4 жовтня 1957 року на навколоземну орбіту було виведено перший світі штучний супутник Землі. Так почалася космічна епоха історія людства. З того часу штучні супутники справно допомагають вивчати космічні тіла нашої галактики.

Штучні супутники Землі (ІСЗ)

1957 року СРСР першими запустили супутник на навколоземну орбіту. Другими це зробили США, через рік. Потім вже багато країн запускали свої супутники на орбіту Землі - щоправда, цього часто використовувалися супутники, куплені в СРСР, США чи Китаї. Нині супутники запускаються навіть радіоаматорами. Однак у багатьох ШСЗ є важливі завдання: астрономічні супутники досліджують галактику та космічні об'єкти, біосупутники допомагають проводити наукові експерименти над живими організмами в космосі, метеорологічні ШСЗ дозволяють передбачати погоду та спостерігати за кліматом Землі, а завдання навігаційних та супутників зв'язку зрозумілі. Супутники можуть бути на орбіті від кількох годин до кількох років: так, пілотовані космічні кораблі можуть стати короткостроковим штучним супутником, а космічна станція - довгостроковим космічним кораблем на орбіті Землі. Усього з 1957 року було запущено понад 5800 супутників, 3100 із них, як і раніше, у космосі, проте працюють із цих трьох тисяч лише близько однієї тисячі.

Штучні супутники Місяця (ІСЛ)

ІСЛ свого часу дуже допомогли у вивченні Місяця: виходячи на його орбіту, супутники фотографували місячну поверхню у високій роздільній здатності та відправляли знімки на Землю. Крім того, щодо зміни траєкторії супутників можна було зробити висновки про поле тяжіння Місяця, особливості його форми та внутрішньої будови. Тут Радянський Союз знову випередив усіх: 1966 року першою на місячну орбіту вийшла радянська автоматична станція «Місяць-10». А за наступні три роки було запущено ще 5 радянських супутників серії «Місяць» та 5 американських – серії «Лунар орбітер».

Штучні супутники Сонця

Цікаво, що до 1970-х років штучні супутники з'являлися у Сонця… помилково. Першим таким супутником став «Місяць-1», що промахнувся повз Місяць і вийшов на орбіту Сонця. І це при тому, що перейти на геліоцентричну орбіту не так просто: апарат має набрати другу космічну швидкість, не перевищивши третьої. А зближуючись із планетами, апарат може сповільнитися і стати супутником планети, або прискоритися і зовсім залишити сонячну систему. Але супутники NASA, що обертаються навколо Сонця поблизу земної орбіти, стали виконувати детальні вимірювання параметрів сонячного вітру. Японський супутник близько десяти років спостерігав за Сонцем у рентгенівському діапазоні – до 2001 року. Росія запустила сонячний супутник у 2009 році: «Коронас-Фотон» досліджуватиме найбільш динамічні сонячні процеси та цілодобово спостерігатиме за сонячною активністю, щоб прогнозувати геомагнітні обурення.

Штучні супутники Марса (ІСМ)

Першими штучними супутниками Марса стали… одразу три ІСМ. Два космічні зонди випустив СРСР («Марс-2» та «Марс-3») і ще один – США («Марінер-9»). Але справа не в тому, що запуск проходив «наперегонки» і відбулася така вонакладка: у кожного з цих супутників було своє завдання. Усі три ІСМ були виведені на суттєво різні еліптичні орбіти та виконували різні наукові дослідження, доповнюючи один одного. "Марінер-9" виробляв схемку поверхні Марса для картографування, а радянські супутники вивчали характеристики планети: обтікання Марса сонячним вітром, іоносферу та атмосферу, рельєф, розподіл температури, кількість пар води в атмосфері та інші дані. До того ж, Марс-3 першим у світі зробив м'яку посадку на поверхню Марса.

Штучні супутники Венери (ІСВ)

Першими ІСВ знову стали радянські космічні апарати. Венера-9 і Венера-10 вийшли на орбіту в 1975 році. Досягши планети. Вони розділилися на супутники і апарати, що спускаються на планету. Завдяки радіолокації ІСВ вчені змогли отримати радіозображення з високим ступенем деталізації, а апарати, що м'яко опустилися на поверхню Венери, зробили перші у світі фотографії поверхні іншої планети… Третім супутником став американський «Піонер-Венера-1» — його запустили через три роки.

У сучасному світі жителі нашої планети вже активно користуються здобутками космічних технологій. Наукові супутники, такі, як космічний телескоп, демонструють нам всю велич і неосяжність навколишнього простору, дива, що відбуваються як у віддалених куточках Всесвіту, так і в найближчому космосі. Активне використання отримали супутники зв'язку, подібні, наприклад, "Гелаксі XI". За їх участю забезпечується міжнародний та мобільний телефонний зв'язокі, звичайно, супутникове телебачення. Супутники зв'язку грають величезну роль поширенні інтернету. Це завдяки їм ми маємо змогу з величезною швидкістю отримати доступ до інформації, яка фізично розташована на іншому кінці світу, на іншому континенті. Супутники спостереження, один із них "Спіт", Передають інформацію, важливу для різних галузей промисловості та окремих організацій, допомагаючи, наприклад, геологам шукати родовища корисних копалин, адміністраціям великих міст - планувати забудову, екологам - оцінювати рівень забруднення річок та морів. Літаки, кораблі та автомобілі орієнтуються, використовуючи супутники Глобальної системи орієнтування (GPS), А управління морськими комунікаціями здійснюється з використанням навігаційних супутниківта супутників зв'язку. Ми вже звикли бачити у прогнозах погоди знімки, зроблені такими супутниками, як "Метеосат". Інші супутники допомагають вченим стежити за станом навколишнього середовища, передаючи інформацію, як висота хвиль і температура морської води. Військові супутникизабезпечують армії та органи безпеки найрізноманітнішою інформацією, у тому числі даними радіоелектронної розвідки, що виконується, наприклад, супутниками "Магнум", а також знімками з дуже високою роздільною здатністю, які виконують секретні супутники оптичної та радіолокаційної розвідки. У цьому розділі сайту ми познайомимося з багатьма супутниковими системами, принципами їх роботи та пристроєм супутників.

Для початку, щоб одразу мати уявлення про складність супутникових систем та комунікацій, розглянемо більш "наближений до дійсності" один із перших супутників зв'язку - супутник «Комстар».

Супутник зв'язку «Комстар 1»

Конструкція супутника зв'язку «Комстар-1»

Одним із перших геостаціонарних супутників, що застосовувалися для повсякденних потреб людей, став супутник «Комстар». Супутники «Комстар 1»керуються оператором «Комсат»та орендуються AT&T. Їхній термін служби розрахований на сім років. Вони ретранслюють сигнали телефонії та телевізійні сигнали в межах території США, а також Пуерто-Ріко. Через них може одночасно ретранслюватися до 6000 телефонних розмов та до 12 телевізійних каналів. Геометричні розміри супутника «Комстар 1»Осі: висота: 5,2 м (17 футів), діаметр: 2,3 м (7,5 фута). Стартова вага складає 1410 кг (3109 фунтів).

Приймає антена зв'язку з вертикальною і горизонтальною поляризаційними гратами, дозволяє вести і прийом, і передачу на одній частоті, але з перпендикулярною поляризацією. За рахунок цього пропускна здатність радіочастотних каналів супутника подвоюється. Забігаючи вперед, можна сказати, що поляризація радіосигналу використовується зараз практично у всіх супутникових системах, особливо це знайоме власникам супутникових приймальних телевізійних систем, де при налаштуванні на високочастотні телеканали доводиться встановлювати вертикальну або горизонтальну поляризацію.

Ще одна цікава конструктивна особливість полягає в тому, що циліндричний корпус супутника обертається зі швидкістю близько одного оберту за секунду, щоб забезпечити ефект гіроскопічної стабілізації супутника в просторі. Якщо врахувати чималу масу супутника – близько півтори тонни – то ефект справді має місце. І при цьому антени супутника залишаються спрямованими до певної точки простору на Землі, щоб випромінювати туди корисний радіосигнал.

Одночасно супутник має бути геостаціонарної орбіті, тобто. " висіти " над Землею " нерухомо " , точніше, летіти навколо планети зі швидкістю її обертання навколо своєї осі у бік її обертання. Відхід з точки позиціонування внаслідок впливу різних чинників, найзначнішими з яких є заважання Місяця, що заважає, зустріч з космічним пилом та іншими об'єктами космосу, відстежується системою управління і періодично коригується двигунами системи орієнтації супутника.

Перший штучний супутник Землі

Штучний супутник Землі (ІСЗ) - , що обертається навколо геоцентричної орбіти.

Рух штучного супутника Землі геостаціонарною орбітою

Для руху орбітою навколо Землі апарат повинен мати початкову швидкість, рівну чи велику першої космічної швидкості. Польоти ШСЗ виконуються на висотах до кількох сотень тисяч кілометрів. Нижню межу висоти польоту ШСЗ обумовлює необхідність уникнення процесу швидкого гальмування в атмосфері. Період звернення супутника по орбіті в залежності від середньої висоти польоту може становити від півтори години до декількох років. Особливе значення мають супутники на геостаціонарній орбіті, період обігу яких суворо дорівнює добі і тому для наземного спостерігача вони нерухомо «висять» на небосхилі, що дозволяє позбутися поворотних пристроїв в антенах.

Під поняттям супутник, як правило, маються на увазі безпілотні космічні апарати, проте навколоземні пілотовані та автоматичні вантажні космічні кораблі, а також орбітальні станції по суті також є супутниками. Автоматичні міжпланетні станції та міжпланетні космічні кораблі можуть запускатися в далекий космос як минаючи стадію супутника (т.зв. пряме сходження), і після попереднього виведення т.зв. опорну орбіту супутника

На початку космічної ери супутники запускалися тільки за допомогою ракет-носіїв, а до кінця XX століття широкого поширення набув також запуск супутників з борту інших супутників - орбітальних станцій та космічних кораблів (насамперед з МТКК-космоплана Спейс Шаттл). Як засоби виведення супутників теоретично можливі, але поки що не реалізовані також МТКК-космолоти, космічні гармати, космічні ліфти. Вже через невеликий час після початку космічної ери стало звичайним виведення більш ніж одного супутника на одній ракеті-носії, а до кінця 2013 року кількість супутників, що виводяться одночасно в деяких запусках ракет-носіїв, перевищила три десятки. Під час деяких запусків останні щаблі ракет-носіїв також виходять на орбіту і на якийсь час фактично стають супутниками.

Безпілотні супутники мають маси від кількох кілограмів до двох десятків тонн і розмірності від кількох сантиметрів до (зокрема, при використанні сонячних батарей та висувних антен) кількох десятків метрів. Космічні кораблі і космоплани, що є супутниками, досягають декількох десятків тонн і метрів, а збірні орбітальні станції - сотень тонн і метрів. У XXI столітті з розвитком мікромініатюризації та нано-технологій масовим явищем стало створення надмалих супутників форматів кубсат (від одного до декількох кг і від кількох до кількох десятків см), а також з'явився новий формат покетсат (буквально кишеньковий) у кілька сотень або десятків грамів кілька сантиметрів.

Супутники переважно створюються як неповоротні, проте деякі з них (насамперед пілотовані і деякі вантажні космічні кораблі) є частково повертаються (маючи апарат, що спускається) або повністю (космоплани і супутники, що повертаються на їх борту).

Штучні супутники Землі широко використовуються для наукових досліджень та прикладних завдань (військові супутники, дослідні супутники, метеорологічні супутники, навігаційні супутники, супутники зв'язку, біосупутник тощо), а також в освіті (у світі стали масовим явищем університетські ШСЗ; у Росії запущений ШСЗ, створений викладачами, аспірантами та студентами МДУ, планується запуск супутника МДТУ ім. Баумана) та хобі – радіоаматорські супутники. На початку космічної ери супутники запускалися державам (національними державними організаціями), проте потім широкого поширення набули супутники приватних компаній. З появою кубсатів та покетсатів із вартістю виведення до кількох тисяч доларів став можливим запуск супутників приватними особами.

ШСЗ запускалися більш ніж 70 різними країнами (а також окремими компаніями) за допомогою як власних ракет-носіїв (РН), так і пускових послуг, що надаються іншими країнами та міждержавними та приватними організаціями.

Перший у світі ШСЗ запущений у СРСР 4 жовтня 1957 (Супутник-1). Другою країною, що запустила ШСЗ, стали США 1 лютого 1958 (Експлорер-1). Наступні країни - Великобританія, Канада, Італія - ​​запустили свої перші ШСЗ у 1962, 1962, 1964 роках. відповідно на американських РН. Третьою країною, яка вивела перший ШСЗ на своїй РН, стала Франція 26 листопада 1965 (Астерікс). Австралія та ФРН обзавелися першими ШСЗ у 1967 та 1969 роках. відповідно також за допомогою РН США. На РН запустили свої перші ШСЗ Японія, Китай, Ізраїль 1970, 1970, 1988 гг. Ряд країн – Великобританія, Індія, Іран, а також Європа (міждержавна організація ESRO, нині ESA) – запустили свої перші ШСЗ на іноземних носіях, перш ніж створили свої РН. Перші ШСЗ багатьох країн були розроблені та закуплені в інших країнах (США, СРСР, Китаї та ін.).

Розрізняють такі типи супутників:

Астрономічні супутники – це супутники, призначені для дослідження планет, галактик та інших космічних об'єктів.
Біосупутники - це супутники, призначені щодо наукових експериментів над живими організмами за умов космосу.
Дистанційного зондування Землі
Космічні кораблі - пілотовані космічні апарати
Космічні станції - довгострокові космічні кораблі
Метеорологічні супутники - це супутники, призначені передачі даних з метою прогнозування погоди, і навіть спостереження клімату Землі
Малі супутники – супутники малої ваги (менше 1 або 0.5 тонн) та розміру. Включають мінісупутники (понад 100 кг), мікросупутники (понад 10 кг) і наносупутники (легше 10 кг), в т.ч. кубсати та покетсати.
Розвідувальні супутники
Супутники навігації
Супутники зв'язку
Експериментальні супутники

10 лютого 2009 року вперше в історії сталося зіткнення супутників. Зіткнулися російський військовий супутник (виведений на орбіту в 1994 році, але через два роки списаний) та робочий американський супутник, оператор супутникового телефонного зв'язку Ірідіум. "Космос-2251" важив майже 1 тонну, а "Iridium 33" 560 кг.

Зіткнулися супутники у небі над північною частиною Сибіру. В результаті зіткнення утворилося дві хмари з дрібних уламків та фрагментів (загальна кількість уламків склала близько 600).

На зовнішній стороні «Супутника» чотири штирьові антени передавали на короткохвильовій частоті вище і нижче за нинішній стандарт (27 МГц). Станції стеження на Землі зловили радіосигнал і підтвердили, що крихітний супутник пережив запуск і успішно вийшов на курс довкола нашої планети. Місяцем пізніше Радянський Союз запустив на орбіту Супутник-2. Усередині капсули був собака Лайка.

У грудні 1957 року, відчайдушно намагаючись йти в ногу зі своїми противниками холодної війни, американські вчені спробували вивести супутник на орбіту разом з планетою Vanguard. На жаль, ракета розбилася та згоріла ще на стадії зльоту. Незабаром після цього, 31 січня 1958 року, США повторили успіх СРСР, ухваливши план Вернера фон Брауна, який полягав у виведенні супутника Explorer-1 із ракетою U.S. Redstone. Explorer-1 ніс інструменти для виявлення космічних променів і виявив під час експерименту Джеймса Ван Аллена з Університету Айови, що космічних променів набагато менше, ніж очікувалося. Це призвело до відкриття двох тороїдальних зон (зрештою названих на честь Ван Аллена), наповнених зарядженими частинками, захопленими магнітним полем Землі.

Натхненні цими успіхами деякі компанії почали розробляти і запускати супутники в 60-х роках. Однією з них була Hughes Aircraft разом із зірковим інженером Гарольдом Розеном. Розен очолив команду, яка втілила ідею Кларка – супутник зв'язку, розміщений на орбіті Землі таким чином, що міг відбивати радіохвилі з одного місця до іншого. У 1961 році NASA уклало контракт із Hughes, щоб побудувати серію супутників Syncom (синхронний зв'язок). У липні 1963 року Розен та його колеги побачили, як Syncom-2 злетів у космос і вийшов на грубу геосинхронну орбіту. Президент Кеннеді використав нову систему, щоб поговорити з прем'єр-міністром Нігерії в Африці. Невдовзі злетів і Syncom-3, котрий насправді міг транслювати телевізійний сигнал.

Епоха супутників розпочалася.

Яка різниця між супутником та космічним сміттям?

Технічно супутник це будь-який об'єкт, який обертається навколо планети або меншого небесного тіла. Астрономи класифікують місяця як природні супутники, і протягом багатьох років вони склали список із сотень таких об'єктів, що обертаються навколо планет і карликових планет Сонячної системи. Наприклад, нарахували 67 місяців Юпітера. І досі.

Техногенні об'єкти, на зразок «Супутника» та Explorer, також можна класифікувати як супутники, оскільки вони, як і місяці, обертаються навколо планети. На жаль, людська активність призвела до того, що на орбіті Землі виявилася величезна кількість сміття. Всі ці шматки та уламки поводяться як і великі ракети - обертаються навколо планети на високій швидкості круговим або еліптичним шляхом. У строгому тлумаченні визначення можна кожен такий об'єкт визначити як супутник. Але астрономи, зазвичай, вважають супутниками ті об'єкти, які виконують корисну функцію. Уламки металу та інший мотлох потрапляють у категорію орбітального сміття.

Орбітальне сміття надходить із багатьох джерел:

• Вибух ракети, який робить найбільше мотлоху.
• Астронавт розслабив руку – якщо астронавт ремонтує щось у космосі та упускає гайковий ключ, той втрачений назавжди. Ключ виходить на орбіту та летить зі швидкістю близько 10 км/с. Якщо він потрапить у людину чи супутник, результати можуть бути катастрофічними. Великі об'єкти, на зразок МКС, є великою метою для космічного сміття.
• Викинуті предмети. Частини пускових контейнерів, шапки об'єктивів камер тощо.

NASA вивело спеціальний супутник під назвою LDEF для вивчення довгострокових ефектів від зіткнення із космічним сміттям. За шість років інструменти супутника зареєстрували близько 20 000 зіткнень, деякі з яких були викликані мікрометеоритами, інші орбітальним сміттям. Вчені NASA продовжують аналізувати дані LDEF. А ось у Японії вже гігантську мережу для вилову космічного сміття.

Що всередині звичайного супутника?

Супутники бувають різних форм і розмірів та виконують безліч різних функцій, проте всі, в принципі, схожі. Усі вони мають металевий чи композитний каркас та тіло, яке англомовні інженери називають bus, а російські – космічною платформою. Космічна платформа збирає всі разом та забезпечує достатньо заходів, щоб інструменти пережили запуск.

У всіх супутників є джерело живлення (зазвичай сонячні батареї) та акумулятори. Масиви сонячних батарей дозволяють заряджати акумулятори. Найновіші супутники включають і паливні елементи. Енергія супутників дуже дорога і вкрай обмежена. Ядерні елементи живлення зазвичай використовуються для надсилання космічних зондів до інших планет.

У всіх супутників є бортовий комп'ютер для контролю та моніторингу різних систем. У всіх є радіо та антена. Як мінімум, більшість супутників мають радіопередавач і радіоприймач, тому екіпаж наземної команди може запросити інформацію про стан супутника і спостерігати за ним. Багато супутників дозволяють багато різних речей: від зміни орбіти до перепрограмування комп'ютерної системи.

Як і слід було очікувати, зібрати всі ці системи докупи - непросте завдання. Вона триває роки. Все починається із визначення мети місії. Визначення її параметрів дозволяє інженерам зібрати потрібні інструменти та встановити їх у правильному порядку. Як тільки специфікацію затверджено (і бюджет), починається складання супутника. Вона відбувається в чистій кімнаті, у стерильному середовищі, що дозволяє підтримувати потрібну температуру та вологість та захищати супутник під час розробки та складання.

Штучні супутники, як правило, виробляються на замовлення. Деякі компанії розробили модульні супутники, тобто конструкції, збирання яких дозволяє встановлювати додаткові елементи згідно специфікації. Наприклад, у супутників Boeing 601 було два базові модулі - шасі для перевезення рухової підсистеми, електроніка та батареї; та набір стільникових полиць для зберігання обладнання. Ця модульність дозволяє інженерам збирати супутники не з нуля, а із заготівлі.

Як супутники запускаються на орбіту?

Сьогодні усі супутники виводяться на орбіту на ракеті. Багато хто перевозить їх у вантажному відділі.

У більшості запусків супутників запуск ракети відбувається прямо нагору, це дозволяє швидше провести її через товстий шар атмосфери та мінімізувати витрату палива. Після того, як ракета злітає, механізм управління ракети використовує інерційну систему наведення для розрахунку необхідних корегування сопла ракети, щоб забезпечити потрібний нахил.

Після того, як ракета виходить у розріджене повітря, на висоту близько 193 кілометрів, система навігації випускає невеликі ракетки, чого достатньо для перевороту ракети в горизонтальне положення. Після цього випускається супутник. Невеликі ракети випускаються знову і забезпечують різницю у відстані між ракетою та супутником.

Орбітальна швидкість та висота

Ракета повинна набрати швидкість 40 320 кілометрів на годину, щоб повністю втекти від земної гравітації і полетіти в космос. Космічна швидкість значно більша, ніж потрібно супутникові на орбіті. Вони не уникають земної гравітації, а перебувають у стані балансу. Орбітальна швидкість - це швидкість, необхідна підтримки балансу між гравітаційним тяжінням і інерційним рухом супутника. Це приблизно 27 359 кілометрів на годину на висоті 242 кілометри. Без гравітації інерція забрала б супутник у космос. Навіть із гравітацією, якщо супутник рухатиметься надто швидко, його віднесе в космос. Якщо супутник рухатиметься надто повільно, гравітація притягне його назад до Землі.

Орбітальна швидкість супутника залежить з його висоти над Землею. Що ближче до Землі, то швидше швидкість. На висоті 200 кілометрів орбітальна швидкість становить 27 400 кілометрів на годину. Для підтримки орбіти на висоті 35786 кілометрів супутник повинен звертатися зі швидкість 11300 кілометрів на годину. Ця орбітальна швидкість дозволяє супутникові робити один обліт о 24 годині. Оскільки Земля також обертається 24 години, супутник на висоті 35 786 кілометрів знаходиться у фіксованій позиції щодо поверхні Землі. Ця позиція називається геостаціонарною. Геостаціонарна орбіта ідеально підходить для метеорологічних супутників та супутників зв'язку.

Загалом, що вище орбіта, то довше супутник може залишатися у ньому. На низькій висоті супутник знаходиться у земній атмосфері, яка створює опір. На великій висоті немає ніякого опору, і супутник, як місяць, може бути на орбіті століттями.

Типи супутників

На землі всі супутники виглядають схоже – блискучі коробки чи циліндри, прикрашені крилами із сонячних панелей. Але в космосі ці незграбні машини поводяться зовсім по-різному залежно від траєкторії польоту, висоти та орієнтації. У результаті класифікація супутників перетворюється на складну справу. Один із підходів - визначення орбіти апарату щодо планети (зазвичай Землі). Нагадаємо, що існує дві основні орбіти: кругова та еліптична. Деякі супутники починають еліпсом, а потім виходять на кругову орбіту. Інші рухаються еліптичним шляхом, відомому як орбіта «Блискавка». Ці об'єкти, як правило, кружляють із півночі на південь через полюси Землі та завершують повний обліт за 12 годин.

Полярно-орбітальні супутники також проходять через полюси з кожним оборотом, хоча їх орбіти менш еліптичні. Полярні орбіти залишаються фіксованими у космосі, тоді як обертається Земля. В результаті, більшість Землі проходить під супутником на полярній орбіті. Оскільки полярні орбіти дають чудове охоплення планети, вони використовуються для картографування та фотографії. Синоптики також покладаються на глобальну мережу полярних супутників, які облітають нашу кулю за 12 годин.

Можна також класифікувати супутники за їхньою висотою над земною поверхнею. Виходячи з цієї схеми, є три категорії:

• Низька навколоземна орбіта (НОО) – НОО-супутники займають область простору від 180 до 2000 км над Землею. Супутники, які рухаються близько до Землі, ідеально підходять для проведення спостережень, у військових цілях і для збору інформації про погоду.
• Середня навколоземна орбіта (СОО) – ці супутники літають від 2000 до 36 000 км над Землею. На цій висоті добре працюють навігаційні супутники GPS. Приблизна орбітальна швидкість – 13 900 км/год.
• Геостаціонарна (геосинхронна) орбіта - геостаціонарні супутники рухаються навколо Землі на висоті, що перевищує 36 000 км і на тій же швидкості обертання, що й планета. Тому супутники на цій орбіті завжди позиціонуються до того самого місця на Землі. Багато геостаціонарних супутників літають екватором, що породило безліч «пробок» у цьому регіоні космосу. Кілька сотень телевізійних, комунікаційних та погодних супутників використовують геостаціонарну орбіту.

І нарешті, можна подумати про супутників у тому сенсі, де вони шукають. Більшість об'єктів, відправлених у космос останні кілька десятиліть, дивляться на Землю. Ці супутники мають камери та обладнання, яке здатне бачити наш світ у різних довжинах хвиль світла, що дозволяє насолодитися захоплюючим видовищем в ультрафіолетових та інфрачервоних тонах нашої планети. Менше супутників звертають свій погляд до простору, де спостерігають за зірками, планетами та галактиками, а також сканують об'єкти на кшталт астероїдів та комет, які можуть зіткнутися із Землею.

Відомі супутники

Донедавна супутники залишалися екзотичними та надсекретними приладами, які використовувалися переважно у військових цілях для навігації та шпигунства. Тепер вони стали невід'ємною частиною нашого повсякденного життя. Завдяки їм ми дізнаємося прогноз погоди (хоча синоптики ой як часто помиляються). Ми дивимося телевізори та працюємо з Інтернетом також завдяки супутникам. GPS у наших автомобілях та смартфонах дозволяє дістатися до потрібного місця. Чи варто говорити про неоціненний внесок телескопа «Хаббл» та роботу космонавтів на МКС?

Проте є справжні герої орбіти. Давайте познайомимося з ними.

1. Супутники Landsat фотографують Землю з початку 1970-х років, і щодо спостережень за поверхнею Землі вони рекордсмени. Landsat-1, відомий свого часу як ERTS (Earth Resources Technology Satellite), був запущений 23 липня 1972 року. Він ніс два основні інструменти: камеру та багатоспектральний сканер, створений Hughes Aircraft Company і здатний записувати дані у зеленому, червоному та двох інфрачервоних спектрах. Супутник робив настільки шикарні зображення і вважався настільки успішним, що за ним була ціла серія. NASA запустило останній Landsat-8 у лютому 2013 року. На цьому апараті полетіли два датчики, що спостерігали за Землею, Operational Land Imager і Thermal Infrared Sensor, що збирають багатоспектральні зображення прибережних регіонів, полярних льодів, островів і континентів.
2. Геостаціонарні експлуатаційні екологічні супутники (GOES) кружляють над Землею на геостаціонарній орбіті, кожен відповідає за фіксовану частину земної кулі. Це дозволяє супутникам уважно спостерігати за атмосферою та виявляти зміни погодних умов, які можуть призвести до торнадо, ураганів, паводків та грозових шторм. Також супутники використовуються для оцінки сум опадів та накопичення снігів, вимірювання ступеня снігового покриву та відстеження пересування морського та озерного льоду. З 1974 року на орбіту було виведено 15 супутників GOES, але одночасно за погодою спостерігають лише два супутники GOES «Захід» та GOES «Схід».
3. Jason-1 та Jason-2 відіграли ключову роль у довгостроковому аналізі океанів Землі. NASA запустило Jason-1 у грудні 2001 року, щоб замінити ним супутник NASA/CNES Topex/Poseidon, який працював над Землею з 1992 року. Протягом майже тринадцяти років Jason-1 вимірював рівень моря, швидкість вітру та висоту хвиль понад 95% вільних від льоду земних океанів. NASA офіційно списало Jason-1 3 липня 2013 року. 2008 року на орбіту вийшов Jason-2. Він ніс високоточні інструменти, що дозволяють вимірювати дистанцію від супутника до поверхні океану з точністю кілька сантиметрів. Ці дані, крім цінності для океанологів, надають широкий погляд на поведінку світових кліматичних патернів.

Скільки коштують супутники?

Після «Супутника» та Explorer, супутники стали більшими і складнішими. Візьмемо, наприклад, TerreStar-1, комерційний супутник, який мав забезпечити передачу мобільних даних у Північній Америці для смартфонів та подібних пристроїв. Запущений 2009 року TerreStar-1 важив 6910 кілограм. І повністю розгорнутий, він розкривав 18-метрову антену і масивні сонячні батареї з розмахом крил в 32 метри.

Будівництво такої складної машини потребує маси ресурсів, тому історично лише урядові відомства та корпорації з глибокими кишенями могли увійти до супутникового бізнесу. Більшість вартості супутника лежить у обладнанні - транспондерах, комп'ютерах і камерах. Звичайний метеорологічний супутник коштує близько 290 мільйонів доларів. Супутник-шпигун обійдеться на 100 мільйонів доларів більше. Додайте до цього вартість утримання та ремонту супутників. Компанії повинні платити за смугу супутника так само, як власники телефонів платять за стільниковий зв'язок. Обходиться іноді це більш ніж 1,5 мільйона доларів на рік.

Іншим важливим фактором є вартість запуску. Запуск одного супутника в космос може коштувати від 10 до 400 мільйонів доларів, залежно від апарата. Ракета Pegasus XL може підняти 443 кілограми на низьку навколоземну орбіту за 13,5 мільйона доларів. Запуск важкого супутника вимагатиме більшої підйомної сили. Ракета Ariane 5G може вивести на низьку орбіту 18000-кілограмовий супутник за 165 мільйонів доларів.

Незважаючи на витрати та ризики, пов'язані з будівництвом, запуском та експлуатацією супутників, деякі компанії зуміли побудувати цілий бізнес на цьому. Наприклад, Boeing. У 2012 році компанія доставила в космос близько 10 супутників і отримала замовлення більш ніж на сім років, що принесло їй майже 32 мільярди доларів доходу.

Майбутнє супутників

Майже через п'ятдесят років після запуску «Супутника», супутники, як і бюджети, ростуть і міцніють. США, наприклад, витратили майже 200 мільярдів доларів з початку військової супутникової програми і тепер, незважаючи на все це, має флот старіючих апаратів, які чекають на свою заміну. Багато експертів побоюються, що будівництво та розгортання великих супутників просто не може існувати на гроші платників податків. Рішенням, яке може перевернути все з ніг на голову, залишаються приватні компанії на кшталт SpaceX та інші, яких явно не спіткає бюрократичний застій, як NASA, NRO та NOAA.

Інше рішення - скорочення розміру та складності супутників. Вчені Калтеха та Стенфордського університету з 1999 року працюють над новим типом супутника CubeSat, в основі якого лежать будівельні блоки з гранню 10 сантиметрів. Кожен куб містить готові компоненти і може поєднатися з іншими кубиками, щоб підвищити ефективність і знизити навантаження. Завдяки стандартизації дизайну та скорочення витрат на створення кожного супутника з нуля, один CubeSat може коштувати лише 100 000 доларів.

У квітні 2013 року NASA вирішила перевірити цей простий принцип і три CubeSat на базі комерційних смартфонів. Ціль полягала в тому, щоб вивести мікросупутники на орбіту на короткий час і зробити кілька знімків на телефони. Тепер агентство планує розгорнути велику мережу таких супутників.

Будучи великими або маленькими, супутники майбутнього повинні мати можливість ефективно спілкуватися з наземними станціями. Історично склалося так, що NASA покладалося на радіочастотний зв'язок, але РЧ досягла своєї межі, оскільки виник попит на велику потужність. Щоб подолати цю перешкоду, вчені NASA розробляють систему двостороннього зв'язку на основі лазерів замість радіохвиль. 18 жовтня 2013 року вчені вперше запустили лазерний промінь для передачі даних з Місяця на Землю (на відстані 384 633 кілометри) та отримали рекордну швидкість передачі у 622 мегабіти на секунду.

ШСЗ «Космос»

"Космос" - найменування серії радянських штучних супутників Землі для наукових, технічних та інших досліджень у навколоземному космічному просторі. Програма запусків супутників «Космос» включає дослідження космічних променів, радіаційного поясу Землі та іоносфери, поширення радіохвиль та інших випромінювань в атмосфері Землі, сонячної активності та випромінювання Сонця в різних ділянках спектру, відпрацювання вузлів космічних апаратів та з'ясування впливу вивчення впливу невагомості та інших космічних факторів на біологічні об'єкти і т.д. Така широка програма досліджень і, отже, велика кількість запусків поставили перед інженерами та конструкторами завдання граничної уніфікації конструкції обслуговуючих систем штучних супутників «Космос». Вирішення цього завдання дозволило для виконання деяких програм запусків використовувати єдиний корпус, стандартний склад службових систем, загальну схему управління бортовою апаратурою, уніфіковану систему енергоживлення та низку інших уніфікованих систем та пристроїв. Це уможливило серійне виготовлення «Космос» та комплектуючих систем, спростило підготовку до запуску супутників, значно здешевило проведення наукових досліджень.

Супутники «Космос» запускаються на кругові та еліптичні орбіти, область висот яких від 140 («Космос-244») до 60600 км («Космос-159») та широкий діапазон способів орбіт від 0,1 ° («Космос-775») до 98 ° («Космос-1484») дозволяє доставляти наукову апаратуру майже в усі райони навколоземного космічного простору. Періоди обігу супутників «Космос» від 87,3 хв («Космос-244») до 24 год 2 хв («Космос-775»). Час активного функціонування супутника «Космос» залежить від наукових програм їхнього запуску, параметрів орбіти та ресурсів роботи бортових систем. Наприклад, "Космос-27" знаходився на орбіті 1 добу, а "Космос-80" за розрахунками існуватиме 10 тис. років.

Орієнтація штучних супутників Землі «Космос» залежить від характеру проведених досліджень. Для вирішення таких завдань, як метеорологічні експерименти, дослідження спектра випромінювання, що йде від Землі та інше, використовуються супутники з орієнтацією щодо Землі. При вивченні процесів, що відбуваються на Сонці, застосовуються модифікації "Космос" з орієнтацією на Сонце. Системи орієнтації супутників різні - реактивні (ракетні двигуни), інерційні (маховик, що обертається всередині супутника) та інші. Найбільша точність орієнтації досягається комбінованими системами. Передача інформації здійснюється в основному в діапазонах 20, 30 та 90 МГц. Деякі супутники обладнані ТВ-зв'язком.

Відповідно до розв'язуваних завдань ряд супутників серії «Космос» мають капсулу, що спускається, для повернення наукової апаратури та об'єктів експериментів на Землю («Космос-4, -110, -605, -782» та інші). Спуск капсули з орбіти забезпечується гальмівною руховою установкою із попередньою орієнтацією супутника. Надалі капсула гальмується в щільних шарах атмосфери за рахунок аеродинамічної сили, а певній висоті включається парашутна система.

На супутниках Космос-4, -7, -137, -208, -230, -669» та інших здійснювалася програма досліджень первинних космічних променів та радіаційного поясу Землі, у т. ч. вимірювання для забезпечення радіаційної безпеки при пілотованих польотах (наприклад, на "Космос-7" при польоті космічного корабля "Схід-3, -4"). Польоти «Космос-135» та «Космос-163» остаточно розвіяли давнє припущення про існування хмари навколо Землі. Штучні супутники "Космос" широко використовуються для вирішення народногосподарських завдань. Наприклад, «Вивчення поширення та утворення хмарних систем в атмосфері Землі» – один із пунктів програми запусків супутників «Космос». Роботи в цьому напрямку, а також накопичений досвід експлуатації супутників «Космос-14, -122, -144,-156, -184, -206» та інших призвели до створення метеорологічних супутників «Метеор», а згодом – метеорологічної космічної системи «Метеор ». Використовуються супутники «Космос» на користь навігації, геодезії та іншого.

Значна кількість експериментів на цих супутниках відносяться до дослідження верхньої атмосфери, іоносфери, випромінювання Землі та інших геофізичних явищ (наприклад, вивчення розподілу водяної пари в мезосфері - на "Космосі-45, -65", дослідження проходження наддовгих радіохвиль через "іоносферу" -142», спостереження теплового радіовипромінювання поверхні Землі та дослідження земної атмосфери за її власним радіо- та субміліметровим випромінюванням — на «Космосі-243, -669»; На супутниках «Космос-166, -230» здійснювалися дослідження рентгенівського випромінювання Сонця, у т. ч. при сонячних спалахах, на «Космосі-215» вивчалося розсіювання Лайман-альфа випромінювання в геокороні (на супутнику було встановлено 8 невеликих телескопів) "Космосе-142" проводилося вивчення залежності інтенсивності космічного радіовипромінювання від низки факторів. На деяких супутниках "Космос" проведено експерименти з вивчення метеорних частинок ("Космос-135" та інші). На супутниках «Космос-140-656» та інших здійснено випробування надпровідної магнітної системи з полем напруженістю до 1,6 МА/м, яка може бути використана для аналізу заряджених частинок з енергією до декількох ГеВ. На цих супутниках проводилися дослідження рідкого гелію, що знаходився в закритому стані. Супутники «Космос-84-90» мали у складі систем енергоживлення ізотопні генератори. На супутнику «Космос-97» було встановлено бортовий квантовий молекулярний генератор, експерименти з яким дозволили на кілька порядків підвищити точність наземно-космічної системи єдиного часу, чутливість приймальної апаратури та стабільність частоти радіохвиль передавачів.

На ряді супутників «Космос» проводилися медико-біологічні експерименти, які дозволили з'ясувати ступінь впливу факторів космічного польоту на функціональний стан біологічних об'єктів — від одноклітинних водоростей, рослин та їх насіння («Космос-92, -44, -109») до собак та інших тварин ("Космос-110, -782, -936"). Вивчення результатів цих досліджень разом із даними медичних спостережень за організмом людини у космосі допомагає розробляти найбільш сприятливі режими праці, відпочинку, харчування космонавтів, створювати для космічного корабля необхідне устаткування, а екіпажів корабля — одяг та їжу. На "Космосі-690" проводилися дослідження впливу радіації на живі організми, причому для імітації потужних сонячних спалахів на борту супутника використовувалося джерело випромінювання (цезій-137) активністю 1,2-1014 розп./с. На супутнику «Космос-782» було встановлено центрифугу діаметром 60 див, з допомогою якої вивчалися можливість створення мистецтв, тяжкості та її впливу біологічні об'єкти. На ряді біологічних супутників (наприклад, "Космос-605, -690" та інші)

Деякі супутники Землі «Космос» випробовувалися як безпілотні космічні кораблі. При спільному польоті супутників «Космос-186» та «Космос-188» у жовтні 1967 року вперше у світі здійснили автоматичне зближення та стикування на орбіті; після розстикування було продовжено їх автономний політ і здійснено посадку апаратів, що спускаються на території СРСР. У квітні 1968 року автоматична стиковка на орбіті була проведена при польоті «Космосу-212» і «Космосу-213» — обидва супутники (апарати, що спускаються) також здійснили посадку на території СРСР. У червні 1981 року для відпрацювання бортових систем нового космічного корабля з орбітальною станцією «Салют-6» зробив стикування супутник «Космос-1267». До 29.7.1982 орбітальна станція та штучний супутник перебували у зістикованому стані. На супутниках серії «Космос» відпрацьовувалися окремі системи та випробовувалась апаратура багатьох інших космічних апаратів. Так, на «Космосі-41» відпрацьовувалися деякі елементи конструкції супутників зв'язку «Блискавка», які в комплексі зі спеціально створеними на земних станціях приймально-передавальними та антенними пристроями нині утворюють постійно діючу систему далекого космічного зв'язку, «Космос-1000» виконував навігаційні завдання . На супутниках «Космос» відпрацьовувалися окремі вузли місяцехода.

З запусків штучних супутників Землі «Космос» розпочалося практичне міжнародне співробітництво соціалістичних країн у вивченні космічного простору. Основним завданням запущеного в грудні 1968 року супутника «Космос-261» стало проведення комплексного експерименту, що включає прямі вимірювання на супутнику, зокрема характеристик електронів і протонів, що викликають полярні сяйва, і варіацій щільності верхньої атмосфери під час цих сяйв, і наземні дослідження . У цій роботі брали участь наукові інститути та обсерваторії НРБ, ВНР, НДР, ПНР, СРР, СРСР та ЧССР. В експериментах на супутниках цієї серії брали участь також фахівці Франції, США та інших країн.

Супутники Землі "Космос" запускаються з 1962 року за допомогою ракет-носіїв "Космос", "Союз", "Протон" та інших, здатних доставляти на орбіту корисний вантаж масою до кількох тонн. До 1964 супутники «Космос» виводилися на орбіту також ракетою-носієм «Схід». На 1.1.1984 запущено 1521 штучних супутників Землі «Космос».