Реферат «Проекты отечественной космонавтики. Искусственные спутники Земли

Искусственный спутник Земли - космический аппарат, который вращается вокруг Земли, находясь на геоцентрической орбите. Изначально слово «спутник» использовалось для обозначения советских космических аппаратов, но в 1968-1969 гг. была реализована идея по созданию международного многоязычного космического словаря, в котором по обоюдной договоренности стран-участниц термин «спутник» стал применяться к искусственным спутникам Земли, запущенным в любой стране мира.
В соответствии с международной договоренностью космический аппарат считается спутником, если он совершил не менее одного оборота вокруг Земли. Для того чтобы вывести спутник на орбиту, необходимо сообщить ему скорость, равную или большую первой космической скорости. Высота полета спутника может быть различной и колеблется от нескольких сот до сотен тысяч километров.

Наименьшая высота определяется наличием процесса быстрого торможения в верхних слоях атмосферы. От высоты зависит также период обращения спутника по орбите, который варьируется от
нескольких часов до нескольких суток. Применяются в научных исследованиях и для решения прикладных задач. Подразделяются на военные, метеорологические, навигационные, спутники связи и др. Существуют также спутники радиолюбительские.

Если спутник на борту имеет передающую радиоаппаратуру, какие-либо измерительные приборы, импульсные лампы, используемые для подачи сигналов, то он считается активным. Пассивные искусственные спутники Земли используются для реализации ряда научных задач и в качестве объектов наблюдения с земной поверхности.

Масса спутника напрямую зависит от задач, которые предстоит реализовать объекту запуска в околоземном пространстве, и может составлять от сотен граммов до сотен тонн.

Искусственные спутники имеют определенную ориентацию в пространстве в зависимости от поставленных задач. Так, например, вертикальная ориентация используется для спутников, основной задачей которых является наблюдение объектов на поверхности Земли и в ее атмосфере.

Для астрономических исследований спутники ориентируются на исследуемые небесные тела. Возможна ориентация отдельных элементов спутника, например антенн, на земные станции приема, а солнечных батарей - в сторону Солнца.

Системы ориентации спутников делятся на пассивные (магнитные, аэродинамические, гравитационные) и активные (системы, снабженные управляющими органами).

Последние применяются в основном на технически сложных искусственных спутниках и космических кораблях.

Первым в мире искусственным спутником Земли стал «Спутник-1». Он был запущен 4 октября 1957 г. с космодрома Байконур.

Над созданием этого космического аппарата работали ведущие ученые СССР того времени, среди которых основоположник практической космонавтики С. П. Королев, М. К. Тихонравов, М. В. Келдыш и многие другие. Спутник представлял собой алюминиевую сферу, которая имела 58 см в диаметре, массу 83,6 кг. В верхней части располагались две антенны, каждая из которых состояла из двух штырей и четырех антенн. Спутник был оснащен двумя радиопередатчиками с источниками питания. Диапазон передатчиков был таким, чтобы его передвижения могли отслеживать и радиолюбители. Он совершил 1440 оборотов вокруг Земли за 92 дня. Во время полета стало возможным по изменению орбиты спутника впервые определить плотность верхней атмосферы, помимо этого были получены первые данные по распространению радиосигналов в ионосфере. Уже 3 ноября был запущен второй, биологический, спутник Земли, который на борту, помимо улучшенной научной аппаратуры, доставил на орбиту живое существо - собаку Лайку. Общий вес спутника составил 508,3 кг. Спутник был оборудован системами терморегулирования и регенерации для поддержания условий, необходимых для жизни животного.

Первым искусственным спутником СССР разведывательного назначения стал «Зенит-2», который был выведен на орбиту 26 апреля 1962 г. В комплект оборудования входила капсула для сброса фотоматериала и различная фото- и радиоразведывательная аппаратура.

США стали второй мировой державой, открывшей для себя космическое пространство, запустив свой спутник, «Эксплорер-1» 1 февраля 1958 г. (по некоторым данным, 31 января 1958 г.). Запуск и разработку спутника осуществляла бригада специалистов под командованием бывшего немецкого инженера Вернера фон Брауна, создателя «оружия возмездия» - ракеты, известной под названием «Фау-2». Запуск спутника осуществлялся при помощи баллистической ракеты «Редстоун», использовавшей в качестве топлива смесь этилового спирта и гидразина (N,H4). Масса спутника составляла 8,3 кг, что в 10 раз меньше советского спутника, тем не менее «Эксплорер-1» на борту имел счетчик Гейгера и датчик атмосферных частиц.
Третьей космической державой стала Франция, запустив спутник «Астерикс-1» 26 ноября 1965 г. Австралия была следующей державой, которая заслужила право называться космической, это случилось 29 ноября 1967 г., спутник назывался «ВРЕСАТ-1». В 1970 г. сразу две державы пополнили список искусственных спутников Земли - Япония (спутник «Осуми») и Китай (спутник «Китай-1»).

Космические аппараты во всем своем многообразии - одновременно гордость и забота человечества. Их созданию предшествовала многовековая история развития науки и техники. Космическая эра, позволившая людям со стороны взглянуть на мир, в котором они живут, вознесла нас на новую ступень развития. Ракета в космосе сегодня - это не мечта, а предмет забот высококлассных специалистов, перед которыми стоят задачи по усовершенствованию существующих технологий. О том, какие виды космических аппаратов выделяют и чем они друг от друга отличаются, пойдет речь в статье.

Определение

Космические аппараты - обобщенное название для любых устройств, предназначенных для работы в условиях космоса. Есть несколько вариантов их классификации. В самом простом случае выделяют космические аппараты пилотируемые и автоматические. Первые, в свою очередь, подразделяются на космические корабли и станции. Различные по своим возможностям и назначению, они сходны во многом по строению и используемому оборудованию.

Особенности полета

Любой космический аппарат после старта проходит через три основных стадии: выведение на орбиту, собственно полет и посадка. Первый этап предполагает развитие аппаратом скорости, необходимой для выхода в космическое пространство. Для того чтобы попасть на орбиту, ее значение должно быть 7,9 км/с. Полное преодоление земного притяжения предполагает развитие второй равной 11,2 км/с. Именно так движется ракета в космосе, когда ее целью являются удаленные участки пространства Вселенной.

После освобождения от притяжения следует второй этап. В процессе орбитального полета движение космических аппаратов происходит по инерции, за счет приданного им ускорения. Наконец, стадия посадки предполагает снижение скорости корабля, спутника или станции практически до нуля.

«Начинка»

Каждый космический аппарат оснащается оборудованием под стать тем задачам, которые он призван решить. Однако основное расхождение связано с так называемым целевым оборудованием, необходимым как раз для получения данных и различных научных исследований. В остальном оснащение у космических аппаратов схоже. В него входят следующие системы:

• энергообеспечение - чаще всего снабжают космические аппараты необходимой энергией солнечные или радиоизотопные батареи, химические аккумуляторы, ядерные реакторы;
• связь - осуществляется при использовании радиоволнового сигнала, при существенном удалении от Земли особенно важным становится точное наведение антенны;
• жизнеобеспечение - система характерна для пилотируемых космических аппаратов, благодаря ей становится возможным пребывание людей на борту;
• ориентация - как и любые другие корабли, космические оснащены оборудованием для постоянного определения собственного положения в пространстве;
• движение - двигатели космических аппаратов позволяют вносить изменения в скорость полета, а также в его направление.

Классификация

Один из основных критериев для разделения космических аппаратов на типы - это режим работы, определяющий их возможности. По данному признаку выделяют аппараты:

• размещающиеся на геоцентрической орбите, или искусственные спутники Земли;
• те, целью которых является изучение удаленных участков космоса, - автоматические межпланетные станции;
• используемые для доставки людей или необходимого груза на орбиту нашей планеты, называются они космическими кораблями, могут быть автоматическими или же пилотируемыми;
• созданные для пребывания людей в космосе на протяжении длительного периода, - это ;
• занимающиеся доставкой людей и грузов с орбиты на поверхность планеты, они называются спускаемыми;
• способные исследовать планету, непосредственно располагаясь на ее поверхности, и передвигаться по ней, - это планетоходы.

Остановимся подробнее на некоторых типах.

ИСЗ (искусственные спутники Земли)

Первыми аппаратами, запущенными в космос, были искусственные спутники Земли. Физика и ее законы делают выведение любого подобного устройства на орбиту непростой задачей. Любой аппарат должен преодолеть притяжение планеты и затем не упасть на нее. Для этого спутнику необходимо двигаться с или чуть быстрее. Над нашей планетой выделяют условную нижнюю границу возможного расположения ИСЗ (проходит на высоте 300 км). Более близкое размещение приведет к достаточно быстрому торможению аппарата в условиях атмосферы.

Первоначально только ракеты-носители могли доставлять на орбиту искусственные спутники Земли. Физика, однако, не стоит на месте, и сегодня разрабатываются новые способы. Так, один из часто используемых в последнее время методов - запуск с борта другого спутника. В планах применение и других вариантов.

Орбиты космических аппаратов, вращающихся вокруг Земли, могут пролегать на разной высоте. Естественно, от этого зависит и время, требуемое на один круг. Спутники, период обращения которых равен суткам, размещаются на так называемой Она считается наиболее ценной, поскольку аппараты, находящиеся на ней, для земного наблюдателя кажутся неподвижными, а значит, отсутствует необходимость создания механизмов поворота антенн.

АМС (автоматические межпланетные станции)

Огромное число сведений о различных объектах Солнечной системы ученые получают при помощи космических аппаратов, направляемых за пределы геоцентрической орбиты. Объекты АМС - это и планеты, и астероиды, и кометы, и даже галактики, доступные для наблюдения. Задачи, которые ставятся перед такими аппаратами, требуют огромных знаний и сил от инженеров и исследователей. Миссии АМС представляют собой воплощение технического прогресса и являются одновременно его стимулом.

Пилотируемый космический корабль

Аппараты, созданные для доставки людей к назначенной цели и возвращения их обратно, в технологическом плане ничуть не уступают описанным видам. Именно к этому типу относится «Восток-1», на котором совершил свой полет Юрий Гагарин.

Самая сложная задача для создателей пилотируемого космического корабля - обеспечение безопасности экипажа во время возвращения на Землю. Также значимой частью таких аппаратов является система аварийного спасения, в которой может возникнуть необходимость во время выведения корабля в космос при помощи ракеты-носителя.

Космические аппараты, как и вся космонавтика, непрестанно совершенствуются. В последнее время в СМИ можно было часто видеть сообщения о деятельности зонда «Розетта» и спускаемого аппарата «Филы». Они воплощают все последние достижения в области космического кораблестроения, расчета движения аппарата и так далее. Посадка зонда «Филы» на комету считается событием, сравнимым с полетом Гагарина. Самое интересное, что это не венец возможностей человечества. Нас еще ожидают новые открытия и достижения в плане как освоения космического пространства, так и строения

Искусственные спутники Земли (ИСЗ)

космические летательные аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли и предназначенные для решения научных и прикладных задач. Запуск первого ИСЗ, ставшего первым искусственным небесным телом, созданным человеком, был осуществлен в СССР 4 октября 1957 и явился результатом достижений в области ракетной техники, электроники, автоматического управления, вычислительной техники, небесной механики и др. разделов науки и техники. С помощью этого ИСЗ впервые была измерена плотность верхней атмосферы (по изменениям его орбиты), исследованы особенности распространения радиосигналов в ионосфере, проверены теоретические расчёты и основные технические решения, связанные с выведением ИСЗ на орбиту. 1 февраля 1958 на орбиту был выведен первый американский ИСЗ «Эксплорер-1», а несколько позже самостоятельные запуски ИСЗ произвели и другие страны: 26 ноября 1965 - Франция (спутник «А-1»), 29 ноября 1967 - Австралия («ВРЕСАТ-1»), 11 февраля 1970 - Япония («Осуми»), 24 апреля 1970 - КНР («Китай-1»), 28 октября 1971 - Великобритания («Просперо»). Некоторые спутники, изготовленные в Канаде, Франции, Италии, Великобритании и др. странах, запускались (с 1962) с помощью американских ракет-носителей. В практике космических исследований широкое распространение получило международное сотрудничество. Так, в рамках научно-технического сотрудничества социалистических стран запущен ряд ИСЗ. Первый из них - «Интеркосмос-1» - был выведен на орбиту 14 октября 1969. Всего к 1973 запущено свыше 1300 ИСЗ различного типа, в том числе около 600 советских и свыше 700 американских и др. стран, включая пилотируемые космические корабли-спутники и орбитальные станции с экипажем.

Общие сведения об ИСЗ. В соответствии с международной договорённостью космический аппарат называется спутником, если он совершил не менее одного оборота вокруг Земли. В противном случае он считается ракетным зондом, проводившим измерения вдоль баллистической траектории, и не регистрируется как спутник. В зависимости от задач, решаемых с помощью ИСЗ, их подразделяют на научно-исследовательские и прикладные. Если на спутнике установлены радиопередатчики, та или иная измерительная аппаратура, импульсные лампы для подачи световых сигналов и т. п., его называют активным. Пассивные ИСЗ предназначены обычно для наблюдений с земной поверхности при решении некоторых научных задач (к числу таких ИСЗ принадлежат спутники-баллоны, достигающие в диаметре нескольких десятков м ). Научно-исследовательские ИСЗ служат для исследований Земли, небесных тел, космического пространства. К их числу относятся, в частности, геофизические спутники (См. Геофизический спутник), Геодезические спутники , орбитальные астрономические обсерватории и др. Прикладными ИСЗ являются Связи спутник и, метеорологические спутники (См. Метеорологический спутник), ИСЗ для исследования земных ресурсов, навигационные спутники (См. Навигационный спутник), спутники технического назначения (для исследования воздействия космических условий на материалы, для испытаний и отработки бортовых систем) и др. ИСЗ, предназначенные для полёта людей, называются пилотируемыми кораблями-спутниками. ИСЗ на экваториальной орбите, лежащей вблизи плоскости экватора, называются экваториальными, ИСЗ на полярной (или приполярной) орбите, проходящей вблизи полюсов Земли, - полярными. ИСЗ, выведенные на круговую экваториальную орбиту, удалённую на 35860 км от поверхности Земли, и движущиеся в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли, «висят» неподвижно над одной точкой земной поверхности; такие спутники называются стационарными. Последние ступени ракет-носителей, головные обтекатели и некоторые другие детали, отделяемые от ИСЗ при выводе на орбиты, представляют собой вторичные орбитальные объекты; их обычно не называют спутниками, хотя они обращаются по околоземным орбитам и в ряде случаев служат объектами наблюдений для научных целей.

В соответствии с международной системой регистрации космических объектов (ИСЗ, космических зондов (См. Космические зонды) и др.) в рамках международной организации КОСПАР в 1957-1962 космические объекты обозначались годом запуска с добавлением буквы греческого алфавита, соответствующей порядковому номеру запуска в данном году, и арабской цифры - номера орбитального объекта в зависимости от его яркости или степени научной значимости. Так, 1957α2 - обозначение первого советского ИСЗ, запущенного в 1957; 1957α1 - обозначение последней ступени ракеты-носителя этого ИСЗ (ракета-носитель была более яркой). Поскольку количество запусков возрастало, начиная с 1 января 1963 космические объекты стали обозначать годом запуска, порядковым номером запуска в данном году и заглавной буквой латинского алфавита (иногда также заменяемой порядковым числом). Так, ИСЗ «Интеркосмос-1» имеет обозначение: 1969 88А или 1969 088 01. В национальных программах космических исследований серии ИСЗ часто имеют также собственные названия: «Космос» (СССР), «Эксплорер» (США), «Диадем» (Франция) и др. За рубежом слово «спутник» до 1969 использовалось только применительно к советским ИСЗ. В 1968-69 при подготовке международного многоязычного космонавтического словаря достигнута договоренность, согласно которой термин «спутник» применяется к ИСЗ, запущенным в любой стране.

В соответствии с разнообразием научных и прикладных задач, решаемых с помощью ИСЗ, спутники могут иметь различные размеры, массу, конструктивные схемы, состав бортового оборудования. Например, масса наименьшего ИСЗ (из серии «ЕРС») - всего 0,7 кг ; советский ИСЗ «Протон-4» имел массу около 17 т . Масса орбитальной станции «Салют» с пристыкованным к ней космическим кораблём «Союз» была свыше 25 т . Наибольшая масса полезного груза, выведенного на орбиту ИСЗ, составляла около 135 т (американский космический корабль «Аполлон» с последней ступенью ракеты-носителя). Различают автоматические ИСЗ (научно-исследовательские и прикладные), на которых работа всех приборов и систем управляется командами, поступающими либо с Земли, либо из бортового программного устройства, пилотируемые корабли-спутники и орбитальные станции с экипажем.

Для решения некоторых научных и прикладных задач необходимо, чтобы ИСЗ был определённым образом ориентирован в пространстве, причём вид ориентации определяется главным образом назначением ИСЗ или особенностями установленного на нём оборудования. Так, орбитальную ориентацию, при которой одна из осей постоянно направлена по вертикали, имеют ИСЗ, предназначенные для наблюдений объектов на поверхности и в атмосфере Земли; ИСЗ для астрономических исследований ориентируются на небесные объекты: звёзды, Солнце. По команде с Земли или по заданной программе ориентация может изменяться. В некоторых случаях ориентируется не весь ИСЗ, а лишь отдельные его элементы, например остронаправленные антенны - на наземные пункты, солнечные батареи - на Солнце. Для того чтобы направление некоторой оси спутника сохранялось неизменным в пространстве, ему сообщают вращение вокруг этой оси. Для ориентации используют также гравитационные, аэродинамические, магнитные системы - так называемые пассивные системы ориентации, и системы, снабженные реактивными или инерционными управляющими органами (обычно на сложных ИСЗ и космических кораблях), - активные системы ориентации. ИСЗ, имеющие реактивные двигатели для маневрирования, коррекции траектории или спуска с орбиты, снабжаются системами управления движением, составной частью которой является система ориентации.

Энергопитание бортовой аппаратуры большинства ИСЗ осуществляется от солнечных батарей, панели которых ориентируются перпендикулярно направлению солнечных лучей или расположены так, чтобы часть из них освещалась Солнцем при любом его положении относительно ИСЗ (так называемые всенаправленные солнечные батареи). Солнечные батареи обеспечивают длительную работу бортовой аппаратуры (до нескольких лет). На ИСЗ, рассчитанных на ограниченные сроки работы (до 2-3 недель), используются электрохимические источники тока - аккумуляторы, топливные элементы. Некоторые ИСЗ имеют на борту изотопные генераторы электрической энергии. Тепловой режим ИСЗ, необходимый для работы их бортовой аппаратуры, поддерживается системами терморегулирования.

В ИСЗ, отличающихся значительным тепловыделением аппаратуры, и космических кораблях применяются системы с жидкостным контуром теплопередачи; на ИСЗ с небольшим тепловыделением аппаратуры в ряде случаев ограничиваются пассивными средствами терморегулирования (выбор внешней поверхности с подходящим оптическим коэффициентом, теплоизоляции отдельных элементов).

Передача научной и другой информации с ИСЗ на Землю производится с помощью радиотелеметрических систем (часто имеющих запоминающие бортовые устройства для регистрации информации в периоды полёта ИСЗ вне зон радиовидимости наземных пунктов).

Пилотируемые корабли-спутники и некоторые автоматические ИСЗ имеют спускаемые аппараты для возвращения на Землю экипажа, отдельных приборов, плёнок, подопытных животных.

Движение ИСЗ. 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 (См. Космические скорости) (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.

Наблюдения ИСЗ. Контроль движения ИСЗ и вторичных орбитальных объектов осуществляется путём наблюдений их со специальных наземных станций. По результатам таких наблюдений уточняются элементы орбит спутников и вычисляются эфемериды для предстоящих наблюдений, в том числе и для решения различных научных и прикладных задач. По используемой аппаратуре наблюдения ИСЗ разделяются на оптические, радиотехнические, лазерные; по их конечной цели - на позиционные (определение направлений на ИСЗ) и дальномерные наблюдения, измерения угловой и пространственной скорости.

Наиболее простыми позиционными наблюдениями являются визуальные (оптические), выполняемые с помощью визуальных оптических инструментов и позволяющие определять небесные координаты ИСЗ с точностью до нескольких минут дуги. Для решения научных задач ведутся фотографические наблюдения с помощью спутниковых фотокамер (См. Спутниковая фотокамера), обеспечивающих точность определений до 1-2 " по положению и 0,001 сек по времени. Оптические наблюдения возможны лишь в том случае, когда ИСЗ освещен солнечными лучами (исключение составляют геодезические спутники, оборудованные импульсными источниками света; они могут наблюдаться и находясь в земной тени), небо над станцией достаточно тёмное и погода благоприятствует наблюдениям. Эти условия значительно ограничивают возможность оптических наблюдений. Менее зависимы от таких условий радиотехнические методы наблюдений ИСЗ, являющиеся основными методами наблюдений спутников в период функционирования установленных на них специальных радиосистем. Такие наблюдения заключаются в приёме и анализе радиосигналов, которые либо генерируются бортовыми радиопередатчиками спутника, либо посылаются с Земли и ретранслируются спутником. Сравнение фаз сигналов, принимаемых на нескольких (минимально трёх) разнесённых антеннах, позволяет определить положение спутника на небесной сфере. Точность таких наблюдений около 3" по положению и около 0,001 сек по времени. Измерение доплеровского смещения частоты (см. Доплера эффект) радиосигналов даёт возможность определить относительную скорость ИСЗ, минимальное расстояние до него при наблюдавшемся прохождении и момент времени, когда спутник был на этом расстоянии; наблюдения, выполняемые одновременно из трёх пунктов, позволяют вычислить угловые скорости спутника.

Дальномерные наблюдения осуществляются путём измерения промежутка времени между посылкой радиосигнала с Земли и приёмом после ретрансляции его бортовым радиоответчиком ИСЗ. Наиболее точные измерения расстояний до ИСЗ обеспечивают лазерные дальномеры (точность до 1-2 м и выше). Для радиотехнических наблюдений пассивных космических объектов используются радиолокационные системы.

Научно-исследовательские ИСЗ. Аппаратура, устанавливаемая на борту ИСЗ, а также наблюдения ИСЗ с наземных станций позволяют проводить разнообразные геофизические, астрономические, геодезические и др. исследования. Орбиты таких ИСЗ разнообразны - от почти круговых на высоте 200-300 км до вытянутых эллиптических с высотой апогея до 500 тыс. км . К научно-исследовательским ИСЗ относятся первые советские спутники, советские ИСЗ серий «Электрон », «Протон », «Космос », американские спутники серий «Авангард», «Эксплорер», «ОГО», «ОСО», «ОАО» (орбитальные геофизические, солнечные, астрономические обсерватории); английский ИСЗ «Ариель», французский ИСЗ «Диадем» и др. Научно-исследовательские ИСЗ составляют около половины всех запущенных ИСЗ.

С помощью научных приборов, установленных на ИСЗ, изучаются нейтральный и ионный состав верхней атмосферы, её давление и температура, а также изменения этих параметров. Концентрация электронов в ионосфере и её вариации исследуются как с помощью бортовой аппаратуры, так и по наблюдениям прохождения сквозь ионосферу радиосигналов бортовых радиомаяков. С помощью ионозондов детально изучены структура верхней части ионосферы (выше главного максимума электронной концентрации) и изменения электронной концентрации в зависимости от геомагнитной широты, времени суток и т. п. Все результаты исследований атмосферы, полученные с помощью ИСЗ, являются важным и надёжным экспериментальным материалом для понимания механизмов атмосферных процессов и для решения таких практических вопросов, как прогноз радиосвязи, прогноз состояния верхней атмосферы и т. п.

С помощью ИСЗ обнаружены и исследуются Радиационные пояса Земли . Наряду с космическими зондами ИСЗ позволили исследовать структуру магнитосферы Земли (См. Магнитосфера Земли) и характер её обтекания солнечным ветром, а также характеристики самого солнечного ветра (См. Солнечный ветер) (плотность потока и энергию частиц, величину и характер «вмороженного» магнитного поля) и др. недоступные для наземных наблюдений излучения Солнца - ультрафиолетовое и рентгеновское, что представляет большой интерес с точки зрения понимания солнечно-земных связей. Ценные для научных исследований данные доставляют также и некоторые прикладные ИСЗ. Так, результаты наблюдений, выполняемых на метеорологических ИСЗ, широко используются для различных геофизических исследований.

Результаты наблюдений ИСЗ дают возможность с высокой точностью определять возмущения орбит ИСЗ, изменения плотности верхней атмосферы (в связи с различными проявлениями солнечной активности), законы циркуляции атмосферы, структуру гравитационного поля Земли и др. Специально организуемые позиционные и дальномерные синхронные наблюдения спутников (одновременно с нескольких станций) методами спутниковой геодезии (См. Спутниковая геодезия) позволяют осуществлять геодезическую привязку пунктов, удалённых на тысячи км друг от друга, изучать движение материков и т. п.

Прикладные ИСЗ. 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.

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».

Пилотируемые корабли-спутники. Пилотируемые корабли-спутники и обитаемые орбитальные станции являются наиболее сложными и совершенными ИСЗ. Они, как правило, рассчитаны на решение широкого круга задач, в первую очередь - на проведение комплексных научных исследований, отработку средств космической техники, изучение природных ресурсов Земли и др. Впервые запуск пилотируемого ИСЗ осуществлен 12 апреля 1961: на советском космическом корабле-спутнике «Восток » лётчик-космонавт Ю. А. Гагарин совершил полёт вокруг Земли по орбите с высотой апогея 327 км . 20 февраля 1962 вышел на орбиту первый американский космический корабль с космонавтом Дж. Гленном на борту. Новым шагом в исследовании космического пространства с помощью пилотируемых ИСЗ был полёт советской орбитальной станции «Салют », на которой в июне 1971 экипаж в составе Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева выполнил широкую программу научно-технических, медико-биологических и др. исследований.

Н. П. Ерпылёв, М. Т. Крошкин, Ю. А. Рябов, Е. Ф. Рязанов.

ИСЗ «Космос»

«Космос» — наименование серии советских искусственных спутников Земли для научных, технических и других исследований в околоземном космическом пространстве. Программа запусков спутников «Космос» включает исследование космических лучей, радиационного пояса Земли и ионосферы, распространение радиоволн и других излучений в атмосфере Земли, солнечной активности и излучения Солнца в различных участках спектра, отработку узлов космических аппаратов и выяснение влияния метеорного вещества на элементы конструкции космического аппарата, изучение влияния невесомости и других космических факторов на биологические объекты и т.д. Такая широкая программа исследований и, следовательно, большое число запусков поставили перед инженерами и конструкторами задачу предельной унификации конструкции обслуживающих систем искусственных спутников «Космос». Решение этой задачи позволило для выполнения некоторых программ запусков использовать единый корпус, стандартный состав служебных систем, общую схему управления бортовой аппаратурой, унифицированную систему энергопитания и ряд других унифицированных систем и устройств. Это сделало возможным серийное изготовление «Космос» и комплектующих систем, упростило подготовку к запуску спутников, значительно удешевило проведение научных исследований.

Спутники «Космос» запускаются на круговые и эллиптические орбиты, область высот которых от 140 («Космос-244») до 60600 км («Космос-159») и широкий диапазон наклонений орбит от 0,1° («Космос-775») до 98° («Космос-1484») позволяет доставлять научную аппаратуру почти во все районы околоземного космического пространства. Периоды обращения спутников «Космос» от 87,3 мин («Космос-244») до 24 ч 2 мин («Космос-775»). Время активного функционирования спутника «Космос» зависит от научных программ их запуска, параметров орбиты и ресурсов работы бортовых систем. Например, «Космос-27» находился на орбите 1 сутки, а «Космос-80» по расчетам будет существовать 10 тыс. лет.

Ориентация искусственных спутников Земли «Космос» зависит от характера проводимых исследований. Для решения таких задач, как метеорологические эксперименты, исследование спектра уходящего от Земли излучения и другое, используются спутники с ориентацией относительно Земли. При изучении процессов, происходящих на Солнце, применяются модификации «Космос» с ориентацией на Солнце. Системы ориентации спутников различны — реактивные (ракетные двигатели), инерциальные (вращающийся внутри спутника маховик) и другие. Наибольшая точность ориентации достигается комбинированными системами. Передача информации осуществляется в основном в диапазонах 20, 30 и 90 МГц. Некоторые спутники оборудованы ТВ связью.

В соответствии с решаемыми задачами ряд спутников серии «Космос» имеют спускаемую капсулу для возвращения научной аппаратуры и объектов экспериментов на Землю («Космос-4, -110, -605, -782″ и другие). Спуск капсулы с орбиты обеспечивается тормозной двигательной установкой с предварительной ориентацией спутника. В дальнейшем капсула тормозится в плотных слоях атмосферы за счет аэродинамической силы, а на определенной высоте включается парашютная система.

На спутниках Космос-4, -7, -137, -208, -230, -669» и других осуществлялась программа исследований первичных космических лучей и радиационного пояса Земли, в т. ч. измерения для обеспечения радиационной безопасности при пилотируемых полетах (например, на «Космос-7» при полете космического корабля «Восток-3, -4»). Полеты «Космос-135» и «Космос-163» окончательно развеяли давнее предположение о существовании пылевого облака вокруг Земли. Искусственные спутники «Космос» широко используются для решения народнохозяйственных задач. Например, «Изучение распространения и образования облачных систем в атмосфере Земли» — один из пунктов программы запусков спутников «Космос». Работы в этом направлении, а также накопленный опыт эксплуатации спутников «Космос-14, -122, -144,-156, -184, -206» и других привели к созданию метеорологических спутников «Метеор», а затем — метеорологической космической системы «Метеор». Используются спутники «Космос» в интересах навигации, геодезии и другого.

Значительное число экспериментов на этих спутниках относятся к исследованию верхней атмосферы, ионосферы, излучения Земли и других геофизических явлений (например, изучение распределения водяных паров в мезосфере — на «Космосе-45, -65», исследование прохождения сверхдлинных радиоволн через ионосферу — на «Космосе-142», наблюдение теплового радиоизлучения поверхности Земли и исследование земной атмосферы по ее собственному радио- и субмиллиметровому излучению — на «Космосе-243, -669»; масс-спектрометрические эксперименты — на «Космосе-274»). На спутниках «Космос-166, -230» осуществлялись исследования рентгеновского излучения Солнца, в т. ч. при солнечных вспышках, на «Космосе-215» изучалось рассеяние Лайман-альфа излучения в геокороне (на спутнике были установлены 8 небольших телескопов), на «Космосе-142» проводилось изучение зависимости интенсивности космического радиоизлучения от ряда факторов. На некоторых спутниках «Космос» проведены эксперименты по изучению метеорных частиц («Космос-135» и другие). На спутниках «Космос-140, -656» и других осуществлены испытания сверхпроводящей магнитной системы с полем напряженностью до 1,6 МА/м, которая может быть использована для анализа заряженных частиц с энергией до нескольких ГэВ. На этих же спутниках проводились исследования жидкого гелия, находившегося в закритическом состоянии. Спутники «Космос-84, -90» имели в составе систем энергопитания изотопные генераторы. На спутнике «Космос-97» был установлен бортовой квантовый молекулярный генератор, эксперименты с которым позволили на несколько порядков повысить точность наземно-космической системы единого времени, чувствительность приемной аппаратуры и стабильность частоты радиоволн передатчиков.

На ряде спутников «Космос» проводились медико-биологические эксперименты, которые позволили выяснить степень влияния факторов космического полета на функциональное состояние биологических объектов — от одноклеточных водорослей, растений и их семян («Космос-92, -44, -109») до собак и других животных («Космос-110, -782, -936»). Изучение результатов этих исследований в совокупности с данными медицинских наблюдений за организмом человека в космосе помогает разрабатывать наиболее благоприятные режимы труда, отдыха, питания космонавтов, создавать для космического корабля нужное оборудование, а для экипажей корабля — одежду и пищу. На «Космосе-690» проводились исследования влияния радиации на живые организмы, причем для имитации мощных солнечных вспышек на борту спутника использовался источник излучения (цезий-137) активностью 1,2-1014 расп./с. На спутнике «Космос-782» была установлена центрифуга диаметром 60 см, с помощью которой изучались возможность создания искусств, тяжести и ее влияния на биологические объекты. На ряде биологических спутников (например, «Космос-605, -690» и другие)

Некоторые спутники Земли «Космос» испытывались в качестве беспилотных космических кораблей. При совместном полете спутников «Космос-186» и «Космос-188» в октябре 1967 года впервые в мире совершили автоматическое сближение и стыковку на орбите; после расстыковки был продолжен их автономный полет и совершена посадка спускаемых аппаратов на территории СССР. В апреле 1968 года автоматическая стыковка на орбите была проведена при полете «Космоса-212» и «Космоса-213» — оба спутника (спускаемые аппараты) также осуществили посадку на территории СССР. В июне 1981 года с целью отработки бортовых систем нового космического корабля с орбитальной станцией «Салют-6» произвел стыковку спутник «Космос-1267». До 29.7.1982 орбитальная станция и искусственный спутник находились в состыкованном состоянии. На спутниках серии «Космос» отрабатывались отдельные системы и испытывалась аппаратура многих других космических аппаратов. Так, на «Космосе-41» отрабатывались некоторые элементы конструкции спутников связи «Молния», которые в комплексе со специально созданными на земных станциях приемно-передающими и антенными устройствами ныне образуют постоянно действующую систему дальней космической связи, «Космос-1000» выполнял навигационные задачи. На спутниках «Космос» отрабатывались отдельные узлы лунохода.

С запусков искусственных спутников Земли «Космос» началось практическое международное сотрудничество социалистических стран в изучении космического пространства. Основной задачей запущенного в декабре 1968 года спутника «Космос-261» явилось проведение комплексного эксперимента, включающего прямые измерения на спутнике, в частности характеристик электронов и протонов, вызывающих полярные сияния, и вариаций плотности верхней атмосферы во время этих сияний, и наземные исследования полярных сиянии. В этой работе принимали участие научные институты и обсерватории НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СРР, СССР и ЧССР. В экспериментах на спутниках этой серии участвовали также специалисты Франции, США и других стран.

Спутники Земли «Космос» запускаются с 1962 года с помощью ракет-носителей «Космос», «Союз», «Протон» и других, способных доставлять на орбиту полезный груз массой до нескольких тонн. До 1964 года спутники «Космос» выводились на орбиту также ракетой-носителем «Восток». На 1.1.1984 запущен 1521 искусственных спутников Земли «Космос».

Вулканическая цепь (снимок из космоса)

Гора Фудзияма в Японии (снимок из космоса)

Олимпийская деревня в Ванкувере (снимок из космоса)

Тайфун (снимок из космоса)

Если ты долго любовался звёздным небом, то, конечно, видел движущуюся яркую звёздочку. Но на самом деле это был спутник - космический корабль, который люди специально вывели на космическую орбиту.

Первый искусственный спутник Земли был запущен Советским Союзом в 1957 году. Это было огромное событие для всего мира, и этот день считают началом космической эры человечества. Сейчас вокруг Земли вращаются около шести тысяч спутников, самых разных по весу и форме. За 56 лет они научились многому.

Например, спутник-связист помогает смотреть телепередачи. Как это происходит? Спутник летает над телестанцией. Начинается передача, и телестанция передает «картинку» спутнику, а тот, как в эстафете, передает её другому спутнику, который летит уже над другим местом земного шара. Второй спутник транслирует изображение третьему, который возвращает «картинку» снова на Землю, на телевизионную станцию, находящуюся за тысячи километров от первой. Таким образом, телепередачи могут смотреть одновременно жители Москвы и Владивостока. По такому же принципу спутники-связисты помогают вести телефонные разговоры, связывают между собой компьютеры.

Спутники также следят за погодой . Летит такой спутник высоко, бури, штормы, грозы, все атмосферные возмущения замечает и передает на Землю. А на Земле синоптики сведения обрабатывают и знают, какая погода ожидается.

Спутники-навигаторы помогают кораблям совершать плавания, ведь система навигации GPS помогает при любой погоде определять,
где они находятся. С помощью GPS-навигаторов, встроенных в мобильные телефоны и автомобильные компьютеры, можно определить своё местонахождение, находить на карте нужные дома и улицы.

Есть также спутники-разведчики . Они фотографируют Землю, а геологи по фотографиям определяют, в каком месте нашей планеты находятся богатые залежи нефти, газа, иных полезных ископаемых.

Научно-исследовательские спутники помогают в проведении научных исследований. Астрономические - исследуют планеты Солнечной системы, галактики и другие космические объекты.

Почему спутники не падают?

Если ты бросишь камень, он полетит, постепенно опускаясь всё ниже, пока не упадет на землю. Если бросить камень сильнее - он упадёт дальше. Как вы знаете, Земля круглая. Можно ли бросить камень так сильно, чтобы он облетел вокруг Земли? Оказывается, можно. Только нужна большая скорость - почти восемь километров в секунду - это в тридцать раз быстрее самолёта. И делать это надо за пределами атмосферы, иначе трение о воздух будет сильно мешать. Зато, если получится это сделать, камень будет летать вокруг Земли сам по себе без остановки.

Спутники запускают на ракетах , которые летят вверх от поверхности Земли. Поднявшись, ракета поворачивает и начинает разгон по боковой орбите. Именно боковое движение удерживает спутники от падения на Землю. Они летают вокруг неё , как и наш придуманный камень!