Интересные факты
В краткий реферат или рассказ о проекте искусственных спутников Земли можно включить интересные факты, связанные с космическими аппаратами. Все объекты программируют таким образом, чтобы избежать столкновения с метеоритами. В истории известен только один случай, когда устройство было уничтожено космическим телом.
Благодаря изображениям с высоким разрешением, полученным с помощью аппарата, исследовательница Сара Паркак вместе со своей командой смогла обнаружить в Египте 17 пирамид и тысячу гробниц. С тех пор ученые стараются привлечь больше сотрудников к космической археологии, чтобы предотвратить расхищение древних городов, которые еще не стали известными.
В 2007 году Китай проводил тестирование ракетного оружия. Случайно испытатели сбили собственный спутник, и он разлетелся более чем гп 2000 осколков космического мусора. Все фрагменты попали на непредсказуемые орбиты. Поэтому за ними приходится следить, в противном случае они могут столкнуться с действующими устройствами.
Над Бразилией есть огромная территория с очень слабым магнитным полем. Из-за этого организации НАСА приходится выключать питание спутников, которые проходят над этой областью. Великобритания сегодня остается единственной страной, успешно разработавшей техническую возможность запуска аппаратов, но забросившей её.
Таким образом, искусственные устройства предназначены для решения технических и хозяйственных задач, исследования космоса и поверхности планеты, а также улучшения качества образования. Государственные и частные организации годами работают над созданием новых спутников, чтобы затем вывести их на орбиту.
Первый спутник для сбора геоданных
В 1972 году НАСА запустило Landsat-1, первый спутник для изучения земных ресурсов. Он был построен на платформе метеоспутника. Для мониторинга на аппарат установили два инструмента: систему камер Return Beam Vidicon, созданную Американской радиокорпорацией, и многоспектральный сканер от компании Hughes Aircraft Company. Прибор MSS записывал данные в четырех спектральных диапазонах — зеленом, красном и двух инфракрасных диапазонах. Аппарат оснастили подсистемой сбора данных (DCS) для сбора информации с удаленных наземных станций и их передачи в центральные станции обнаружения. Спутник имел два широкополосных видеомагнитофона, способных хранить до 30 минут данных со сканера или камеры. Он весил 953 кг и имел размеры 1,5×3 м.
Landsat-1
(Фото: nssdc.gsfc.nasa.gov)
Landsat-1 проработал до января 1978 года, что было больше расчетного срока службы на пять лет. Спутник собирал изображения лесов, городских районов и источников воды на Земле. NASA запустило масштабную программу Landsat для оценки естественных и антропогенных изменений на Земле, которая действует более 40 лет. В настоящее время на орбите работает спутник Landsat-9. Эта последняя версия спутника использует оптические и тепловые датчики для захвата изображений.
Варианты запуска
В самом начале освоения космоса спутники запускали только с помощью ракет-носителей. Но в конце ХХ века распространился и другой вариант, когда их отправляли в пространство с орбитальных станций или кораблей. Существуют и другие способы выведения устройств, но пока они развиты только в теории:
- МТКК-самолеты;
- лифты;
- пушки.
Спустя некоторое время люди научились запускать больше одного спутника с одной ракеты-носителя. А уже 2013 году они смогли вывести в космос одновременно три десятка объектов. В результате некоторых экспериментов последние ступени носителей также вышли на орбиту, на какое-то время и они стали спутниками.
Но у беспилотных объектов довольно разнообразная масса: от 3−5 кг до 20 т. Отличается и размер, он может колебаться от нескольких сантиметров до десятков метров. Космические корабли и космопланы считаются спутниками, они имеют большие габариты. Но самыми огромными являются сборные орбитальные станции.
В 21 веке благодаря развитию нанотехнологий специалисты смогли создать сверхмалые объекты нового формата — кубсат и покеткуб. Большинство аппаратов невозвратные, но некоторые из них могут частично опускаться на планету. Среди таких выделяют пилотируемые и грузовые корабли, спускаемые аппараты, космопланы. Все современные спутники Земли необходимы для научных исследований, а также для образования. В качестве хобби некоторые астрономы-любители запускают радиообъекты.
Виды и назначение современных искусственных спутников
Искусственные спутники помогают решать многие задачи современной астрономии, климатологии, разведки, навигации, естествознания. Среди них выделяют следующие виды:
- астрономические — исследующие галактики, планеты, разнообразные космические объекты;
- биологические — разработанные для проведения экспериментов над живыми организмами в космосе;
- метеорологические — предназначенные для наблюдения за климатом Земли;
- военные — запускаемые для сбора разведывательных данных, организации связи между военными подразделениями;
- навигационные — определяющие положение воздушных, водных и наземных объектов;
- связные — ретранслирующие радиосигналы между земными точками, не имеющими прямой видимости.
Также различают орбитальные станции — космические корабли длительного пребывания в космическом пространстве, голоспутники — исследователи других планет и малые спутники, представленные мини-, микро- и наноспутниками.
Конструкторский замысел
Модель ракеты-носителя «Рокот», разрабатывавшейся для вывода в космическое пространство спутников активного противодействия системы «Наряд»
Суть проекта Д. А. Полухина заключалась в следующем: Для решения поставленной перед ним стратегической задачи (защиты Советского Союза от внезапного массированного ядерного удара), конструктор предложил вариант создания космического эшелона противоракетной (воздушно-космической) обороны страны на основе ракет-перехватчиков — боевых ракет, установленных в шахтные пусковые установки, с особыми — космическими боеголовками, т. е. с космическими спутниками-штурмовиками, поражающими цель, находящуюся на земле, в воздухе, на околоземной орбите или сходящую с околоземной орбиты в атмосферу. Развернутая противоракетная оборона на основе «Наряда» в перспективе могла с успехом защищать не только территорию Советского Союза от ракетной угрозы со стороны США и НАТО, но и саму планету Земля от метеоритов, крупногабаритного космического мусора и больших обломков каких-либо космических объектов, и других материальных угроз космического происхождения. В основу проекта легли более ранние наработки В. Н. Челомея и его подчинённых, в первую очередь, военно-космические проекты противоракетной обороны, относящиеся к 1960-м гг., и их отдельные компоненты: ракету-носитель и проект спутника противоракетной обороны. Проект предполагал возможность перехвата спутников и других космических объектов на удалении до 40 тыс. км. от земной поверхности (т. е. за пределами геостационарной орбиты), что значительно превышало предполагаемые боевые возможности более ранних модификаций «ИС». Учитывая, что ракета-носитель «Рокот» — модификация ракеты УР-100Н, предназначавшаяся для вывода на околоземную орбиту и за её пределы (если считать геостационарную орбиту крайним пределом) спутников активного противодействия, была рассчитана на вывод в космос около двух тонн полезного груза, следовательно, полётная масса одного набора спутников системы «Наряд-В» с боевой нагрузкой (вооружением) на предельное расстояние не превышала двух тонн.
Прикладные ИСЗ.
Зарубежные искусственные спутники Земли. «Синком-3».
К прикладным ИСЗ относят спутники, запускаемые для решения тех или иных технических, хозяйственных, военных задач.
Спутники связи служат для обеспечения телевизионных передач, радиотелефонной, телеграфной и др. видов связи между наземными станциями, расположенными друг от друга на расстояниях до 10—15 тыс. км. Бортовая радиоаппаратура таких ИСЗ принимает сигналы наземных радиостанций, усиливает их и ретранслирует на другие наземные радиостанции. Спутники связи выводятся на высокие орбиты (до 40 тыс. км). К ИСЗ этого типа относятся советский ИСЗ «Молния», американский ИСЗ «Синком», ИСЗ «Интелсат» и др. Спутники связи, выведенные на стационарные орбиты, постоянно находятся над определёнными районами земной поверхности.
Советские искусственные спутники Земли. «Метеор».
Зарубежные искусственные спутники Земли. «Тирос».
Метеорологические спутники предназначены для регулярной передачи на наземные станции телевизионных изображений облачного, снегового и ледового покровов Земли, сведений о тепловом излучении земной поверхности и облаков и т. п. ИСЗ этого типа запускаются на орбиты, близкие к круговым, с высотой от 500—600 км до 1200—1500 км; полоса обзора с них достигает 2—3 тыс. км. К метеорологическим спутникам относятся некоторые советские ИСЗ серии «Космос», спутники «Метеор», американские ИСЗ «Тирос», «ЭССА», «Нимбус». Проводятся эксперименты по глобальным метеорологическим наблюдениям с высот, достигающих 40 тыс. км (советский ИСЗ «Молния-1», американский ИСЗ «АТС»).
Исключительно перспективными с точки зрения применения в народном хозяйстве являются спутники для исследования природных ресурсов Земли. Наряду с метеорологическими, океанографическими и гидрологическими наблюдениями такие ИСЗ позволяют получать оперативную информацию, необходимую для геологии, сельского хозяйства, рыбного промысла, лесного хозяйства, контроля загрязнений природной среды. Результаты, полученные с помощью ИСЗ и пилотируемых космических кораблей, с одной стороны, и контрольные измерения с баллонов и самолётов — с другой, показывают перспективность развития этого направления исследований.
Навигационные спутники, функционирование которых поддерживается специальной наземной системой обеспечения, служат для навигации морских кораблей, в том числе подводных. Корабль, принимая радиосигналы и определяя своё положение относительно ИСЗ, координаты которого на орбите в каждый момент известны с высокой точностью, устанавливает своё местоположение. Примером навигационных ИСЗ являются американские спутники «Транзит», «Навсат».
Движение ИСЗ.
Зарубежные искусственные спутники Земли. «Джемини».
ИСЗ выводятся на орбиты с помощью автоматических управляемых многоступенчатых ракет-носителей, которые от старта до некоторой расчётной точки в пространстве движутся благодаря тяге, развиваемой реактивными двигателями. Этот путь, называемый траекторией выведения ИСЗ на орбиту, или активным участком движения ракеты, составляет обычно от нескольких сотен до двух-трёх тыс. км. Ракета стартует, двигаясь вертикально вверх, и проходит сквозь наиболее плотные слои земной атмосферы на сравнительно малой скорости (что сокращает энергетические затраты на преодоление сопротивления атмосферы). При подъёме ракета постепенно разворачивается, и направление её движения становится близким к горизонтальному. На этом почти горизонтальном отрезке сила тяги ракеты расходуется не на преодоление тормозящего действия сил притяжения Земли и сопротивления атмосферы, а главным образом на увеличение скорости. После достижения ракетой в конце активного участка расчётной скорости (по величине и направлению) работа реактивных двигателей прекращается; это — так называемая точка выведения ИСЗ на орбиту. Запускаемый космический аппарат, который несёт последняя ступень ракеты, автоматически отделяется от неё и начинает своё движение по некоторой орбите относительно Земли, становясь искусственным небесным телом. Его движение подчинено пассивным силам (притяжение Земли, а также Луны, Солнца и др. планет, сопротивление земной атмосферы и т. д.) и активным (управляющим) силам, если на борту космического аппарата установлены специальные реактивные двигатели. Вид начальной орбиты ИСЗ относительно Земли зависит целиком от его положения и скорости в конце активного участка движения (в момент выхода ИСЗ на орбиту) и математически рассчитывается с помощью методов небесной механики. Если эта скорость равна или превышает (но не более чем в 1,4 раза) первую космическую скорость (около 8 км/сек у поверхности Земли), а её направление не отклоняется сильно от горизонтального, то космический аппарат выходит на орбиту спутника Земли. Точка выхода ИСЗ на орбиту в этом случае расположена вблизи перигея орбиты. Выход па орбиту возможен и в других точках орбиты, например вблизи апогея, но поскольку в этом случае орбита ИСЗ расположена ниже точки выведения, то сама точка выведения должна располагаться достаточно высоко, скорость же в конце активного участка при этом должна быть несколько меньше круговой.
В первом приближении орбита ИСЗ представляет собой эллипс с фокусом в центре Земли (в частном случае — окружность), сохраняющий неизменное положение в пространстве. Движение по такой орбите называется невозмущённым и соответствует предположениям, что Земля притягивает по закону Ньютона как шар со сферическим распределением плотности и что на спутник действует только сила притяжения Земли.
Такие факторы, как сопротивление земной атмосферы, сжатие Земли, давление солнечного излучения, притяжения Луны и Солнца, являются причиной отклонений от невозмущённого движения. Изучение этих отклонений позволяет получать новые данные о свойствах земной атмосферы, о гравитационном поле Земли. Из-за сопротивления атмосферы ИСЗ, движущиеся по орбитам с перигеем на высоте несколько сот км, постепенно снижаются и, попадая в сравнительно плотные слои атмосферы на высоте 120—130 км и ниже, разрушаются и сгорают; они имеют, таким образом, ограниченный срок существования. Так, например, первый советский ИСЗ находился в момент выхода на орбиту на высоте около 228 км над поверхностью Земли и имел почти горизонтальную скорость около 7,97 км/сек. Большая полуось его эллиптической орбиты (т. е. среднее расстояние от центра Земли) составляла около 6950 км, период обращения 96,17 мин, а наименее и наиболее удалённые точки орбиты (перигей и апогей) располагались на высотах около 228 и 947 км соответственно. Спутник существовал до 4 января 1958, когда он, вследствие возмущений его орбиты, вошёл в плотные слои атмосферы.
Орбита, на которую выводится ИСЗ сразу после участка разгона ракеты-носителя, бывает иногда лишь промежуточной. В этом случае на борту ИСЗ имеются реактивные двигатели, которые включаются в определённые моменты на короткое время по команде с Земли, сообщая ИСЗ дополнительную скорость. В результате ИСЗ переходит на другую орбиту. Автоматические межпланетные станции выводятся обычно сначала на орбиту спутника Земли, а затем переводятся непосредственно на траекторию полёта к Луне или планетам.
Исследование Луны
7. Луна-1 («Мечта») (СССР, 02.01.1959). Первая автоматическая межпланетная станция, достигшая второй космической скорости и ставшая искусственным спутником Солнца. Илл. RIAN_archive / Alexander Mokletsov.
8. Луна-2 (СССР, 12.09.1959). Первая в мире станция, которая достигла поверхности Луны. «Луна-2» несла на борту вымпелы с изображением герба СССР. Илл. agenciasinc.es.
9. Луна-3 (СССР, 04.10.1959). Советская межпланетная станция, впервые сфотографировавшая обратную, не видимую с Земли, сторону Луны. Илл. polymus.ru / Thngs.
10. Рейнджер-7 (США, 28.07.1964). Первый успешный аппарат серии «Рейнджер», передавший снимки лунной поверхности с близкого расстояния. Илл. NASA.
11. Луна-9 (СССР, 31.01.1966). Первый космический аппарат в истории освоения космоса, который совершил мягкую посадку на поверхность Луны и передал на Землю панорамы лунной поверхности. Илл. NASA.
12. Луна-10 (СССР, 31.03.1966). Впервые в мире межпланетная станция вышла на орбиту вокруг Луны и получила данные о её химическом составе. Илл. Pline.
13. Сервейер-1 (США, 30.05.1966). Первый американский спускаемый аппарат, совершивший мягкую посадку на Луну. Сервейер-1 передал на Землю более 11 тысяч фотоснимков лунной поверхности. Илл. NASA.
14. Сервейер-3 (США, 17.04.1967). Второй благополучно прилунившийся американский аппарат. Впервые имел на борту устройство для сбора и анализа грунта. 3 ноября 1969 года рядом с «Сервейер-3» приземлился лунный модуль корабля Аполлон-12. Астронавты Конрад и Бин достигли аппарата и сняли с него около 10 кг деталей, включая телекамеру. Эти предметы были возвращены на Землю для исследований. Илл. NASA.
15. Зонд-5 (СССР, 15.09.1968). Первый космический аппарат, облетевший вокруг Луны и вернувшийся на Землю. На борту находились черепахи, дрозофилы, бактерии и другие живые существа, а также семена. Илл. А. Г. Шлядинского.
16. Луна-16 (СССР, 12.09.1970). Первая межпланетная станция, доставившая на Землю образцы лунного грунта массой 101 грамм. Илл. Bembmv.
17. Луна-17 и Луноход-1 (СССР, 15.11.1970). Станция «Луна-17» доставила на лунную поверхность самоходный аппарат «Луноход-1». Луноход проработал на Луне одиннадцать лунных дней (10,5 земных месяцев) и проехал 10540 м. Илл. NASA.
18. Луна-21 и Луноход-2 (СССР, 08.01.1973). Луноход-2, надёжнее и совершеннее своего предшественника, был доставлен на Луну станцией «Луна-21». За четыре месяца работы прошёл 42 километра, передал на Землю 86 панорам и около 80 000 кадров телесъёмки, но его дальнейшей работе помешал перегрев аппаратуры внутри корпуса. Илл. Hayk.
19. Луна-24 (СССР, 09.08.1976). Последняя советская станция, исследовавшая Луну. Доставила на Землю 170 граммов лунного грунта, исследовав который учёные получили убедительное доказательство наличия на Луне воды. Илл. Svobodat.
Ход работы
Эпизод, связанный с выбором курса государственной политики СССР в отношении освоения космоса в военных целях и принятием курса на постепенное сворачивание работ в рамках проекта «Наряд», приводит в своих мемуарах бывший заместитель начальника космодрома «Байконур» по научно-исследовательской и опытно-испытательной работе генерал-майор А. П. Завалишин: В ходе визита Генерального секретаря ЦК КПСС М. С. Горбачёва и делегации членов Совета Министров СССР на «Байконур» 11 мая 1987 г., среди прочего, высокопоставленным посетителям демонстрировали достижения советской науки в области освоения космоса. В зоне экспозиции, где располагались боевые космические средства, процессия подошла к одиночному спутнику активного противодействия системы «Наряд», — М. С. Горбачёва заинтересовал макет спутника. Увидев это, Завалишин, пользуясь случаем, сразу же обратился к нему с просьбой о разрешении проведения учебно-боевых испытаний опытного образца указанного спутника на околоземной орбите, напомнив, что США уже проводили аналогичные эксперименты системы «Асат» с уничтожением отработавших свой ресурс американских спутников и, попутно заверив, что для обеспечения секретности и предотвращения их международной огласки будет разработано надёжное легендирование, а сам эксперимент будет обставлен так, что и «комар носа не подточит». Но Горбачёв посоветовал провести все испытания и проверку нацеливания и управления боевой работой системы не в космосе, а в направлении центра Земли — под землёй (намекая на то, что он таким образом «хоронит» этот проект). Завалишин не растерялся и, в свою очередь, вступил в полемику, напомнив генсеку, что политика — политикой, но нужно иметь оружие, которое, если не превосходило, то хотя бы не уступало по своим характеристикам существующим образцам техники вероятного противника, приведя примеры Второй мировой войны и напомнив о первоначальном отношении советского высшего военно-политического руководства к «Катюшам», но Горбачёв после длительных объяснений о недопустимости подобного провоцирования западных стран, высказал вежливый, но твёрдый отказ. Присутствующие гости и командование в разговор не вмешивались и не высказывали своё мнение и отношение к данному вопросу. В заключение М. С. Горбачёв выразил своё удовлетворение от увиденной техники и многозначительно посетовал: «Очень жаль, что не знал всего этого до Рейкьявика!», — подразумевая свою встречу с Президентом США Р. Рейганом в Рейкьявике 11–12 октября 1986 г., в ходе которой советской стороной были сделаны значительные уступки, в том числе и в военной сфере. Тем не менее, в руководстве Министерства обороны СССР понимали, что система «Энергия — Буран» для выполнения своих оборонительных функций очень дорога и к тому же уязвима, поэтому поддерживали проект Д. А. Полухина и санкционировали создание нескольких экспериментальных установок типа «Наряд».
Модели спутника
В процессе работы над созданием совершенно нового вида летательных аппаратов, было создано несколько испытательных моделей. Одна из них хранится в музее космонавтики им. С. Королева, находящемся в Подмосковье, а другая в американском городе Сиэтле. Известно еще о 4-х испытательных образцах, которые в настоящее время находятся в частных коллекциях. Одну из них, полностью аналогичную спутнику, запущенному в космос, с работающим передатчиком, продали на международном аукционе за 847,5 тысяч долларов. Инженер из России продал еще одну, похожую по всем техническим показателям, модель на торгах Bonhams, за 269,0 тысяч американских долларов. Опытные образцы имели много общих деталей и принципиальных схем с тем окончательным вариантом, который сгорел в атмосфере после победных полетов вокруг планеты.
Модель Первого спутника в разрезе
Интересные факты
Страсть исследователей к получению все новых знаний заставила разработчиков поставить в спутниковую систему даже такой немыслимый для того времени датчик, с помощью которого можно было наблюдать прохождение радиоволн через атмосферу планеты.
Корпус сферического контейнера состоял из двух одинаковых по размерам половинок, изготовленных из легкого и прочного алюминиевого сплава. Герметичность внутреннего пространства обеспечивалась прокладкой из резины, а в месте стыка было установлено 35 стальных болтов. Полностью собранный спутник заполняли сухим азотом, который препятствовал сильному нагреванию аппарата.
На одной из оболочек были установлены антенны, обращенные в одну сторону, с углом в 70 градусов. Штыри приводились в нужное положение после отделения ракеты, с помощью пружинного механизма. Длина антенны для волн УКВ составляла 240 см, а для диапазона КВ – 290 см. Они обеспечивали распространение сигналов в разные стороны, поддерживая устойчивую связь с наблюдателями. Кроме радиостанции, внутри герметичного корпуса сферы находились вентиляторы и цинково-серебряные аккумуляторы. Передатчики включались по очереди, чтобы не мешать сигналам друг друга.
Памятник первому спутнику
Мини-спутники
В 1999 году профессор Джорди Пуч-Суари из Калифорнийского политехнического государственного университета и Боб Твиггс из Стэнфордского университета предложили эталонный проект CubeSat — миниатюрный спутник для космических исследований. Он состоит из нескольких кубических блоков размером 10 см×10 см×10 см и массой не более 1,33 кг каждый.
CubeSat впервые использовали для научной миссии НАСА Ames. В 2006 году группа Biological CubeSat запустила спутник GeneSat-1 для проведения биологических экспериментов в космосе. Так, кубсат нес биологические образцы, чтобы проанализировать влияние невесомости на деградацию мышц человека. Образцы не требовалось возвращать на Землю, так как спутник с помощью датчиков собирал информацию об их состоянии и передавал ее. В 2018 году мини-спутник впервые использовали в межпланетной миссии Mars InSight. Два кубсата MarCO A и B послужили ретрансляторами связи для посадочного модуля, когда он достиг поверхности Марса.
Кубсаты обычно запускают партиями либо с ракет-носителей, либо с борта грузовых космических кораблей и орбитальных станций. Большинство кубсатов несут один или два научных прибора с небольшими выдвижными антеннами и солнечные батареи. Запуск кубсата может запросить, к примеру, университет, при этом мини-спутник могут изготовить сами студенты.
Кубсат Тартуского университета
(Фото: amsat-uk.org)
Дополнительно кубсат можно оборудовать селфи-камерой, солнечным парусом, флеш-памятью для удаленного хранения данных, приемниками сигналов и другим оборудованием. Благодаря технологиям 3D-печати производство малых спутников становится дешевле, а сами они могут выполнять все более широкий спектр задач.
