Развитие технического прогресса происходит такими темпами, что самые выдающиеся научные достижения быстро становятся повседневностью и перестают удивлять.
Не стало исключением и освоение космического пространства. Почти 6 десятилетий отделяют нас от запуска первого искусственного спутника Земли (РС-1). Вспомним, как это было. Узнаем, как далеко продвинулась наука в этой области.
К середине 60-х годов прошлого столетия в СССР сформировалась мощная группа единомышленников, занимавшихся практической космонавтикой. Возглавлял группу .
Первые шаги в космос было решено начать с запуска искусственного спутника Земли. При этом ставились такие задачи:
Для выполнения необходимого объёма исследований в спутнике диаметром 58 см размещалась специальная аппаратура и источники энергопитания. Для поддержания постоянной температуры его внутреннюю полость заполнили азотом, который приводился в движение специальными вентиляторами. Общий вес первого космического аппарата равнялся 83,6 кг. Его герметичный корпус был изготовлен из особого алюминиевого сплава, а полированная поверхность прошла специальную обработку.
Четыре стержневые антенны длиной от 2,4 до 2,9 м, установленные на наружной поверхности спутника, во время выведения аппарата на орбиту прижимались к корпусу.
Для запуска спутника РС-1 было решено использовать военный полигон в Казахстанской пустыне. Решающим доводом в выборе места была и близость к экватору. Это позволило при запуске максимально использовать скорость вращения Земли. А его удаленность от Москвы позволяла поддерживать режим секретности.
Именно на военном полигоне Байконур впервые распахнулись космические ворота, и был дан старт первому искусственному спутнику земли. «Спутник -1» стартовал 4 октября 1957 в 22:28 по московскому времени. За 92 дня работы на околоземной орбите он совершил около полутора тысяч оборотов вокруг Земли. Две недели его сигналы «бип-бип-бип» принимали не только в центре управления полетом, но и радиолюбители по всему миру.
Для запуска первого советского спутника было использовали двухступенчатую межконтинентальную ракету Р–7, которая была разработана как носитель водородной бомбы.
После некоторых доработок в её конструкции и нескольких испытаний, стало ясно, что она вполне справится с задачей по выводу спутника на заданную орбиту.
Спутник был размещен в головной части ракеты. Её старт выполнялся строго вертикально. Затем ось ракеты постепенно отклоняли от вертикали. Когда скорость ракеты была близка к первой космической скорости, отделилась первая ступень. Дальнейший полёт ракеты теперь обеспечивала вторая ступень, увеличившая её скорость до 18-20 тысяч км/час. Когда ракета достигла наивысшей точки своей орбиты, спутник отделился от ракетоносителя.
Дальнейшее его движение происходило по инерции.
Чтобы тело стало ИСЗ необходимо выполнение двух основных условий:
Обретя I космическую скорость, спутник вращается вокруг планеты по круговой орбите.
Если его период вращения будет равен 24 часам, то спутник будет вращаться синхронно с Землей, как бы зависая над одним и тем же районом планеты. Такая орбита называется геостационарной, а её радиус, при заданной скорости аппарата, должен в шесть раз превышать радиус Земли. При увеличении скорости вплоть до 11,2 км/сек, орбита всё более вытягивается, превращаясь в эллипс. Именно по такой орбите двигалось первое детище советской космонавтики. При этом Земля находилась в одном из фокусов этого эллипса. Наибольшее удаление спутника от Земли составляло 900 км.
Но в процессе движения он все же погружался в верхние слои атмосферы, тормозился, постепенно приближаясь к Земле. В конце концов, от сопротивления воздуха он нагрелся и сгорел в плотных слоях атмосферы.
Запуск и полёт этого крохотного серебристого шарика на столь значительном удалении от Земли явился триумфом советской науки на тот период. Далее последовали ещё ряд запусков, которые преследовали в основном военные цели. Они выполняли разведывательные функции, являлись частью систем навигации и связи.
Современные труженики звёздного неба выполняют громадный объём работ на благо человечества. Кроме спутников, предназначенных для оборонных целей, востребованы:
Изготовление, запуск и обслуживание космических аппаратов требует огромных расходов, поэтому стали появляться интернациональные проекты. Одна из них система ИНМАСАРТ, обеспечивающая кораблям, находящимся в открытом море, устойчивую связь. Именно благодаря ей спасено немало морских судов и человеческих жизней.
Ночью, среди алмазной россыпи звезд можно увидеть яркие, не мигающие светящиеся точки. Если они, двигаясь по прямой, пролетают весь небосвод за 5-10 минут, значит, вы увидели спутник. Невооруженному взгляду доступно наблюдение только достаточно больших спутников, не менее 600 м в длину. Видимы они лишь тогда, когда отражают солнечный свет.
К таким объектам относится международная космическая станция (МКС). За одну ночь её можно увидеть дважды. Сначала она движется с юго-восточной части неба к северо-востоку. Примерно через 8 часов она появляется на северо – западе и скрывается за юго-восточной частью горизонта. Самые удачное время для наблюдения за ней - июнь–июль - через час после заката и 40–60 минут до восхода нашего светила.
Проводив взглядом светящуюся точку, вспомни, сколько сил и знаний вложено в это чудо технической мысли, каким мужеством обладают люди, работающие на борту орбитальной станции.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
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» .
 |
 |
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.
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).
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.
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.
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.
Муниципальное общеобразовательное учреждение
Сатинская средняя общеобразовательная школа
Реферат
Искусственные
Спутники
Земли
Работу выполнила Сатинской средней школы
Сампурского района
Илясова Екатерина
Искусственные спутники.
Вселенная – это весь окружающий нас бесконечный и вечный мир. Часто вместо слова «вселенная» употребляют равнозначное ему слово «космос». Правда, иногда из понятия «космос», исключают Землю с её атмосферой.
Когда я была маленькой, то часто любовалась звёздным небом. Мне казалось, что за этими горящими лампочками скрывается целый мир со своими жителями и законами. Но в школе я узнала,что мои представления о космосе не соответствуют действительности, и вскоре мечты о знакомстве с жителями того мира быстро рассеялись.
Однако, этот мир оказался не менее интересным и загадочным, чем я его представляла. Теперь я знаю, что некоторые из звёзд, гуляющие по небу, за которыми я наблюдала, - это блестящие тела разных размеров и форм с антеннами снаружи и радиопередатчиками внутри – искусственные спутники Земли – космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты и предназначенные для решения научных и прикладных задач.
Человечество всегда стремилось к звёздам, они манили к себе, как магнит и ни что не могло удержать человека на Земле. Смотря трансляцию футбольного матча по телевизору, у меня часто появляется вопрос: как человеку удаётся передавать события, происходящие за пределами нашего материка. В Югославии идёт война. Натовские войска способны поражать цели на огромном расстоянии. Как же им это удаётся? Какую технику они используют? Когда я смотрю фантастику, то задумываюсь о том, сможет ли человек осуществить свои фантазии: летать с огромными скоростями на манёвренных космических объектах, встретиться с внеземными цивилизациями. Думая о своём будущем, мне бы хотелось, чтобы наше государство не прекращало тенденции к развитию космической деятельности, чтобы наша страна не сдавала лидирующей позиции в области космических научных исследований. Ведь мы первыми смогли запустить искусственный спутник Земли, первым полетел в космос гражданин нашей страны, мы единственные смогли установить космическую станцию на околоземной орбите.
Целью своей работы я поставила – ознакомиться с физическими основами полёта космических объектов. Только после этого можно найти ответы на поставленные мной вопросы. Из моего реферата вы узнаете о движении искусственных спутников Земли, их оборудовании, предназначении, классификации, истории и др.
Оборудование ИСЗ.
ИСЗ выводятся на орбиты с помощью ступенчатых ракет – носителей, которые поднимают их на определённую высоту над поверхностью Земли и разгоняют до скорости, равной или превышающей (но не более чем в 1,4 раза) первую космическую скорость. Запуски ИСЗ с помощью собственных ракет – носителей производят Россия, США, Франция, Япония, КНР И Великобритания. Ряд ИСЗ выводятся на орбиты в рамках международного сотрудничества. Таковы, например, спутники «Интеркосмос».
Искусственными спутниками, по существу, являются все летательные космические аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли, включая космические корабли и орбитальные станции с экипажами. Однако к ИСЗ принято относить главным образом автоматические спутники, не предназначенные для работы на них человека – космонавта. Это вызвано тем, что пилотируемые космические корабли существенно отличаются по своим конструктивным особенностям от автоматических спутников. Так, космические корабли должны иметь системы жизнеобеспечения, специальные отсеки – спускаемые аппараты, в которых космонавты возвращаются на Землю. Для автоматических ИСЗ такого рода оборудование не обязательно или вовсе излишне.
Размеры, масса, оборудование ИСЗ зависят от задач, которые спутники решают. Первый в мире советский ИСЗ имел массу 83,6 кг, корпус в виде шара диаметром 0,58 м. масса наименьшего ИСЗ составляла 700 г.
Размеры корпуса ИСЗ ограничиваются размерами головного обтекателя ракеты – носителя, защищающего спутник от неблагоприятного воздействия атмосферы на участке выведения ИСЗ на орбиту. Поэтому диаметр цилиндрического корпуса ИСЗ не превышает 3 – 4 м. на орбите размеры ИСЗ могут значительно увеличиться за счёт развертываемых элементов спутника – панелей солнечных батарей, штанг с приборами, антенн.
Оборудование ИСЗ очень разнообразно. Это, во – первых, аппаратура, с помощью которой обеспечивается выполнение поставленных перед спутником задач, - научно – исследовательская, навигационная, метеорологическая и др. во – вторых, так называемое служебное оборудование, призванное обеспечить необходимые условия для работы основной аппаратуры и связь между ИСЗ и Землей. К служебному оборудованию относятся системы энергопитания, система терморегулирования для создания и поддержки необходимого теплового режима работы аппаратуры и др. служебные системы обязательны для подавляющего большинства ИСЗ. Кроме того, как правило, ИСЗ снабжается системой ориентации в пространстве, тип которой зависит от назначения спутника(ориентация по небесным телам, по магнитному полю Земли и т. п.), и бортовой электронной вычислительной машиной для управления работой приборов и служебных систем.
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.
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).
Три космические скорости.
В первое время после запуска искусственного спутника Земли часто можно было слышать вопрос: "Почему спутник после выключения двигателей продолжает обращаться вокруг Земли, не падая на Землю?". Так ли это? В действительности спутник "падает" – он притягивается к Земле под действием силы тяжести. Если бы не было притяжения, то спутник улетел бы по инерции от Земли в направлении приобретённой им скорости. Земной наблюдатель воспринял бы такое движение спутника как движение вверх. Как известно из курса физики, для движения по кругу радиуса R тело должно обладать центростремительным ускорением a=V2/R, где а – ускорение, V – скорость. Поскольку в данном случае роль центростремительного ускорения играет ускорение силы тяжести, то можно написать: g=V2/R. Отсюда нетрудно определить скорость Vкр, необходимую для кругового движения на расстоянии R от центра Земли: Vкр2=gR. В приближённых расчётах принимается, что ускорение силы тяжести постоянно и равно 9,81 м/сек2. Эта формула справедлива и в более общем случае, только ускорение силы тяжести следует считать переменной величиной. Таким образом, мы нашли скорость кругового движения. Какова же та начальная скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно двигалось вокруг Земли по окружности? Нам уже известно, что чем большую скорость сообщить телу, тем на большее расстояние оно улетит. Траектории полёта будут эллипсами (мы пренебрегаем влиянием сопротивления земной атмосферы и рассматриваем полёт тела в пустоте). При некоторой достаточно большой скорости тело не успеет упасть на Землю и, сделав полный оборот вокруг Земли, возвратится в начальную точку, чтобы вновь начать движение по окружности. Скорость спутника, движущегося по круговой орбите вблизи земной поверхности, называется круговой или первой космической скоростью и представляет собой ту скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно стало спутником Земли. Первая космическая скорость у поверхности Земли может быть вычислена по приведенной выше формуле для скорости кругового движения, если подставить вместо R величину радиуса Земли (6400 км), а вместо g – ускорение свободного падения тела, равное 9,81 м/сек. В результате найдём, что первая космическая скорость равна Vкр=7,9 км/сек.
Познакомимся теперь со второй космической или параболической скоростью, под которой понимают скорость, необходимую для того, чтобы тело преодолело земное тяготение. Если тело достигнет второй космической скорости, то оно может удалиться от Земли на любое сколь угодно большое расстояние (предполагается, что на тело не будут действовать никакие другие силы, кроме сил земного тяготения).
Проще всего для получения величины второй космической скорости воспользоваться законом сохранения энергии. Совершенно очевидно, что после выключения двигателей сумма кинетической и потенциальной энергии ракеты должна оставаться постоянной. Пусть в момент выключения двигателей ракета находилась на расстоянии R от центра Земли и имела начальную скорость V (для простоты рассмотрим вертикальный полёт ракеты). Тогда по мере удаления ракеты от Земли скорость её будет уменьшаться. На некотором расстоянии rmax ракета остановится, так как её скорость обратится в ноль, и начнёт свободно падать на Землю. Если в начальный момент ракета обладала наибольшей кинетической энергией mV2/2, а потенциальная энергия была равна нулю, то в наивысшей точке, где скорость равна нулю, кинетическая энергия обращается в ноль, переходя целиком в потенциальную. Согласно закону сохранения энергии, находим:
mV2/2=fmM(1/R-1/rmax) или V2=2fM(1/R-1/rmax).
Ведение. Искусственные спутники Земли - это космические аппараты, выведенные на околоземные орбиты. Форма орбит ИСЗ зависит от скорости движения спутника и его расстояния от центра Земли и представляет собой окружность или эллипс. Кроме того, орбиты различаются наклоном по отношению к плоскости экватора, а также направлением вращения. На форму орбит ИСЗ влияет несферичность гравитационного поля Земли, гравитационные поля Луны, Солнца и других небесных тел, а также аэродинамические силы, возникающие при движении ИСЗ в верхних слоях атмосферы, и другие причины.
Выбор формы орбиты ИСЗ во многом зависит от его назначения и особенностей выполняемых им задач.
Назначение ИСЗ. В зависимости от решаемых задач ИСЗ подразделяют на научно-исследовательские, прикладные и военные.
Научно-исследовательские ИСЗслужат для изучения Земли, небесных тел и космического пространства. С их помощью проводятся геофизические, астрономические, геодезические, биологические и др. исследования. Орбиты таких спутников разнообразны: от почти круговых на высоте 200...300 км до вытянутых эллиптических с высотой в апогее до 500 тыс. км. Это ИСЗ «Прогноз», «Электрон», «Протон» и др., выведенные на орбиты для изучения процессов солнечной активности и их влияния на магнитосферу Земли, изучения космических лучей и взаимодействия с веществом частиц сверхзвуковых энергий.
К прикладным ИСЗотносятся связные (телекоммуникационные), метеорологические, геодезические, навигационные, океанографические, геологические, спасательно-поисковые и другие.
Особое значение имеют связные ИСЗ - «Молния» (рис. 2.5), «Радуга», «Экран», «Горизонт», предназначенные для ретрансляции телевизионных программ и обеспечения дальней радиосвязи. Для них используются эллиптические синхронные орбиты с большим эксцентриситетом. Для непрерывной связи с регионом следует иметь три таких спутника. ИСЗ «Радуга», «Экран» и «Горизонт» также имеют круговые экваториальные геостационарные орбиты высотой 35500 - 36800 км, что обеспечивает круглосуточную связь через сеть наземных приемных телевизионных станций «Орбита».
Все эти спутники имеют динамическую стабилизацию относительно Земли и Солнца, что позволяет надежно ретранслировать получаемые сигналы, а также ориентировать панели солнечных батарей (СБ) на Солнце.
Рис. 2.5. Схема связного искусственного спутника Земли «Молния»:
1
- датчики системы ориентации; 2
- панели СБ; 3
- радиоприемники и передатчики;
4
- антенны; 5
- баллоны гидразина; 6
- двигатель коррекции орбиты; 7
- радиаторы
Метеорологические ИСЗ типа «Метеор» выводятся на круговые орбиты высотой 900 км. Они регистрируют состояние атмосферы и облачности, обрабатывают полученную информацию и передают ее на Землю (за один оборот ИСЗ обследует до 20% площади земного шара).
Геодезические ИСЗ предназначены для картографирования местности и привязки объектов на местности с учетом ее рельефа. В состав бортового комплекса таких ИСЗ входит: аппаратура, позволяющая точно фиксировать их положение в пространстве относительно наземных контрольных пунктов и определять расстояние между ними.
Навигационные ИСЗ типа «Цикада» и «Ураган» предназначены для глобальной навигационной спутниковой системы «Глонасс», «Космос-1000» (Россия), «Навстар» (США) - для обеспечения навигации морских судов, самолетов и других движущихся объектов. С помощью навигационно-радиотехнических систем судно или самолет может определить свое положение относительно нескольких ИСЗ (или в нескольких точках орбиты ИСЗ). Для навигационных ИСЗ предпочтительными являются полярные орбиты, т.к. они охватывают всю поверхность Земли.
Военные ИСЗ используются для обеспечения связи, управления войсками, осуществления различных видов разведки (наблюдения за территориями, военными объектами, запусками ракет, перемещениями кораблей и др.), а также для навигации самолетов, ракет, кораблей, подводных лодок и др.
Бортовое оснащение ИСЗ. Состав бортового оснащения ИСЗ определяется назначением ИСЗ.
В состав оснащения могут входить различные приборы и устройства для наблюдения. Эти приборы в соответствии с назначением могут работать на разных физических принципах. Например, на ИСЗ могут быть установлены: оптический телескоп, радиотелескоп, лазерный отражатель, фотоаппаратура с работой в видимом и инфракрасном диапазонах и т.п.
Для обработки результатов наблюдений и их анализа на борту ИСЗ могут устанавливаться сложные информационно-аналитические комплексы, использующие вычислительную технику и другие средства. Полученная и обработанная на борту информация, обычно в виде кодов, передается на Землю с помощью специальных бортовых радиокомплексов, работающих в различных диапазонах радиочастот. В составе радиокомплекса может быть несколько антенн различного типа и назначения (параболические, спиральные, штыревые, рупорные и др.).
Для управления движением ИСЗ и обеспечения функционирования его бортовой аппаратуры на борту ИСЗ устанавливается бортовой комплекс управления, который работает автономно (в соответствии с программами, имеющимися на борту), а также по командам, получаемым от наземного комплекса управления.
Для обеспечения электрической энергией бортового комплекса, а также всех бортовых приборов и устройств на ИСЗ устанавливаются панели солнечных батарей, собранных из полупроводниковых элементов, либо топливные химические элементы, либо ядерные энергетические установки.
Двигательные установки. На некоторых ИСЗ имеются двигательные установки, применяемые для коррекции траектории либо стабилизации вращением. Так, с целью увеличения времени существования низкоорбитных ИСЗ на них периодически включаются двигатели, переводящие спутники на более высокую орбиту.
Система ориентации ИСЗ. На большинстве ИСЗ применяется система ориентации, обеспечивающая фиксированное положение осей по отношению к поверхности Земли или каких-либо небесных объектов (например, для изучения космического пространства с помощью телескопов и других приборов). Ориентация осуществляется с помощью микроракетных двигателей или реактивных сопел, расположенных на поверхности ИСЗ или выступающих конструкциях (панелях, фермах и др.). Для стабилизации ИСЗ на средних и высоких орбитах требуются очень малые тяги (0,01... 1 Н).
Конструктивные особенности. ИСЗ выводятся на орбиты под специальными обтекателями, которые воспринимают все аэродинамические и тепловые нагрузки. Поэтому форма ИСЗ и конструктивные решения определяются функциональной целесообразностью и допустимыми габаритами. Обычно ИСЗ имеют моноблочные, многоблочные или ферменные конструкции. Часть оборудования размещается в термостатированных герметичных отсеках.
Автоматические межпланетные станции
Введение. Автоматические межпланетные станции (АМС) предназначены для полетов к Луне и планетам Солнечной системы. Их особенности определяются большой удаленностью функционирования от Земли (вплоть до выхода за сферу действия ее гравитационного поля) и временем полета (может измеряться годами). Все это предъявляет особые требования к их конструкции, управлению, энергоснабжению и др.
Общий вид и типовая компоновка АМС приведена на примере автоматической межпланетной станции «Вега» (рис. 2.6)
Рис. 2.6. Общий вид автоматической межпланетной станции «Вега»:
1 - спускаемый аппарат; 2 - орбитальный аппарат; 3 - солнечная батарея; 4 - блоки научной аппаратуры; 5 - малонаправленная антенна; 6 - остронаправленная антенна
Полеты АМС начались в январе 1959 года выводом на орбиту советской АМС «Луна-1», совершившей полет к Луне. В сентябре того же года «Луна-2» достигла поверхности Луны, а в октябре «Луна-3» сфотографировала невидимую сторону планеты, передав эти изображения на Землю.
В 1970 - 1976 годах с Луны на Землю были доставлены образцы лунного грунта, а на Луне успешно работали «Луноходы». Эти достижения существенно опередили американские исследования Луны автоматическими аппаратами.
С помощью серии АМС, запущенных в сторону Венеры (начиная с 1961 года) и Марса (с 1962 года), были получены уникальные данные о структуре и параметрах этих планет и их атмосфере. В результате полетов АМС установлено, что давление атмосферы Венеры составляет более 9 МПа (90 атм,), а температура 475°С; получена панорама поверхности планеты. Эти данные передавались на Землю при помощи сложной комбинированной конструкции АМС , одна из частей которой спускалась на поверхность планеты, а вторая, выведенная на орбиту спутника, принимала информацию и транслировала ее на Землю. Аналогичные сложные исследования проводились и на Марсе. В эти же годы богатая научная информация была получена на Земле с АМС «Зонд», на которых отрабатывались многие конструктивные решения для последующих АМС, в том числе по возвращении их на Землю.
Рис. 2.7. Траектория полета АМС «Вега» к планете Венера и комете Галлея
Полеты американских АМС «Рейнджер», «Сервейер», «Маринер», «Викинг» продолжили исследования Луны, Венеры и Марса («Маринер-9» - первый искусственный спутник Марса, вышел на орбиту 13 ноября 1971 г. после успешного выполнения маневра торможения, рис. 2.9), а АМС «Пионер», «Вояджер» и «Галилей» достигли дальних планет солнечной системы: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, передав уникальные снимки и данные об этих планетах.
Рис. 2.9 «Маринер-9» - первый искусственный спутник Марса, вышел на орбиту 13 ноября 1971 г. после успешного выполнения маневра торможения:
1
- малонаправленная антенна; 2
- двигатель маневрирования; 3
- топливный бак (2 шт.); 4
- прибор ориентации на звезду Канопус; 5
- баллон в системе наддува двигательной установки; 6
-жалюзи системы терморегулирования; 7
- инфракрасный интерферометр-спектрометр; 8
- телевизионная камера с малым углом обзора;
9
- ультрафиолетовый спектрометр; 10
-телевизионная камера большим углом обзора; 11
- инфракрасный радиометр; 12
- остронаправленная антенна; 13
- датчики захвата Солнца (4 шт.); 14
- датчик слежения за Солнцем; 15
- антенна с умеренным коэффициентом усиления; 16
- панель солнечных элементов (4 шт.).
Орбиты AMС. Для полетов АМС к планетам солнечной системы им должна быть сообщена скорость, близкая ко второй космической скорости или даже превышающая ее, при этом орбита приобретает форму параболы или гиперболы. При приближении к планете назначения АМС попадает в зону ее гравитационного поля (грависферы), которое изменяет форму орбиты. Таким образом, траектория АМС может состоять из нескольких участков, форма которых определяется законами небесной механики.
Бортовое оснащение АМС. На АМС, предназначенных для исследования планет, в зависимости от решаемых задач устанавливаются разнообразнейшие приборы и устройства: телевизионные камеры с малым и большим углом обзора, фотоаппараты и фотополяриметры, ультрафиолетовые спектрометры и инфракрасные интерферометры, магнитометры, детекторы космических лучей и заряженных частиц, приборы для измерения характеристик плазмы, телескопы и др.
Для выполнения запланированных исследований некоторые научные приборы могут располагаться в корпусе АМС, другие выносятся из корпуса с помощью ферм или штанг, устанавливаются на сканирующих платформах, поворачиваются относительно осей.
Для передачи полученной и обработанной информации на Землю на АМС устанавливается специальная приемо-передающая радиоаппаратура с остронаправленной параболической антенной, а также бортовой управляющий комплекс с вычислительным устройством, формирующий команды для работы приборов и систем, находящихся на борту.
Для обеспечения бортового управляющего комплекса и приборов электроэнергией на АМС могут применяться панели солнечных батарей или ядерные радиоизотопные термоэлектрические генераторы (необходимые при длительных полетах к дальним планетам).
Особенности конструкции АМС. Несущая конструкция АМС имеет обычно легкий ферменный каркас (платформу), на котором крепится все оборудование, системы и отсеки. Для электронного и другого оборудования применяются герметичные отсеки с многослойной теплоизоляцией и системой терморегулирования.
АМС должны быть оснащены системой ориентации по трем осям с отслеживанием определенных ориентиров (например, Солнца, звезды Канопус). Пространственная ориентация АМС и маневры коррекции траектории осуществляются с помощью микроракетных двигателей или сопел, работающих на горячих или холодных газах.
АМС могут иметь двигательную установку орбитального маневрирования для корректирования траектории либо для перевода АМС на орбиту планеты или ее спутника. В последнем случае конструкция АМС значительно усложняется, т.к. для посадки станции на поверхность планет требуется ее торможение. Оно осуществляется с помощью тормозной двигательной установки либо за счет атмосферы планеты (если ее плотность достаточна для торможения, как на Венере). При торможении и посадке возникают значительные нагрузки на конструкцию и приборы, поэтому спускаемую часть обычно отделяют от АМС, придавая ей соответствующую прочность и защищая от нагрева и других нагрузок.
Спускаемая часть АМС может иметь на борту различную научно-исследовательскую аппаратуру, средства для ее передвижения по поверхности планеты (например, «Луноход» на АМС «Луна-17») и даже возвращаемый на Землю аппарат с капсулой грунта (АМС «Луна-16»). В последнем случае на возвращаемом аппарате устанавливается дополнительная двигательная установка, обеспечивающая разгон и коррекцию траектории возвращаемого аппарата.
