Если искусственный спутник земли. ИСЗ — искусственные спутники планеты Земля. Общие сведения об ИСЗ

Искусственные спутники Земли - это летательные космические аппараты, которые выведены на и вращаются вокруг нее по геоцентрической орбите. Они предназначаются для решения прикладных и научных задач. Впервые запуск искусственного спутника Земли произошел 4 октября 1957 года в СССР. Это было первое искусственное небесное тело, которое создали люди. Событие стало возможным благодаря результатам достижений во многих областях ракетной, вычислительной техники, электроники, небесной механики, автоматического управления и прочих разделов науки. Первый ИСЗ дал возможность измерить плотность верхних слоев атмосферы, проверить достоверность теоретических расчетов и основных технических решений, которые применились для вывода ИСЗ на орбиту, исследовать особенности передачи радиосигнала в ионосфере.

Америка запустила свой первый ИСЗ "Эксплорер-1" 1 февраля 1958 года, а затем, чуть позже, произвели запуски и другие страны: Франция, Австралия, Япония, КНР, Великобритания. В области получило широкое распространение сотрудничество между странами всего мира.

Космический аппарат может называться спутником только после совершения им более одного оборота вокруг Земли. А иначе он не регистрируется как спутник и будет именоваться ракетным зондом, который проводил измерения по баллистической траектории.

Спутник считается активным, если на нем установлены радиопередатчики, импульсные лампы, подающие световые сигналы, измерительная аппаратура. Пассивные искусственные спутники Земли зачастую служат для наблюдений с поверхности планеты при выполнении некоторых научных заданий. К ним относятся спутники-баллоны диаметром до нескольких десятков метров.

Искусственные спутники Земли разделяют на прикладные и научно-исследовательские, в зависимости от выполняемых ими задач. Научно-исследовательские предназначены для проведения исследований Земли, космического пространства. Таковыми являются геодезические и геофизические спутники, астрономические орбитальные обсерватории и т.д. Прикладные ИСЗ - это спутники связи, навигационные для исследования ресурсов Земли, технические и др.

Искусственные спутники Земли, созданные для полета человека, носят название «пилотируемые корабли-спутники». ИСЗ на приполярной либо полярной орбите называются полярными, а на экваториальной орбите - экваториальными. Стационарные спутники - это запущенные на экваториальную круговую орбиту ИСЗ, направление движения которых совпадает с вращением Земли, они неподвижно висят над конкретной точкой планеты. Отделяемые от спутников при выводе на орбиту детали, как, например головные обтекатели, являются вторичными орбитальными объектами. Зачастую их называют спутниками, хоть они и движутся вдоль околоземных орбит, и служат преимущественно объектами для наблюдений в научных целях.

С 1957 по 1962 гг. в названии космических объектов указывался год запуска и буква греческого алфавита, соответствующая порядковому номеру запуска в конкретном году, а также арабская цифра - номер объекта, зависящий от его научной значимости или яркости. Но количество запускаемых ИСЗ стремительно росло, потому с 1 января 1963 года они стали обозначаться годом запуска, номером запуска в том же году и буквой латинского алфавита.

Спутники могут быть различными по размерам, конструктивным схемам, массе, составу бортового оборудования, в зависимости от выполняемых задач. Энергопитание аппаратуры почти всех ИСЗ производится посредством солнечных батарей, установленных на внешней части корпуса.

На орбиту ИСЗ выводятся при помощи управляемых автоматически многоступенчатых ракет-носителей. Движение искусственных спутников Земли подчинено пассивным (притяжение планет, сопротивление и т.д.) и активным (в случае, если на спутнике установлен силам.

Искусственные спутники Земли (ИСЗ)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Движение ИСЗ. ИСЗ выводятся на орбиты с помощью автоматических управляемых многоступенчатых ракет-носителей, которые от старта до некоторой расчётной точки в пространстве движутся благодаря тяге, развиваемой реактивными двигателями. Этот путь, называемый траекторией выведения ИСЗ на орбиту, или активным участком движения ракеты, составляет обычно от нескольких сотен до двух-трёх тыс. км . Ракета стартует, двигаясь вертикально вверх, и проходит сквозь наиболее плотные слои земной атмосферы на сравнительно малой скорости (что сокращает энергетические затраты на преодоление сопротивления атмосферы). При подъёме ракета постепенно разворачивается, и направление её движения становится близким к горизонтальному. На этом почти горизонтальном отрезке сила тяги ракеты расходуется не на преодоление тормозящего действия сил притяжения Земли и сопротивления атмосферы, а главным образом на увеличение скорости. После достижения ракетой в конце активного участка расчётной скорости (по величине и направлению) работа реактивных двигателей прекращается; это - так называемая точка выведения ИСЗ на орбиту. Запускаемый космический аппарат, который несёт последняя ступень ракеты, автоматически отделяется от неё и начинает своё движение по некоторой орбите относительно Земли, становясь искусственным небесным телом. Его движение подчинено пассивным силам (притяжение Земли, а также Луны, Солнца и др. планет, сопротивление земной атмосферы и т. д.) и активным (управляющим) силам, если на борту космического аппарата установлены специальные реактивные двигатели. Вид начальной орбиты ИСЗ относительно Земли зависит целиком от его положения и скорости в конце активного участка движения (в момент выхода ИСЗ на орбиту) и математически рассчитывается с помощью методов небесной механики. Если эта скорость равна или превышает (но не более чем в 1,4 раза) первую космическую скорость (См. Космические скорости) (около 8 км /сек у поверхности Земли), а её направление не отклоняется сильно от горизонтального, то космический аппарат выходит на орбиту спутника Земли. Точка выхода ИСЗ на орбиту в этом случае расположена вблизи перигея орбиты. Выход па орбиту возможен и в других точках орбиты, например вблизи апогея, но поскольку в этом случае орбита ИСЗ расположена ниже точки выведения, то сама точка выведения должна располагаться достаточно высоко, скорость же в конце активного участка при этом должна быть несколько меньше круговой.

В первом приближении орбита ИСЗ представляет собой эллипс с фокусом в центре Земли (в частном случае - окружность), сохраняющий неизменное положение в пространстве. Движение по такой орбите называется невозмущённым и соответствует предположениям, что Земля притягивает по закону Ньютона как шар со сферическим распределением плотности и что на спутник действует только сила притяжения Земли.

Такие факторы, как сопротивление земной атмосферы, сжатие Земли, давление солнечного излучения, притяжения Луны и Солнца, являются причиной отклонений от невозмущённого движения. Изучение этих отклонений позволяет получать новые данные о свойствах земной атмосферы, о гравитационном поле Земли. Из-за сопротивления атмосферы ИСЗ, движущиеся по орбитам с перигеем на высоте несколько сот км , постепенно снижаются и, попадая в сравнительно плотные слои атмосферы на высоте 120-130 км и ниже, разрушаются и сгорают; они имеют, таким образом, ограниченный срок существования. Так, например, первый советский ИСЗ находился в момент выхода на орбиту на высоте около 228 км над поверхностью Земли и имел почти горизонтальную скорость около 7,97 км /сек. Большая полуось его эллиптической орбиты (т. е. среднее расстояние от центра Земли) составляла около 6950 км , период обращения 96,17 мин , а наименее и наиболее удалённые точки орбиты (перигей и апогей) располагались на высотах около 228 и 947 км соответственно. Спутник существовал до 4 января 1958, когда он, вследствие возмущений его орбиты, вошёл в плотные слои атмосферы.

Орбита, на которую выводится ИСЗ сразу после участка разгона ракеты-носителя, бывает иногда лишь промежуточной. В этом случае на борту ИСЗ имеются реактивные двигатели, которые включаются в определённые моменты на короткое время по команде с Земли, сообщая ИСЗ дополнительную скорость. В результате ИСЗ переходит на другую орбиту. Автоматические межпланетные станции выводятся обычно сначала на орбиту спутника Земли, а затем переводятся непосредственно на траекторию полёта к Луне или планетам.

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

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

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

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

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

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

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

Прикладные ИСЗ. К прикладным ИСЗ относят спутники, запускаемые для решения тех или иных технических, хозяйственных, военных задач.

Спутники связи служат для обеспечения телевизионных передач, радиотелефонной, телеграфной и др. видов связи между наземными станциями, расположенными друг от друга на расстояниях до 10-15 тыс. км . Бортовая радиоаппаратура таких ИСЗ принимает сигналы наземных радиостанций, усиливает их и ретранслирует на другие наземные радиостанции. Спутники связи выводятся на высокие орбиты (до 40 тыс. км ). К ИСЗ этого типа относятся советский ИСЗ « Молния » , американский ИСЗ «Синком», ИСЗ «Интелсат» и др. Спутники связи, выведенные на стационарные орбиты, постоянно находятся над определёнными районами земной поверхности.

Метеорологические спутники предназначены для регулярной передачи на наземные станции телевизионных изображений облачного, снегового и ледового покровов Земли, сведений о тепловом излучении земной поверхности и облаков и т. п. ИСЗ этого типа запускаются на орбиты, близкие к круговым, с высотой от 500-600 км до 1200-1500 км ; полоса обзора с них достигает 2-3 тыс. км . К метеорологическим спутникам относятся некоторые советские ИСЗ серии «Космос», спутники «Метеор », американские ИСЗ «Тирос», «ЭССА», «Нимбус». Проводятся эксперименты по глобальным метеорологическим наблюдениям с высот, достигающих 40 тыс. км (советский ИСЗ «Молния-1», американский ИСЗ «АТС»).

Исключительно перспективными с точки зрения применения в народном хозяйстве являются спутники для исследования природных ресурсов Земли. Наряду с метеорологическими, океанографическими и гидрологическими наблюдениями такие ИСЗ позволяют получать оперативную информацию, необходимую для геологии, сельского хозяйства, рыбного промысла, лесного хозяйства, контроля загрязнений природной среды. Результаты, полученные с помощью ИСЗ и пилотируемых космических кораблей, с одной стороны, и контрольные измерения с баллонов и самолётов - с другой, показывают перспективность развития этого направления исследований.

Навигационные спутники, функционирование которых поддерживается специальной наземной системой обеспечения, служат для навигации морских кораблей, в том числе подводных. Корабль, принимая радиосигналы и определяя своё положение относительно ИСЗ, координаты которого на орбите в каждый момент известны с высокой точностью, устанавливает своё местоположение. Примером навигационных ИСЗ являются американские спутники «Транзит», «Навсат».

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

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

Человек с раннего детства, когда смотрит на звёздное небо и Луну, задается вопросом, как устроены космос, звезды, планеты, галактика, вселенная. Нас влечет, всё неизвестное и не понятное. Приоткрыть завесу в тайну космоса, удалось советским учёным под руководством гениального инженера-конструктора Королева Сергея Павловича, под руководством которого запустили первый искусственный спутник Земли (сокращенно — ИСЗ).

Первый запуск

Именно СССР 4 октября 1957 года первым запустил в космическое пространство простейший спутник земли или ПС-1 на ракетоносителе Р-7, с космодрома Байконур. Возглавлял творческий коллектив создателей спутника Сергей Королев.

Сергей Королев и Юрий Гагарин

Технические характеристики у первого искусственного спутника земли достаточно примитивные по сравнению со спутниками, которые запускаются в наше время.

ПС-1 представлял из себя шар диаметром примерно 58 см., к которому были присоединены четыре антенны длинной 2,4 и 2,9 метра, они нужны были, для принятия радиоприёма. Масса ПС-1 была 83,6 кг. Внутри спутника находились датчики давления, температуры, вентиляторы, включающиеся от реле, которые начинали работать, если температура поднималась выше +30С, коммутирующие устройство, которое передавало сигнал от спутника на Землю.

ПС-1 отделился от ракетоносителя через 295 секунд после старта, а уже через 315 секунд после старта, он послал на землю первый радиосигнал, который мог принимать любой радиолюбитель, это были повторяющиеся на протяжении примерно около 2 минут сигналы: «Бип, Бип». Эти сигналы потрясли весь мир, началась эра космонавтики и гонки вооружений между СССР и США.

ПС-1 пробыл на эллиптической орбите Земли 92 дня и выполнил 1440 оборотов вокруг планеты, радиосигнал он продолжал передавать на протяжении 20 дней. После чего скорость вращения ПС-1 начала снижаться, и 4 января 1957 года он сгорел в плотных слоях атмосферы из-за высокого трения.

Космические технологии

В наше время просторы вселенной бороздят уже примерно около 13 тысяч искусственных спутников Земли, большая часть из них принадлежит США, России, и Китаю. Технология запусков спутников заключается в том чтобы при запуске дать ему как можно большую скорость. Попав на эллиптическую орбиту земли спутник сможет сам, без включения двигателей, за счёт набранной скорости долгое время вращаться и передавать сигналы.

Для современного мира искусственные спутники – это неотъемлемая часть нашего мира, спутники связи, спутники навигации, метеорологические спутники, разведывательные спутники, биоспутники и многие другие искусственные спутники, помогают нам в обычной жизни.

Мы прогнозируем погоду, прокладываем новые маршруты, пользуемся сотовой связью, спутниковым телевидением, беспроводным интернетом, составляем карты и регистрируем земельные участки в привязке к спутнику, и все это благодаря искусственным спутникам земли.

Изучение космоса

О искусственных спутниках Земли интересных фактов много, но также беспилотные космические аппараты исследуют и другие планеты. Так что помимо спутников, которые облегчают нам нашу повседневную жизнь, человечество не стоит на месте и в настоящее время существуют искусственные спутники Луны, Марса, Солнца, Венеры.

Искусственный спутник Луны, первым запустили учёные СССР, этот спутник передавал фотографии поверхности луны, с помощью которых учёные убедились в ее специфической форме, узнали её строение и особенности тяготения.
Искусственный спутник Марса: одновременно эту планету начали изучать три спутника, два советских и один американский.

У всех этих спутников стояли разные задачи, одни фотографировали поверхность планеты, другие изучали температуру, рельеф, обтекаемость планеты, наличие воды, но стоить заметить, что первым искусственным спутником который совершил мягкую посадку на поверхность этой планеты был советский спутник Марс-3.

Первый искусственный спутник у Солнца, появился тогда когда его совершенно туда не собирались запускать. Спутник НАСА который должен был исследовать лунную поверхность, перелетел орбиту луны и остановился на орбите солнца. У России так же имеется своей искусственный спутник солнца, который изучает соленную активность и передаёт геомагнитные вспышки и колебания.

Исследование Фобоса, спутника Марса

Искусственные спутники Венеры. В Советском Союзе первым отправил в 1975 году искусственные спутники, при помощи которых получили высококачественные изображения поверхности этой планеты.

4 октября 1957 года — памятная дата для всего человечества, в этот день в Российской Федерации отмечают день космических войск РФ, а во всем мире праздник запуска первого спутника земли.

В современном мире жители нашей планеты уже активно пользуются достижениями космических технологий. Научные спутники , такие, как космический телескоп , демонстрируют нам все величие и необъятность окружающего нас пространства, чудеса, происходящие как в отдаленных уголках Вселенной, так и в ближайшем космосе. Активное использование получили спутники связи , подобные, например, "Гэлакси XI" . С их участием обеспечивается международная и мобильная телефонная связь и, конечно, спутниковое телевидение . Спутники связи играют огромную роль в распространении интернета . Это благодаря им мы имеем возможность с огромной скоростью получить доступ к информации, которая физически расположена на другом конце света, на другом континенте. Спутники наблюдения , один из них "Спот" , передают информацию, важную для различных отраслей промышленности и отдельных организаций, помогая, например, геологам искать месторождения полезных ископаемых, администрациям крупных городов - планировать застройку, экологам - оценивать уровень загрязнения рек и морей. Самолеты, корабли и автомобили ориентируются, используя спутники Глобальной системы ориентирования (GPS) , а управление морскими коммуникациями осуществляется с использованием навигационных спутников и спутников связи. Мы уже привыкли видеть в прогнозах погоды снимки, сделанные такими спутниками, как "Метеосат" . Другие спутники помогают ученым следить за состоянием окружающей среды, передавая такую информацию, как высота волн и температура морской воды. Военные спутники обеспечивают армии и органы безопасности самой различной информацией, в том числе данными радиоэлектронной разведки, выполняемой, например, спутниками "Магнум" , а также снимками с очень высоким разрешением, которые выполняют секретные спутники оптической и радиолокационной разведки . В этом разделе сайта мы познакомимся со многими спутниковыми системами, принципами их работы и устройством спутников.

Для начала, чтобы сразу иметь представление о сложности спутниковых систем и коммуникаций, рассмотрим более "приближенный к действительности" один из первых спутников связи - спутник «Комстар» .

Спутник связи «Комстар 1»

Конструкция спутника связи «Комстар-1»

Одним из первых геостационарных спутников, применявшихся для повседневных нужд людей, стал спутник «Комстар» . Спутники «Комстар 1» управляются оператором «Комсат» и арендуются AT&T. Их срок службы рассчитан на семь лет. Они ретранслируют сигналы телефонии и телевизионные сигналы в пределах территории США, а также Пуэрто-Рико. Через них может одновременно ретранслироваться до 6000 телефонных разговоров и до 12 телевизионных каналов. Геометрические размеры спутника «Комстар 1» : высота: 5,2 м (17 футов), диаметр: 2,3 м (7,5 фута). Стартовый вес составляет 1410 кг (3109 фунтов).

Приемопередающая антенна связи с вертикальной и горизонтальной поляризационными решетками, позволяет вести и прием, и передачу на одной частоте, но с перпендикулярной поляризацией. За счет этого пропускная способность радиочастотных каналов спутника удваивается. Забегая вперед, можно сказать, что поляризация радиосигнала используется сейчас практически во всех спутниковых системах, особенно это знакомо владельцам спутниковых приемных телевизионных систем, где при настройке на высокочастотные телеканалы приходится устанавливать либо вертикальную, либо горизонтальную поляризацию.

Еще одна интересная конструктивная особенность состоит в том, что цилиндрический корпус спутника вращается со скоростью около одного оборота в секунду, чтобы обеспечить эффект гироскопической стабилизации спутника в пространстве. Если учесть немалую массу спутника - около полутора тонн - то эффект действительно имеет место. И при этом антенны спутника остаются направленными в определенную точку пространства на Земле, чтобы излучать туда полезный радиосигнал.

Одновременно спутник должен находиться на геостационарной орбите, т.е. "висеть" над Землей "неподвижно", точнее, лететь вокруг планеты со скоростью её вращения вокруг собственной оси в направлении её вращения. Уход с точки позиционирования вследствие влияния различных факторов, самыми значительными из которых являются мешающее притяжение Луны, встреча с космической пылью и другими объектами космоса, отслеживается системой управления и периодически корректируется двигателями системы ориентации спутника.

В 1957 году под руководством С.П. Королёва была создана первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, которая в том же году была использована для запуска первого в мире искусственного спутника Земли.

Искусственный спутник Земли (ИСЗ ) - это космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите. - траектория движения небесного тела по эллиптической траектории вокруг Земли. Один из двух фокусов эллипса, по которому движется небесное тело, совпадает с Землёй. Для того, чтобы космический корабль оказался на этой орбите, ему необходимо сообщить скорость, которая меньше второй космической скорости, но не меньше чем первая космическая скорость. Полёты ИСЗ выполняются на высотах до нескольких сотен тысяч километров. Нижнюю границу высоты полёта ИСЗ обуславливает необходимость избегания процесса быстрого торможения в атмосфере. Период обращения спутника по орбите в зависимости от средней высоты полёта может составлять от полутора часов до нескольких суток.

Особое значение имеют спутники на геостационарной орбите, период обращения которых строго равен суткам и поэтому для наземного наблюдателя они неподвижно «висят» на небосклоне, что позволяет избавиться от поворотных устройств в антеннах. Геостациона́рная орби́та (ГСО) - круговая орбита, расположенная над экватором Земли (0° широты), находясь на которой искусственный спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси. Движение искусственного спутника Земли по геостационарной орбите.

Спутник-1 - первый искусственный спутник Земли, первый космический аппарат, запущен на орбиту в СССР 4 октября 1957 года.

Кодовое обозначение спутника - ПС-1 (Простейший Спутник-1). Запуск осуществлялся с 5-го научно-исследовательского полигона министерства обороны СССР «Тюра-Там» (позже это место получило название космодром Байконур) на ракете-носителе «Спутник» (Р-7).

Над созданием искусственного спутника Земли во главе с основоположником практической космонавтики С. П. Королёвым работали ученые М. В. Келдыш, М. К. Тихонравов, Н. С. Лидоренко, В. И. Лапко, Б. С. Чекунов, А. В. Бухтияров и многие другие.

Дата запуска первого искусственного спутника Земли считается началом космической эры человечества, а в России отмечается как памятный день Космических войск.

Корпус спутника состоял из двух полусфер диаметром 58 см из алюминиевого сплава со стыковочными шпангоутами, соединёнными между собой 36 болтами. Герметичность стыка обеспечивала резиновая прокладка. В верхней полуоболочке располагались две антенны, каждая из двух штырей по 2,4 м и по 2,9 м. Так как спутник был неориентирован, то четырёхантенная система давала равномерное излучение во все стороны.

Внутри герметичного корпуса были размещены блок электрохимических источников; радиопередающее устройство; вентилятор; термореле и воздуховод системы терморегулирования; коммутирующее устройство бортовой электроавтоматики; датчики температуры и давления; бортовая кабельная сеть. Масса первого спутника: 83,6 кг.

История создания первого спутника

13 мая 1946 г. Сталин подписал постановление о создании в СССР ракетной отрасли науки и промышленности. В августе С. П. Королёв был назначен главным конструктором баллистических ракет дальнего действия.

Но еще в 1931 году в СССР была создана Группа изучения реактивного движения, которая занималась конструированием ракет. В этой группе работали Цандер, Тихонравов, Победоносцев, Королёв . В 1933 году на базе этой группы был организован Реактивный институт, который продолжил работы по созданию и совершенствованию ракет.

В 1947 году в Германии были собраны и прошли лётные испытания ракеты Фау-2, они и положили начало советским работам по освоению ракетной техники. Однако Фау-2 воплотила в своей конструкции идеи гениев-одиночек Константина Циолковского, Германа Оберта, Роберта Годдарда.

В 1948 г. на полигоне Капустин Яр проводились уже испытания ракеты Р-1, которая являлась копией Фау-2, изготовляемой полностью в СССР. Затем появились Р-2 с дальностью полета до 600 км, эти ракеты были приняты на вооружение с 1951 г. А Создание ракеты Р-5 с дальностью до 1200 км стало первым отрывом от техники Фау-2. Эти ракеты прошли испытания в 1953 г, и сразу же начались исследования использования их как носителя ядерного оружия. 20 мая 1954 г. правительство выдало постановление о разработке двухступенчатой межконтинентальной ракеты Р-7. А уже 27 мая Королёв направил докладную министру оборонной промышленности Д. Ф. Устинову о разработке ИСЗ и возможности его запуска с помощью будущей ракеты Р-7.

Запуск!

В пятницу, 4 октября, в 22 часа 28 минут 34 секунды по московскому времени был совершён успешный запуск . Через 295 секунд после старта ПС-1 и центральный блок ракеты весом 7,5 тонны были выведены на эллиптическую орбиту высотой в апогее 947 км, в перигее 288 км. На 314,5 секунде после старта произошло отделение Спутника и он подал свой голос. «Бип! Бип!» - так звучали его позывные. На полигоне их ловили 2 минуты, потом Спутник ушёл за горизонт. Люди на космодроме выбежали на улицу, кричали «Ура!», качали конструкторов и военных. И ещё на первом витке прозвучало сообщение ТАСС: «…В результате большой напряжённой работы научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро создан первый в мире искусственный спутник Земли…»

Только после приёма первых сигналов Спутника поступили результаты обработки телеметрических данных и выяснилось, что лишь доли секунды отделяли от неудачи. Один из двигателей «запаздывал», а время выхода на режим жёстко контролируется и при его превышении старт автоматически отменяется. Блок вышел на режим менее чем за секунду до контрольного времени. На 16-й секунде полёта отказала система управления подачи топлива, и из-за повышенного расхода керосина центральный двигатель отключился на 1 секунду раньше расчётного времени. Но победителей не судят! Спутник летал 92 дня, до 4 января 1958 года, совершив 1440 оборотов вокруг Земли (около 60 млн. км), а его радиопередатчики работали в течение двух недель после старта. Из-за трения о верхние слои атмосферы спутник потерял скорость, вошёл в плотные слои атмосферы и сгорел вследствие трения о воздух.

Официально «Спутник-1» и «Спутник-2», Советский Союз запускал в соответствии с принятыми на себя обязательствами по Международному Геофизическому Году. Спутник излучал радиоволны на двух частотах 20,005 и 40,002 МГц в виде телеграфных посылок длительностью 0,3 с, это позволяло изучать верхние слои ионосферы - до запуска первого спутника можно было наблюдать только за отражением радиоволн от областей ионосферы, лежащих ниже зоны максимальной ионизации ионосферных слоёв.

Цели запуска

• проверка расчётов и основных технических решений, принятых для запуска;
• ионосферные исследования прохождения радиоволн, излучаемых передатчиками спутника;
• экспериментальное определение плотности верхних слоёв атмосферы по торможению спутника;
• исследование условий работы аппаратуры.

Несмотря на то, что на спутнике полностью отсутствовала какая-либо научная аппаратура, изучение характера радиосигнала и оптические наблюдения за орбитой позволили получить важные научные данные.

Другие спутники

Второй страной, запустившей ИСЗ, стали США: 1 февраля 1958 года был запущен искусственный спутник земли Эксплорер-1 . Он находился на орбите до марта 1970 г., но прекратил радиопередачи еще 28 февраля 1958 г. Первый американский искусственный спутник Земли был запущен командой Брауна.

Вернер Магнус Максимилиан фон Браун - немецкий, а с конца 1940-х годов американский конструктор ракетно-космической техники, один из основоположников современного ракетостроения, создатель первых баллистических ракет. В США он считается «отцом» американской космической программы. Фон Брауну по политическим причинам долго не давали разрешения на запуск первого американского спутника (руководство США хотело, чтобы спутник был запущен военными), поэтому подготовка к запуску «Эксплорера» началась всерьёз лишь после аварии «Авангарда». Для запуска была создана форсированная версия баллистической ракеты Редстоун, названная Юпитер-С. Масса спутника была ровно в 10 раз меньше массы первого советского ИСЗ - 8,3 кг. На нем был установлен счетчик Гейгера и датчик метеорных частиц. Орбита «Эксплорера» была заметно выше орбиты первого ИСЗ .

Следующие страны, запустившие спутники - Великобритания, Канада, Италия - запустили свои первые ИСЗ в 1962, 1962, 1964 гг. на американских ракетах-носителях . А третьей страной, выведшей первый ИСЗ на своей ракете-носителе, стала Франция 26 ноября 1965 г.

Сейчас ИСЗ запускаются более чем 40 странами (а также отдельными компаниями) с помощью как собственных ракет-носителей (РН), так и предоставляемых в качестве пусковых услуг другими странами и межгосударственными и частными организациями.