Mākslīgais Zemes pavadonis ir kosmosa kuģis, kas griežas ap Zemi, atrodoties ģeocentriskā orbītā. Sākotnēji ar vārdu “sputnik” apzīmēja padomju kosmosa kuģus, bet 1968.–1969. Tika īstenota ideja izveidot starptautisku daudzvalodu kosmosa vārdnīcu, kurā, iesaistītajām valstīm savstarpēji vienojoties, terminu “satelīts” sāka attiecināt uz mākslīgajiem Zemes pavadoņiem, kas palaisti jebkurā pasaules valstī.
Saskaņā ar starptautisko vienošanos kosmosa kuģis tiek uzskatīts par satelītu, ja tas ir veicis vismaz vienu apgriezienu ap Zemi. Lai palaistu satelītu orbītā, tam ir jāpiešķir ātrums, kas vienāds ar pirmo evakuācijas ātrumu vai lielāks par to. Satelīta lidojuma augstums var būt atšķirīgs un svārstās no vairākiem simtiem līdz simtiem tūkstošu kilometru.

Mazāko augstumu nosaka strauja bremzēšanas procesa klātbūtne augšējie slāņi atmosfēra. Satelīta orbitālais periods ir atkarīgs arī no augstuma, kas mainās no
no vairākām stundām līdz vairākām dienām. Tos izmanto zinātniskos pētījumos un lietišķo problēmu risināšanā. Tos iedala militārajos, meteoroloģiskajos, navigācijas, sakaru pavadoņos uc Ir arī radioamatieru satelīti.

Ja uz klāja esošajam satelītam ir raidīšanas radioiekārtas, kādi mērinstrumenti, zibspuldzes, ko izmanto signālu sūtīšanai, tad tas tiek uzskatīts par aktīvu. Pasīvie mākslīgie zemes pavadoņi tiek izmantoti vairāku zinātnisku uzdevumu veikšanai un kā novērošanas objekti no zemes virsmas.

Satelīta masa ir tieši atkarīga no uzdevumiem, kas palaišanas objektam jāīsteno tuvu Zemei kosmosā, un tas var svārstīties no simtiem gramu līdz simtiem tonnu.

Mākslīgajiem satelītiem ir noteikta orientācija telpā atkarībā no piešķirtajiem uzdevumiem. Piemēram, vertikālā orientācija tiek izmantota satelītiem, kuru galvenais uzdevums ir novērot objektus uz Zemes virsmas un tās atmosfērā.

Astronomiskajiem pētījumiem satelīti ir orientēti uz pētāmajiem debess ķermeņiem. Atsevišķus satelīta elementus, piemēram, antenas, iespējams orientēt uz zemes uztveršanas stacijām, bet saules paneļus pret Sauli.

Satelītu orientācijas sistēmas iedala pasīvajās (magnētiskās, aerodinamiskās, gravitācijas) un aktīvajās (sistēmas, kas aprīkotas ar vadības elementiem).

Pēdējos galvenokārt izmanto tehniski sarežģītos mākslīgos pavadoņos un kosmosa kuģos.

Pasaulē pirmais mākslīgais pavadonis bija Sputnik 1. Tas tika palaists 1957. gada 4. oktobrī no Baikonuras kosmodroma.

Pie šī kosmosa kuģa izveides strādāja tā laika vadošie PSRS zinātnieki, tostarp praktiskās kosmonautikas dibinātājs S. P. Korolevs, M. K. Tikhonravovs, M. V. Satelīts bija alumīnija sfēra, kuras diametrs bija 58 cm un masa 83,6 kg. Augšpusē bija divas antenas, no kurām katra sastāvēja no divām tapām un četrām antenām. Satelīts bija aprīkots ar diviem radio raidītājiem ar barošanas avotiem. Raidītāju darbības rādiuss bija tāds, ka radioamatieri varēja izsekot viņa kustībām. Tas veica 1440 apgriezienus ap Zemi 92 dienās. Lidojuma laikā pirmo reizi kļuva iespējams noteikt atmosfēras augšējo slāņu blīvumu, mainot satelīta orbītu, turklāt tika iegūti pirmie dati par radiosignālu izplatību jonosfērā. Jau 3.novembrī tika palaists otrais, bioloģiskais, Zemes pavadonis, kas uz klāja papildus uzlabotajai zinātniskajai iekārtai orbītā nogādāja dzīvu radību - suni Laiku. Satelīta kopējais svars bija 508,3 kg. Satelīts bija aprīkots ar termiskās regulēšanas un reģenerācijas sistēmām, lai uzturētu dzīvnieka dzīvībai nepieciešamos apstākļus.

Pirmais PSRS mākslīgais pavadonis izlūkošanas nolūkos bija Zenit-2, kas orbītā tika palaists 1962. gada 26. aprīlī. Iekārtas komplektācijā bija kapsula fotomateriāla nomešanai un dažādas foto un radio izlūkošanas iekārtas.

ASV kļuva par otro pasaules lielvalsti, kas atklājusi kosmosu, 1958. gada 1. februārī (saskaņā ar dažiem avotiem, 1958. gada 31. janvārī) palaižot savu satelītu Explorer 1. Satelīta palaišanu un izstrādi veica speciālistu komanda bijušā vācu inženiera Vernhera fon Brauna, “atriebības ieroča” - raķetes, kas pazīstama kā V-2, radītāja, vadībā. Satelīts tika palaists, izmantojot Redstone ballistisko raķeti, kurā tika izmantots maisījums etilspirts un hidrazīns (N,H4). Satelīta masa bija 8,3 kg, kas ir 10 reizes mazāka nekā padomju satelītam, tomēr Explorer 1 uz klāja bija Geigera skaitītājs un atmosfēras daļiņu sensors.
Francija kļuva par trešo kosmosa lielvalsti, 1965. gada 26. novembrī palaižot satelītu Asterix-1. Austrālija bija nākamā valsts, kas nopelnīja tiesības saukties par kosmosa lielvalsti, tas notika 1967. gada 29. novembrī, satelītu sauca VRESAT-1 . 1970. gadā mākslīgo Zemes pavadoņu sarakstam uzreiz pievienojās divas lielvalstis - Japāna (Osumi satelīts) un Ķīna (China-1 satelīts).

Pirmais mākslīgais Zemes pavadonis

Mākslīgais Zemes pavadonis (AES) - rotē ģeocentriskā orbītā.

Mākslīgā Zemes pavadoņa kustība ģeostacionārā orbītā

Lai pārvietotos orbītā ap Zemi, ierīces sākotnējam ātrumam jābūt vienādam vai lielākam par pirmo evakuācijas ātrumu. AES lidojumi tiek veikti augstumā līdz pat vairākiem simtiem tūkstošu kilometru. Satelīta lidojuma augstuma apakšējo robežu nosaka nepieciešamība izvairīties no straujas bremzēšanas procesa atmosfērā. Satelīta orbitālais periods atkarībā no vidējā lidojuma augstuma var svārstīties no pusotras stundas līdz vairākiem gadiem. Īpaši nozīmīgi ir ģeostacionārajā orbītā esošie satelīti, kuru orbītas periods ir stingri vienāds ar dienu un tāpēc zemes novērotājam tie nekustīgi “karājas” debesīs, kas ļauj atbrīvoties no rotējošām ierīcēm antenās.

Termins satelīts parasti nozīmē bezpilota kosmosa kuģis, tomēr tuvu Zemei pilotējamie un bezpilota kravas kosmosa kuģi, kā arī orbitālās stacijas patiesībā tie ir arī satelīti. Automātiskās starpplanētu stacijas un starpplanētu kosmosa kuģus var palaist dziļā kosmosā gan apejot satelīta stadiju (tā sauktā labā pacelšanās), gan pēc sākotnējās palaišanas tā sauktajā. satelīta atsauces orbīta.

Vispirms kosmosa laikmets satelīti tika palaisti tikai ar nesējraķetēm, un līdz 20. gadsimta beigām plaši izplatījās arī satelītu palaišana no citiem satelītiem - orbitālajām stacijām un kosmosa kuģiem (galvenokārt no MTKK-kosmosa kuģa). Kā satelītu palaišanas līdzeklis teorētiski tas ir iespējams, bet MTKK kosmosa kuģi, kosmosa lielgabali un kosmosa lifti vēl nav ieviesti. Tikai neilgu laiku pēc kosmosa laikmeta sākuma kļuva ierasts ar vienu nesējraķeti palaist vairāk nekā vienu satelītu, un līdz 2013. gada beigām vienlaikus palaistu satelītu skaits dažās nesējraķetēs pārsniedza trīs desmitus. Dažu palaišanas laikā pēdējie soļi nesējraķetes arī iziet orbītā un kādu laiku faktiski kļūst par satelītiem.

Bezpilota pavadoņu masa ir no vairākiem kg līdz diviem desmitiem tonnu, un izmēri no vairākiem centimetriem līdz (jo īpaši, izmantojot saules paneļus un izvelkamas antenas) vairākiem desmitiem metru. Kosmosa kuģi un kosmosa lidmašīnas, kas ir satelīti, sasniedz vairākus desmitus tonnu un metru, un saliekamās orbitālās stacijas sasniedz simtiem tonnu un metru. 21. gadsimtā, attīstoties mikrominiaturizācijai un nanotehnoloģijām, par masveida parādību kļuvusi īpaši mazu cubesat satelītu (no viena līdz vairākiem kg un no vairākiem līdz vairākiem desmitiem cm) izveide, un arī jauns formāts pocketsat (burtiski kabata) vairākus simtus vai desmitiem gramu un vairākus centimetrus.

Satelīti galvenokārt ir izstrādāti tā, lai tos nevarētu atgriezt, taču daži no tiem (galvenokārt ar apkalpi un daži kravas kosmosa kuģi) ir daļēji izgūstami (ar nolaišanās ierīci) vai pilnībā (kosmosa lidmašīnas un satelīti, kas atgriežas uz klāja).

Mākslīgie Zemes pavadoņi tiek plaši izmantoti zinātniskie pētījumi un lietišķos uzdevumus (militārie satelīti, pētniecības satelīti, meteoroloģiskie satelīti, navigācijas satelīti, sakaru satelīti, biosatelīti u.c.), kā arī izglītībā (universitāšu satelīti ir kļuvuši par masveida parādību pasaulē; pavadoņi, ko rada skolotāji, maģistrantu un Maskavas Valsts universitātes studenti, plānots palaist Baumanas Maskavas Valsts tehniskās universitātes satelītu) un hobijs - radioamatieru satelīti. Kosmosa laikmeta sākumā satelītus palaida valstis (valsts valdības organizācijas), bet pēc tam plaši izplatījās privāto uzņēmumu satelīti. Līdz ar cubesat un pocketsat parādīšanos, kuru palaišanas izmaksas sasniedz pat vairākus tūkstošus dolāru, kļuva iespējams satelītus palaist privātpersonām.

Satelītus palaidušas vairāk nekā 70 dažādas valstis (kā arī atsevišķi uzņēmumi), izmantojot gan savas nesējraķetes (LV), gan tās, kuras kā palaišanas pakalpojumus sniedz citas valstis un starpvaldību un privātas organizācijas.

1957. gada 4. oktobrī PSRS tika palaists pasaulē pirmais satelīts (Sputnik-1). Otrā valsts, kas palaida satelītu, bija ASV 1958. gada 1. februārī (Explorer 1). Sekojošās valstis - Lielbritānija, Kanāda, Itālija - savus pirmos satelītus palaida 1962., 1962., 1964. gadā. attiecīgi uz amerikāņu nesējraķetēm. Trešā valsts, kas ar nesējraķeti palaida pirmo satelītu, bija Francija 1965. gada 26. novembrī (Asterix). Austrālija un Vācija savus pirmos satelītus iegādājās 1967. un 1969. gadā. attiecīgi arī ar ASV nesējraķetes palīdzību. Japāna, Ķīna un Izraēla savus pirmos satelītus ar nesējraķetēm palaida 1970., 1970. un 1988. gadā. Vairākas valstis – Lielbritānija, Indija, Irāna, kā arī Eiropa (starpvaldību organizācija ESRO, tagad ESA) – pirms savu nesējraķešu radīšanas palaida savus pirmos satelītus uz ārvalstu pārvadātājiem. Pirmie daudzu valstu satelīti tika izstrādāti un iegādāti citās valstīs (ASV, PSRS, Ķīna utt.).

Izšķir šādus satelītu veidus:

Astronomiskie satelīti ir satelīti, kas paredzēti planētu, galaktiku un citu kosmosa objektu pētīšanai.
Biosatelīti ir satelīti, kas paredzēti zinātnisku eksperimentu veikšanai ar dzīviem organismiem kosmosā.
Zemes attālā izpēte
Kosmosa kuģis - pilotēts kosmosa kuģis
Kosmosa stacijas - ilgstošas ​​darbības kosmosa kuģi
Meteoroloģiskie satelīti ir satelīti, kas paredzēti datu pārraidīšanai laika prognozēšanas nolūkā un arī Zemes klimata uzraudzībai.
Mazie satelīti ir maza svara (mazāk par 1 vai 0,5 tonnām) un izmēra satelīti. Ietver minisatelītus (vairāk nekā 100 kg), mikrosatelītus (vairāk nekā 10 kg) un nanosatelītus (vieglākus par 10 kg), t.sk. CubeSats un PocketSats.
Izlūkošanas satelīti
Navigācijas satelīti
Sakaru satelīti
Eksperimentālie satelīti

2009. gada 10. februārī pirmo reizi vēsturē notika satelītu sadursme. Sadūrās Krievijas militārais satelīts (palaists orbītā 1994. gadā, bet pēc diviem gadiem likvidēts) un darbojošs amerikāņu satelīts no satelīttelefona operatora Iridium. "Cosmos-2251" svēra gandrīz 1 tonnu, bet "Iridium 33" - 560 kg.

Satelīti sadūrās debesīs virs Sibīrijas ziemeļiem. Sadursmes rezultātā izveidojās divi sīku gružu un šķembu mākoņi ( Kopā bija ap 600 fragmentu).

Jau no agras bērnības, skatoties uz zvaigžņotajām debesīm un Mēnesi, cilvēks brīnās, kā darbojas kosmoss, zvaigznes, planētas, galaktika un Visums. Mūs piesaista viss nezināmais un nesaprotamais. Padomju zinātniekiem izdevās pacelt priekškaru kosmosa noslēpumam izcilā konstruktoru inženiera Sergeja Pavloviča Koroļeva vadībā, kura vadībā viņi palaida pirmo mākslīgo Zemes pavadoni (saīsināti kā AES).

Pirmais starts

Tā bija PSRS, kas 1957. gada 4. oktobrī pirmā no Baikonuras kosmodroma ar nesējraķeti R-7 kosmosā palaida vienkāršāko Zemes pavadoni jeb PS-1. Satelīta veidotāju radošo komandu vadīja Sergejs Koroļovs.

Sergejs Koroļovs un Jurijs Gagarins

Pirmā mākslīgā zemes pavadoņa tehniskie parametri ir diezgan primitīvi, salīdzinot ar satelītiem, kas tiek palaisti mūsu laikā.

PS-1 bija aptuveni 58 cm diametra bumbiņa, kurai bija piestiprinātas četras 2,4 un 2,9 metrus garas antenas, kas bija nepieciešamas radio uztveršanas uztveršanai. PS-1 masa bija 83,6 kg. Satelīta iekšpusē bija spiediena un temperatūras sensori, ar relejiem ieslēgti ventilatori, kuri sāka darboties, ja temperatūra pacēlās virs +30C, pārslēdzot ierīci, kas pārraidīja signālu no satelīta uz Zemi.

PS-1 no nesējraķetes atdalījās 295 sekundes pēc palaišanas un jau 315 sekundes pēc palaišanas nosūtīja uz zemi pirmo radiosignālu, ko varēja uztvert jebkurš radioamatieris. ” Šie signāli šokēja visu pasauli, sākās kosmonautikas laikmets un bruņošanās sacensības starp PSRS un ASV.

PS-1 noturējās Zemes eliptiskajā orbītā 92 dienas un veica 1440 apgriezienus ap planētu, tas turpināja raidīt radio signālu 20 dienas. Pēc tam PS-1 rotācijas ātrums sāka samazināties, un 1957. gada 4. janvārī tas lielās berzes dēļ sadega atmosfēras blīvajos slāņos.

Kosmosa tehnoloģija

Mūsdienās Visuma plašumos jau klīst aptuveni 13 tūkstoši mākslīgo Zemes pavadoņu, no kuriem lielākā daļa pieder ASV, Krievijai un Ķīnai. Satelītu palaišanas tehnoloģija ir nodrošināt to pēc iespējas lielāku ātrumu palaišanas laikā. Nokļūstot eliptiskajā zemes orbītā, satelīts uzkrātā ātruma dēļ spēs pats sevi, neieslēdzot dzinējus ilgu laiku pagriezt un pārraidīt signālus.

Mūsdienu pasaulei mākslīgie satelīti ir neatņemama mūsu pasaules sastāvdaļa. Ikdienā mums palīdz sakaru satelīti, navigācijas satelīti, meteoroloģiskie satelīti, izlūkošanas satelīti, biosatelīti un daudzi citi mākslīgie pavadoņi.

Mēs prognozējam laikapstākļus, plānojam jaunus maršrutus, izmantojam mobilos sakarus, satelīttelevīziju, bezvadu internetu, zīmējam kartes un reģistrējam zemes gabalus, kas saistīti ar satelītu, un tas viss, pateicoties mākslīgajiem zemes satelītiem.

Kosmosa izpēte

Ir daudz interesantu faktu par Zemes mākslīgajiem pavadoņiem, taču bezpilota kosmosa kuģi pēta arī citas planētas. Tātad, papildus pavadoņiem, kas atvieglo mūsu ikdienu, cilvēce nestāv uz vietas un šobrīd eksistē mākslīgie pavadoņi Mēness, Marss, Saule un Venēra.

Mēness mākslīgo pavadoni pirmo reizi palaida PSRS zinātnieki, ar kuru palīdzību zinātnieki pārliecinājās par tā īpašo formu, uzzināja tā uzbūvi un gravitācijas īpašības.
Marsa mākslīgais pavadonis: tajā pašā laikā trīs satelīti sāka pētīt šo planētu, divi padomju un viens amerikāņu.

Visiem šiem satelītiem bija dažādi uzdevumi, daži fotografēja planētas virsmu, citi pētīja temperatūru, reljefu, planētas racionalizāciju, ūdens klātbūtni, taču ir vērts atzīmēt, ka pirmais mākslīgais satelīts, kas veica mīkstu nosēšanos uz virsmas no šīs planētas bija padomju satelīts Mars-3.

Pirmais mākslīgais pavadonis pie Saules parādījās tad, kad absolūti nebija nodoma to tur palaist. NASA satelīts, kuram vajadzēja izpētīt Mēness virsmu, aizlidoja garām Mēness orbītai un apstājās Saules orbītā. Krievijai ir arī savs mākslīgais saules pavadonis, kas pēta sāls aktivitāti un pārraida ģeomagnētiskos uzliesmojumus un svārstības.

Fobosa, Marsa mēness, izpēte

Mākslīgie Veneras pavadoņi. Padomju Savienība 1975. gadā pirmā nosūtīja mākslīgos pavadoņus, ar kuru palīdzību ieguva kvalitatīvus šīs planētas virsmas attēlus.

1957. gada 4. oktobris ir neaizmirstams datums visai cilvēcei šajā dienā Krievijas Federācija atzīmē Krievijas Kosmosa spēku dienu, un visa pasaule svin pirmā Zemes pavadoņa palaišanu.

IN mūsdienu pasaule Mūsu planētas iedzīvotāji jau aktīvi izmanto kosmosa tehnoloģiju sasniegumus. Zinātniskie satelīti, piemēram, kosmiskais teleskops, demonstrē visu mūs aptverošās telpas diženumu un neizmērojamību, brīnumus, kas notiek gan attālos Visuma nostūros, gan tuvējā kosmosā. Saņemta aktīva lietošana sakaru satelīti, līdzīgi, piemēram, "Galaktika XI". Ar viņu līdzdalību tas tiek nodrošināts starptautiskā un mobilā telefonija un protams, satelīttelevīzija. Sakaru satelītiem ir milzīga loma izplatīšanā Internets. Pateicoties viņiem, mēs ar milzīgu ātrumu varam piekļūt informācijai, kas fiziski atrodas otrā pasaules malā, citā kontinentā. Novērošanas satelīti, viens no viņiem "Spot", pārraida dažādām nozarēm un atsevišķām organizācijām svarīgu informāciju, palīdzot, piemēram, ģeologiem meklēt derīgo izrakteņu atradnes, administrācijas lielākās pilsētas- plāno izstrādi, ekologi - novērtē upju un jūru piesārņojuma līmeni. Lidmašīnas, kuģi un automašīnas pārvietojas, izmantojot Globālās pozicionēšanas sistēmas (GPS) satelīti, un jūras sakaru vadība tiek veikta, izmantojot navigācijas satelīti un sakaru satelīti. Mēs jau esam pieraduši laika prognozēs redzēt attēlus, kas uzņemti ar satelītiem, piemēram "Meteosat". Citi satelīti palīdz zinātniekiem uzraudzīt vidi, pārraidot informāciju, piemēram, viļņu augstumu un jūras ūdens temperatūru. Militārie satelīti nodrošināt armijām un drošības aģentūrām plašu informāciju, tostarp elektroniskās izlūkošanas datus, ko nodrošina, piemēram, ar satelītiem "Magnum", kā arī ļoti augstas izšķirtspējas attēlus, kas veic slepenie optiskie un radaru izlūkošanas pavadoņi. Šajā vietnes sadaļā mēs iepazīsimies ar daudzām satelītu sistēmām, to darbības principiem un satelītu uzbūvi.

Sākumā, lai nekavējoties iegūtu priekšstatu par satelītu sistēmu un sakaru sarežģītību, apskatīsim vienu no pirmajiem sakaru satelītiem, kas ir vairāk "tuvāk realitātei" - satelītu. "Comstar".

Comstar 1 sakaru satelīts

Komunikācijas satelīta Comstar-1 dizains

Viens no pirmajiem ģeostacionārajiem satelītiem, ko izmantoja cilvēku ikdienas vajadzībām, bija satelīts "Comstar". Satelīti "Comstar 1" operatora kontrolēts "Comsat" un tos nomā AT&T. To kalpošanas laiks ir paredzēts septiņiem gadiem. Tie pārraida tālruņa un televīzijas signālus visā ASV, kā arī Puertoriko. Caur tiem vienlaikus var pārraidīt līdz 6000 telefona sarunām un līdz 12 televīzijas kanāliem. Satelīta ģeometriskie izmēri "Comstar 1": augstums: 5,2 m (17 pēdas), diametrs: 2,3 m (7,5 pēdas). Sākuma svars ir 1410 kg (3109 mārciņas).

Raiduztvērēja sakaru antena ar vertikāliem un horizontāliem polarizācijas režģiem ļauj gan uztvert, gan pārraidīt ar tādu pašu frekvenci, bet ar perpendikulāru polarizāciju. Pateicoties tam, satelīta radiofrekvenču kanālu jauda dubultojas. Raugoties nākotnē, mēs varam teikt, ka radio signāla polarizācija tagad tiek izmantota gandrīz visās satelītu sistēmās, tas ir īpaši pazīstams satelītu uztveršanas televīzijas sistēmu īpašniekiem, kur, noskaņojot augstfrekvences televīzijas kanālus, ir jāiestata vai nu vertikāls. vai horizontālā polarizācija.

Vēl viena interesanta dizaina iezīme ir tāda, ka satelīta cilindriskais korpuss griežas ar ātrumu aptuveni viens apgrieziens sekundē, lai nodrošinātu satelīta žiroskopiskās stabilizācijas efektu kosmosā. Ja ņem vērā ievērojamo satelīta masu - apmēram pusotru tonnu -, tad efekts patiešām notiek. Un tajā pašā laikā satelīta antenas paliek virzītas uz noteiktu Zemes telpas punktu, lai tur raidītu noderīgu radio signālu.

Tajā pašā laikā satelītam jāatrodas ģeostacionārā orbītā, t.i. "pakārt" virs Zemes "nekustīgi", precīzāk, lidot apkārt planētai ar tās rotācijas ātrumu ap savu asi tās griešanās virzienā. Atkāpšanos no pozicionēšanas punkta dažādu faktoru ietekmē, no kuriem nozīmīgākie ir Mēness traucējošais gravitācijas spēks, saskarsme ar kosmiskiem putekļiem un citiem kosmosa objektiem, uzrauga vadības sistēma un periodiski regulē Mēness dzinēji. satelīta stāvokļa kontroles sistēma.

Sputnik ārpusē četras pātagas antenas pārraida īsviļņu frekvencēs virs un zem pašreizējā standarta (27 MHz). Uz Zemes esošās izsekošanas stacijas uzņēma radio signālu un apstiprināja, ka mazais satelīts izdzīvoja palaišanas laikā un veiksmīgi virzījās apkārt mūsu planētai. Pēc mēneša Padomju savienība palaida orbītā Sputnik 2. Kapsulas iekšpusē atradās suns Laika.

1957. gada decembrī izmisīgi cenšoties tikt līdzi saviem pretiniekiem aukstais karš, amerikāņu zinātnieki mēģināja nosūtīt satelītu orbītā kopā ar planētu Vanguard. Diemžēl raķete avarēja un sadega pacelšanās laikā. Neilgi pēc tam, 1958. gada 31. janvārī, ASV atkārtoja padomju panākumus, pieņemot Verhera fon Brauna plānu palaist satelītu Explorer 1 ar ASV raķeti. Redstone. Explorer 1 izmantoja instrumentus kosmisko staru noteikšanai, un Džeimsa Van Allena no Aiovas universitātes eksperimentā atklāja, ka kosmisko staru ir daudz mazāk, nekā gaidīts. Tā rezultātā tika atklātas divas toroidālās zonas (galu galā nosauktas Van Allena vārdā), kas bija piepildītas ar ieslodzītām lādētām daļiņām. magnētiskais lauks Zeme.

Šo panākumu mudināti, 60. gados vairāki uzņēmumi sāka izstrādāt un palaist satelītus. Viens no tiem bija Hughes Aircraft kopā ar zvaigžņu inženieri Haroldu Rozenu. Rozens vadīja komandu, kas īstenoja Klārka ideju - sakaru satelītu, kas novietots Zemes orbītā tā, lai tas varētu pārsist radioviļņus no vienas vietas uz otru. 1961. gadā NASA piešķīra līgumu ar Hjūzu par Syncom (sinhrono sakaru) satelītu sērijas izveidi. 1963. gada jūlijā Rozens un viņa kolēģi redzēja, kā Syncom-2 uzspridzināja kosmosā un iebrauca aptuvenā ģeosinhronā orbītā. Prezidents Kenedijs izmantoja jauna sistēma sarunāties ar Nigērijas premjerministru Āfrikā. Drīz pacēlās arī Syncom-3, kas faktiski varēja pārraidīt televīzijas signālu.

Ir sākusies satelītu ēra.

Kāda ir atšķirība starp satelītu un kosmosa atkritumiem?

Tehniski satelīts ir jebkurš objekts, kas riņķo ap planētu vai mazāku debess ķermenis. Astronomi pavadoņus klasificē kā dabiskos pavadoņus, un gadu gaitā viņi ir izveidojuši sarakstu ar simtiem šādu objektu, kas riņķo ap mūsu planētas planētām un pundurplanētām. Saules sistēma. Piemēram, viņi saskaitīja 67 Jupitera pavadoņus. Un joprojām dara.

Cilvēka radītos objektus, piemēram, Sputnik un Explorer, var klasificēt arī kā satelītus, jo tie, tāpat kā pavadoņi, riņķo ap planētu. Diemžēl cilvēka darbība ir novedusi pie tā, ka pastāv a liela summa atkritumi. Visi šie gabali un gruveši uzvedas kā lielas raķetes - griežas ap planētu lielā ātrumā pa apļveida vai eliptisku ceļu. Stingrā definīcijas interpretācijā katru šādu objektu var definēt kā satelītu. Bet astronomi parasti uzskata, ka satelīti ir objekti, kas veic noderīgu funkciju. Metāla lūžņi un citi atkritumi ietilpst orbitālo gružu kategorijā.

Orbitālās atliekas nāk no daudziem avotiem:

• Raķetes sprādziens, kas rada visvairāk atkritumu.
• Kosmonauts atslābināja roku – ja astronauts kaut ko labo kosmosā un palaidis garām uzgriežņu atslēgu, tas tiek zaudēts uz visiem laikiem. Atslēga nonāk orbītā un lido ar ātrumu aptuveni 10 km/s. Ja tas ietriecas cilvēkā vai satelītā, rezultāti var būt katastrofāli. Lieli objekti, piemēram, ISS, ir liels kosmosa atkritumu mērķis.
• Izmesti priekšmeti. Palaišanas konteineru daļas, kameru objektīvu vāciņi un tā tālāk.

NASA ir palaidusi īpašu satelītu ar nosaukumu LDEF, lai pētītu sadursmju ar kosmosa atkritumiem ilgtermiņa sekas. Sešu gadu laikā satelīta instrumenti reģistrēja aptuveni 20 000 triecienu, no kuriem dažus izraisīja mikrometeorīti, bet citus - orbītas gruveši. NASA zinātnieki turpina analizēt LDEF datus. Bet Japānai jau ir milzu tīkls kosmosa atlūzu ķeršanai.

Kas atrodas parasta satelīta iekšpusē?

Ir satelīti dažādas formas un izmēriem un veikt daudz dažādas funkcijas tomēr tie visi būtībā ir līdzīgi. Visām tām ir metāla vai kompozītmateriāla rāmis un korpuss, ko angliski runājošie inženieri dēvē par autobusu, bet krievi par kosmosa platformu. Kosmosa platforma apvieno visu un nodrošina pietiekami daudz pasākumu, lai nodrošinātu, ka instrumenti iztur palaišanu.

Visiem satelītiem ir strāvas avots (parasti saules paneļi) un baterijas. Saules paneļu bloki ļauj uzlādēt baterijas. Jaunākie satelīti ietver degvielas šūnas. Satelīta enerģija ir ļoti dārga un ārkārtīgi ierobežota. Kodolenerģijas šūnas parasti izmanto, lai nosūtītu kosmosa zondes uz citām planētām.

Visiem satelītiem ir iebūvēts dators kontrolei un uzraudzībai dažādas sistēmas. Katram ir radio un antena. Vismaz lielākajai daļai satelītu ir radio raidītājs un radio uztvērējs, lai zemes apkalpe varētu jautāt un pārraudzīt satelīta statusu. Daudzi satelīti pieļauj daudz dažādu lietu, sākot no orbītas maiņas līdz datorsistēmas pārprogrammēšanai.

Kā jūs varētu gaidīt, visu šo sistēmu apvienošana nav viegls uzdevums. Tas prasa gadus. Viss sākas ar misijas mērķa definēšanu. Tās parametru noteikšana ļauj inženieriem salikt nepieciešamos instrumentus un uzstādīt tos pareizā secībā. Kad specifikācijas (un budžets) ir apstiprinātas, sākas satelītu montāža. Tas notiek tīrā telpā, sterilā vidē, kas ļauj uzturēt vēlamo temperatūru un mitrums un aizsargāt satelītu izstrādes un montāžas laikā.

Mākslīgie satelīti parasti tiek izgatavoti pēc pasūtījuma. Daži uzņēmumi ir izstrādājuši modulārus satelītus, tas ir, konstrukcijas, kuru montāža ļauj uzstādīt papildu elementus atbilstoši specifikācijām. Piemēram, Boeing 601 satelītiem bija divi pamata moduļi - šasija dzinējspēka apakšsistēmas, elektronikas un akumulatoru transportēšanai; un šūnveida plauktu komplekts aprīkojuma uzglabāšanai. Šī modularitāte ļauj inženieriem salikt satelītus no sagatavēm, nevis no jauna.

Kā pavadoņi tiek palaisti orbītā?

Mūsdienās visi satelīti tiek palaisti orbītā ar raķeti. Daudzi tos pārvadā kravas nodaļā.

Lielākajā daļā satelītu palaišanas raķete tiek palaista tieši uz augšu, kas ļauj tai ātrāk pārvietoties pa biezo atmosfēru un samazināt degvielas patēriņu. Pēc raķetes pacelšanās raķetes vadības mehānisms izmanto inerciālās vadības sistēmu, lai aprēķinātu nepieciešamos raķetes sprauslas pielāgojumus, lai sasniegtu vēlamo soli.

Pēc raķetes nokļūšanas retajā gaisā, aptuveni 193 kilometru augstumā, navigācijas sistēma izlaiž mazas raķetes, ar ko pietiek, lai raķeti iegāztu horizontālā stāvoklī. Pēc tam satelīts tiek atbrīvots. Mazas raķetes tiek izšautas vēlreiz un nodrošina attāluma atšķirību starp raķeti un satelītu.

Orbītas ātrums un augstums

Raķetei jāsasniedz ātrums 40 320 kilometri stundā, lai pilnībā aizbēgtu zemes gravitācija un lidot kosmosā. Kosmosa ātrums ir daudz lielāks nekā tas, kas nepieciešams satelītam orbītā. Viņi neizbēg no zemes gravitācijas, bet atrodas līdzsvara stāvoklī. Orbitālais ātrums ir ātrums, kas nepieciešams, lai saglabātu līdzsvaru starp satelīta gravitācijas spēku un inerciālo kustību. Tas ir aptuveni 27 359 kilometri stundā 242 kilometru augstumā. Ja nebūtu gravitācijas, inerce satelītu nogādātu kosmosā. Pat ar gravitāciju, ja satelīts pārvietojas pārāk ātri, tas tiks nogādāts kosmosā. Ja satelīts pārvietojas pārāk lēni, gravitācija to velk atpakaļ uz Zemi.

Satelīta orbitālais ātrums ir atkarīgs no tā augstuma virs Zemes. Jo tuvāk Zemei, jo ātrāks ātrums. 200 kilometru augstumā orbītas ātrums ir 27 400 kilometri stundā. Lai uzturētu orbītu 35 786 kilometru augstumā, satelītam jāpārvietojas ar ātrumu 11 300 kilometri stundā. Šis orbitālais ātrums ļauj satelītam veikt vienu lidojumu garām ik pēc 24 stundām. Tā kā arī Zeme griežas 24 stundas, satelīts 35 786 kilometru augstumā atrodas fiksētā stāvoklī attiecībā pret Zemes virsmu. Šo pozīciju sauc par ģeostacionāru. Ģeostacionārā orbīta ir ideāli piemērota laikapstākļu un sakaru satelītiem.

Kopumā, jo augstāka ir orbīta, jo ilgāk satelīts var tur palikt. Zemā augstumā satelīts atrodas zemes atmosfērā, kas rada pretestību. Ieslēgts liels augstums pretestības praktiski nav, un satelīts, tāpat kā mēness, var palikt orbītā gadsimtiem ilgi.

Satelītu veidi

Uz zemes visi pavadoņi izskatās līdzīgi – spīdīgas kastes vai cilindri, kas rotāti ar spārniem no saules paneļiem. Taču kosmosā šīs mežizstrādes mašīnas darbojas ļoti atšķirīgi atkarībā no to lidojuma trajektorijas, augstuma un orientācijas. Tā rezultātā satelītu klasifikācija kļūst par sarežģītu jautājumu. Viena pieeja ir noteikt kuģa orbītu attiecībā pret planētu (parasti Zemi). Atcerieties, ka ir divas galvenās orbītas: apļveida un eliptiska. Daži satelīti sākas elipsē un pēc tam ieiet apļveida orbītā. Citi iet pa eliptisku ceļu, kas pazīstams kā Molnijas orbīta. Šie objekti parasti riņķo no ziemeļiem uz dienvidiem pāri Zemes poliem un veic pilnu lidojumu 12 stundu laikā.

Arī polārie pavadoņi ar katru apgriezienu šķērso polus, lai gan to orbītas ir mazāk eliptiskas. Polārās orbītas paliek fiksētas telpā, kamēr Zeme griežas. Tā rezultātā lielākā daļa Zemes iet zem satelīta polārajā orbītā. Tā kā polārās orbītas nodrošina lielisku planētas pārklājumu, tās tiek izmantotas kartēšanai un fotografēšanai. Sinoptiķi paļaujas arī uz globālo polāro satelītu tīklu, kas riņķo ap mūsu zemeslodi ik pēc 12 stundām.

Varat arī klasificēt satelītus pēc to augstuma virs zemes virsmas. Pamatojoties uz šo shēmu, ir trīs kategorijas:

• Zemā Zemes orbīta (LEO) - LEO satelīti aizņem kosmosa reģionu no 180 līdz 2000 kilometriem virs Zemes. Satelīti, kas riņķo tuvu Zemes virsmai, ir ideāli piemēroti novērošanai, militāriem nolūkiem un laikapstākļu informācijas vākšanai.
• Vidēja Zemes orbīta (MEO) — šie pavadoņi lido no 2000 līdz 36 000 km virs Zemes. Šajā augstumā GPS navigācijas satelīti darbojas labi. Aptuvenais orbītas ātrums ir 13 900 km/h.
• Ģeostacionārā (ģeosinhronā) orbīta - ģeostacionāri pavadoņi riņķo ap Zemi augstumā, kas pārsniedz 36 000 km, un ar tādu pašu rotācijas ātrumu kā planēta. Tāpēc satelīti šajā orbītā vienmēr ir novietoti vienā un tajā pašā vietā uz Zemes. Gar ekvatoru lido daudzi ģeostacionāri satelīti, kas šajā kosmosa reģionā ir radījuši daudz sastrēgumu. Vairāki simti televīzijas, sakaru un laikapstākļu satelītu izmanto ģeostacionāro orbītu.

Visbeidzot, var domāt par satelītiem tādā nozīmē, kur tie "meklē". Lielākā daļa objektu, kas pēdējo desmitgažu laikā nosūtīti kosmosā, skatās uz Zemi. Šiem satelītiem ir kameras un aprīkojums, kas var redzēt mūsu pasauli dažādos gaismas viļņu garumos, ļaujot mums baudīt iespaidīgus skatus uz mūsu planētas ultravioletajiem un infrasarkanajiem toņiem. Mazāk satelītu vērš savu skatienu uz kosmosu, kur viņi novēro zvaigznes, planētas un galaktikas un meklē objektus, piemēram, asteroīdus un komētas, kas varētu sadurties ar Zemi.

Zināmi satelīti

Vēl nesen satelīti bija eksotiski un īpaši slepeni instrumenti, ko galvenokārt izmantoja militāriem mērķiem navigācijai un spiegošanai. Tagad tie ir kļuvuši par mūsu neatņemamu sastāvdaļu Ikdiena. Pateicoties viņiem, mēs zinām laika prognozi (lai gan sinoptiķi tik bieži kļūdās). Mēs skatāmies TV un piekļūstam internetam arī pateicoties satelītiem. GPS mūsu automašīnās un viedtālruņos palīdz mums nokļūt tur, kur mums jāiet. Vai ir vērts runāt par Habla teleskopa nenovērtējamo ieguldījumu un astronautu darbu SKS?

Tomēr ir īsti orbītas varoņi. Iepazīsimies ar viņiem.

1. Landsat satelīti ir fotografējuši Zemi kopš 70. gadu sākuma, un tiem pieder Zemes virsmas novērošanas rekords. Landsat-1, kas savulaik bija pazīstams kā ERTS (Earth Resources Technology Satellite), tika palaists 1972. gada 23. jūlijā. Tajā bija divi galvenie instrumenti: kamera un multispektrālais skeneris, ko uzbūvēja Hughes Aircraft Company un kas spēj ierakstīt datus zaļā, sarkanā un divos infrasarkanajos spektros. Satelīts radīja tik krāšņus attēlus un tika uzskatīts par tik veiksmīgu, ka tam sekoja vesela sērija. NASA pēdējo Landsat-8 palaida 2013. gada februārī. Šajā transportlīdzeklī bija divi Zemes novērošanas sensori, operatīvais zemes attēlotājs un termiskais infrasarkanais sensors, kas savāca piekrastes reģionu, polārā ledus, salu un kontinentu daudzspektrus attēlus.
2. Ģeostacionāri operatīvie vides satelīti (GOES) riņķo ap Zemi ģeostacionārā orbītā, katrs ir atbildīgs par noteiktu zemeslodes daļu. Tas ļauj satelītiem cieši uzraudzīt atmosfēru un noteikt laika apstākļu izmaiņas, kas var izraisīt viesuļvētras, viesuļvētras, plūdus un zibens vētras. Satelītus izmanto arī, lai novērtētu nokrišņu un sniega uzkrāšanos, izmērītu sniega segas apjomu un izsekotu jūras un ezeru ledus kustību. Kopš 1974. gada orbītā ir palaisti 15 GOES satelīti, bet tikai divi satelīti GOES West un GOES East uzrauga laika apstākļus vienlaikus.
3. Jason-1 un Jason-2 spēlēja galveno lomu Zemes okeānu ilgtermiņa analīzē. NASA palaida Jason-1 2001. gada decembrī, lai aizstātu NASA/CNES Topex/Poseidon satelītu, kas virs Zemes darbojās kopš 1992. gada. Gandrīz trīspadsmit gadus Jason-1 mērīja jūras līmeni, vēja ātrumu un viļņu augstumu vairāk nekā 95% no ledus brīvajiem Zemes okeāniem. NASA oficiāli izbeidza Jason-1 2013. gada 3. jūlijā. Jason-2 nonāca orbītā 2008. gadā. Tajā bija augstas precizitātes instrumenti, kas ļāva ar vairāku centimetru precizitāti izmērīt attālumu no satelīta līdz okeāna virsmai. Šie dati papildus to vērtībai okeanogrāfiem sniedz plašu ieskatu globālo klimata modeļu uzvedībā.

Cik maksā satelīti?

Pēc Sputnik un Explorer satelīti kļuva lielāki un sarežģītāki. Ņemiet, piemēram, TerreStar-1, komerciālu satelītu, kam vajadzēja nodrošināt mobilo datu pārraidi Ziemeļamerika viedtālruņiem un līdzīgām ierīcēm. 2009. gadā palaists TerreStar-1 svēra 6910 kilogramus. Un, kad tas tika pilnībā izvietots, tas atklāja 18 metrus garu antenu un masīvus saules paneļus ar 32 metru spārnu platumu.

Būvniecība kā šī sarežģīta mašīna prasa daudz resursu, tāpēc vēsturiski satelītu biznesā varēja ienākt tikai valdības departamenti un korporācijas ar dziļām kabatām. Lielāko daļu satelīta izmaksu veido aprīkojums - transponderi, datori un kameras. Tipisks laika pavadonis maksā aptuveni 290 miljonus dolāru. Spiegu satelīts izmaksātu vairāk par 100 miljoniem dolāru. Pievienojiet tam satelītu uzturēšanas un remonta izmaksas. Uzņēmumiem jāmaksā par satelīta joslas platumu tāpat kā tālruņu īpašniekiem par mobilo sakaru pakalpojumiem. Tas dažreiz maksā vairāk nekā 1,5 miljonus ASV dolāru gadā.

Uz citiem svarīgs faktors ir sākuma izmaksas. Viena satelīta palaišana kosmosā atkarībā no ierīces var maksāt no 10 līdz 400 miljoniem dolāru. Raķete Pegasus XL var pacelt zemā Zemes orbītā 443 kilogramus par 13,5 miljoniem dolāru. Smagā satelīta palaišanai būs nepieciešams lielāks pacēlums. Raķete Ariane 5G var palaist zemā orbītā 18 000 kilogramu smagu satelītu par 165 miljoniem ASV dolāru.

Neraugoties uz izmaksām un riskiem, kas saistīti ar satelītu būvniecību, palaišanu un ekspluatāciju, dažiem uzņēmumiem ir izdevies ap to izveidot veselus uzņēmumus. Piemēram, Boeing. Uzņēmums 2012. gadā kosmosā nogādāja aptuveni 10 satelītus un saņēma pasūtījumus vairāk nekā septiņus gadus, radot gandrīz 32 miljardu dolāru ieņēmumus.

Satelītu nākotne

Gandrīz piecdesmit gadus pēc Sputnik palaišanas satelīti, tāpat kā budžeti, aug un kļūst spēcīgāki. Piemēram, ASV kopš savas militārās satelītu programmas sākuma ir iztērējusi gandrīz 200 miljardus dolāru, un tagad, neskatoties uz to visu, ir novecojušu satelītu flote, kas gaida nomaiņu. Daudzi eksperti baidās, ka lielu satelītu izveide un izvietošana vienkārši nevar pastāvēt par nodokļu maksātāju dolāriem. Risinājums, kas varētu apgriezt visu kājām gaisā, joprojām ir privātie uzņēmumi, piemēram, SpaceX, un citi, kas nepārprotami necietīs birokrātisku stagnāciju, piemēram, NASA, NRO un NOAA.

Vēl viens risinājums ir satelītu izmēra un sarežģītības samazināšana. Caltech un Stenfordas universitātes zinātnieki kopš 1999. gada strādā pie jauna veida CubeSat, kura pamatā ir celtniecības bloki ar 10 centimetru malu. Katrs kubs satur gatavas sastāvdaļas, un to var kombinēt ar citiem kubiem, lai palielinātu efektivitāti un samazinātu stresu. Standartizējot dizainu un samazinot katra satelīta izveides izmaksas no nulles, viens CubeSat var maksāt tikai 100 000 USD.

2013. gada aprīlī NASA nolēma pārbaudīt šo vienkāršo principu ar trim CubeSat, ko darbina komerciālie viedtālruņi. Mērķis bija nodot mikrosatelītus orbītā plkst īsu laiku un uzņemiet dažas bildes ar mūsu tālruņiem. Tagad aģentūra plāno izvietot plašu šādu satelītu tīklu.

Neatkarīgi no tā, vai tie ir lieli vai mazi, nākotnes satelītiem ir jāspēj efektīvi sazināties ar zemes stacijām. Vēsturiski NASA paļāvās uz radiofrekvenču sakariem, bet RF sasniedza savu robežu, jo parādījās pieprasījums pēc lielākas jaudas. Lai pārvarētu šo šķērsli, NASA zinātnieki izstrādā divvirzienu sakaru sistēmu, izmantojot lāzerus, nevis radioviļņus. 2013. gada 18. oktobrī zinātnieki pirmo reizi palaida lāzera stars pārraidīt datus no Mēness uz Zemi (384 633 kilometru attālumā) un sasniegt rekordlielu pārraides ātrumu 622 megabiti sekundē.