Штучні супутники землі назви список. Сучасні супутники та супутникові системи

Вулканічний ланцюг (знімок із космосу)

Гора Фудзіяма в Японії (знімок із космосу)

Олімпійське село у Ванкувері (знімок з космосу)

Тайфун (знімок із космосу)

Якщо ти довго милувався зоряним небом, то, звичайно, бачив яскраву зірочку, що рухається. Але насправді це був супутник – космічний корабель, який люди спеціально вивели на космічну орбіту.

Перший штучний супутник Землібув запущений Радянським Союзом у 1957 році. Це була величезна подія всього світу, і цей день вважають початком космічної ери людства. Зараз навколо Землі обертаються близько шести тисяч супутників, найрізноманітніших за вагою та формою. За 56 років вони навчилися багато чого.

Наприклад, супутник-зв'язківець допомагає дивитися телепередачі. Як це відбувається?Супутник літає над телестанцією. Починається передача, і телестанція передає «картинку» супутникові, а той, як і в естафеті, передає її іншому супутникові, який летить над іншим місцем земної кулі. Другий супутник транслює зображення третьому, який повертає «картинку» знову на Землю, на телевізійну станцію, що за тисячі кілометрів від першої. Таким чином, телепередачі можуть дивитися одночасно мешканці Москви та Владивостока. За таким самим принципом супутники-зв'язківці допомагають вести телефонні розмови, пов'язують між собою комп'ютери.

Супутники також стежать за погодою. Летить такий супутник високо, бурі, шторми, грози, всі атмосферні обурення помічає та передає Землю. А на Землі синоптики відомості обробляють та знають, яка погода очікується.

Супутники-навігаторидопомагають кораблям здійснювати плавання, адже система навігації GPS допомагає за будь-якої погоди визначати,
де вони знаходяться. За допомогою GPS-навігаторів, вбудованих у мобільні телефони та автомобільні комп'ютери, можна визначити своє місцезнаходження, знаходити на карті потрібні будинки та вулиці.

Є також супутники-розвідники. Вони фотографують Землю, а геологи за фотографіями визначають, де нашої планети знаходяться багаті поклади нафти, газу, інших корисних копалин.

Науково-дослідні супутники допомагають у проведенні наукових досліджень про. Астрономічні – досліджують планети Сонячної системи, галактики та інші космічні об'єкти.

Чому супутники не падають?

Якщо ти кинеш камінь, він полетить, поступово опускаючись все нижче, доки не впаде на землю. Якщо кинути камінь сильніше – він упаде далі. Як знаєте, Земля кругла. Чи можна кинути камінь так сильно, щоб він облетів навколо Землі? Виявляється, можна. Тільки потрібна велика швидкість - майже вісім кілометрів за секунду - це в тридцять разів швидше за літак. І робити це треба за межами атмосфери, інакше тертя повітря дуже заважатиме. Зате, якщо вдасться це зробити, камінь літатиме навколо Землі сам собою без зупинки.

Супутники запускають на ракетах, які летять вгору від Землі. Піднявшись, ракета повертає і починає розгін по бічній орбіті. Саме бічне рух утримує супутники від падіння Землю. Вони літають навколо неї, як і наш вигаданий камінь!

Муніципальний загальноосвітній заклад

Сатинська середня загальноосвітня школа

Реферат

Штучні

Супутники

Землі

Роботу виконала Сатинська середня школа

Сампурського району

Ілясова Катерина

Штучні супутники.

Всесвіт – це весь навколишній нескінченний і вічний світ. Часто замість слова "всесвіт" вживають рівнозначне йому слово "космос". Щоправда, іноді з поняття «космос» виключають Землю з її атмосферою.

Коли я була маленькою, то часто милувалася зоряним небом. Мені здавалося, що за цими лампочками, що горять, ховається цілий світ зі своїми жителями і законами. Але в школі я дізналася, що мої уявлення про космос не відповідають дійсності, і невдовзі мрії про знайомство з жителями того світу швидко розвіялися.

Однак цей світ виявився не менш цікавим і загадковим, ніж я його уявляла. Тепер я знаю, що деякі зі зірок, що гуляють по небу, за якими я спостерігала, - це блискучі тіла різних розмірів і форм з антенами зовні і радіопередавачами всередині - штучні супутники Землі - космічні літальні апарати, виведені на навколоземні орбіти і призначені для вирішення наукових та прикладних завдань.
Людство завжди прагнуло до зірок, вони манили до себе, як магніт і ніщо не могло утримати людину на Землі. Дивлячись трансляцію футбольного матчу по телевізору, у мене часто постає питання: як людині вдається передавати події, що відбуваються за межами нашого материка. У Югославії йде війна. Натовські війська здатні вражати цілі на великій відстані. Як їм це вдається? Яку техніку використовують? Коли я дивлюся фантастику, то замислююся над тим, чи зможе людина здійснити свої фантазії: літати з величезними швидкостями на маневрених космічних об'єктах, зустрітися з позаземними цивілізаціями. Думаючи про своє майбутнє, мені хотілося б, щоб наша держава не припиняла тенденції до розвитку космічної діяльності, щоб наша країна не здавала лідируючої позиції в галузі космічних наукових досліджень. Адже ми першими змогли запустити штучний супутник Землі, першим полетів до космосу громадянин нашої країни, ми єдині змогли встановити космічну станцію на навколоземній орбіті.
Метою своєї роботи я поставила – ознайомитись із фізичними основами польоту космічних об'єктів. Тільки після цього можна знайти відповіді на поставлені запитання. З мого реферату ви дізнаєтеся про рух штучних супутників Землі, їх обладнання, призначення, класифікацію, історію та ін.

Обладнання ШСЗ.

ШСЗ виводяться на орбіти за допомогою ступінчастих ракет – носіїв, які піднімають їх на певну висоту над поверхнею Землі та розганяють до швидкості, що дорівнює або перевищує (але не більше ніж у 1,4 рази) першу космічну швидкість. Запуски ШСЗ за допомогою власних ракет – носіїв виробляють Росія, США, Франція, Японія, КНР та Великобританія. Ряд ШСЗ виводяться на орбіти у межах міжнародного співробітництва. Такими є, наприклад, супутники «Інтеркосмос».

Штучними супутниками по суті є всі літальні космічні апарати, виведені на орбіти навколо Землі, включаючи космічні кораблі та орбітальні станції з екіпажами. Однак до ШСЗ прийнято відносити переважно автоматичні супутники, не призначені для роботи на них людини – космонавта. Це викликано тим, що пілотовані космічні кораблі суттєво відрізняються за своїми конструктивними особливостями від автоматичних супутників. Так, космічні кораблі повинні мати системи життєзабезпечення, спеціальні відсіки – апарати, що спускаються, в яких космонавти повертаються на Землю. Для автоматичних ШСЗ такого роду обладнання не обов'язкове або зайве.

Розміри, маса, обладнання ШСЗ залежить від завдань, які супутники вирішують. Перший у світі радянський ШСЗ мав масу 83,6 кг, корпус у вигляді кулі діаметром 0,58 м. маса найменшого ШСЗ становила 700 г.

Розміри корпусу ШСЗ обмежуються розмірами головного обтічника ракети – носія, який захищає супутник від несприятливого впливу атмосфери дільниці виведення ШСЗ на орбіту. Тому діаметр циліндричного корпусу ШСЗ не перевищує 3 - 4 м. на орбіті розміри ШСЗ можуть значно збільшитися за рахунок елементів супутника, що розгортаються, - панелей сонячних батарей, штанг з приладами, антен.

Обладнання ШСЗ дуже різноманітне. Це, по-перше, апаратура, за допомогою якої забезпечується виконання поставлених перед супутником завдань, - науково-дослідна, навігаційна, метеорологічна та ін. по-друге, так зване службове обладнання, покликане забезпечити необхідні умови для роботи основної апаратури та зв'язок між ШСЗ та Землею. До службового обладнання належать системи енергоживлення, система терморегулювання для створення та підтримки необхідного теплового режиму роботи апаратури та ін. Службові системи обов'язкові для переважної більшості ШСЗ. Крім того, як правило, ШСЗ забезпечується системою орієнтації в просторі, тип якої залежить від призначення супутника (орієнтація по небесним тілам, магнітному полю Землі і т. п.), і бортовою електронною обчислювальною машиною для керування роботою приладів та службових систем.

Енергоживлення бортової апаратури більшості ШСЗ здійснюється від сонячних батарей, панелі яких орієнтуються перпендикулярно напрямку сонячних променів або розташовані так, щоб частина з них висвітлювалася Сонцем за будь-якого положення щодо ШСЗ (так звані всеспрямовані сонячні батареї). Сонячні батареї забезпечують тривалу роботу бортової апаратури (до кількох років). На ШСЗ, розрахованих обмежені терміни роботи (до 2-3 тижнів), використовуються електрохімічні джерела струму – акумулятори, паливні елементи.

Передача наукової та іншої інформації з ШСЗ на Землю здійснюється за допомогою радіотелеметричних систем (часто мають бортові пристрої, що запам'ятовують, для реєстрації інформації в періоди польоту ШСЗ поза зонами радіовидимості наземних пунктів).

Три космічні швидкості.

Спочатку після запуску штучного супутника Землі часто можна було чути питання: "Чому супутник після вимкнення двигунів продовжує звертатися навколо Землі, не падаючи на Землю?". Чи так це? Насправді супутник "падає" - він притягується до Землі під впливом сили тяжіння. Якби не було тяжіння, то супутник полетів би за інерцією від Землі у напрямку придбаної ним швидкості. Земний спостерігач сприйняв би такий рух супутника як рух нагору. Як відомо з курсу фізики, для руху по колу радіуса R тіло має володіти доцентровим прискоренням a = V2 / R, де а - прискорення, V - швидкість. Оскільки у разі роль доцентрового прискорення грає прискорення сили тяжкості, можна написати: g=V2/R. Звідси неважко визначити швидкість Vкр, необхідну кругового руху з відривом R від центру Землі: Vкр2=gR. У наближених розрахунках сприймається, що прискорення сили тяжкості постійно і 9,81 м/сек2. Ця формула справедлива і в загальному випадку, тільки прискорення сили тяжіння слід вважати змінною величиною. Таким чином ми знайшли швидкість кругового руху. Якою ж є та початкова швидкість, яку потрібно повідомити тілу, щоб воно рухалося навколо Землі по колу? Нам уже відомо, що чим більшу швидкість повідомити тіло, тим більша відстань воно відлетить. Траєкторії польоту будуть еліпсами (ми нехтуємо впливом опору земної атмосфери та розглядаємо політ тіла у порожнечі). За деякої досить великої швидкості тіло не встигне впасти на Землю і, зробивши повний оберт навколо Землі, повернеться до початкової точки, щоб знову почати рух по колу. Швидкість супутника, що рухається круговою орбітою поблизу земної поверхні, називається круговою або першою космічною швидкістю і являє собою ту швидкість, яку потрібно повідомити тілу, щоб воно стало супутником Землі. Перша космічна швидкість поверхні Землі може бути обчислена за наведеною вище формулою для швидкості кругового руху, якщо підставити замість R величину радіуса Землі (6400 км), а замість g – прискорення вільного падіння тіла, що дорівнює 9,81 м/сек. В результаті знайдемо, що перша космічна швидкість дорівнює Vкр = 7,9 км/сек.

Познайомимося тепер з другою космічною чи параболічною швидкістю, під якою розуміють швидкість, необхідну у тому, щоб тіло подолало земне тяжіння. Якщо тіло досягне другої космічної швидкості, то воно може відійти від Землі на будь-яку скільки завгодно велику відстань (передбачається, що на тіло не діятимуть жодні інші сили, крім сил земного тяжіння).

Найпростіше для отримання величини другої космічної швидкості скористатися законом збереження енергії. Цілком очевидно, що після вимкнення двигунів сума кінетичної та потенційної енергії ракети має залишатися постійною. Нехай у момент вимкнення двигунів ракета перебувала з відривом R від центру Землі і мала початкову швидкість V (для простоти розглянемо вертикальний політ ракети). Тоді в міру віддалення ракети від Землі швидкість її зменшуватиметься. На деякій відстані rmax ракета зупиниться, оскільки її швидкість обернеться в нуль, і почне вільно падати на Землю. Якщо в початковий момент ракета мала найбільшу кінетичну енергію mV2/2, а потенційна енергія дорівнювала нулю, то в найвищій точці, де швидкість дорівнює нулю, кінетична енергія звертається в нуль, переходячи повністю в потенційну. Згідно із законом збереження енергії, знаходимо:

mV2/2=fmM(1/R-1/rmax) або V2=2fM(1/R-1/rmax).

Вперше штучний супутник Землі запустили 1957 року. З цього часу слово «супутник» з'явилося у всіх світових мовах. Сьогодні їх налічується не один десяток і кожен має свою назву.

Штучними супутниками нашої планети називають літальні космічні апарати. Вони виводяться на орбіту і обертаються геоцентричною орбітою. ШСЗ створюються в прикладних та наукових цілях.

Перший запуск такого апарату – 4.10.1957 року. Саме він є першим небесним тілом, створеним штучно людьми. Для його створення використовувалися досягнення радянської обчислювальної техніки, ракетної техніки та небесної механіки. За допомогою першого ШСЗ вчені отримали можливість виміряти щільність усіх атмосферних верств, дізнатися про особливості передачі радіосигналів в іносфері, перевірити точність і достовірність технічних рішень і теоретичних розрахунків, які були використані для виведення ШСЗ.

Які бувають земні супутники? Види

Усі вони поділяються на:

науково-дослідні апарати.
прикладні.

Це залежить від того, які ці завдання вони вирішують. За допомогою науково-дослідних апаратів можна досліджувати поведінку небесних об'єктів Всесвіту та значного обсягу космічного простору. До науково-дослідних пристроїв відносять: орбітальні астрономічні обсерваторії, геодезичні, геофізичні супутники. До прикладних відносять: метеорологічні, навігаційні та технічні, супутники зв'язку та супутники для дослідження земельних ресурсів. Існують також штучно створені супутники Землі, призначені для польоту людей у космос, їх називають пілотованими.

На яких орбітах літають супутники Землі? На якій висоті?

Ті ШСЗ, що знаходяться на екваторіальній орбіті, називають екваторіальними, а ті, що на полярній орбіті – полярними. Існують також стаціонарні моделі, запущені на кругову екваторіальну орбіту, та його рух збігається з обертанням нашої планети. Такі стаціонарні апарати висять нерухомо над якоюсь конкретною точкою Землі.

Деталі, що відокремлюються, в процесі виведення на орбіту нерідко також називають супутниками Землі. Вони відносяться до вторинних орбітальних об'єктів і є проведення спостережень у наукових цілях.

Перші п'ять років після першого запуску ШСЗ (1957–1962) називалися науковим чином. Для їх назви брали рік запуску та одну грецьку букву, що відповідає номеру по порядку у кожному конкретному році. Зі збільшенням числа штучних апаратів, що запускаються, з початку 1963 року вони стали іменуватися роком запуску і всього однією латинською літерою. ШСЗ можуть мати різні конструктивні схеми, різні розміри, відрізнятися масою, складом бортового обладнання. Енергоживлення ШСЗ відбувається за рахунок сонячних батарей, що стоять на зовнішній частині корпусу.

Після досягнення супутником висоти 42164 кілометри від центру нашої планети (від поверхні землі 35786 км) він починає входити до зони, де орбіта відповідатиме обертанню планети. Зважаючи на те, що рух апарата відбувається з такою ж швидкістю, як рух Землі (цей період дорівнює 24-й годині), здається, що він стоїть на місці лише над однією довготою. Таку орбіту називають геосинхронною.

Завдання та програми польотів навколо Землі

Метеорологічна система «Метеор» було створено ще 1968 року. До неї входить не один, а кілька супутників, які одночасно перебувають на різних орбітах. Вони спостерігають за хмарним покривом планети, фіксують контури морів та материків, про що передають відомості до Гідрометеоцентру.

Дані супутників важливі й у процесі проведення космофотозйомки, що у геології. З її допомогою можна знайти великі геологічні структури, пов'язані з родовищами з корисними копалинами. Вони допомагають чітко фіксувати лісові пожежі, що є актуальним для тайгових просторів, де неможливо швидко помітити велику пожежу. За допомогою космічних знімків можна розглянути особливості ґрунтів та рельєфу, ландшафтів, розподіл підземних та наземних вод. За допомогою супутників можна стежити за змінами рослинного покриву, що особливо важливо для фахівців сільського господарства.

Цікаві факти про земних супутників

Першим ШСЗ, що вирушив на навколоземну орбіту, був ПС-1. Його запуск здійснювався з полігону СРСР.
Творцем ПС-1 був конструктор Корольов, який міг би здобути нобелівську премію. Але в СРСР не прийнято було надавати досягнення комусь одному, все було спільне. Тому створення ШСЗ було досягнення всього народу СРСР.
1978 року СРСР запустив супутник-шпигун, але запуск пройшов невдало. Апарат включав ядерний реактор. Коли він упав, заразив територію понад 100 000 квадратних кілометрів.
Схема запуску ІЗС нагадує вкидання каменю. Його потрібно «викинути» з полігону з такою швидкістю, щоб він міг обертатися навколо планети. Швидкість запуску супутника повинна дорівнювати 8 кілометрів на секунду.
Копію ПС-1 можна придбати на аукціоні Ebay на початку 21 століття.

У астрономії та динаміці космічного польоту використовуються поняття трьох космічних швидкостей. Першою космічною швидкістю (Круговий швидкістю) називається найменша початкова швидкість, яку потрібно повідомити тілу, щоб воно стало штучним супутником планети; для поверхонь Землі, Марса та Місяця перші космічні швидкості відповідають приблизно 7,9 км/сек, 3,6 км/сек і 1,7 км/сек.

Другою космічною швидкістю(параболічною швидкістю) називається найменша початкова швидкість, яку потрібно повідомити тілу, щоб воно, почавши рух біля поверхні планети, подолало її тяжіння; для Землі, Марса та Місяця другі космічні швидкості відповідно дорівнюють приблизно 11,2 км/сек, 5 км/сек і 2,4 км/сек.

Третьою космічною швидкістюназивається найменша початкова швидкість, володіючи якою тіло долає тяжіння Землі, Сонця і залишає Сонячну систему; дорівнює приблизно 16,7 км/с.

Штучними супутниками, сутнісно, є всі літальні космічні апарати, виведені на орбіти навколо Землі, включаючи космічні кораблі та орбітальні станції з екіпажами. Однак до ШСЗ прийнято відносити переважно автоматичні супутники, не призначені для роботи на них людини – космонавта. Це викликано тим, що пілотовані космічні кораблі суттєво відрізняються за своїми конструктивними особливостями від автоматичних супутників. Так, космічні кораблі повинні мати системи життєзабезпечення, спеціальні відсіки – апарати, що спускаються, в яких космонавти повертаються на Землю. Для автоматичних ШСЗ такого роду обладнання не обов'язкове або зайве.

Рух штучних супутниківЗемлі не описується законами Кеплера, що обумовлюється двома причинами:

1) Земля не є точно кулею з однорідним розподілом густини за обсягом. Тому її поле тяжіння не еквівалентне полю тяжіння точкової маси, розташованої в геометричному центрі Землі; 2) Земна атмосфера надає гальмуючий вплив на рух штучних супутників, внаслідок чого їх орбіта змінює свою форму та розміри і в кінцевому результаті супутники падають на Землю.

По відхилення руху супутників від кеплерівського можна вивести висновок про форму Землі, розподіл щільності за її обсягом, будову земної атмосфери. Тому саме вивчення руху штучних супутників дозволило отримати найповніші дані з цих питань.

Якби Земля була однорідною кулею, і не існувало б атмосфери, то супутник рухався б орбітою, площина зберігає незмінну орієнтацію у просторі щодо системи нерухомих зірок. Елементи орбіти у разі визначаються законами Кеплера. Оскільки Земля обертається, при кожному наступному обороті супутник рухається над різними точками земної поверхні. Знаючи трасу супутника за один якийсь оборот, неважко передбачити його становище у всі наступні моменти часу. Для цього необхідно врахувати, що Земля обертається із заходу на схід із кутовою швидкістю приблизно 15 градусів на годину. Тому на наступному обороті супутник перетинає ту ж широту на захід від стільки градусів, на скільки Земля повернеться на схід за період обертання супутника.

З-за опору земної атмосфери супутники не можуть довго рухатися на висотах нижче 160 км. Мінімальний період звернення на такій висоті по круговій орбіті дорівнює приблизно 88 хв, тобто приблизно 1,5 години. За цей час Земля повертається на 22,5 градуси. На широті 50 градусів цьому кутку відповідає відстань 1400 км. Отже, можна сказати, що супутник, період обігу якого 1,5 години, на широті 50 градусів спостерігатиметься при кожному наступному обороті приблизно на 1400 км. на захід, ніж на попередньому.

Однак такий розрахунок дає достатню точність передбачень лише для кількох обертів супутника. Якщо йдеться про значний проміжок часу, то треба взяти до уваги відмінність зоряної доби від 24 годин. Оскільки один оберт навколо Сонця відбувається Землею за 365 діб, то за добу Земля навколо Сонця описує кут приблизно в 1 градус у тому ж напрямку, в якому обертається навколо своєї осі. Тому за 24 години Земля повертається щодо нерухомих зірок не так на 360 градусів, але в 361 і, отже, робить один оборот за 24 години, а 23 години 56 хвилин. Тому траса супутника по широті зміщується захід не так на 15 градусів на годину, але в 15,041 градусів.

Кругова орбіта супутника в екваторіальній площині, рухаючись по якій він знаходиться весь час над тією ж точкою екватора, називається геостаціонарною. Майже половина земної поверхні може бути пов'язана із супутником на синхронній орбіті, що прямолінійно поширюється сигналами високих частот або світловими сигналами. Тому супутники на синхронних орбітах мають значення для системи зв'язку.

Класифікувати ШСЗ можна за різними ознаками. Основний принцип класифікації – за цілями запуску та завданням, які вирішуються за допомогою ШСЗ. Крім того, ШСЗ розрізняються по орбітах, на які вони виводяться, типу деякого бортового обладнання та ін.

За цілями та завданнями ШСЗ поділяють на дві великі групи – науково – дослідні і прикладні.Науково – досліднісупутники призначені для отримання нової наукової інформації про Землю та навколоземний космічний простір, для проведення астрономічних досліджень у галузі біології та медицини та інших галузях науки.

Прикладнісупутники призначені для вирішення практичних потреб людини, отримання інформації на користь народного господарства, проведення технічних експериментів, а також для випробування та відпрацювання нового обладнання.

Науково – дослідніШСЗ вирішують найрізноманітніші завдання дослідження Землі, земної атмосфери і навколоземельного простору, небесних тіл. За допомогою цих супутників було зроблено важливі та великі відкриття, виявлено радіаційні пояси Землі, магнітосферу Землі, сонячний вітер. Цікаві дослідження ведуться за допомогою спеціалізованих біологічних супутників: вивчається вплив космічного простору на розвиток та стан тварин, вищих рослин, мікроорганізмів, клітин.

Все більшого значення набувають астрономічніШСЗ. Апаратура, встановлена на цих супутниках, знаходиться поза щільними шарами земної атмосфери і дозволяє досліджувати випромінювання від небесних об'єктів в ультрафіолетовому, рентгенівському, інфрачервоному та гамма-діапазонах спектах.

Супутникизв'язкуслужать передачі телевізійних програм, повідомлень у мережі Інтернету, забезпечення радіо – телефонної, стільникової, телеграфної та інших видів зв'язку між наземними пунктами, розташованими великих відстанях друг від друга.

МетеорологічніШСЗ регулярно передають на наземні станції зображення хмарного, снігового та льодового покривів Землі; відомості про температуру земної поверхні та різних шарів атмосфери. Ці дані використовуються для уточнення прогнозу погоди, своєчасно попереджають про урагани, шторми, тайфуни, що насуваються.

Велике значення набули спеціалізовані ІСЗ для вивчення природних ресурсівЗемлі. Апаратура таких ШСЗ передає інформацію, важливу для різних галузей народного господарства. Її можна використовуватиме прогнозування врожаїв сільськогосподарських культур, визначення районів, перспективних пошук корисних копалин, визначення заражених шкідниками ділянок лісу, контролю забруднення природного довкілля.

НавігаційніШСЗ швидко і точно визначають координати будь-якого наземного об'єкта та надають безцінну допомогу при орієнтуванні на суші, на воді та в повітрі.

Військовісупутники можуть використовуватися для космічної розвідки, наведення ракет або самі служити зброєю.

Пілотовані кораблі – супутникиі орбітальні станції, що живуть, є найбільш складними і досконалими ШСЗ. Вони, як правило, розраховані на вирішення широкого кола завдань, в першу чергу - на проведення комплексних наукових досліджень, відпрацювання засобів космічної техніки, вивчення природних ресурсів Землі та ін. Схід», льотчик - космонавт Ю. А. Гагарін здійснив політ навколо Землі по орбіті з висотою апогею 327 км. 20 лютого 1962 року вийшов на орбіту перший американський космічний корабель із космонавтом Дж. Генном на борту.

Радянські штучні супутники землі. Перший штучний супутник Землі.

Штучні Супутники Землі(ІСЗ), космічні літальні апарати, виведені на орбіти навколо Землі та призначені для вирішення наукових та прикладних завдань. Запуск першого ШСЗ, що став першим штучним небесним тілом, створеним людиною, було здійснено в СРСР 4 жовтня і став результатом досягнень у галузі ракетної техніки, електроніки, автоматичного управління, обчислювальної техніки, небесної механіки та ін. розділів науки і техніки. За допомогою цього ШСЗ вперше було виміряно щільність верхньої атмосфери (за змінами його орбіти), досліджено особливості поширення радіосигналів в іоносфері, перевірено теоретичні розрахунки та основні технічні рішення, пов'язані з виведенням ШСЗ на орбіту. 1 лютого на орбіту було виведено перший американський ШСЗ «Експлорер-1», а трохи пізніше самостійні запуски ШСЗ зробили й інші країни: 26 листопада 1965 - Франція (супутник «А-1»), 29 листопада 1967 - Австралія («ВРЕСАТ-1 »), 11 лютого 1970 р. - Японія («Осумі»), 24 квітня 1970 р. - КНР («Китай-1»), 28 жовтня 1971 р. - Великобританія («Просперо»). Деякі супутники, виготовлені в Канаді, Франції, Італії, Великій Британії та інших країнах, запускалися (з 1962) за допомогою американських ракет-носіїв. У практиці космічних досліджень стала вельми поширеною міжнародне співробітництво. Так, у рамках науково-технічного співробітництва соціалістичних країн запущено низку ШСЗ. Перший з них - «Інтеркосмос-1» - був виведений на орбіту 14 жовтня 1969 року. Всього до 1973 запущено понад 1300 ШСЗ різного типу, у тому числі близько 600 радянських і понад 700 американських та інших країн, включаючи пілотовані космічні кораблі- орбітальні станції з екіпажем.

Загальні відомості про ШСЗ.

Радянські штучні супутники землі. "Електрон".

Відповідно до міжнародної домовленості космічний апарат називається супутником, якщо він здійснив не менше одного обороту навколо Землі. В іншому випадку він вважається ракетним зондом, що проводив вимірювання вздовж балістичної траєкторії, і не реєструється як супутник. Залежно від завдань, які вирішуються за допомогою ШСЗ, їх поділяють на науково-дослідні та прикладні. Якщо на супутнику встановлені радіопередавачі, та чи інша вимірювальна апаратура, імпульсні лампи для подачі світлових сигналів тощо, його називають активним. Пасивні ШСЗ призначені зазвичай для спостережень із земної поверхні при вирішенні деяких наукових завдань (до таких ШСЗ належать супутники-балони, що досягають у діаметрі кількох десятків м). Науково-дослідні ШСЗ служать для досліджень Землі, небесних тіл, космічного простору. До них належать, зокрема, геофізичні супутники , геодезичні супутники , орбітальні астрономічні обсерваторії та ін. для випробувань та відпрацювання бортових систем) та ін. ШСЗ, призначені для польоту людей, називаються пілотованими кораблями-супутниками. ШСЗ на екваторіальній орбіті, що лежить поблизу площини екватора, називаються екваторіальними, ШСЗ на полярній (або приполярній) орбіті, що проходить поблизу полюсів Землі, - полярними. ШСЗ, виведені на кругову екваторіальну орбіту, віддалену на 35860 кмвід поверхні Землі, і які у напрямі, збігається з напрямом обертання Землі, «висять» нерухомо з однієї точкою земної поверхні; такі супутники називаються стаціонарними. Останні щаблі ракет-носіїв, головні обтічники та деякі інші деталі, що відокремлюються від ШСЗ при виведенні на орбіти, є вторинні орбітальні об'єкти; їх зазвичай не називають супутниками, хоча вони звертаються по навколоземних орбіт і у ряді випадків служать об'єктами спостережень для наукових цілей.

Закордонні штучні супутники Землі. "Експлорер-25".

Закордонні штучні супутники Землі. "Діадем-1".

Відповідно до міжнародної системи реєстрації космічних об'єктів (ШСЗ, космічних зондів та ін.) у рамках міжнародної організації КОСПАР у 1957-1962 космічні об'єкти позначалися роком запуску з додаванням літери грецького алфавіту, що відповідає порядковому номеру запуску в цьому році, та орбітального об'єкта залежно з його яскравості чи ступеня наукової значимості. Так, 1957a2 - позначення першого радянського ШСЗ, запущеного у 1957; 1957a1 - позначення останнього ступеня ракети-носія цього ШСЗ (ракета-носій була яскравішою). Оскільки кількість запусків зростала, починаючи з 1 січня 1963 року космічні об'єкти стали позначати роком запуску, порядковим номером запуску в цьому році і великою літерою латинського алфавіту (іноді також порядковим числом, що замінюється). Так, ШСЗ «Інтеркосмос-1» має позначення: 196988А або 196908801. У національних програмах космічних досліджень серії ШСЗ часто мають також власні назви: «Космос» (СРСР), «Експлорер» (США), «Діадем» (Ф ) та ін. За кордоном слово «супутник» до 1969 використовувалося тільки стосовно радянських ШСЗ. У 1968-69 під час підготовки міжнародного багатомовного космонавтичного словника досягнуто домовленості, за якою термін «супутник» застосовується до ШСЗ, запущеним у країні.

Радянські штучні супутники землі. "Протон-4".

Відповідно до різноманітності наукових та прикладних завдань, що вирішуються за допомогою ШСЗ, супутники можуть мати різні розміри, масу, конструктивні схеми, склад бортового обладнання. Наприклад, маса найменшого ШСЗ (із серії «ЕРС») – всього 0,7 кг; радянський ШСЗ «Протон-4» мав масу близько 17 т. Маса орбітальної станції «Салют» із пристикованим до неї космічним кораблем «Союз» була понад 25 т. Найбільша маса корисного вантажу, виведеного на орбіту ШСЗ, становила близько 135 т(Американський космічний корабель «Аполлон» з останнім щаблем ракети-носія). Розрізняють автоматичні ШСЗ (науково-дослідні та прикладні), на яких робота всіх приладів та систем управляється командами, що надходять або з Землі, або з бортового програмного пристрою, пілотовані кораблі-супутники та орбітальні станції з екіпажем.

Для вирішення деяких наукових та прикладних завдань необхідно, щоб ШСЗ був певним чином орієнтований у просторі, причому вид орієнтації визначається головним чином призначенням ШСЗ чи особливостями встановленого на ньому обладнання. Так, орбітальну орієнтацію, при якій одна з осей постійно спрямована по вертикалі, мають ШСЗ, призначені для спостережень об'єктів на поверхні та в атмосфері Землі; ШСЗ для астрономічних досліджень орієнтуються на небесні об'єкти: зірки, Сонце. За командою із Землі або за заданою програмою орієнтація може змінюватись. У деяких випадках орієнтується не весь ШСЗ, а лише окремі його елементи, наприклад, гостроспрямовані антени - на наземні пункти, сонячні батареї - на Сонце. Щоб напрям деякої осі супутника зберігалося незмінним у просторі, йому повідомляють обертання навколо цієї осі. Для орієнтації використовують також гравітаційні, аеродинамічні, магнітні системи - звані пасивні системи орієнтації, і системи, забезпечені реактивними чи інерційними керуючими органами (зазвичай складних ШСЗ і космічних кораблях), - активні системи орієнтації. ШСЗ, що мають реактивні двигуни для маневрування, корекції траєкторії або спуску з орбіти, забезпечуються системами управління рухом, складовою якої є система орієнтації.

Закордонні штучні супутники Землі. "ОСО-1".

Енергоживлення бортової апаратури більшості ШСЗ здійснюється від сонячних батарей, панелі яких орієнтуються перпендикулярно напрямку сонячних променів або розташовані так, щоб частина з них висвітлювалася Сонцем за будь-якого положення щодо ШСЗ (так звані всеспрямовані сонячні батареї). Сонячні батареї забезпечують тривалу роботу бортової апаратури (до кількох років). На ШСЗ, розрахованих обмежені терміни роботи (до 2-3 тижнів), використовуються електрохімічні джерела струму - акумулятори, паливні елементи. Деякі ШСЗ мають на борту ізотопні генератори електричної енергії. Тепловий режим ШСЗ, необхідний роботи їх бортової апаратури, підтримується системами терморегулирования.

В ШСЗ, що відрізняються значним тепловиділенням апаратури, та космічних кораблях застосовуються системи з рідинним контуром теплопередачі; на ШСЗ з невеликим тепловиділенням апаратури у ряді випадків обмежуються пасивними засобами терморегулювання (вибір зовнішньої поверхні з відповідним оптичним коефіцієнтом, теплоізоляції окремих елементів).

Закордонні штучні супутники Землі. "Оскар-3".

Пілотовані кораблі-супутники і деякі автоматичні ШСЗ мають апарати для повернення на Землю екіпажу, окремих приладів, плівок, піддослідних тварин.

Рух ШСЗ.

Закордонні штучні супутники Землі. "Джеміні".

ШСЗ виводяться на орбіти за допомогою автоматичних керованих багатоступінчастих ракет-носіїв, які від старту до деякої розрахункової точки у просторі рухаються завдяки тязі, що розвивається реактивними двигунами. Цей шлях, званий траєкторією виведення ШСЗ на орбіту, або активною ділянкою руху ракети, зазвичай становить від кількох сотень до двох-трьох тис. км. Ракета стартує, рухаючись вертикально вгору, і проходить крізь найбільш щільні шари земної атмосфери порівняно малої швидкості (що скорочує енергетичні витрати на подолання опору атмосфери). При підйомі ракета поступово розгортається, і напрямок її руху стає близьким до горизонтального. На цьому майже горизонтальному відрізку сила тяги ракети витрачається не на подолання дії сили тяжіння тяжіння Землі і опору атмосфери, а головним чином на збільшення швидкості. Після досягнення ракетою наприкінці активної ділянки розрахункової швидкості (за величиною та напрямом) робота реактивних двигунів припиняється; це - так звана точка виведення ШСЗ на орбіту. Космічний апарат, що запускається, який несе останній ступінь ракети, автоматично відокремлюється від неї і починає свій рух по деякій орбіті щодо Землі, стаючи штучним небесним тілом. Його рух підпорядкований пасивним силам (тяжіння Землі, і навіть Місяця, Сонця та інших. планет, опір земної атмосфери тощо. буд.) і активним (керуючим) силам, якщо борту космічного апарату встановлені спеціальні реактивні двигуни. Вид початкової орбіти ШСЗ щодо Землі залежить повністю від його становища та швидкості наприкінці активної ділянки руху (у момент виходу ШСЗ на орбіту) і математично розраховується з допомогою методів небесної механіки. Якщо ця швидкість дорівнює або перевищує (але не більше ніж у 1,4 рази) першу космічну швидкість (близько 8 км/сіку поверхні Землі), та її напрямок не відхиляється сильно від горизонтального, то космічний апарат виходить на орбіту супутника Землі. Точка виходу ШСЗ на орбіту у разі розташована поблизу перигею орбіти. Вихід на орбіту можливий і в інших точках орбіти, наприклад поблизу апогею, але оскільки в цьому випадку орбіта ШСЗ розташована нижче точки виведення, то сама точка виведення повинна розташовуватися досить високо, швидкість же в кінці активної ділянки при цьому повинна бути дещо меншою за кругову.

У першому наближенні орбіта ШСЗ є еліпс з фокусом у центрі Землі (у окремому випадку - коло), що зберігає постійне становище у просторі. Рух за такою орбітою називається незворушеним і відповідає припущенням, що Земля притягує за законом Ньютона як кулю зі сферичним розподілом щільності і що на супутник діє лише сила тяжіння Землі.

Такі фактори, як опір земної атмосфери, стиснення Землі, тиск сонячного випромінювання, тяжіння Місяця та Сонця, є причиною відхилень від незбуреного руху. Вивчення цих відхилень дозволяє отримувати нові дані про властивості земної атмосфери, про гравітаційне поле Землі. Через опір атмосфери ШСЗ, що рухаються по орбітах з перигеєм на висоті кілька сотень км, поступово знижуються і, потрапляючи до порівняно щільних шарів атмосфери на висоті 120-130 кмі нижче, руйнуються та згоряють; вони мають таким чином обмежений термін існування. Так, наприклад, перший радянський ШСЗ перебував у момент виходу на орбіту на висоті близько 228 кмнад поверхнею Землі і мав майже горизонтальну швидкість близько 7,97 км/сек.Велика піввісь його еліптичної орбіти (тобто середня відстань від центру Землі) становила близько 6950 км, період звернення 96,17 хв, а найменш і найвіддаленіші точки орбіти (перигей і апогей) розташовувалися на висотах близько 228 і 947 кмвідповідно. Супутник існував до 4 січня 1958 року, коли він, внаслідок збурень його орбіти, увійшов до щільних шарів атмосфери.

Орбіта, яку виводиться ШСЗ відразу після ділянки розгону ракети-носія, буває іноді лише проміжної. У цьому випадку на борту ШСЗ є реактивні двигуни, які включаються в певні моменти на короткий час за командою Землі, повідомляючи ШЗЗ додаткову швидкість. В результаті ШСЗ переходить на іншу орбіту. Автоматичні міжпланетні станції зазвичай виводяться спочатку на орбіту супутника Землі, а потім переводяться безпосередньо на траєкторію польоту до Місяця або планет.

Спостереження ШСЗ.

Закордонні штучні супутники Землі. "Транзит".

Контроль руху ШСЗ та вторинних орбітальних об'єктів здійснюється шляхом спостережень їх зі спеціальних наземних станцій. За результатами таких спостережень уточнюються елементи орбіт супутників і обчислюються ефемериди майбутніх спостережень, зокрема й у вирішення різних наукових і прикладних завдань. По апаратурі спостереження ШСЗ поділяються на оптичні, радіотехнічні, лазерні; з їхньої кінцевої мети - на позиційні (визначення напрямів на ШСЗ) та далекомірні спостереження, вимірювання кутової та просторової швидкості.

Найбільш простими позиційними спостереженнями є візуальні (оптичні), які виконуються за допомогою візуальних оптичних інструментів і дозволяють визначати небесні координати ШСЗ з точністю до декількох хвилин дуги. Для вирішення наукових завдань ведуться фотографічні спостереження за допомогою супутникових фотокамер, що забезпечують точність визначень до 1-2¢¢ за положенням та 0,001 сікпо часу. Оптичні спостереження можливі лише тому випадку, коли ШСЗ освітлений сонячними променями (виняток становлять геодезичні супутники, обладнані імпульсними джерелами світла; можуть спостерігатися і перебуваючи у земної тіні), небо над станцією досить темне і погода сприяє спостереженням. Ці умови значно обмежують можливість оптичних спостережень. Менш залежні від умов радіотехнічні методи спостережень ШСЗ, є основними методами спостережень супутників під час функціонування встановлених ними спеціальних радіосистем. Такі спостереження полягають у прийомі та аналізі радіосигналів, які або генеруються бортовими радіопередавачами супутника, або посилаються із Землі та ретранслюються супутником. Порівняння фаз сигналів, що приймаються на кількох (мінімально трьох) рознесених антенах, дозволяє визначити положення супутника на небесній сфері. Точність таких спостережень близько 3¢ за становищем і близько 0,001 сікпо часу. Вимірювання доплерівського зміщення частоти (див. Доплера ефект) радіосигналів дає можливість визначити відносну швидкість ШСЗ, мінімальна відстань до нього при проходженні, що спостерігалося, і момент часу, коли супутник був на цій відстані; спостереження, що виконуються одночасно з трьох пунктів, дозволяють обчислити кутові швидкості супутника.

Дальномірні спостереження здійснюються шляхом вимірювання проміжку часу між посилкою радіосигналу із Землі та прийомом після ретрансляції його бортовим радіовідповідачем ШСЗ. Найбільш точні вимірювання відстаней до ШСЗ забезпечують лазерні далекоміри (точність до 1-2 мі вище). Для радіотехнічних спостережень пасивних космічних об'єктів використовують радіолокаційні системи.

Науково-дослідні ШСЗ.

Радянські штучні супутники землі. Супутник серії "Космос" - іоносферна лабораторія.

Апаратура, що встановлюється на борту ШСЗ, а також спостереження ШСЗ з наземних станцій дозволяють проводити різноманітні геофізичні, астрономічні, геодезичні та ін. Орбіти таких ШСЗ різноманітні – від майже кругових на висоті 200-300 кмдо витягнутих еліптичних із висотою апогею до 500 тис. км. До науково-дослідних ШСЗ належать перші радянські супутники, радянські ШСЗ серій "Електрон", "Протон", "Космос", американські супутники серій "Авангард", "Експлорер", "ОГО", "ОСО", "ВАТ" (орбітальні геофізичні. , сонячні, астрономічні обсерваторії); англійський ШСЗ «Аріель», французький ШСЗ «Діадем» та ін. Науково-дослідні ШСЗ становлять близько половини всіх запущених ШСЗ.

За допомогою наукових приладів, встановлених на ШСЗ, вивчаються нейтральний та іонний склад верхньої атмосфери, її тиск та температура, а також зміни цих параметрів. Концентрація електронів в іоносфері та її варіації досліджуються як за допомогою бортової апаратури, так і за спостереженнями проходження крізь іоносферу радіосигналів бортових радіомаяків. За допомогою іонозондів детально вивчені структура верхньої частини іоносфери (вище головного максимуму електронної концентрації) та зміни електронної концентрації в залежності від геомагнітної широти, часу доби тощо. Всі результати досліджень атмосфери, отримані за допомогою ШСЗ, є важливим та надійним експериментальним матеріалом розуміння механізмів атмосферних процесів та для вирішення таких практичних питань, як прогноз радіозв'язку, прогноз стану верхньої атмосфери тощо.

За допомогою ШСЗ виявлено та досліджуються радіаційні пояси Землі. Поряд з космічними зондами ШСЗ дозволили дослідити структуру магнітосфери Землі та характер її обтікання сонячним вітром, а також характеристики самого сонячного вітру (щільність потоку та енергію частинок, величину та характер «вмороженого» магнітного поля) та ін. недоступні для наземних спостережень випромінювання і рентгенівське, що становить великий інтерес з погляду розуміння сонячно-земних зв'язків. Цінні для наукових досліджень дані доставляють також деякі прикладні ШСЗ. Так, результати спостережень, які виконуються на метеорологічних ШСЗ, широко використовуються для різних геофізичних досліджень.

Результати спостережень ШСЗ дають можливість з високою точністю визначати обурення орбіт ШСЗ, зміни щільності верхньої атмосфери (у зв'язку з різними проявами сонячної активності), закони циркуляції атмосфери, структуру гравітаційного поля Землі та ін. методами супутникової геодезії дозволяють здійснювати геодезичну прив'язку пунктів, віддалених на тисячі кмодин від одного, вивчати рух материків тощо.

Прикладні ШСЗ.

Закордонні штучні супутники Землі. "Сінком-3".

До прикладних ШСЗ відносять супутники, що запускаються на вирішення тих чи інших технічних, господарських, військових завдань.

Супутники зв'язку служать задля забезпечення телевізійних передач, радіотелефонної, телеграфної та інших. видів зв'язку між наземними станціями, розташованими друг від друга з відривами до 10-15 тис. км. Бортова радіоапаратура таких ШСЗ приймає сигнали наземних радіостанцій, посилює їх і ретранслює інші наземні радіостанції. Супутники зв'язку виводяться високі орбіти (до 40 тис. км). До ШСЗ цього типу належать радянський ШСЗ «Блискавка», американський ШСЗ "Сінком", ШСЗ "Інтелсат" та ін. Супутники зв'язку, виведені на стаціонарні орбіти, постійно знаходяться над певними районами земної поверхні.

Радянські штучні супутники землі. "Метеор".

Закордонні штучні супутники Землі. "Тірос".

Метеорологічні супутники призначені для регулярної передачі на наземні станції телевізійних зображень хмарного, снігового та льодового покривів Землі, відомостей про теплове випромінювання земної поверхні та хмар тощо. кмдо 1200–1500 км; смуга огляду з них сягає 2-3 тис. км. До метеорологічним супутникам належать деякі радянські ШСЗ серії "Космос", супутники "Метеор", американські ШСЗ "Тірос", "ЕССА", "Німбус". Проводяться експерименти за глобальними метеорологічними спостереженнями з висот, що досягають 40 тис. км(радянський ШСЗ «Блискавка-1», американський ШСЗ «АТС»).

Винятково перспективними з погляду застосування народному господарстві є супутники на дослідження природних ресурсів Землі. Поряд із метеорологічними, океанографічними та гідрологічними спостереженнями такі ШСЗ дозволяють отримувати оперативну інформацію, необхідну для геології, сільського господарства, рибного промислу, лісового господарства, контролю забруднень природного середовища. Результати, отримані за допомогою ШСЗ та пілотованих космічних кораблів, з одного боку, та контрольні вимірювання з балонів та літаків – з іншого, показують перспективність розвитку цього напряму досліджень.

Навігаційні супутники, функціонування яких підтримується спеціальною наземною системою забезпечення, служать навігації морських кораблів, зокрема підводних. Корабель, приймаючи радіосигнали та визначаючи своє положення щодо ШСЗ, координати якого на орбіті в кожен момент відомі з високою точністю, встановлює своє місцезнаходження. Прикладом навігаційних ШСЗ є американські супутники "Транзит", "Навсат".

Радянські штучні супутники землі. "Салют".

Пілотовані кораблі-супутники і орбітальні станції, що живуть, є найбільш складними і досконалими ШСЗ. Вони, як правило, розраховані на вирішення широкого кола завдань, в першу чергу - на проведення комплексних наукових досліджень, відпрацювання засобів космічної техніки, вивчення природних ресурсів Землі та ін. Схід» льотчик-космонавт Ю. А. Гагарін здійснив політ навколо Землі по орбіті з висотою апогею 327 км. 20 лютого 1962 року вийшов на орбіту перший американський космічний корабель з космонавтом Дж. Гленном на борту. Новим кроком у дослідженні космічного простору за допомогою пілотованих ШСЗ був політ радянської орбітальної станції «Салют», Космічні швидкості, Космічний літальний апарат.

Література:

Александров С. Р., Федоров Р. Є., Радянські супутники та космічні кораблі, 2 видавництва, М., 1961;
Ельясберг П. Е., Введення в теорію польоту штучних супутників Землі, М., 1965;
Руппе Р. О., Введення в астронавтику, пров. з англ., т. 1, М., 1970;
Левантовський Ст І., Механіка космічного польоту в елементарному викладі, М., 1970;
Кінг-Хілі Д., Теорія орбіт штучних супутників в атмосфері, пров. з англ., М., 1966;
Рябов Ю. А., Рух небесних тіл, М., 1962;
Меллер І., Введення в супутникову геодезію, пров. з англ., М., 1967. Див також літ. за ст. Космічний літальний апарат.

Н. П. Єрпильов, М. Т. Крошкін, Ю. А. Рябов, Є. Ф. Рязанов.

Ця стаття чи розділ використовує текст