Штучний супутник Землі – космічний апарат, який обертається навколо Землі, перебуваючи на геоцентричній орбіті. Спочатку слово "супутник" використовувалося для позначення радянських космічних апаратів, але в 1968-1969 рр. була реалізована ідея створення міжнародного багатомовного космічного словника, в якому за взаємною домовленістю країн-учасниць термін «супутник» став застосовуватися до штучних супутників Землі, запущених у будь-якій країні світу.
Відповідно до міжнародної домовленості космічний апарат вважається супутником, якщо він здійснив не менше одного обороту навколо Землі. Щоб вивести супутник на орбіту, необхідно повідомити йому швидкість, рівну чи велику першої космічної швидкості. Висота польоту супутника може бути різною і коливається від кількох сотень до сотень тисяч кілометрів.

Найменша висота визначається наявністю процесу швидкого гальмування в верхніх шарахатмосфери. Від висоти залежить також період звернення супутника по орбіті, який варіюється від
кількох годин до кількох діб. Застосовуються у наукових дослідженнях і на вирішення прикладних завдань. Поділяються на військові, метеорологічні, навігаційні, супутники зв'язку та ін. Існують також радіоаматорські супутники.

Якщо супутник на борту має радіоапаратуру, що передає, які-небудь вимірювальні прилади, імпульсні лампи, що використовуються для подачі сигналів, то він вважається активним. Пасивні штучні супутники Землі використовуються для реалізації низки наукових завдань та як об'єкти спостереження із земної поверхні.

Маса супутника безпосередньо залежить від завдань, які належить реалізувати об'єкту запуску в навколоземному просторі, і може становити від сотень до до сотень тонн.

Штучні супутники мають певну орієнтацію у просторі залежно від поставлених завдань. Так, наприклад, вертикальна орієнтація використовується для супутників, основним завданням яких є спостереження об'єктів на поверхні Землі та в її атмосфері.

Для астрономічних досліджень супутники орієнтуються на досліджувані небесні тіла. Можлива орієнтація окремих елементів супутника, наприклад антен, на земні станції прийому, а сонячних батарей - у бік Сонця.

Системи орієнтації супутників поділяються на пасивні (магнітні, аеродинамічні, гравітаційні) та активні (системи, забезпечені керуючими органами).

Останні застосовуються переважно на технічно складних штучних супутниках та космічних кораблях.

Першим у світі штучним супутником Землі став «Супутник-1». Його було запущено 4 жовтня 1957 р. з космодрому Байконур.

Над створенням цього космічного апарату працювали провідні вчені СРСР того часу, серед яких основоположник практичної космонавтики С. П. Корольов, М. К. Тихонравов, М. В. Келдиш та багато інших. Супутник був алюмінієвою сферою, яка мала 58 см в діаметрі, масу 83,6 кг. У верхній частині розташовувалися дві антени, кожна з яких складалася з двох штирів та чотирьох антен. Супутник був оснащений двома радіопередавачами із джерелами живлення. Діапазон передавачів був таким, щоб його пересування могли відслідковувати радіолюбителі. Він здійснив 1440 обертів навколо Землі за 92 дні. Під час польоту стало можливим зміни орбіти супутника вперше визначити щільність верхньої атмосфери, крім цього були отримані перші дані по поширенню радіосигналів в іоносфері. Вже 3 листопада було запущено другий, біологічний, супутник Землі, який на борту, окрім покращеної наукової апаратури, доставив на орбіту живу істоту – собаку Лайку. Загальна вага супутника становила 508,3 кг. Супутник був обладнаний системами терморегулювання та регенерації для підтримки умов, необхідних для життя тварини.

Першим штучним супутником СРСР розвідувального призначення став «Зеніт-2», який був виведений на орбіту 26 квітня 1962 р. У комплект обладнання входила капсула для скидання фотоматеріалу та різна фото- та радіорозвідувальна апаратура.

США стали другою світовою державою, що відкрила для себе космічний простір, запустивши свій супутник, «Експлорер-1» 1 лютого 1958 (за деякими даними, 31 січня 1958). Запуск та розробку супутника здійснювала бригада фахівців під командуванням колишнього німецького інженера Вернера фон Брауна, творця "зброї відплати" - ракети, відомої під назвою "Фау-2". Запуск супутника здійснювався за допомогою балістичної ракети «Редстоун», яка використовувала як паливо суміш етилового спиртута гідразину (N,H4). Маса супутника становила 8,3 кг, що в 10 разів менше за радянського супутника, проте «Експлорер-1» на борту мав лічильник Гейгера та датчик атмосферних частинок.
Третьою космічною державою стала Франція, запустивши супутник «Астерікс-1» 26 листопада 1965 р. Австралія була наступною державою, яка заслужила право називатися космічною, це сталося 29 листопада 1967 р., супутник називався «ВРЕСАТ-1». У 1970 р. відразу дві держави поповнили список штучних супутників Землі - Японія (супутник "Осумі") та Китай (супутник "Китай-1").

Перший штучний супутник Землі

Штучний супутник Землі (ІСЗ) - , що обертається навколо геоцентричної орбіти.

Рух штучного супутника Землі геостаціонарною орбітою

Для руху орбітою навколо Землі апарат повинен мати початкову швидкість, рівну чи велику першої космічної швидкості. Польоти ШСЗ виконуються на висотах до кількох сотень тисяч кілометрів. Нижню межу висоти польоту ШСЗ обумовлює необхідність уникнення процесу швидкого гальмування в атмосфері. Період звернення супутника по орбіті в залежності від середньої висоти польоту може становити від півтори години до декількох років. Особливе значення мають супутники на геостаціонарній орбіті, період обігу яких суворо дорівнює добі і тому для наземного спостерігача вони нерухомо «висять» на небосхилі, що дозволяє позбутися поворотних пристроїв в антенах.

Під поняттям супутник, як правило, маються на увазі безпілотні космічні апарати, однак навколоземні пілотовані та автоматичні вантажні космічні кораблі, а також орбітальні станціїпо суті є супутниками. Автоматичні міжпланетні станції та міжпланетні космічні кораблі можуть запускатися в далекий космос як минаючи стадію супутника (т.зв. пряме сходження), і після попереднього виведення т.зв. опорну орбіту супутника

На початку космічної ерисупутники запускалися лише за допомогою ракет-носіїв, а до кінця XX століття широкого поширення набув також запуск супутників з борту інших супутників - орбітальних станцій та космічних кораблів (насамперед з МТКК-космоплана Спейс Шаттл). Як засоби виведення супутників теоретично можливі, але поки що не реалізовані також МТКК-космолоти, космічні гармати, космічні ліфти. Вже через невеликий час після початку космічної ери стало звичайним виведення більше одного супутника на одній ракеті-носії, а до кінця 2013 року кількість супутників, що виводяться одночасно, в деяких запусках ракет-носіїв перевищила три десятки. Під час деяких запусків останні щабліракет-носіїв також виходять на орбіту і якийсь час фактично стають супутниками.

Безпілотні супутники мають маси від кількох кілограмів до двох десятків тонн і розмірності від кількох сантиметрів до (зокрема, при використанні сонячних батарей та висувних антен) кількох десятків метрів. Космічні кораблі і космоплани, що є супутниками, досягають декількох десятків тонн і метрів, а збірні орбітальні станції - сотень тонн і метрів. У XXI столітті з розвитком мікромініатюризації та нано-технологій масовим явищем стало створення надмалих супутників форматів кубсат (від одного до кількох кг і від кількох до кількох десятків см), а також з'явився новий форматпокетсат (буквально кишеньковий) у кілька сотень чи десятків грам та кілька сантиметрів.

Супутники переважно створюються як неповоротні, проте деякі з них (насамперед пілотовані і деякі вантажні космічні кораблі) є частково повертаються (маючи апарат, що спускається) або повністю (космоплани і супутники, що повертаються на їх борту).

Штучні супутники Землі широко використовуються для наукових дослідженьі прикладних завдань (військові супутники, дослідні супутники, метеорологічні супутники, навігаційні супутники, супутники зв'язку, біосупутник і т.д.), а також в освіті (у світі стали масовим явищем університетські ШСЗ; у Росії запущений ШСЗ, створений викладачами, аспірантами та студентами МДУ, планується запуск супутника МДТУ ім.Баумана) та хобі - радіоаматорські супутники. На початку космічної ери супутники запускалися державам (національними державними організаціями), проте потім широкого поширення набули супутники приватних компаній. З появою кубсатів та покетсатів із вартістю виведення до кількох тисяч доларів став можливим запуск супутників приватними особами.

ШСЗ запускалися більш ніж 70 різними країнами (а також окремими компаніями) за допомогою як власних ракет-носіїв (РН), так і пускових послуг, що надаються іншими країнами та міждержавними та приватними організаціями.

Перший у світі ШСЗ запущений у СРСР 4 жовтня 1957 (Супутник-1). Другою країною, що запустила ШСЗ, стали США 1 лютого 1958 (Експлорер-1). Наступні країни - Великобританія, Канада, Італія - ​​запустили свої перші ШСЗ у 1962, 1962, 1964 роках. відповідно на американських РН. Третьою країною, яка вивела перший ШСЗ на своїй РН, стала Франція 26 листопада 1965 (Астерікс). Австралія та ФРН обзавелися першими ШСЗ у 1967 та 1969 роках. відповідно також за допомогою РН США. На РН запустили свої перші ШСЗ Японія, Китай, Ізраїль в 1970, 1970, 1988 гг. Ряд країн – Великобританія, Індія, Іран, а також Європа (міждержавна організація ESRO, нині ESA) – запустили свої перші ШСЗ на іноземних носіях, перш ніж створили свої РН. Перші ШСЗ багатьох країн були розроблені та закуплені в інших країнах (США, СРСР, Китаї та ін.).

Розрізняють такі типи супутників:

Астрономічні супутники – це супутники, призначені для дослідження планет, галактик та інших космічних об'єктів.
Біосупутники - це супутники, призначені щодо наукових експериментів над живими організмами за умов космосу.
Дистанційного зондування Землі
Космічні кораблі - пілотовані космічні апарати
Космічні станції - довгострокові космічні кораблі
Метеорологічні супутники - це супутники, призначені передачі даних з метою прогнозування погоди, і навіть спостереження клімату Землі
Малі супутники – супутники малої ваги (менше 1 або 0.5 тонн) та розміру. Включають мінісупутники (більше 100 кг), мікросупутники (більше 10 кг) і наносупутники (легше 10 кг), в т.ч. кубсати та покетсати.
Розвідувальні супутники
Супутники навігації
Супутники зв'язку
Експериментальні супутники

10 лютого 2009 року вперше в історії сталося зіткнення супутників. Зіткнулися російський військовий супутник (виведений на орбіту в 1994 році, але через два роки списаний) та робочий американський супутник, оператор супутникового телефонного зв'язку Ірідіум. "Космос-2251" важив майже 1 тонну, а "Iridium 33" 560 кг.

Зіткнулися супутники у небі над північною частиною Сибіру. В результаті зіткнення утворилося дві хмари з дрібних уламків та фрагментів ( Загальна кількістьуламків склало близько 600).

Людина з раннього дитинства, коли дивиться на зоряне небо та Місяць, ставить питання, як влаштовані космос, зірки, планети, галактика, всесвіт. Нас тягне все невідоме і не зрозуміле. Відкрити завісу в таємницю космосу вдалося радянським ученим під керівництвом геніального інженера-конструктора Королева Сергія Павловича, під керівництвом якого запустили перший штучний супутник Землі (скорочено — ШСЗ).

Перший запуск

Саме СРСР 4 жовтня 1957 року першим запустив у космічний простір найпростіший супутник землі або ПС-1 на ракетоносії Р-7 з космодрому Байконур. Очолював творчий колектив творців супутника Сергій Корольов.

Сергій Корольов та Юрій Гагарін

Технічні характеристики першого штучного супутника землі досить примітивні в порівнянні з супутниками, які запускаються в наш час.

ПС-1 являв собою кулю діаметром приблизно 58 см., До якої були приєднані чотири антени довжиною 2,4 і 2,9 метра, вони потрібні були, для прийняття радіоприйому. Маса ПС-1 становила 83,6 кг. Усередині супутника знаходилися датчики тиску, температури, вентилятори, що включаються від реле, які починали працювати, якщо температура піднімалася вище +30С, комутуючий пристрій, який передавав сигнал від супутника на Землю.

ПС-1 відокремився від ракетоносія через 295 секунд після старту, а вже через 315 секунд після старту, він послав на землю перший радіосигнал, який міг приймати будь-який радіоаматор, це були сигнали, що повторювалися приблизно близько 2 хвилин: «Біп, Біп». Ці сигнали вразили весь світ, почалася ера космонавтики та гонки озброєнь між СРСР та США.

ПС-1 пробув на еліптичній орбіті Землі 92 дні та виконав 1440 обертів навколо планети, радіосигнал він продовжував передавати протягом 20 днів. Після цього швидкість обертання ПС-1 почала знижуватися, і 4 січня 1957 року він згорів у щільних шарах атмосфери через високе тертя.

Космічні технології

У наш час простори всесвіту бороздять вже приблизно близько 13 тисяч штучних супутників Землі, більша частина з них належить США, Росії та Китаю. Технологія запусків супутників полягає в тому, щоб при запуску дати йому якомога більшу швидкість. Потрапивши на еліптичну орбіту землі, супутник зможе сам, без включення двигунів, за рахунок набраної швидкості. довгий часобертатися та передавати сигнали.

Для сучасного світу штучні супутники – це невід'ємна частина нашого світу, супутники зв'язку, супутники навігації, метеорологічні супутники, розвідувальні супутники, біосупутники та багато інших штучних супутників, які допомагають нам у звичайному житті.

Ми прогнозуємо погоду, прокладаємо нові маршрути, користуємося стільниковим зв'язком, супутниковим телебаченням, бездротовим інтернетом, складаємо карти та реєструємо земельні ділянки у прив'язці до супутника, і все це завдяки штучним супутникам землі.

Вивчення космосу

Про штучних супутників Землі цікавих фактів багато, але також безпілотні космічні апарати досліджують інші планети. Так що крім супутників, які полегшують нам наше повсякденне життя, людство не стоїть на місці і нині існують штучні супутники Місяця, Марсу, Сонця, Венери.

Штучний супутник Місяця, першим запустили вчені СРСР, цей супутник передавав фотографії поверхні місяця, за допомогою яких вчені переконалися в її специфічній формі, дізналися її будову та особливості тяжіння.
Штучний супутник Марса: одночасно цю планету почали вивчати три супутники, два радянські та один американський.

У всіх цих супутників стояли різні завдання, одні фотографували поверхню планети, інші вивчали температуру, рельєф, обтічність планети, наявність води, але варто помітити, що першим штучним супутником, який здійснив м'яку посадку на поверхню цієї планети, був радянський супутник Марс-3.

Перший штучний супутник у Сонця, з'явився тоді, коли його зовсім туди не збиралися запускати. Супутник НАСА, який мав дослідити місячну поверхню, перелетів орбіту місяця та зупинився на орбіті сонця. У Росії так само є свій штучний супутник сонця, який вивчає солону активність і передає геомагнітні спалахи та коливання.

Дослідження Фобоса, супутника Марса

Штучні супутники Венери. У Радянському Союзі першим відправив в 1975 штучні супутники, за допомогою яких отримали високоякісні зображення поверхні цієї планети.

4 жовтня 1957 - пам'ятна дата для всього людства, в цей день в Російській Федерації відзначають день космічних військ РФ, а в усьому світі свято запуску першого супутника землі.

У сучасному світіжителі нашої планети вже активно користуються здобутками космічних технологій. Наукові супутники, такі, як космічний телескоп, демонструють нам всю велич і неосяжність навколишнього простору, дива, що відбуваються як у віддалених куточках Всесвіту, так і в найближчому космосі. Активне використання отримали супутники зв'язку, подібні, наприклад, "Гелаксі XI". За їх участю забезпечується міжнародний та мобільний телефонний зв'язокі звичайно, супутникове телебачення. Супутники зв'язку грають величезну роль поширенні інтернету. Це завдяки їм ми маємо змогу з величезною швидкістю отримати доступ до інформації, яка фізично розташована на іншому кінці світу, на іншому континенті. Супутники спостереження, один з них "Спіт", Передають інформацію, важливу для різних галузей промисловості та окремих організацій, допомагаючи, наприклад, геологам шукати родовища корисних копалин, адміністраціям великих міст- планувати забудову, екологам - оцінювати рівень забруднення річок та морів. Літаки, кораблі та автомобілі орієнтуються, використовуючи супутники Глобальної системи орієнтування (GPS), А управління морськими комунікаціями здійснюється з використанням навігаційних супутниківта супутників зв'язку. Ми вже звикли бачити у прогнозах погоди знімки, зроблені такими супутниками, як "Метеосат". Інші супутники допомагають вченим стежити за станом навколишнього середовища, передаючи інформацію, як висота хвиль і температура морської води. Військові супутникизабезпечують армії та органи безпеки найрізноманітнішою інформацією, у тому числі даними радіоелектронної розвідки, що виконується, наприклад, супутниками "Магнум", а також знімками з дуже високою роздільною здатністю, які виконують секретні супутники оптичної та радіолокаційної розвідки. У цьому розділі сайту ми познайомимося з багатьма супутниковими системами, принципами їх роботи та пристроєм супутників.

Для початку, щоб одразу мати уявлення про складність супутникових систем та комунікацій, розглянемо більш "наближений до дійсності" один із перших супутників зв'язку - супутник «Комстар».

Супутник зв'язку «Комстар 1»

Конструкція супутника зв'язку «Комстар-1»

Одним із перших геостаціонарних супутників, що застосовувалися для повсякденних потреб людей, став супутник «Комстар». Супутники «Комстар 1»керуються оператором «Комсат»та орендуються AT&T. Їхній термін служби розрахований на сім років. Вони ретранслюють сигнали телефонії та телевізійні сигнали в межах території США, а також Пуерто-Ріко. Через них може одночасно ретранслюватися до 6000 телефонних розмов та до 12 телевізійних каналів. Геометричні розміри супутника «Комстар 1»Осі: висота: 5,2 м (17 футів), діаметр: 2,3 м (7,5 фута). Стартова вага складає 1410 кг (3109 фунтів).

Приймає антена зв'язку з вертикальною і горизонтальною поляризаційними гратами, дозволяє вести і прийом, і передачу на одній частоті, але з перпендикулярною поляризацією. За рахунок цього пропускна здатність радіочастотних каналів супутника подвоюється. Забігаючи вперед, можна сказати, що поляризація радіосигналу використовується зараз практично у всіх супутникових системах, особливо це знайоме власникам супутникових приймальних телевізійних систем, де при налаштуванні на високочастотні телеканали доводиться встановлювати вертикальну або горизонтальну поляризацію.

Ще одна цікава конструктивна особливість полягає в тому, що циліндричний корпус супутника обертається зі швидкістю близько одного оберту за секунду, щоб забезпечити ефект гіроскопічної стабілізації супутника в просторі. Якщо врахувати чималу масу супутника – близько півтори тонни – то ефект справді має місце. І при цьому антени супутника залишаються спрямованими до певної точки простору на Землі, щоб випромінювати туди корисний радіосигнал.

Одночасно супутник має бути геостаціонарної орбіті, тобто. " висіти " над Землею " нерухомо " , точніше, летіти навколо планети зі швидкістю її обертання навколо своєї осі у бік її обертання. Відхід з точки позиціонування внаслідок впливу різних чинників, найзначнішими з яких є заважання Місяця, що заважає, зустріч з космічним пилом та іншими об'єктами космосу, відстежується системою управління і періодично коригується двигунами системи орієнтації супутника.

На зовнішній стороні «Супутника» чотири штирьові антени передавали на короткохвильовій частоті вище і нижче за нинішній стандарт (27 МГц). Станції стеження на Землі зловили радіосигнал і підтвердили, що крихітний супутник пережив запуск і успішно вийшов на курс довкола нашої планети. Місяцем пізніше радянський Союззапустив на орбіту "Супутник-2". Усередині капсули був собака Лайка.

У грудні 1957 року, відчайдушно намагаючись йти в ногу зі своїми противниками по холодній війніАмериканські вчені спробували вивести супутник на орбіту разом з планетою Vanguard. На жаль, ракета розбилася та згоріла ще на стадії зльоту. Незабаром після цього, 31 січня 1958 року, США повторили успіх СРСР, ухваливши план Вернера фон Брауна, який полягав у виведенні супутника Explorer-1 із ракетою U.S. Redstone. Explorer-1 ніс інструменти для виявлення космічних променів і виявив під час експерименту Джеймса Ван Аллена з Університету Айови, що космічних променів набагато менше, ніж очікувалося. Це призвело до відкриття двох тороїдальних зон (зрештою названих на честь Ван Аллена), наповнених зарядженими частинками, захопленими магнітним полемЗемлі.

Натхненні цими успіхами деякі компанії почали розробляти і запускати супутники в 60-х роках. Однією з них була Hughes Aircraft разом із зірковим інженером Гарольдом Розеном. Розен очолив команду, яка втілила ідею Кларка – супутник зв'язку, розміщений на орбіті Землі таким чином, що міг відбивати радіохвилі з одного місця до іншого. У 1961 році NASA уклало контракт із Hughes, щоб побудувати серію супутників Syncom (синхронний зв'язок). У липні 1963 року Розен та його колеги побачили, як Syncom-2 злетів у космос і вийшов на грубу геосинхронну орбіту. Президент Кеннеді використав нову систему, щоб поговорити з прем'єр-міністром Нігерії в Африці Невдовзі злетів і Syncom-3, котрий насправді міг транслювати телевізійний сигнал.

Епоха супутників розпочалася.

Яка різниця між супутником та космічним сміттям?

Технічно, супутник це будь-який об'єкт, який обертається навколо планети чи меншого небесного тіла. Астрономи класифікують місяця як природні супутники, і протягом багатьох років вони склали список із сотень таких об'єктів, що обертаються навколо планет і карликових планет нашої Сонячна система. Наприклад, нарахували 67 місяців Юпітера. І досі .

Техногенні об'єкти, на зразок «Супутника» та Explorer, також можна класифікувати як супутники, оскільки вони, як і місяці, обертаються навколо планети. На жаль, людська активність призвела до того, що на орбіті Землі виявилося велика кількістьсміття. Всі ці шматки та уламки поводяться як і великі ракети - обертаються навколо планети на високій швидкості круговим або еліптичним шляхом. У строгому тлумаченні визначення можна кожен такий об'єкт визначити як супутник. Але астрономи, зазвичай, вважають супутниками ті об'єкти, які виконують корисну функцію. Уламки металу та інший мотлох потрапляють у категорію орбітального сміття.

Орбітальне сміття надходить із багатьох джерел:

• Вибух ракети, який робить найбільше мотлоху.
• Астронавт розслабив руку – якщо астронавт ремонтує щось у космосі та упускає гайковий ключ, той втрачений назавжди. Ключ виходить на орбіту та летить зі швидкістю близько 10 км/с. Якщо він потрапить у людину чи супутник, результати можуть бути катастрофічними. Великі об'єкти, на зразок МКС, є великою метою для космічного сміття.
• Викинуті предмети. Частини пускових контейнерів, шапки об'єктивів камер тощо.

NASA вивело спеціальний супутник під назвою LDEF для вивчення довгострокових ефектів від зіткнення із космічним сміттям. За шість років інструменти супутника зареєстрували близько 20 000 зіткнень, деякі з яких були викликані мікрометеоритами, інші орбітальним сміттям. Вчені NASA продовжують аналізувати дані LDEF. А ось у Японії вже гігантську мережу для вилову космічного сміття.

Що всередині звичайного супутника?

Супутники бувають різних формі розмірів і виконують безліч різних функційПроте всі, в принципі, схожі. Усі вони мають металевий чи композитний каркас та тіло, яке англомовні інженери називають bus, а російські – космічною платформою. Космічна платформа збирає всі разом та забезпечує достатньо заходів, щоб інструменти пережили запуск.

У всіх супутників є джерело живлення (зазвичай сонячні батареї) та акумулятори. Масиви сонячних батарей дозволяють заряджати акумулятори. Нові супутникивключають паливні елементи. Енергія супутників дуже дорога і вкрай обмежена. Ядерні елементи живлення зазвичай використовуються для надсилання космічних зондів до інших планет.

У всіх супутників є бортовий комп'ютер для контролю та моніторингу. різних систем. У всіх є радіо та антена. Як мінімум, більшість супутників мають радіопередавач і радіоприймач, тому екіпаж наземної команди може запросити інформацію про стан супутника і спостерігати за ним. Багато супутників дозволяють багато різних речей: від зміни орбіти до перепрограмування комп'ютерної системи.

Як і слід було очікувати, зібрати всі ці системи докупи - непросте завдання. Вона триває роки. Все починається із визначення мети місії. Визначення її параметрів дозволяє інженерам зібрати потрібні інструменти та встановити їх у правильному порядку. Як тільки специфікацію затверджено (і бюджет), починається складання супутника. Вона відбувається у чистій кімнаті, у стерильному середовищі, що дозволяє підтримувати потрібну температурута вологість та захищати супутник під час розробки та складання.

Штучні супутники, як правило, виробляються на замовлення. Деякі компанії розробили модульні супутники, тобто конструкції, збирання яких дозволяє встановлювати додаткові елементи згідно специфікації. Наприклад, у супутників Boeing 601 було два базові модулі - шасі для перевезення рухової підсистеми, електроніка та батареї; та набір стільникових полиць для зберігання обладнання. Ця модульність дозволяє інженерам збирати супутники не з нуля, а із заготівлі.

Як супутники запускаються на орбіту?

Сьогодні усі супутники виводяться на орбіту на ракеті. Багато хто перевозить їх у вантажному відділі.

У більшості запусків супутників запуск ракети відбувається прямо нагору, це дозволяє швидше провести її через товстий шар атмосфери та мінімізувати витрату палива. Після того, як ракета злітає, механізм управління ракети використовує інерційну систему наведення для розрахунку необхідних корегування сопла ракети, щоб забезпечити потрібний нахил.

Після того як ракета виходить у розріджене повітря, на висоту близько 193 кілометрів, система навігації випускає невеликі ракетки, чого достатньо для перевороту ракети горизонтальне положення. Після цього випускається супутник. Невеликі ракети випускаються знову і забезпечують різницю у відстані між ракетою та супутником.

Орбітальна швидкість та висота

Ракета повинна набрати швидкість 40 320 кілометрів на годину, щоб повністю втекти від земної гравітаціїі полетіти в космос. Космічна швидкість значно більша, ніж потрібно супутникові на орбіті. Вони не уникають земної гравітації, а перебувають у стані балансу. Орбітальна швидкість - це швидкість, необхідна підтримки балансу між гравітаційним тяжінням і інерційним рухом супутника. Це приблизно 27 359 кілометрів на годину на висоті 242 кілометри. Без гравітації інерція забрала б супутник у космос. Навіть із гравітацією, якщо супутник рухатиметься надто швидко, його віднесе в космос. Якщо супутник рухатиметься надто повільно, гравітація притягне його назад до Землі.

Орбітальна швидкість супутника залежить з його висоти над Землею. Чим ближче до Землі, тим швидше швидкість. На висоті 200 кілометрів орбітальна швидкість становить 27 400 кілометрів на годину. Для підтримки орбіти на висоті 35786 кілометрів супутник повинен звертатися зі швидкість 11300 кілометрів на годину. Ця орбітальна швидкість дозволяє супутникові робити один обліт о 24 годині. Оскільки Земля також обертається 24 години, супутник на висоті 35 786 кілометрів знаходиться у фіксованій позиції щодо поверхні Землі. Ця позиція називається геостаціонарною. Геостаціонарна орбіта ідеально підходить для метеорологічних супутників та супутників зв'язку.

Загалом, що вище орбіта, то довше супутник може залишатися у ньому. На низькій висоті супутник знаходиться у земній атмосфері, яка створює опір. на великій висотінемає ніякого опору, і супутник, як місяць, може бути на орбіті століттями.

Типи супутників

На землі всі супутники виглядають схоже – блискучі коробки чи циліндри, прикрашені крилами із сонячних панелей. Але в космосі ці незграбні машини поводяться зовсім по-різному залежно від траєкторії польоту, висоти та орієнтації. У результаті класифікація супутників перетворюється на складну справу. Один із підходів - визначення орбіти апарату щодо планети (зазвичай Землі). Нагадаємо, що існує дві основні орбіти: кругова та еліптична. Деякі супутники починають еліпсом, а потім виходять на кругову орбіту. Інші рухаються еліптичним шляхом, відомому як орбіта «Блискавка». Ці об'єкти, як правило, кружляють із півночі на південь через полюси Землі та завершують повний обліт за 12 годин.

Полярно-орбітальні супутники також проходять через полюси з кожним оборотом, хоча їх орбіти менш еліптичні. Полярні орбіти залишаються фіксованими у космосі, тоді як обертається Земля. В результаті, більшість Землі проходить під супутником на полярній орбіті. Оскільки полярні орбіти дають чудове охоплення планети, вони використовуються для картографування та фотографії. Синоптики також покладаються на глобальну мережу полярних супутників, які облітають нашу кулю за 12 годин.

Можна також класифікувати супутники за їхньою висотою над земною поверхнею. Виходячи з цієї схеми, є три категорії:

• Низька навколоземна орбіта (НОО) – НОО-супутники займають область простору від 180 до 2000 км над Землею. Супутники, які рухаються близько до Землі, ідеально підходять для проведення спостережень, у військових цілях і для збору інформації про погоду.
• Середня навколоземна орбіта (СОО) – ці супутники літають від 2000 до 36 000 км над Землею. На цій висоті добре працюють навігаційні супутники GPS. Приблизна орбітальна швидкість – 13 900 км/год.
• Геостаціонарна (геосинхронна) орбіта - геостаціонарні супутники рухаються навколо Землі на висоті, що перевищує 36 000 км і на тій же швидкості обертання, що й планета. Тому супутники на цій орбіті завжди позиціонуються до того самого місця на Землі. Багато геостаціонарних супутників літають екватором, що породило безліч «пробок» у цьому регіоні космосу. Кілька сотень телевізійних, комунікаційних та погодних супутників використовують геостаціонарну орбіту.

І, нарешті, можна подумати про супутників у тому сенсі, де вони «шукають». Більшість об'єктів, відправлених у космос останні кілька десятиліть, дивляться на Землю. Ці супутники мають камери та обладнання, яке здатне бачити наш світ у різних довжинах хвиль світла, що дозволяє насолодитися захоплюючим видовищем в ультрафіолетових та інфрачервоних тонах нашої планети. Менше супутників звертають свій погляд до простору, де спостерігають за зірками, планетами та галактиками, а також сканують об'єкти на кшталт астероїдів та комет, які можуть зіткнутися із Землею.

Відомі супутники

Донедавна супутники залишалися екзотичними та надсекретними приладами, які використовувалися переважно у військових цілях для навігації та шпигунства. Тепер вони стали невід'ємною частиною нашої повсякденному житті. Завдяки їм ми дізнаємося прогноз погоди (хоча синоптики ой як часто помиляються). Ми дивимося телевізори та працюємо з Інтернетом також завдяки супутникам. GPS у наших автомобілях та смартфонах дозволяє дістатися до потрібного місця. Чи варто говорити про неоціненний внесок телескопа «Хаббл» та роботу космонавтів на МКС?

Проте є справжні герої орбіти. Давайте познайомимося з ними.

1. Супутники Landsat фотографують Землю з початку 1970-х років, і щодо спостережень за поверхнею Землі вони рекордсмени. Landsat-1, відомий свого часу як ERTS (Earth Resources Technology Satellite), був запущений 23 липня 1972 року. Він ніс два основні інструменти: камеру та багатоспектральний сканер, створений Hughes Aircraft Company і здатний записувати дані у зеленому, червоному та двох інфрачервоних спектрах. Супутник робив настільки шикарні зображення і вважався настільки успішним, що за ним була ціла серія. NASA запустило останній Landsat-8 у лютому 2013 року. На цьому апараті полетіли два датчики, що спостерігали за Землею, Operational Land Imager і Thermal Infrared Sensor, що збирають багатоспектральні зображення прибережних регіонів, полярних льодів, островів і континентів.
2. Геостаціонарні експлуатаційні екологічні супутники (GOES) кружляють над Землею на геостаціонарній орбіті, кожен відповідає за фіксовану частину земної кулі. Це дозволяє супутникам уважно спостерігати за атмосферою та виявляти зміни погодних умов, які можуть призвести до торнадо, ураганів, паводків та грозових шторм. Також супутники використовуються для оцінки сум опадів та накопичення снігів, вимірювання ступеня снігового покриву та відстеження пересування морського та озерного льоду. З 1974 року на орбіту було виведено 15 супутників GOES, але одночасно за погодою спостерігають лише два супутники GOES «Захід» та GOES «Схід».
3. Jason-1 та Jason-2 відіграли ключову роль у довгостроковому аналізі океанів Землі. NASA запустило Jason-1 у грудні 2001 року, щоб замінити ним супутник NASA/CNES Topex/Poseidon, який працював над Землею з 1992 року. Протягом майже тринадцяти років Jason-1 вимірював рівень моря, швидкість вітру та висоту хвиль понад 95% вільних від льоду земних океанів. NASA офіційно списало Jason-1 3 липня 2013 року. 2008 року на орбіту вийшов Jason-2. Він ніс високоточні інструменти, що дозволяють вимірювати дистанцію від супутника до поверхні океану з точністю кілька сантиметрів. Ці дані, крім цінності для океанологів, надають широкий погляд на поведінку світових кліматичних патернів.

Скільки коштують супутники?

Після «Супутника» та Explorer, супутники стали більшими і складнішими. Візьмемо, наприклад, TerreStar-1, комерційний супутник, який мав забезпечити передачу мобільних даних Північної Америкидля смартфонів та подібних пристроїв. Запущений 2009 року TerreStar-1 важив 6910 кілограм. І повністю розгорнутий, він розкривав 18-метрову антену і потужні сонячні батареї з розмахом крил в 32 метри.

Будівництво таке складної машинипотребує маси ресурсів, тому історично лише урядові відомства та корпорації з глибокими кишенями могли увійти до супутникового бізнесу. Більшість вартості супутника лежить у обладнанні - транспондерах, комп'ютерах і камерах. Звичайний метеорологічний супутник коштує близько 290 мільйонів доларів. Супутник-шпигун обійдеться на 100 мільйонів доларів більше. Додайте до цього вартість утримання та ремонту супутників. Компанії повинні платити за смугу супутника так само, як власники телефонів платять за стільниковий зв'язок. Обходиться іноді це більш ніж 1,5 мільйона доларів на рік.

Іншим важливим факторомє вартість запуску. Запуск одного супутника в космос може коштувати від 10 до 400 мільйонів доларів, залежно від апарата. Ракета Pegasus XL може підняти 443 кілограми на низьку навколоземну орбіту за 13,5 мільйона доларів. Запуск важкого супутника вимагатиме більшої підйомної сили. Ракета Ariane 5G може вивести на низьку орбіту 18000-кілограмовий супутник за 165 мільйонів доларів.

Незважаючи на витрати та ризики, пов'язані з будівництвом, запуском та експлуатацією супутників, деякі компанії зуміли побудувати цілий бізнес на цьому. Наприклад, Boeing. У 2012 році компанія доставила в космос близько 10 супутників і отримала замовлення більш ніж на сім років, що принесло їй майже 32 мільярди доларів доходу.

Майбутнє супутників

Майже через п'ятдесят років після запуску «Супутника», супутники, як і бюджети, ростуть і міцніють. США, наприклад, витратили майже 200 мільярдів доларів з початку військової супутникової програми і тепер, незважаючи на все це, має флот старіючих апаратів, які чекають на свою заміну. Багато експертів побоюються, що будівництво та розгортання великих супутників просто не може існувати на гроші платників податків. Рішенням, яке може перевернути все з ніг на голову, залишаються приватні компанії на кшталт SpaceX та інші, яких явно не спіткає бюрократичний застій, як NASA, NRO та NOAA.

Інше рішення - скорочення розміру та складності супутників. Вчені Калтеха та Стенфордського університету з 1999 року працюють над новим типом супутника CubeSat, в основі якого лежать будівельні блоки з гранню 10 сантиметрів. Кожен куб містить готові компоненти і може поєднатися з іншими кубиками, щоб підвищити ефективність і знизити навантаження. Завдяки стандартизації дизайну та скорочення витрат на створення кожного супутника з нуля, один CubeSat може коштувати лише 100 000 доларів.

У квітні 2013 року NASA вирішила перевірити цей простий принцип і три CubeSat на базі комерційних смартфонів. Ціль полягала в тому, щоб вивести мікросупутники на орбіту на короткий часі зробити кілька фотографій на телефони. Тепер агентство планує розгорнути велику мережу таких супутників.

Будучи великими або маленькими, супутники майбутнього повинні мати можливість ефективно спілкуватися з наземними станціями. Історично склалося так, що NASA покладалося на радіочастотний зв'язок, але РЧ досягла своєї межі, оскільки виник попит на велику потужність. Щоб подолати цю перешкоду, вчені NASA розробляють систему двостороннього зв'язку на основі лазерів замість радіохвиль. 18 жовтня 2013 року вчені вперше запустили лазерний проміньдля передачі даних з Місяця на Землю (на відстані 384633 кілометри) і отримали рекордну швидкість передачі в 622 мегабіти в секунду.