Umělá družice Země je kosmická loď, která se otáčí kolem Země na geocentrické oběžné dráze. Zpočátku se slovo „sputnik“ používalo k označení sovětské kosmické lodi, ale v letech 1968-1969. Byla realizována myšlenka vytvoření mezinárodního mnohojazyčného vesmírného slovníku, ve kterém se po vzájemné dohodě zúčastněných zemí začal termín „satelit“ používat pro umělé družice Země vypouštěné v kterékoli zemi světa.
Podle mezinárodní dohody je kosmická loď považována za satelit, pokud dokončila alespoň jednu otáčku kolem Země. Aby bylo možné vypustit satelit na oběžnou dráhu, je nutné mu udělit rychlost rovnou nebo větší než je první úniková rychlost. Výška letu satelitu může být různá a pohybuje se od několika stovek až po stovky tisíc kilometrů.

Nejnižší nadmořská výška je určena přítomností procesu rychlého brzdění v horní vrstvy atmosféra. Doba oběhu satelitu závisí také na výšce, která se liší od
několik hodin až několik dní. Používají se ve vědeckém výzkumu a k řešení aplikovaných problémů. Dělí se na družice vojenské, meteorologické, navigační, komunikační atd. Existují i ​​družice radioamatérské.

Pokud má satelit na palubě vysílací rádiové zařízení, jakékoli měřicí přístroje, zábleskové lampy používané k vysílání signálů, pak je považován za aktivní. Pasivní umělé družice Země se používají k realizaci řady vědeckých úkolů a jako pozorovací objekty ze zemského povrchu.

Hmotnost družice přímo závisí na úkolech, které musí nosný objekt v blízkozemském prostoru splnit, a může se pohybovat od stovek gramů až po stovky tun.

Umělé družice mají určitou orientaci v prostoru v závislosti na zadaných úkolech. Vertikální orientace se například používá u družic, jejichž hlavním úkolem je pozorovat objekty na povrchu Země a v její atmosféře.

Pro astronomický výzkum jsou satelity orientovány na zkoumaná nebeská tělesa. K pozemským přijímacím stanicím je možné orientovat jednotlivé satelitní prvky, jako jsou antény, ke Slunci pak solární panely.

Satelitní orientační systémy se dělí na pasivní (magnetické, aerodynamické, gravitační) a aktivní (systémy vybavené ovládacími prvky).

Ty se používají především na technicky složitých umělých družicích a kosmických lodích.

První umělou družicí na světě byl Sputnik 1. Vypuštěn byl 4. října 1957 z kosmodromu Bajkonur.

Na vytvoření této kosmické lodi pracovali přední vědci SSSR té doby, včetně zakladatele praktické kosmonautiky S.P. Koroljova, M.K. Tikhonravova, M.V. Keldyshe a mnoha dalších. Družice byla hliníková koule, která měla průměr 58 cm a hmotnost 83,6 kg. Nahoře byly dvě antény, z nichž každá se skládala ze dvou kolíků a čtyř antén. Družice byla vybavena dvěma rádiovými vysílači s napájecími zdroji. Dosah vysílačů byl takový, že radioamatéři mohli sledovat jeho pohyb. Dokončila 1440 otáček kolem Země za 92 dní. Během letu bylo poprvé možné určit hustotu horních vrstev atmosféry změnou oběžné dráhy družice, navíc byly získány první údaje o šíření rádiových signálů v ionosféře. Již 3. listopadu byl vypuštěn druhý, biologický, satelit Země, který na palubě kromě vylepšeného vědeckého vybavení vynesl na oběžnou dráhu živého tvora – psa Lajku. Celková hmotnost satelitu byla 508,3 kg. Družice byla vybavena termoregulačními a regeneračními systémy pro udržení podmínek nezbytných pro život zvířete.

První umělou družicí SSSR pro průzkumné účely byl Zenit-2, který byl vypuštěn na oběžnou dráhu 26. dubna 1962. Souprava vybavení obsahovala kapsli pro shazování fotografického materiálu a různé foto a radioprůzkumné vybavení.

Spojené státy americké se staly druhou světovou velmocí, která objevila vesmír vypuštěním své družice Explorer 1 1. února 1958 (podle některých zdrojů 31. ledna 1958). Vypuštění a vývoj satelitu provedl tým specialistů pod velením bývalého německého inženýra Wernhera von Brauna, tvůrce „odvetné zbraně“ - rakety známé jako V-2. Družice byla vypuštěna pomocí balistické střely Redstone, která používala směs ethylalkohol a hydrazin (N,H4). Hmotnost družice byla 8,3 kg, což je 10krát méně než sovětská družice, nicméně Explorer 1 měl na palubě Geigerův počítač a senzor atmosférických částic.
Třetí vesmírnou velmocí se stala Francie, která 26. listopadu 1965 vypustila družici Asterix-1. Další velmocí, která si vysloužila právo být nazývána vesmírnou velmocí, se tak stalo 29. listopadu 1967, družice byla nazvána VRESAT-1 . V roce 1970 se na seznam umělých družic Země okamžitě přidaly dvě mocnosti – Japonsko (družice Osumi) a Čína (družice China-1).

První umělá družice Země

Umělá družice Země (AES) - rotující kolem dokola po geocentrické oběžné dráze.

Pohyb umělé družice Země na geostacionární dráze

Aby se zařízení mohlo pohybovat na oběžné dráze kolem Země, musí mít počáteční rychlost stejnou nebo větší než první úniková rychlost. Lety AES se provádějí ve výškách až několik set tisíc kilometrů. Spodní hranice výšky letu družice je určena nutností vyhnout se procesu rychlého brzdění v atmosféře. Doba oběhu družice se v závislosti na průměrné výšce letu může pohybovat od jedné a půl hodiny až po několik let. Zvláštní význam mají družice na geostacionární dráze, jejichž oběžná doba je striktně rovna dnu, a proto pro pozemního pozorovatele „visí“ nehybně na obloze, což umožňuje zbavit se rotujících zařízení v anténách.

Termín satelit obvykle znamená bezpilotní kosmická loď, nicméně, blízko-zemské pilotované a bezpilotní nákladní kosmické lodě, stejně jako orbitální stanice ve skutečnosti jsou to také satelity. Automatické meziplanetární stanice a meziplanetární kosmické lodě lze vypouštět do hlubokého vesmíru jak obchvatem družicového stupně (tzv. rektascenze), tak po předběžném startu do tzv. referenční dráha satelitu.

Nejprve vesmírný věk družice byly vypouštěny pouze prostřednictvím nosných raket a koncem 20. století se rozšířilo i vypouštění družic z jiných družic - orbitálních stanic a kosmických lodí (především z raketoplánu MTKK). Jako prostředek k vypouštění satelitů je to teoreticky možné, ale kosmické lodě MTKK, vesmírná děla a vesmírné výtahy ještě nebyly implementovány. Jen krátce po začátku kosmického věku se stalo běžným vypouštět více než jeden satelit na jednu nosnou raketu a do konce roku 2013 přesáhl počet současně vypuštěných satelitů u některých nosných raket tři desítky. Při některých startech poslední kroky nosné rakety se také dostávají na oběžnou dráhu a na nějakou dobu se skutečně stávají satelity.

Bezpilotní satelity mají hmotnosti od několika kg do dvou desítek tun a rozměry od několika centimetrů až po (zejména při použití solárních panelů a výsuvných antén) několik desítek metrů. Kosmické lodě a kosmické letouny, které jsou satelity, dosahují několika desítek tun a metrů a prefabrikované orbitální stanice dosahují stovek tun a metrů. Ve 21. století, s rozvojem mikrominiaturizace a nanotechnologií, se masovým fenoménem stalo vytváření ultra malých družic cubesat (od jednoho do několika kg a od několika do několika desítek cm). nový formát pocketsat (doslova kapsa) o hmotnosti několika set nebo desítek gramů a několika centimetrů.

Satelity jsou primárně navrženy tak, aby byly nevratné, ale některé z nich (primárně s lidskou posádkou a některé nákladní kosmické lodě) jsou částečně obnovitelné (mají přistávací modul) nebo plně (kosmické letouny a satelity vracející se na palubu).

Umělé družice Země jsou široce používány pro vědecký výzkum a aplikovaných úlohách (vojenské družice, výzkumné družice, meteorologické družice, navigační družice, komunikační družice, biodružice atd.), jakož i ve vzdělávání (univerzitní družice se staly ve světě masovým fenoménem; družice vytvořené učiteli, absolventy a studenty studentů Moskevské státní univerzity, plánuje se vypuštění družice pro Moskevskou státní technickou univerzitu pojmenovanou po Baumanovi) a hobby - radioamatérské družice. Na počátku kosmického věku byly satelity vypouštěny státy (národní vládní organizace), ale pak se rozšířily satelity od soukromých společností. S příchodem cubesatů a kapesních satelitů s náklady na vypuštění až několik tisíc dolarů bylo možné vypouštět satelity soukromými osobami.

Satelity byly vypuštěny více než 70 různými zeměmi (a také jednotlivými společnostmi) za použití jak vlastních nosných raket (LV), tak těch, které poskytují jako vypalovací služby jiné země a mezivládní a soukromé organizace.

První družice světa byla vypuštěna v SSSR 4. října 1957 (Sputnik-1). Druhou zemí, která vypustila družici, byly 1. února 1958 Spojené státy americké (Explorer 1). Následující země - Velká Británie, Kanada, Itálie - vypustily své první satelity v roce 1962, 1962, 1964. respektive na amerických nosných raketách. Třetí zemí, která na své nosné raketě vypustila první satelit, byla 26. listopadu 1965 Francie (Asterix). Austrálie a Německo získaly své první satelity v letech 1967 a 1969. podle toho také s pomocí americké nosné rakety. Japonsko, Čína a Izrael vypustily své první satelity na svých nosných raketách v letech 1970, 1970 a 1988. Řada zemí – Velká Británie, Indie, Írán, ale i Evropa (mezivládní organizace ESRO, nyní ESA) – vypustila své první družice na zahraničních nosičích, než vytvořila vlastní nosné rakety. První satelity mnoha zemí byly vyvinuty a zakoupeny v jiných zemích (USA, SSSR, Čína atd.).

Rozlišují se následující typy satelitů:

Astronomické družice jsou družice určené ke studiu planet, galaxií a dalších vesmírných objektů.
Biosatelity jsou družice určené k provádění vědeckých experimentů na živých organismech ve vesmíru.
Dálkový průzkum Země
Kosmická loď - kosmická loď s lidskou posádkou
Vesmírné stanice - dlouhodobá kosmická loď
Meteorologické družice jsou družice určené k přenosu dat za účelem předpovědi počasí a také ke sledování klimatu Země
Malé satelity jsou satelity malé hmotnosti (méně než 1 nebo 0,5 tuny) a velikosti. Zahrnuje minisatelity (více než 100 kg), mikrosatelity (více než 10 kg) a nanosatelity (lehčí než 10 kg), vč. CubeSats a PocketSats.
Průzkumné satelity
Navigační satelity
Komunikační satelity
Experimentální satelity

10. února 2009 došlo poprvé v historii ke srážce satelitů. Srazila se ruská vojenská družice (vypuštěna na oběžnou dráhu v roce 1994, ale o dva roky později vyřazena z provozu) a funkční americká družice od satelitního telefonního operátora Iridium. "Cosmos-2251" vážil téměř 1 tunu a "Iridium 33" 560 kg.

Satelity se srazily na obloze nad severní Sibiří. V důsledku srážky se vytvořila dvě oblaka malých úlomků a úlomků ( celkový bylo asi 600 fragmentů).

Od raného dětství, když se člověk dívá na hvězdnou oblohu a Měsíc, přemýšlí, jak funguje vesmír, hvězdy, planety, galaxie a vesmír. Přitahuje nás vše neznámé a nepochopitelné. Sovětským vědcům se podařilo zvednout oponu záhady vesmíru pod vedením geniálního konstruktéra Sergeje Pavloviče Koroljova, pod jehož vedením vypustili první umělou družici Země (zkráceně AES).

První start

Byl to SSSR, který 4. října 1957 jako první vypustil do vesmíru na nosné raketě R-7 z kosmodromu Bajkonur nejjednodušší pozemskou družici neboli PS-1. Kreativní tým tvůrců satelitu vedl Sergej Korolev.

Sergej Korolev a Jurij Gagarin

Technické vlastnosti prvního umělého zemského satelitu jsou poměrně primitivní ve srovnání se satelity, které jsou vypouštěny v naší době.

PS-1 byla koule o průměru přibližně 58 cm, ke které byly připevněny čtyři antény o délce 2,4 a 2,9 metru, které byly potřeba pro příjem rádiového signálu. Hmotnost PS-1 byla 83,6 kg. Uvnitř satelitu byly tlakové a teplotní senzory, ventilátory zapínané pomocí relé, které začaly fungovat, pokud teplota stoupla nad +30C, přepínaly zařízení, které vysílalo signál ze satelitu na Zemi.

PS-1 se od nosné rakety oddělil 295 sekund po startu a již 315 sekund po startu vyslal na zem první rádiový signál, který mohl přijmout každý radioamatér, byly to signály opakující se asi 2 minuty: „Píp, píp. “ Tyto signály šokovaly celý svět, začala éra kosmonautiky a závodů ve zbrojení mezi SSSR a USA.

PS-1 zůstal na eliptické oběžné dráze Země 92 dní a dokončil 1440 otáček kolem planety, pokračoval ve vysílání rádiového signálu po dobu 20 dní. Načež se rychlost rotace PS-1 začala snižovat a 4. ledna 1957 kvůli vysokému tření shořela v hustých vrstvách atmosféry.

Vesmírná technologie

V dnešní době se vesmírem pohybuje přibližně 13 tisíc umělých družic Země, většina z nich patří USA, Rusku a Číně. Technologie vypouštění družic má dát při startu co nejvyšší rychlost. Jakmile se satelit dostane na eliptickou dráhu Země, bude schopen se sám o sobě, aniž by zapínal motory, díky akumulované rychlosti na dlouhou dobu otáčet a přenášet signály.

Pro moderní svět jsou umělé družice nedílnou součástí našeho světa, v každodenním životě nám pomáhají komunikační družice, navigační družice, meteorologické družice, průzkumné družice, biosatelity a mnoho dalších umělých družic.

Předpovídáme počasí, vytyčujeme nové trasy, využíváme mobilní komunikaci, satelitní televizi, bezdrátový internet, kreslíme mapy a registrujeme pozemky spojené se satelitem, a to vše díky umělým družicím Země.

Průzkum vesmíru

Existuje mnoho zajímavých faktů o umělých družicích Země, ale bezpilotní kosmické lodě zkoumají i jiné planety. Takže kromě satelitů, které nám usnadňují každodenní život, lidstvo nestojí na místě a v současnosti existují umělé satelity Měsíce, Marsu, Slunce a Venuše.

Umělá družice Měsíce byla poprvé vypuštěna vědci ze SSSR, tato družice přenášela fotografie povrchu Měsíce, s jejichž pomocí se vědci přesvědčili o jeho specifickém tvaru, poznali jeho strukturu a vlastnosti gravitace.
Umělá družice Marsu: ve stejnou dobu začaly tuto planetu zkoumat tři družice, dvě sovětské a jedna americká.

Všechny tyto satelity měly různé úkoly, některé fotografovaly povrch planety, jiné studovaly teplotu, reliéf, proudění planety, přítomnost vody, ale stojí za zmínku, že první umělá družice, která provedla měkké přistání na povrchu této planety byl sovětský satelit Mars-3.

První umělá družice v blízkosti Slunce se objevila, když absolutně nebylo v úmyslu ji tam vypustit. Družice NASA, která měla zkoumat měsíční povrch, proletěla kolem dráhy Měsíce a zastavila se na dráze Slunce. Rusko má také svůj umělý satelit Slunce, který studuje aktivitu soli a vysílá geomagnetické erupce a výkyvy.

Průzkum Phobosu, měsíce Marsu

Umělé satelity Venuše. Sovětský svaz jako první vyslal v roce 1975 umělé družice, s jejichž pomocí získal kvalitní snímky povrchu této planety.

4. říjen 1957 je památným datem pro celé lidstvo, v tento den slaví Ruská federace Den ruských vesmírných sil a celý svět slaví vypuštění první družice Země.

V moderní svět Obyvatelé naší planety již aktivně využívají výdobytky vesmírných technologií. Vědecké satelity, jako je vesmírný dalekohled, nám demonstrují veškerou vznešenost a nezměrnost prostoru, který nás obklopuje, zázraky, které se dějí jak ve vzdálených koutech vesmíru, tak v blízkém vesmíru. Přijato aktivní použití komunikační satelity, jako je např. "Galaxy XI". S jejich účastí je to zajištěno mezinárodní a mobilní telefonie a samozřejmě, satelitní televize. Komunikační satelity hrají v distribuci obrovskou roli Internet. Právě díky nim jsme schopni obrovskou rychlostí přistupovat k informacím, které se fyzicky nacházejí na druhém konci světa, na jiném kontinentu. Sledovací satelity, jeden z nich "Bod", předávají informace důležité pro různá průmyslová odvětví a jednotlivé organizace, pomáhají např. geologům při vyhledávání ložisek nerostných surovin, správám velká města- plánovat rozvoj, ekologové - posuzovat míru znečištění řek a moří. Letadla, lodě a auta navigují pomocí Satelity Global Positioning System (GPS). a řízení námořní komunikace se provádí pomocí navigační družice a komunikační satelity. Již jsme si zvykli vídat v předpovědích počasí snímky pořízené družicemi jako např "meteosat". Další satelity pomáhají vědcům monitorovat životní prostředí přenosem informací, jako je výška vln a teplota mořské vody. Vojenské satelity poskytovat armádám a bezpečnostním agenturám širokou škálu informací, včetně elektronických zpravodajských dat, prováděných například satelity "magnum", stejně jako obrázky s velmi vysokým rozlišením, které fungují tajné optické a radarové průzkumné družice. V této části stránek se seznámíme s mnoha satelitními systémy, principy jejich fungování a strukturou satelitů.

Pro začátek, abychom si okamžitě udělali představu o složitosti satelitních systémů a komunikací, uvažujme jeden z prvních komunikačních satelitů, který je více „blíže realitě“ – satelit "Comstar".

Comstar 1 komunikační satelit

Návrh komunikační družice Comstar-1

Jedním z prvních geostacionárních satelitů používaných pro každodenní potřeby lidí byl satelit "Comstar". Satelity "Comstar 1" ovládané operátorem "Comsat" a jsou pronajaty společností AT&T. Jejich životnost je navržena na sedm let. Přenášejí telefonní a televizní signály po celých Spojených státech a také v Portoriku. Prostřednictvím nich lze současně přenášet až 6 000 telefonních hovorů a až 12 televizních kanálů. Geometrické rozměry satelitu "Comstar 1": výška: 5,2 m (17 stop), průměr: 2,3 m (7,5 stop). Počáteční hmotnost je 1 410 kg (3 109 lb).

Komunikační anténa transceiveru s vertikální a horizontální polarizační mřížkou umožňuje příjem i vysílání na stejné frekvenci, ale s kolmou polarizací. Díky tomu se kapacita radiofrekvenčních kanálů satelitu zdvojnásobí. Při pohledu do budoucna můžeme říci, že polarizace rádiového signálu se dnes používá téměř ve všech satelitních systémech, což znají zejména majitelé satelitních televizních systémů, kde při ladění vysokofrekvenčních televizních kanálů musí nastavit buď vertikální nebo horizontální polarizace.

Dalším zajímavým konstrukčním prvkem je, že válcové tělo družice se otáčí rychlostí asi jedné otáčky za sekundu, což zajišťuje efekt gyroskopické stabilizace družice v prostoru. Vezmeme-li v úvahu značnou hmotnost satelitu – asi jeden a půl tuny – pak efekt skutečně nastává. A přitom satelitní antény zůstávají nasměrovány do určitého bodu ve vesmíru na Zemi, aby tam vyslaly užitečný rádiový signál.

Družice přitom musí být na geostacionární dráze, tzn. „viset“ nad Zemí „nehybně“, přesněji letět kolem planety rychlostí její rotace kolem vlastní osy ve směru její rotace. Odchylka od bodu určování polohy vlivem různých faktorů, z nichž nejvýznamnější jsou rušivá přitažlivost Měsíce, setkání s kosmickým prachem a jinými vesmírnými objekty, je sledována řídicím systémem a periodicky upravována motory systém řízení polohy satelitu.

Na vnější straně Sputniku vysílají čtyři bičové antény na krátkovlnných frekvencích nad a pod současným standardem (27 MHz). Sledovací stanice na Zemi zachytily rádiový signál a potvrdily, že malá družice přežila start a byla úspěšně na kurzu kolem naší planety. O měsíc později Sovětský svaz vynesl Sputnik 2 na oběžnou dráhu. Uvnitř kapsle byl pes Laika.

V prosinci 1957 se zoufale snažil držet krok se svými protivníky studená válka, se američtí vědci pokusili vynést satelit na oběžnou dráhu spolu s planetou Vanguard. Bohužel raketa při startu havarovala a shořela. Krátce nato, 31. ledna 1958, Spojené státy zopakovaly sovětský úspěch tím, že přijaly plán Wernhera von Brauna vypustit družici Explorer 1 pomocí americké rakety. Červený kámen. Explorer 1 nesl přístroje k detekci kosmického záření a v experimentu Jamese Van Allena z University of Iowa zjistil, že existuje mnohem méně kosmického záření, než se očekávalo. To vedlo k objevu dvou toroidních zón (nakonec pojmenovaných po Van Allenovi) naplněných zachycenými nabitými částicemi. magnetické pole Země.

Povzbuzeno těmito úspěchy začalo několik společností v 60. letech vyvíjet a vypouštět satelity. Jedním z nich byl Hughes Aircraft spolu s hvězdným inženýrem Haroldem Rosenem. Rosen vedl tým, který realizoval Clarkův nápad – komunikační satelit umístěný na oběžné dráze Země tak, aby mohl odrážet rádiové vlny z jednoho místa na druhé. V roce 1961 NASA udělila kontrakt Hughesovi na stavbu řady satelitů Syncom (synchronní komunikace). V červenci 1963 Rosen a jeho kolegové viděli, jak Syncom-2 vyletěl do vesmíru a vstoupil na drsnou geosynchronní dráhu. Prezident Kennedy použil nový systém mluvit s premiérem Nigérie v Africe. Brzy také vzlétl Syncom-3, který skutečně mohl vysílat televizní signál.

Začala éra satelitů.

Jaký je rozdíl mezi satelitem a vesmírným odpadem?

Technicky je satelit jakýkoli objekt, který obíhá planetu nebo menší nebeské těleso. Astronomové řadí měsíce mezi přirozené satelity a v průběhu let sestavili seznam stovek takových objektů obíhajících kolem planet a trpasličích planet na naší planetě. Sluneční Soustava. Například napočítali 67 měsíců Jupitera. A stále je.

Umělé objekty jako Sputnik a Explorer lze také klasifikovat jako satelity, protože stejně jako měsíce obíhají kolem planety. Bohužel lidská činnost vedla k tomu, že existuje a velké množství odpadky. Všechny tyto kusy a trosky se chovají jako velké rakety – rotují kolem planety vysokou rychlostí po kruhové nebo eliptické dráze. Při striktním výkladu definice lze každý takový objekt definovat jako satelit. Ale astronomové obecně považují satelity za ty objekty, které plní užitečnou funkci. Kovové úlomky a další harampádí spadají do kategorie orbitálního odpadu.

Orbitální úlomky pocházejí z mnoha zdrojů:

• Výbuch rakety, který vyprodukuje nejvíce harampádí.
• Astronaut uvolnil ruku – pokud astronaut něco ve vesmíru opravuje a mine klíč, je navždy ztracen. Klíč se dostane na oběžnou dráhu a letí rychlostí asi 10 km/s. Pokud zasáhne člověka nebo satelit, výsledky by mohly být katastrofální. Velké objekty jako ISS jsou velkým cílem vesmírného odpadu.
• Vyřazené položky. Části odpalovacích kontejnerů, krytky objektivů fotoaparátů a tak dále.

NASA vypustila speciální satelit nazvaný LDEF, který má zkoumat dlouhodobé účinky srážek s vesmírným odpadem. Během šesti let zaznamenaly přístroje družice asi 20 000 dopadů, z nichž některé byly způsobeny mikrometeority a jiné orbitálními úlomky. Vědci z NASA pokračují v analýze dat LDEF. Japonsko už ale má obří síť na zachycování vesmírného odpadu.

Co je uvnitř běžného satelitu?

Jsou tam satelity různé formy a velikosti a provádět mnoho různé funkce, nicméně všechny jsou v zásadě podobné. Všechny mají kovový nebo kompozitní rám a karoserii, které anglicky mluvící inženýři říkají autobus a Rusové vesmírnou platformu. Vesmírná platforma spojuje vše dohromady a poskytuje dostatek opatření k tomu, aby přístroje přežily start.

Všechny satelity mají zdroj energie (obvykle solární panely) a baterie. Solární panely umožňují nabíjení baterií. Nejnovější satelity včetně palivových článků. Satelitní energie je velmi drahá a extrémně omezená. Jaderné energetické články se běžně používají k vysílání vesmírných sond na jiné planety.

Všechny satelity mají palubní počítač pro ovládání a sledování různé systémy. Každý má rádio a anténu. Většina satelitů má minimálně rádiový vysílač a rádiový přijímač, takže pozemní posádka může zjišťovat a sledovat stav satelitu. Mnoho satelitů umožňuje spoustu různých věcí, od změny oběžné dráhy až po přeprogramování počítačového systému.

Jak můžete očekávat, dát všechny tyto systémy dohromady není snadný úkol. Trvá to roky. Vše začíná definováním cíle mise. Určení jeho parametrů umožňuje inženýrům sestavit potřebné nástroje a nainstalovat je ve správném pořadí. Jakmile jsou specifikace (a rozpočet) schváleny, začíná montáž satelitu. Probíhá v čisté místnosti, ve sterilním prostředí, které umožňuje údržbu požadovanou teplotu a vlhkost a chrání satelit během vývoje a montáže.

Umělé satelity se většinou vyrábí na zakázku. Některé společnosti vyvinuly modulární satelity, tedy konstrukce, jejichž montáž umožňuje instalaci dalších prvků podle specifikací. Například družice Boeing 601 měly dva základní moduly - podvozek pro přepravu pohonného subsystému, elektroniky a baterií; a sadu voštinových polic pro uložení vybavení. Tato modularita umožňuje inženýrům sestavovat satelity spíše z polotovarů než od začátku.

Jak se družice vynášejí na oběžnou dráhu?

Dnes jsou všechny satelity vyneseny na oběžnou dráhu na raketě. Mnozí je přepravují v nákladním oddělení.

Při většině startů satelitů je raketa vypuštěna přímo vzhůru, což jí umožňuje rychlejší pohyb hustou atmosférou a minimalizaci spotřeby paliva. Po vzletu rakety řídicí mechanismus rakety pomocí inerciálního naváděcího systému vypočítá potřebné úpravy trysky rakety pro dosažení požadovaného sklonu.

Poté, co raketa vstoupí do řídkého vzduchu, ve výšce asi 193 kilometrů, navigační systém vypustí malé rakety, což stačí k překlopení rakety do horizontální pozice. Poté se satelit uvolní. Malé rakety jsou znovu odpáleny a poskytují rozdíl ve vzdálenosti mezi raketou a satelitem.

Orbitální rychlost a výška

Aby raketa úplně unikla, musí dosáhnout rychlosti 40 320 kilometrů za hodinu zemská přitažlivost a letět do vesmíru. Vesmírná rychlost je mnohem větší, než potřebuje satelit na oběžné dráze. Neuniknou zemské gravitaci, ale jsou ve stavu rovnováhy. Orbitální rychlost je rychlost potřebná k udržení rovnováhy mezi gravitační silou a setrvačným pohybem satelitu. To je přibližně 27 359 kilometrů za hodinu ve výšce 242 kilometrů. Bez gravitace by setrvačnost vynesla satelit do vesmíru. I v případě gravitace, pokud se satelit pohybuje příliš rychle, bude vynesen do vesmíru. Pokud se satelit pohybuje příliš pomalu, gravitace jej přitáhne zpět k Zemi.

Oběžná rychlost satelitu závisí na jeho výšce nad Zemí. Čím blíže k Zemi, tím vyšší rychlost. Ve výšce 200 kilometrů je rychlost oběhu 27 400 kilometrů za hodinu. K udržení oběžné dráhy ve výšce 35 786 kilometrů musí satelit cestovat rychlostí 11 300 kilometrů za hodinu. Tato orbitální rychlost umožňuje družici provést jeden průlet každých 24 hodin. Vzhledem k tomu, že Země se také otáčí 24 hodin, je satelit ve výšce 35 786 kilometrů v pevné poloze vůči zemskému povrchu. Tato poloha se nazývá geostacionární. Geostacionární dráha je ideální pro meteorologické a komunikační satelity.

Obecně platí, že čím vyšší orbita, tím déle tam satelit může zůstat. V malé výšce je satelit v zemské atmosféře, což vytváří odpor. Na vysoká nadmořská výška neexistuje prakticky žádný odpor a satelit, stejně jako Měsíc, může zůstat na oběžné dráze po staletí.

Typy satelitů

Na zemi vypadají všechny satelity podobně – lesklé krabice nebo válce ozdobené křídly ze solárních panelů. Ale ve vesmíru se tyto dřevorubecké stroje chovají velmi odlišně v závislosti na dráze letu, výšce a orientaci. V důsledku toho se klasifikace satelitů stává složitou záležitostí. Jedním z přístupů je určit oběžnou dráhu plavidla vzhledem k planetě (obvykle Zemi). Připomeňme, že existují dvě hlavní dráhy: kruhová a eliptická. Některé satelity začínají v elipse a poté vstoupí na kruhovou dráhu. Jiní sledují eliptickou dráhu známou jako oběžná dráha Molniya. Tyto objekty obvykle krouží od severu k jihu přes zemské póly a celý průlet dokončí za 12 hodin.

Satelity obíhající po polární oběžné dráze také míjejí póly s každou otáčkou, i když jejich dráhy jsou méně eliptické. Polární oběžné dráhy zůstávají pevné ve vesmíru, zatímco Země rotuje. Výsledkem je, že většina Země prochází pod satelitem po polární dráze. Protože polární dráhy poskytují vynikající pokrytí planety, používají se pro mapování a fotografování. Prognostici také spoléhají na globální síť polárních satelitů, které obletí naši zeměkouli každých 12 hodin.

Satelity můžete také klasifikovat podle jejich výšky nad zemským povrchem. Na základě tohoto schématu existují tři kategorie:

• Nízká oběžná dráha Země (LEO) – Satelity LEO zabírají oblast vesmíru od 180 do 2000 kilometrů nad Zemí. Satelity, které obíhají blízko zemského povrchu, jsou ideální pro pozorování, vojenské účely a sběr informací o počasí.
• Střední oběžná dráha Země (MEO) – Tyto satelity létají ve výšce 2 000 až 36 000 km nad Zemí. Navigační satelity GPS fungují v této výšce dobře. Přibližná oběžná rychlost je 13 900 km/h.
• Geostacionární (geosynchronní) dráha - geostacionární družice obíhají Zemi ve výšce přesahující 36 000 km a stejnou rychlostí rotace jako planeta. Proto jsou satelity na této oběžné dráze vždy umístěny směrem ke stejnému místu na Zemi. Mnoho geostacionárních satelitů létá podél rovníku, což vytvořilo mnoho dopravních zácp v této oblasti vesmíru. Několik stovek televizních, komunikačních a meteorologických družic využívá geostacionární dráhu.

Konečně lze o satelitech uvažovat ve smyslu, kde „hledají“. Většina objektů vyslaných do vesmíru v posledních několika desetiletích se dívá na Zemi. Tyto satelity mají kamery a zařízení, které mohou vidět náš svět v různých vlnových délkách světla, což nám umožňuje vychutnat si nádherný výhled na ultrafialové a infračervené tóny naší planety. Méně satelitů obrací svůj pohled do vesmíru, kde pozorují hvězdy, planety a galaxie a hledají objekty, jako jsou asteroidy a komety, které by se mohly srazit se Zemí.

Známé satelity

Satelity zůstávaly donedávna exotickými a přísně tajnými nástroji, využívanými především pro vojenské účely pro navigaci a špionáž. Nyní se staly naší nedílnou součástí Každodenní život. Díky nim známe předpověď počasí (i když se meteorologové tak často mýlí). Sledujeme televizi a přistupujeme k internetu také díky satelitům. GPS v našich autech a chytrých telefonech nám pomáhá dostat se tam, kam potřebujeme. Má cenu mluvit o neocenitelném přínosu Hubbleova teleskopu a práci astronautů na ISS?

Existují však skuteční hrdinové oběžné dráhy. Pojďme se s nimi seznámit.

1. Družice Landsat fotografují Zemi od počátku 70. let a drží rekord v pozorování zemského povrchu. Landsat-1, svého času známý jako ERTS (Earth Resources Technology Satellite), byl vypuštěn 23. července 1972. Nesl dva hlavní přístroje: kameru a multispektrální skener, postavené společností Hughes Aircraft Company a schopné zaznamenávat data v zeleném, červeném a dvou infračervených spektrech. Družice produkovala tak nádherné snímky a byla považována za tak úspěšnou, že ji následovala celá série. NASA vypustila poslední Landsat-8 v únoru 2013. Toto vozidlo neslo dva senzory pro pozorování Země, Operational Land Imager a Thermal Infrared Sensor, které shromažďovaly multispektrální snímky pobřežních oblastí, polárního ledu, ostrovů a kontinentů.
2. Geostacionární provozní environmentální družice (GOES) krouží kolem Země na geostacionární oběžné dráze, z nichž každá je zodpovědná za pevnou část zeměkoule. To umožňuje satelitům bedlivě sledovat atmosféru a detekovat změny povětrnostních podmínek, které mohou vést k tornádům, hurikánům, záplavám a bouřkám s blesky. Satelity se také používají k odhadu srážek a akumulace sněhu, měření rozsahu sněhové pokrývky a sledování pohybu mořského a jezerního ledu. Od roku 1974 bylo na oběžnou dráhu vypuštěno 15 satelitů GOES, ale pouze dva satelity, GOES West a GOES East, monitorují počasí v jednu chvíli.
3. Jason-1 a Jason-2 hrály klíčovou roli v dlouhodobé analýze pozemských oceánů. NASA vypustila Jason-1 v prosinci 2001, aby nahradila družici NASA/CNES Topex/Poseidon, která nad Zemí fungovala od roku 1992. Po téměř třináct let měřil Jason-1 hladinu moří, rychlost větru a výšku vln ve více než 95 % oceánů bez ledu na Zemi. NASA oficiálně vyřadila Jason-1 3. července 2013. Jason-2 vstoupil na oběžnou dráhu v roce 2008. Nesl vysoce přesné přístroje, které umožňovaly měřit vzdálenost od družice k hladině oceánu s přesností několika centimetrů. Tato data, kromě své hodnoty pro oceánografy, poskytují rozsáhlý pohled na chování globálních klimatických vzorců.

Kolik stojí satelity?

Po Sputniku a Exploreru se satelity staly většími a složitějšími. Vezměte si například TerreStar-1, komerční satelit, který měl poskytovat mobilní datový přenos Severní Amerika pro chytré telefony a podobná zařízení. TerreStar-1 byl spuštěn v roce 2009 a vážil 6 910 kilogramů. A při plném nasazení odhalil 18metrovou anténu a masivní solární panely s rozpětím křídel 32 metrů.

Taková stavba složitý stroj vyžaduje spoustu zdrojů, takže historicky mohla do satelitního podnikání vstoupit pouze vládní ministerstva a korporace s hlubokou kapsou. Většina nákladů na satelit leží ve vybavení - transpondéry, počítače a kamery. Typický meteorologický satelit stojí asi 290 milionů dolarů. Špionážní satelit by stál 100 milionů dolarů více. Přidejte k tomu náklady na údržbu a opravy satelitů. Společnosti musí platit za šířku satelitního pásma stejným způsobem, jakým majitelé telefonů platí za mobilní služby. To někdy stojí více než 1,5 milionu dolarů ročně.

Ostatním důležitým faktorem jsou počáteční náklady. Vypuštění jednoho satelitu do vesmíru může stát od 10 do 400 milionů dolarů v závislosti na zařízení. Raketa Pegasus XL dokáže vynést 443 kilogramů na nízkou oběžnou dráhu Země za 13,5 milionu dolarů. Vypuštění těžké družice bude vyžadovat větší zdvih. Raketa Ariane 5G může vynést na nízkou oběžnou dráhu 18 000 kilogramový satelit za 165 milionů dolarů.

Navzdory nákladům a rizikům spojeným se stavbou, vypouštěním a provozem satelitů se některým společnostem podařilo kolem něj vybudovat celé podniky. Například Boeing. Společnost v roce 2012 dodala do vesmíru asi 10 satelitů a dostávala objednávky na více než sedm let, což přineslo téměř 32 miliard dolarů příjmů.

Budoucnost satelitů

Téměř padesát let po startu Sputniku satelity, stejně jako rozpočty, rostou a sílí. USA například od zahájení svého vojenského satelitního programu utratily téměř 200 miliard dolarů a nyní, navzdory tomu všemu, mají flotilu stárnoucích satelitů, které čekají na výměnu. Mnoho odborníků se obává, že stavba a rozmístění velkých satelitů prostě nemůže existovat za dolary daňových poplatníků. Řešením, které by mohlo vše obrátit vzhůru nohama, zůstávají soukromé společnosti jako SpaceX a další, které zjevně nebudou trpět byrokratickou stagnací, jako jsou NASA, NRO a NOAA.

Dalším řešením je snížení velikosti a složitosti satelitů. Vědci z Caltechu a Stanfordské univerzity pracují od roku 1999 na novém typu CubeSat, založeném na stavebních kostkách s 10centimetrovou hranou. Každá kostka obsahuje hotové komponenty a lze ji kombinovat s jinými kostkami pro zvýšení účinnosti a snížení stresu. Díky standardizaci designu a snížení nákladů na stavbu každého satelitu od nuly může jeden CubeSat stát pouhých 100 000 USD.

V dubnu 2013 se NASA rozhodla otestovat tento jednoduchý princip se třemi CubeSaty poháněnými komerčními smartphony. Cílem bylo vynést mikrosatelity na oběžnou dráhu v krátký čas a pořiďte si pár fotek našimi telefony. Agentura nyní plánuje rozmístit rozsáhlou síť takových satelitů.

Ať už jsou velké nebo malé, budoucí satelity musí být schopny efektivně komunikovat s pozemními stanicemi. Historicky se NASA spoléhala na radiofrekvenční komunikaci, ale RF dosáhla svého limitu, když se objevila poptávka po větším výkonu. K překonání této překážky vyvíjejí vědci z NASA obousměrný komunikační systém využívající namísto rádiových vln lasery. 18. října 2013 vědci poprvé odstartovali laserový paprsek k přenosu dat z Měsíce na Zemi (na vzdálenost 384 633 kilometrů) a dosáhl rekordní přenosové rychlosti 622 megabitů za sekundu.