с ориентация към Слънцето. Сателитните системи за ориентация са различни - реактивни (ракетни двигатели), инерционни (въртящ се вътре в спътника маховик) и др. Най-голяма точност на ориентация се постига чрез комбинирани системи. Предаването на информация се извършва главно в диапазоните 20, 30 и 90 MHz. Някои сателити са оборудвани с телевизионни комуникации.

В съответствие с решаваните задачи редица спътници от серията Космос имат спускаема капсула за връщане на научно оборудване и експериментални обекти на Земята (Космос-4, -110, -605, -782″ и други). Спускането на капсулата от орбита се осигурява от спирачна задвижваща система с предварителна ориентация на спътника. Впоследствие капсулата се забавя в плътни слоеве на атмосферата поради аеродинамична сила, а на определена височина се задейства парашутната система.

На спътниците Космос-4, -7, -137, -208, -230, -669” и др. е проведена програма за изследване на първичните космически лъчи и радиационния пояс на Земята, включваща измервания за осигуряване на радиационна безопасност при пилотиране. полети (например на "Космос-7" по време на полета на космическия кораб "Восток-3, -4"). Полетите "Космос-135" и "Космос-163" окончателно разсеяха дългогодишното предположение за съществуването на облак прах около Земята. Изкуствените спътници "Космос" се използват широко за решаване на национални икономически проблеми. Например „Изследване на разпространението и формирането на облачни системи в земната атмосфера“ е един от елементите в програмата за изстрелване на сателит „Космос“. Работата в тази посока, както и натрупаният опит в експлоатацията на спътниците Космос-14, -122, -144, -156, -184, -206 и други доведоха до създаването на метеорологичните спътници Метеор, а след това и метеорологичния Метеор. космическа система" Космическите спътници се използват за навигация, геодезия и др.

Значителен брой експерименти на тези спътници са свързани с изследването на горната атмосфера, йоносферата, земната радиация и други геофизични явления (например изследването на разпределението на водните пари в мезосферата - на Космос-45, -65, изследване на преминаването на свръхдълги радиовълни през йоносферата - на Космос -142", наблюдение на термично радиоизлъчване от повърхността на Земята и изследване на земната атмосфера с помощта на собствено радио и субмилиметрово лъчение - на Космос-243, -669 масспектрометрични експерименти - на Космос-274). На спътниците Космос-166, -230 са проведени изследвания на рентгеновото лъчение от Слънцето, включително по време на слънчеви изригвания, на Космос-215 е изследвано разсейването на лъчението на Лайман-алфа в геокороната (8 малки телескопа са били изследвани инсталиран на сателита), на "Космос-142" извърши изследване на зависимостта на интензивността на космическото радиоизлъчване от редица фактори. На някои спътници Космос бяха проведени експерименти за изследване на метеорни частици (Космос-135 и други). На спътниците Космос-140, -656 и други са извършени тестове на свръхпроводяща магнитна система с напрегнатост на полето до 1,6 MA/m, която може да се използва за анализ на заредени частици с енергия до няколко GeV. На същите спътници са проведени изследвания на течен хелий, който е в свръхкритично състояние. Сателитите Космос-84, -90 имаха изотопни генератори като част от техните системи за захранване. На спътника Космос-97 е инсталиран вграден квантов молекулярен генератор, експериментите с който позволиха да се повиши точността на единната времева система земя-космос, чувствителността на приемното оборудване и стабилността на честотата на радиовълните на предаватели с няколко порядъка.

Бяха проведени медицински и биологични експерименти на редица спътници Космос, които позволиха да се определи степента на влияние на факторите на космическия полет върху функционалното състояние на биологични обекти - от едноклетъчни водорасли, растения и техните семена (Космос-92, - 44, -109) на кучета и други животни (“Космос-110, -782, -936”). Изучаването на резултатите от тези изследвания в съчетание с данните от медицинските наблюдения на човешкото тяло в космоса помага да се разработят най-благоприятните режими на работа, почивка и хранене на космонавтите, да се създаде необходимото оборудване за космическите кораби и екипажите на космическият кораб - дрехи и храна. На Cosmos-690 са проведени изследвания върху ефекта на радиацията върху живите организми и за симулиране на мощни слънчеви изригвания на борда на сателита е използван източник на радиация (цезий-137) с активност 1,2-1014 дисперсия/s. На спътника Космос-782 е инсталирана центрофуга с диаметър 60 см, с помощта на която са изследвани възможността за създаване на изкуство, гравитацията и нейното въздействие върху биологични обекти. На редица биологични спътници (например Космос-605, -690 и други)

Някои спътници на Космос са тествани като безпилотни космически кораби. По време на съвместния полет на спътниците Космос-186 и Космос-188 през октомври 1967 г. за първи път в света е извършено автоматично рандеву и скачване в орбита; След разкачването им автономният полет продължи и спускаемите апарати кацнаха на територията на СССР. През април 1968 г. е извършено автоматично скачване в орбита по време на полетите на Космос-212 и Космос-213 - и двата спътника (спускаеми апарати) също кацнаха на територията на СССР. През юни 1981 г., за да се тестват бордовите системи на новия космически кораб, сателитът Космос-1267 се скачи с орбиталната станция Салют-6. До 29 юли 1982 г. орбиталната станция и изкуственият спътник са в скачено състояние. На сателитите от серията Cosmos бяха тествани отделни системи и беше тествано оборудването на много други космически кораби. По този начин на „Космос-41“ бяха тествани някои конструктивни елементи на комуникационните спътници „Молния“, които в комбинация със специално създадени приемни, предавателни и антенни устройства на земни станции сега образуват постоянна система за космически комуникации на дълги разстояния „Космос“. -1000” изпълнени навигационни задачи. Отделни компоненти на лунохода бяха тествани на спътниците Космос.

Практическото международно сътрудничество между социалистическите страни в изследването на космическото пространство започна с изстрелването на изкуствените спътници на Земята „Космос“. Основната задача на спътника Космос-261, изстрелян през декември 1968 г., беше да проведе сложен експеримент, включващ директни измервания на спътника, по-специално характеристиките на електроните и протоните, които причиняват полярните сияния, и вариациите в плътността на горния атмосфера по време на тези сияния и наземни изследвания на сиянията. В тази работа взеха участие научни институти и обсерватории на Беларуската народна република, Унгария, Германската демократична република, Полша, Социалистическата република, СССР и Чехословакия. Специалисти от Франция, САЩ и други страни също участваха в експерименти върху сателити от тази серия.

Спътниците на Земята "Космос" се изстрелват от 1962 г. с помощта на ракети-носители "Космос", "Союз", "Протон" и други, способни да доставят в орбита полезни товари с тегло до няколко тона. До 1964 г. спътниците на Космос се извеждат в орбита и от ракетата носител „Восток“. На 1 януари 1984 г. са изстреляни 1521 изкуствени спътника на Земята „Космос“.