Maan avaruussatelliitit. Mielenkiintoisia faktoja keinotekoisista maasatelliiteista

Keinotekoiset maasatelliitit ovat avaruusaluksia, jotka laukaistaan sen päälle ja kiertävät sitä geosentrisellä kiertoradalla. Ne on tarkoitettu sovellettavien ja tieteellisten ongelmien ratkaisemiseen. Keinotekoisen maasatelliitin ensimmäinen laukaisu tapahtui 4. lokakuuta 1957 Neuvostoliitossa. Se oli ensimmäinen keinotekoinen taivaankappale, jonka ihmiset loivat. Tapahtuma tuli mahdolliseksi saavutusten tulosten ansiosta monilla rakettitekniikan, tietotekniikan, elektroniikan, taivaan mekaniikan, automaattisen ohjauksen ja muiden tieteenalojen aloilla. Ensimmäinen satelliitti mahdollisti ilmakehän ylempien kerrosten tiheyden mittaamisen, teoreettisten laskelmien luotettavuuden ja tärkeimmät tekniset ratkaisut, joita käytettiin satelliitin asettamiseksi kiertoradalle, sekä tutkia radiosignaalin lähetyksen ominaisuuksia ionosfäärissä. .

Amerikka laukaisi ensimmäisen satelliittinsa "Explorer-1" 1. helmikuuta 1958, ja sitten vähän myöhemmin muut maat: Ranska, Australia, Japani, Kiina, Iso-Britannia. Koko maailman maiden välinen yhteistyö on alueella yleistynyt.

Avaruusalusta voidaan kutsua satelliitiksi vasta, kun se on suorittanut useamman kuin yhden kierroksen Maan ympäri. Muussa tapauksessa sitä ei rekisteröidä satelliitiksi, ja sitä kutsutaan rakettiluotaimeksi, joka suoritti mittauksia ballistinen lentorata.

Satelliitti katsotaan aktiiviseksi, jos siihen on asennettu radiolähettimet, valosignaaleja antavat salamalamput ja mittauslaitteet. Passiivisia keinotekoisia maasatelliitteja käytetään usein havainnointiin planeetan pinnalta tiettyjä tieteellisiä tehtäviä suoritettaessa. Näitä ovat ilmapallosatelliitit, joiden halkaisija on jopa useita kymmeniä metrejä.

Keinotekoiset Maan satelliitit jaetaan soveltaviin ja tutkimuksellisiin tehtäviensä mukaan. Tieteellinen tutkimus on tarkoitettu maapallon ja ulkoavaruuden tutkimusten suorittamiseen. Näitä ovat geodeettiset ja geofysikaaliset satelliitit, tähtitieteelliset orbitaaliset observatoriot jne. Sovellettavat satelliitit ovat viestintäsatelliitteja, maapallon resurssien tutkimiseen tarkoitettuja navigointisatelliitteja, teknisiä jne.

Maan keinotekoisia satelliitteja, jotka on luotu ihmisen lentämiseen, kutsutaan "miehitetyiksi avaruusalussatelliiteiksi". AES:tä subpolaarisella tai polaarisella kiertoradalla kutsutaan polaariseksi ja ekvatoriaalisella kiertoradalla ekvatoriaaliseksi. Kiinteät satelliitit ovat päiväntasaajan pyöreälle kiertoradalle laukaistuja satelliitteja, joiden liikkeen suunta on sama kuin Maan kierto, ne roikkuvat liikkumattomina planeetan tietyn pisteen päällä. Satelliiteista kiertoradalle laukaisun aikana erotetut osat, kuten nenäsuojat, ovat toissijaisia kiertoradan kohteita. Niitä kutsutaan usein satelliiteiksi, vaikka ne liikkuvatkin maata lähellä olevilla kiertoradoilla ja toimivat ensisijaisesti havainnointikohteina tieteellisiin tarkoituksiin.

Vuodesta 1957 vuoteen 1962 avaruusobjektien nimi osoitti laukaisuvuoden ja kreikkalaisen aakkoston kirjaimen, joka vastasi laukaisun sarjanumeroa tiettynä vuonna, sekä Arabialainen numero- kohteen numero sen mukaan tieteellinen merkitys tai kirkkautta. Mutta laukaistettujen satelliittien määrä kasvoi nopeasti, joten 1. tammikuuta 1963 alkaen niitä alettiin merkitä laukaisuvuoden, saman vuoden laukaisunumeron ja kirjaimen mukaan. Latinalainen aakkoset.

Satelliitit voivat olla erikokoisia, suunnittelusuunnitelmia, massaa, laivan laitteiden koostumusta riippuen suoritetuista tehtävistä. Lähes kaikkien satelliittien laitteiden virtalähde tuotetaan kotelon ulkoosaan asennettujen aurinkoparistojen avulla.

AES saatetaan kiertoradalle automaattisesti ohjattujen monivaiheisten kantorakettien avulla. Maan keinotekoisten satelliittien liikkeet ovat passiivisia (planeettojen vetovoima, vastus jne.) ja aktiivisia (jos satelliitti on varustettu voimilla).

Avaruusalukset kaikessa monimuotoisuudessaan ovat sekä ihmiskunnan ylpeys että huolenaihe. Niiden luomista edelsi vuosisatoja vanha tieteen ja tekniikan kehityksen historia. Avaruusaika, jolloin ihmiset näkivät maailmaa, jossa he elävät, nosti meidät uuteen kehitysvaiheeseen. Raketti avaruudessa ei ole unelma, vaan huolenaihe korkeasti päteville asiantuntijoille, jotka joutuvat parantamaan olemassa olevaa teknologiaa. Millaisia avaruusaluksia erotetaan ja miten ne eroavat toisistaan, käsitellään artikkelissa.

Määritelmä

Avaruusalus - yleinen nimi mille tahansa laitteelle, joka on suunniteltu toimimaan avaruudessa. Niiden luokitteluun on useita vaihtoehtoja. Yksinkertaisimmassa tapauksessa erotetaan miehitetyt ja automaattiset avaruusalukset. Ensimmäiset puolestaan on jaettu avaruusaluksiin ja asemiin. Ne ovat ominaisuuksiltaan ja käyttötarkoitukseltaan erilaisia, mutta ne ovat monilta osin samanlaisia rakenteeltaan ja käytettäviltä laitteilta.

Lennon ominaisuudet

Jokainen avaruusalus käy laukaisun jälkeen läpi kolme päävaihetta: laukaisu kiertoradalle, varsinainen lento ja laskeutuminen. Ensimmäisessä vaiheessa laitteisto kehittää avaruuteen pääsemiseen tarvittavan nopeuden. Jotta päästään kiertoradalle, sen arvon on oltava 7,9 km/s. Maan painovoiman täydellinen voittaminen edellyttää 11,2 km / s:n sekuntia. Näin raketti liikkuu avaruudessa, kun sen kohteena on maailmankaikkeuden avaruuden syrjäisiä osia.

Vetovoimasta vapautumisen jälkeen seuraa toinen vaihe. Orbitaalilennon aikana avaruusalusten liike tapahtuu inertialla niille annetun kiihtyvyyden vuoksi. Lopuksi laskeutumisvaiheessa laivan, satelliitin tai aseman nopeus lasketaan lähes nollaan.

"Täyte"

Jokainen avaruusalus on varustettu laitteilla, jotka vastaavat tehtäviä, joita se on suunniteltu ratkaisemaan. Suurin ristiriita liittyy kuitenkin ns. kohdelaitteisiin, joita tarvitaan vain tiedon saamiseen ja erilaisiin tieteellinen tutkimus. Muu avaruusaluksen varustus on samanlainen. Se sisältää seuraavat järjestelmät:

energiahuolto - useimmiten aurinko- tai radioisotooppiakut, kemialliset akut, ydinreaktorit toimittavat avaruusaluksille tarvittavan energian;
viestintä - suoritetaan radioaaltosignaalilla, merkittävällä etäisyydellä maasta, antennin tarkka kohdistaminen tulee erityisen tärkeäksi;
elämän tuki - järjestelmä on tyypillinen miehitetyille avaruusaluksille, sen ansiosta ihmisten on mahdollista pysyä aluksella;
orientaatio - kuten kaikki muutkin alukset, avaruusalukset on varustettu laitteilla, jotka määrittävät jatkuvasti oman sijaintinsa avaruudessa;
liike - avaruusalusten moottoreiden avulla voit tehdä muutoksia lennon nopeuteen sekä sen suuntaan.

Luokitus

Yksi tärkeimmistä kriteereistä avaruusalusten jakamiselle tyyppeihin on toimintatapa, joka määrittää niiden kyvyt. Tämän perusteella laitteet erotetaan:

sijaitsevat geosentrisellä kiertoradalla tai maan keinotekoisilla satelliiteilla;
ne, joiden tarkoituksena on tutkia avaruuden syrjäisiä alueita - automaattiset planeettojen väliset asemat;
käytetään kuljettamaan ihmisiä tai tarvittavaa lastia planeettamme kiertoradalle, niitä kutsutaan avaruusaluksiksi, ne voivat olla automaattisia tai miehitettyjä;
luotu ihmisille pysymään avaruudessa pitkään - tämä;
jotka harjoittavat ihmisten ja lastin toimittamista kiertoradalta planeetan pinnalle, niitä kutsutaan laskeutumiseksi;
pystyy tutkimaan planeettaa, joka sijaitsee suoraan sen pinnalla, ja liikkua sen ympärillä - nämä ovat planeettakuljettajia.

Tarkastellaanpa tarkemmin joitain tyyppejä.

AES (keinotekoiset maasatelliitit)

Ensimmäiset avaruuteen lähetetyt ajoneuvot olivat keinotekoisia maasatelliitteja. Fysiikka ja sen lait tekevät minkä tahansa tällaisen laitteen laukaisemisesta kiertoradalle pelottavan tehtävän. Minkä tahansa laitteen on voitettava planeetan painovoima, eikä se saa pudota sen päälle. Tätä varten satelliitin on liikuttava samalla tai hieman nopeammin. Planeettamme yläpuolella erotetaan keinotekoisen satelliitin mahdollisen sijainnin ehdollinen alaraja (kulkee 300 km:n korkeudessa). Tarkempi sijoitus johtaa laitteen melko nopeaan hidastumiseen ilmakehän olosuhteissa.

Aluksi vain kantoraketit pystyivät kuljettamaan keinotekoisia maasatelliitteja kiertoradalle. Fysiikka ei kuitenkaan pysähdy, ja nykyään kehitetään uusia menetelmiä. Joten yksi viime aikoina usein käytetyistä menetelmistä on laukaisu toisesta satelliitista. Muitakin vaihtoehtoja on tarkoitus käyttää.

Maan ympäri kiertävien avaruusalusten kiertoradat voivat olla eri korkeuksilla. Tästä riippuu luonnollisesti myös yhden ympyrän kuluva aika. Satelliitit, joiden kierrosaika on yhtä suuri kuin päivä, sijaitsevat ns. Sitä pidetään arvokkaimpana, koska siinä sijaitsevat laitteet näyttävät olevan paikallaan maallisen tarkkailijan kannalta, mikä tarkoittaa, että mekanismeja ei tarvitse luoda. pyörivät antennit.

AMS (automaattiset planeettojenväliset asemat)

Valtava määrä tietoa erilaisista kohteista aurinkokunta tiedemiehet vastaanottavat geosentrisen kiertoradan ulkopuolelle lähetettyjen avaruusalusten avulla. AMC-objektit ovat planeettoja, asteroideja, komeettoja ja jopa galakseja, joita voidaan tarkkailla. Tällaisille laitteille asetetut tehtävät vaativat insinööreiltä ja tutkijoilta valtavasti tietoa ja vaivaa. AWS-tehtävät edustavat teknisen kehityksen ruumiillistumaa ja ovat samalla sen virikkeitä.

miehitetyt avaruusalukset

Laitteet, jotka on suunniteltu kuljettamaan ihmisiä määrättyyn kohteeseen ja palauttamaan heidät takaisin, eivät ole millään tavalla tekniikaltaan huonompia kuin kuvatut tyypit. Juuri tähän tyyppiin kuuluu Vostok-1, jolla Juri Gagarin teki lennon.

Vaikein tehtävä miehitetyn tekijöille avaruusalus- miehistön turvallisuuden varmistaminen paluumatkan aikana Maahan. Myös merkittävä osa tällaiset laitteet ovat hätäpelastusjärjestelmä, joka voi olla tarpeen aluksen laukaisussa avaruuteen kantoraketilla.

Avaruusaluksia, kuten kaikkea astronautiikkaa, parannetaan jatkuvasti. Viime aikoina mediassa on usein nähty raportteja Rosetta-luotaimen ja Philae-laskeutujan toiminnasta. Ne ilmentävät kaikkia uusimpia saavutuksia avaruuslaivanrakennuksen alalla, laitteen liikkeen laskennassa ja niin edelleen. Philae-luotaimen laskeutumista komeetalle pidetään Gagarinin lentoon verrattavana tapahtumana. Mielenkiintoisinta on, että tämä ei ole ihmiskunnan mahdollisuuksien kruunu. Odotamme edelleen uusia löytöjä ja saavutuksia sekä avaruustutkimuksen että rakentamisen osalta

Keinotekoiset maasatelliitit

Tekee. Keinotekoiset maasatelliitit ovat avaruusaluksia, jotka on laukaissut lähelle maapalloa. Satelliittien kiertoradan muoto riippuu satelliitin nopeudesta ja etäisyydestä maan keskipisteestä ja on ympyrä tai ellipsi. Lisäksi kiertoradat eroavat kaltevuudeltaan päiväntasaajan tasoon nähden sekä pyörimissuunnassa. Satelliittien kiertoradan muotoon vaikuttavat Maan gravitaatiokentän epäpalloisuus, Kuun, Auringon ja muiden taivaankappaleiden painovoimakentät sekä satelliittien liikkumisesta ylemmässä ilmakehässä syntyvät aerodynaamiset voimat ja muut syyt.

Satelliittiradan muodon valinta riippuu suurelta osin sen tarkoituksesta ja sen suorittamien tehtävien ominaisuuksista.

Satelliitin tarkoitus. Ratkaistavista tehtävistä riippuen satelliitit jaetaan tutkimuksellisiin, soveltaviin ja sotilaallisiin.

Tutkimus AES tutkii maata, taivaankappaleita ja ulkoavaruutta. Heidän avullaan suoritetaan geofysikaalisia, tähtitieteellisiä, geodeettisia, biologisia ja muita tutkimuksia. Tällaisten satelliittien kiertoradat vaihtelevat: melkein pyöreästä 200 ... 300 km korkeudessa pitkänomaiseen elliptiseen, jonka apogee-korkeus on jopa 500 tuhatta km. Nämä ovat satelliitteja Prognoz, Elektron, Proton jne., jotka on lähetetty kiertoradalle tutkimaan auringon aktiivisuuden prosesseja ja niiden vaikutusta Maan magnetosfääriin, tutkimaan kosmisia säteitä ja yliäänienergian hiukkasten vuorovaikutusta aineen kanssa.

Vastaanottaja sovelletaan ISZ sisältää viestintä (televiestintä), meteorologinen, geodeettinen, navigointi, okeanografinen, geologinen, pelastus ja etsintä ja muut.

Erityisen tärkeitä ovat kytkettyjä satelliitteja- "Salama" (kuva 2.5), "Rainbow", "Ekran", "Horizon", suunniteltu välittämään televisio-ohjelmia ja tarjoamaan pitkän kantaman radioviestintää. Ne käyttävät elliptisiä synkronisia ratoja, joilla on suuri epäkeskisyys. Jatkuvaa viestintää varten alueen kanssa pitäisi olla käytettävissä kolme tällaista satelliittia. Satelliiteilla "Raduga", "Ekran" ja "Horizont" on myös pyöreät ekvatoriaaliset geostationaariset kiertoradat, joiden korkeus on 35500 - 36800 km, mikä tarjoaa ympärivuorokautisen viestinnän maavastaanottavien televisioasemien "Orbita" verkon kautta.

Kaikki nämä satelliitit ovat dynaamisesti stabiloituja suhteessa maahan ja aurinkoon, mikä mahdollistaa vastaanotettujen signaalien luotettavan välittämisen sekä aurinkopaneelien (SB) suuntaamisen aurinkoon.

Riisi. 2.5. Kaavio Maan "Salaman" yhdistetystä keinotekoisesta satelliitista:

1 - suuntajärjestelmän anturit; 2 - SB-paneelit; 3 - radiovastaanottimet ja -lähettimet;
4 - antennit; 5 - hydratsiinipullot; 6 - kiertoradan korjausmoottori; 7 - patterit

Meteorologinen Meteorityyppiset satelliitit laukaistaan ympyräradalle 900 km:n korkeudessa. Ne rekisteröivät ilmakehän ja pilvien tilan, käsittelevät vastaanotetun tiedon ja välittävät sen Maahan (yhden kierroksen aikana satelliitti tutkii jopa 20 % alueesta maapallo).

Geodeettinen AES on suunniteltu maaston kartoittamiseen ja esineiden sitomiseen maastoon ottaen huomioon sen kohokuvio. Tällaisten satelliittien aluksella olevan kompleksin kokoonpano sisältää: laitteet, joiden avulla voit määrittää tarkasti niiden sijainnin avaruudessa suhteessa maatason ohjauspisteisiin ja määrittää niiden välisen etäisyyden.

Navigointi"Cicada" ja "Uragan" tyyppiset AES on suunniteltu maailmanlaajuisille satelliittinavigointijärjestelmille "Glonass", "Cosmos-1000" (Venäjä), "Navstar" (USA) - tarjoamaan navigointia laivoille, lentokoneille ja muille liikkuville kohteille . Navigointi- ja radioteknisten järjestelmien avulla laiva tai lentokone voi määrittää sijaintinsa suhteessa useisiin satelliitteihin (tai useisiin kohtiin satelliitin kiertoradalla). Navigointisatelliiteille polaariradat ovat parempia, koska ne peittävät koko maan pinnan.

Sotilaallinen AES:itä käytetään viestinnän, komento- ja valvonta- ja toteutustoimintaan monenlaisia tiedustelu (alueiden valvonta, sotilaalliset laitokset, ohjusten laukaisut, laivojen liikkeet jne.), samoin kuin lentokoneiden, ohjusten, laivojen, sukellusveneiden jne.

AES-varusteet. Satelliitin aluksella olevien laitteiden kokoonpano määräytyy satelliitin tarkoituksen mukaan.

Laitteisiin voi kuulua erilaisia havainnointilaitteita ja -laitteita. Nämä laitteet voivat käyttötarkoituksensa mukaisesti toimia erilaisilla fyysisiä periaatteita. Satelliitti voidaan varustaa esimerkiksi: optisella kaukoputkella, radioteleskoopilla, laserheijastimella, näkyvällä ja infrapuna-alueella toimivilla valokuvauslaitteilla jne.

Havaintojen tulosten käsittelemiseksi ja analysoimiseksi satelliitille voidaan asentaa monimutkaisia tieto-analyyttisiä komplekseja tietokonetekniikalla ja muilla keinoilla. Aluksella vastaanotettu ja prosessoitu, yleensä koodien muodossa oleva tieto välitetään maan päälle käyttämällä erityisiä eri radiotaajuuskaistoilla toimivia aluksella olevia radiokomplekseja. Radiokompleksissa voi olla useita antenneja erilaisia tyyppejä ja kohteet (paraboli, kierre, tappi, torvi jne.).

Satelliitin liikkeen ohjaamiseksi ja sen sisäisten laitteiden toiminnan varmistamiseksi satelliitille on asennettu onboard-ohjauskompleksi, joka toimii itsenäisesti (aluksella saatavilla olevien ohjelmien mukaisesti) sekä maasta vastaanotettujen komentojen perusteella. ohjauskompleksi.

Sähköenergian tuottamiseksi laivakompleksille sekä kaikille laivassa oleville instrumenteille ja laitteille asennetaan puolijohdeelementeistä tai polttoainekemiallisista elementeistä koottuja aurinkopaneeleja tai ydinvoimaloita.

Moottorin asennukset. Joissakin satelliiteissa on propulsiojärjestelmiä, joita käytetään lentoradan korjaamiseen tai pyörimisen vakautukseen. Joten matalan kiertoradan satelliittien käyttöiän pidentämiseksi moottorit kytketään ajoittain päälle ja siirretään satelliitteja korkeammalle kiertoradalle.

AES-suuntausjärjestelmä. Useimmat satelliitit käyttävät suuntausjärjestelmää, joka tarjoaa akselien kiinteän sijainnin suhteessa maan pintaan tai mihin tahansa taivaankappaleeseen (esimerkiksi tutkiakseen ulkoavaruutta teleskooppien ja muiden instrumenttien avulla). Suuntaus suoritetaan mikrorakettimoottoreilla tai suihkusuuttimilla, jotka sijaitsevat satelliitin pinnalla tai ulkonevilla rakenteilla (paneelit, ristikot jne.). Erittäin pieni työntövoima (0,01...1 N) tarvitaan satelliittien vakauttamiseksi keskisuurilla ja korkeilla kiertoradoilla.

Suunnitteluominaisuuksia. AES laukaistaan kiertoradalle erityisillä suojuksilla, jotka havaitsevat kaikki aerodynaamiset ja lämpökuormat. Siksi keinotekoisen satelliitin muoto ja suunnitteluratkaisut määräytyvät toiminnallisen tarkoituksenmukaisuuden ja sallittujen mittojen mukaan. AES:llä on yleensä yksilohko-, monilohko- tai ristikkorakenteita. Osa laitteista on sijoitettu termostaattisesti suljettuihin osastoihin.

Automaattiset planeettojenväliset asemat

Johdanto. Automaattiset planeettojenväliset asemat (AMS) on suunniteltu lennoille Kuuhun ja aurinkokunnan planeetoille. Niiden ominaisuudet määrittävät toiminnan suuri etäisyys Maasta (sen gravitaatiokentän toiminta-alueelta poistumiseen asti) ja lentoaika (voidaan mitata vuosina). Kaikki tämä asettaa erityisiä vaatimuksia niiden suunnittelulle, ohjaukselle, virtalähteelle jne.

Yleinen muoto ja AMS:n tyypillinen layout on esitetty esimerkissä automaattisesta planeettojenvälisestä asemasta "Vega" (kuva 2.6).

Riisi. 2.6. Yleisnäkymä automaattisesta planeettojenvälisestä asemasta "Vega":

1 - laskeutuva ajoneuvo; 2 - kiertoradalla; 3 - aurinko akku; 4 - tieteellisten laitteiden lohkot; 5 - matalasuuntainen antenni; 6 - erittäin suuntaava antenni

AMS-lennot alkoivat tammikuussa 1959, kun Neuvostoliiton Luna-1 AMS laukaistiin kiertoradalle, joka lensi Kuuhun. Saman vuoden syyskuussa Luna 2 saavutti Kuun pinnan, ja lokakuussa Luna 3 kuvasi planeetan näkymätöntä puolta ja välitti nämä kuvat Maahan.

Vuosina 1970 - 1976 kuun maaperänäytteitä toimitettiin Kuusta Maahan, ja Lunokhods työskenteli onnistuneesti Kuussa. Nämä saavutukset ylittivät huomattavasti amerikkalaiset automaattiset kuuntutkimukset.

Venusta (vuodesta 1961) ja Marsia (vuodesta 1962 lähtien) laukaistettujen AMS-laitteiden avulla saatiin ainutlaatuista tietoa näiden planeettojen ja niiden ilmakehän rakenteesta ja parametreista. AMS-lentojen tuloksena todettiin, että Venuksen ilmakehän paine on yli 9 MPa (90 atm) ja lämpötila 475 °C; sai panoraaman planeetan pinnasta. Nämä tiedot välitettiin Maahan käyttämällä monimutkaista yhdistettyä suunnittelua. AMC, jonka yksi osista laskeutui pinta- planeetat, ja toinen, satelliitin kiertoradalle, vastaanotti tietoa ja lähetti sen Maahan. Samanlaisia monimutkaisia tutkimuksia tehtiin Marsissa. Samoin vuosina Maasta saatiin runsaasti tieteellistä tietoa Zond AMS:stä, joka kehitti monia suunnitteluratkaisuja myöhempää AMS:ää varten, mukaan lukien ne, jotka olivat palanneet Maahan.

Riisi. 2.7. AMS "Vega" lentorata Venuksen planeetalle ja Halley's Comeetalle

Amerikkalaisten AMS "Ranger", "Surveyer", "Mariner", "Viking" lennot jatkoivat Kuun, Venuksen ja Marsin tutkimusta ("Mariner-9" - Marsin ensimmäinen keinotekoinen satelliitti, lähti kiertoradalle marraskuussa 13, 1971 onnistuneen jarrutusliikkeen jälkeen , kuva 2.9), ja Pioneer-, Voyager- ja Galileo-avaruusalukset saavuttivat aurinkokunnan ulkoplaneetat: Jupiterin, Saturnuksen, Uranuksen, Neptunuksen, välittäen ainutlaatuisia kuvia ja tietoja näistä planeetoista.

Riisi. 2.9 Mariner 9, Marsin ensimmäinen keinotekoinen satelliitti, tuli kiertoradalle 13. marraskuuta 1971 onnistuneen hidastusliikkeen jälkeen:

1 - matalasuuntainen antenni; 2 - ohjausmoottori; 3 - polttoainesäiliö (2 kpl); 4 - laite, joka suuntautuu tähteen Canopus; 5 - sylinteri käyttövoimajärjestelmän paineistusjärjestelmässä; 6 - lämmönsäätöjärjestelmän ikkunaluukut; 7 - infrapuna-interferometri-spektrometri; 8 - televisiokamera pienellä katselukulmalla;
9 - ultraviolettispektrometri; 10 - televisiokamera suurella katselukulmalla; 11 - infrapunaradiometri; 12 - erittäin suuntaava antenni; 13 - Auringonottoanturit (4 kpl); 14 - Auringon seuranta-anturi; 15 - antenni kohtuullisella vahvistuksella; 16 - aurinkokennopaneeli (4 kpl).

AMC kiertää. AMS-lennoilla aurinkokunnan planeetoille niille on annettava nopeus, joka on lähellä toista kosmista nopeutta tai jopa ylittää sen, kun taas kiertoradalla on paraabeli tai hyperbola. Lähestyessään kohdeplaneettaa AMS menee gravitaatiokentän vyöhykkeelle (gravisfääri), joka muuttaa kiertoradan muotoa. Siten AMS-rata voi koostua useista osista, joiden muodon määräävät taivaanmekaniikan lait.

Laivavarusteet AMS. AMS:ään asennetaan ratkaistavista tehtävistä riippuen erilaisia planeettatutkimukseen tarkoitettuja instrumentteja ja laitteita: televisiokameroita pienellä ja suurella katselukulmalla, kameroita ja fotopolarimetrejä, ultraviolettispektrometrejä ja infrapunainterferometrejä, magnetometrejä, kosmisten säteiden ilmaisimia ja varautuneet hiukkaset, plasmaominaisuuksien mittauslaitteet, teleskoopit jne.

Suunnitellun tutkimuksen suorittamiseksi osa tieteellisistä instrumenteista voidaan sijoittaa AMS-rakennukseen, osa otetaan ulos rakennuksesta ristikoiden tai tankojen avulla, asennetaan skannausalustalle ja käännetään akselien suhteen.

Vastaanotetun ja käsitellyn tiedon välittämiseksi Maahan AMS on varustettu erityisellä lähetin-vastaanotinradiolaitteistolla, jossa on erittäin suunnattu parabolinen antenni, sekä sisäinen ohjauskompleksi, jossa on tietokonelaite, joka tuottaa komentoja instrumenttien ja järjestelmien toimintaa varten. hallitus.

Aurinkopaneeleja tai ydinradioisotooppitermosähkögeneraattoreita (tarvitaan pitkiä lentoja varten kaukaisille planeetoille) voidaan käyttää AMS:n sähkövoiman tuottamiseen laivan ohjauskompleksille ja instrumenteille.

AMS:n suunnitteluominaisuudet. AMS:n tukirakenteessa on yleensä kevyt ristikkokehys (taso), jolle kaikki laitteet, järjestelmät ja osastot on asennettu. Elektronisissa ja muissa laitteissa käytetään suljettuja osastoja, joissa on monikerroksinen lämpöeristys ja lämmönsäätöjärjestelmä.

AWS tulisi varustaa kolmiakselisella suuntausjärjestelmällä, joka seuraa tiettyjä maamerkkejä (esimerkiksi aurinko, tähti Canopus). AMS:n spatiaalinen orientaatio ja lentoradan korjausliikkeet suoritetaan mikrorakettimoottoreilla tai kuumilla tai kylmillä kaasuilla toimivilla suuttimilla.

AMS:llä voi olla kiertoradalla toimiva propulsiojärjestelmä lentoradan korjaamiseksi tai AMS:n siirtämiseksi planeetan tai sen satelliitin kiertoradalle. Jälkimmäisessä tapauksessa AMS-suunnittelusta tulee paljon monimutkaisempi, koska aseman laskemiseksi planeettojen pinnalle sen hidastuminen vaaditaan. Se suoritetaan jarrupropulsiojärjestelmän avulla tai planeetan ilmakehän vuoksi (jos sen tiheys on riittävä jarrutukseen, kuten Venuksella). Jarruttamisen ja laskeutumisen aikana rakenteeseen ja instrumentteihin kohdistuu merkittäviä kuormituksia, joten laskeutumisosa on yleensä erotettu AMS:stä, mikä antaa sille sopivan lujuuden ja suojaa sitä kuumenemiselta ja muilta kuormituksilta.

AMS:n laskeutumisosassa voi olla erilaisia tutkimuslaitteita, välineitä sen liikkumiseen planeetan pinnalla (esimerkiksi AMS Luna-17:n Lunokhod) ja jopa maapallolle maakapselilla palaava laite (AMS). Luna-16). Jälkimmäisessä tapauksessa palaavaan ajoneuvoon asennetaan ylimääräinen propulsiojärjestelmä, joka kiihdyttää ja korjaa palaavan ajoneuvon liikeradan.

Olemme pitkään tottuneet siihen, että elämme avaruustutkimuksen aikakautta. Kuitenkin katsoessaan valtavia uudelleenkäytettäviä raketteja ja avaruuskiertorataasemia nykyään monet eivät ymmärrä, että ensimmäinen laukaisu avaruusalus tapahtui ei niin kauan sitten - vain 60 vuotta sitten.

Kuka laukaisi ensimmäisen keinotekoisen maasatelliitin? - Neuvostoliitto. Tämä kysymys on erittäin tärkeä, koska tämä tapahtuma synnytti niin sanotun avaruuskilpailun kahden suurvallan: USA:n ja Neuvostoliiton välillä.

Mikä oli maailman ensimmäisen keinotekoisen maasatelliitin nimi? - Koska tällaisia laitteita ei aiemmin ollut, Neuvostoliiton tutkijat katsoivat, että nimi "Sputnik-1" oli varsin sopiva tälle laitteelle. Laitteen koodinimitys on PS-1, joka tarkoittaa "Simplest Sputnik-1".

Ulkoisesti satelliitin ulkonäkö oli melko mutkaton ja se oli alumiinipallo, jonka halkaisija oli 58 cm, johon oli kiinnitetty kaksi kaarevaa antennia ristikkäin, jolloin laite pystyi levittämään radiosäteilyä tasaisesti ja kaikkiin suuntiin. Kahdesta 36 pultilla kiinnitetystä puolipallosta tehdyn pallon sisällä oli 50 kilon hopeasinkkiparistot, radiolähetin, tuuletin, termostaatti, paine- ja lämpötila-anturit. Laitteen kokonaispaino oli 83,6 kg. On huomionarvoista, että radiolähetin lähetti 20 MHz ja 40 MHz, eli tavalliset radioamatöörit voisivat seurata sitä.

Luomisen historia

Ensimmäisen avaruussatelliitin ja avaruuslentojen historia alkaa ensimmäisestä ballistinen ohjus- V-2 (Vergeltungswaffe-2). Raketin kehitti kuuluisa saksalainen suunnittelija Wernher von Braun toisen maailmansodan lopussa. Ensimmäinen koelaukaisu tapahtui vuonna 1942 ja taistelulaukaisu vuonna 1944, yhteensä 3225 laukaisua pääosin Isossa-Britanniassa. Sodan jälkeen Wernher von Braun antautui Yhdysvaltain armeijalle, jonka yhteydessä hän johti aseiden suunnittelu- ja kehityspalvelua Yhdysvalloissa. Jo vuonna 1946 saksalainen tiedemies esitti Yhdysvaltain puolustusministeriölle raportin "Maaa kiertävän kokeellisen avaruusaluksen alustava suunnittelu", jossa hän totesi, että raketti, joka pystyy laukaisemaan tällaisen aluksen kiertoradalle, voitaisiin kehittää viiden vuoden kuluessa. Hankkeen rahoitusta ei kuitenkaan hyväksytty.

13. toukokuuta 1946 Joseph Stalin hyväksyi päätöslauselman rakettiteollisuuden perustamisesta Neuvostoliitossa. Sergei Korolev nimitettiin ballististen ohjusten pääsuunnittelijaksi. Seuraavien 10 vuoden aikana tutkijat kehittivät mannertenvälisiä ballistisia ohjuksia R-1, R2, R-3 jne.

Vuonna 1948 rakettisuunnittelija Mihail Tikhonravov antoi tiedeyhteisölle raportin komposiittiraketteista ja laskelmien tuloksista, joiden mukaan kehitetyt 1000 kilometrin raketit voivat saavuttaa suuria etäisyyksiä ja jopa saattaa keinotekoisen maasatelliitin kiertoradalle. Tällaista lausuntoa kuitenkin kritisoitiin, eikä sitä otettu vakavasti. Tikhonravovin osasto NII-4:ssä hajotettiin epäolennaisen työn takia, mutta myöhemmin, Mikhail Klavdievichin ponnisteluilla, se koottiin uudelleen vuonna 1950. Sitten Mikhail Tikhonravov puhui suoraan tehtävästä saada satelliitti kiertoradalle.

satelliitti malli

Ballistisen R-3-ohjuksen luomisen jälkeen esiteltiin sen ominaisuudet esittelyssä, jonka mukaan ohjus kykeni paitsi osumaan 3000 km:n etäisyydellä oleviin kohteisiin, myös laukaisemaan satelliitin kiertoradalle. Vuoteen 1953 mennessä tiedemiehet onnistuivat siis vakuuttamaan ylimmän johdon siitä, että kiertävän satelliitin laukaisu oli mahdollista. Ja asevoimien johtajilla oli käsitys keinotekoisen maasatelliitin (AES) kehittämisen ja laukaisun näkymistä. Tästä syystä vuonna 1954 päätettiin perustaa Mihail Klavdievichin kanssa erillinen ryhmä NII-4:ään, joka harjoittaisi satelliittien suunnittelua ja tehtävän suunnittelua. Samana vuonna Tikhonravovin ryhmä esitteli avaruustutkimusohjelman keinotekoisen satelliitin laukaisusta kuuhun laskeutumiseen.

Vuonna 1955 N. S. Hruštšovin johtama politbyroon valtuuskunta vieraili Leningradin metallitehtaalla, jossa kaksivaiheisen R-7-raketin rakentaminen valmistui. Valtuuskunnan vaikutelman seurauksena allekirjoitettiin asetus satelliitin luomisesta ja laukaisemisesta maan kiertoradalle seuraavan kahden vuoden aikana. Keinotekoisen satelliitin suunnittelu aloitettiin marraskuussa 1956, ja syyskuussa 1957 Simplest Sputnik-1 testattiin onnistuneesti tärinätelineellä ja lämpökammiossa.

Ehdottomasti kysymykseen "kuka keksi Sputnik-1?" - ei voi vastata. Maan ensimmäisen satelliitin kehittäminen tapahtui Mihail Tikhonravovin johdolla ja kantoraketin luominen ja satelliitin laukaisu kiertoradalle - Sergei Korolevin johdolla. Molemmissa projekteissa työskenteli kuitenkin huomattava määrä tutkijoita.

Käynnistä historia

Helmikuussa 1955 ylin johto hyväksyi tieteellisen tutkimuksen testipaikan nro 5 (myöhemmin Baikonur) perustamisen, jonka oli määrä sijaita Kazakstanin autiomaassa. Ensimmäiset R-7-tyypin ballistiset ohjukset testattiin testipaikalla, mutta viiden kokeellisen laukaisun tulosten mukaan kävi selväksi, että ballistisen ohjuksen massiivinen taistelukärki ei kestänyt lämpötilakuormitusta ja sitä oli parannettava, joka kestäisi noin kuusi kuukautta. Tästä syystä S. P. Korolev pyysi N. S. Hruštšovilta kaksi rakettia PS-1:n kokeelliseen laukaisuun. Syyskuun lopussa 1957 R-7-raketti saapui Baikonuriin kevennetyllä päällä ja kulkuväylällä satelliitin alla. Ylimääräiset laitteet poistettiin, minkä seurauksena raketin massa pieneni 7 tonnia.

S.P. Korolev allekirjoitti 2. lokakuuta määräyksen satelliitin lentokokeista ja lähetti Moskovaan valmiusilmoituksen. Ja vaikka Moskovasta ei tullut vastauksia, Sergei Korolev päätti tuoda Sputnik-kantoraketin (R-7) PS-1:stä lähtöasentoon.

Syy siihen, miksi johto vaati satelliitin saattamista kiertoradalle tänä aikana, on se, että 1. heinäkuuta 1957 - 31. joulukuuta 1958 vietettiin niin sanottua kansainvälistä geofysikaalista vuotta. Sen mukaan 67 maata teki määritellyn ajanjakson aikana yhdessä ja yhden ohjelman puitteissa geofysikaalista tutkimusta ja havaintoja.

Ensimmäisen keinotekoisen satelliitin laukaisupäivä on 4. lokakuuta 1957. Lisäksi samana päivänä pidettiin VIII International Astronautical Congressin avajaiset Espanjassa, Barcelonassa. Neuvostoliiton avaruusohjelman johtajia ei paljastettu yleisölle suoritettavan työn salaisuuden vuoksi; akateemikko Leonid Ivanovich Sedov ilmoitti kongressille satelliitin sensaatiomaisesta laukaisusta. Siksi maailmanyhteisö on pitkään pitänyt "Sputnikin isänä" Neuvostoliiton fyysikkoa ja matemaatikkoa Sedovia.

Lentohistoria

Klo 22.28.34 Moskovan aikaa NIIP:n nro 5 ensimmäisestä paikasta (Baikonur) laukaistiin raketti satelliitilla. 295 sekunnin kuluttua raketin keskuslohko ja satelliitti laukaistiin elliptiselle Maan kiertoradalle (apogee - 947 km, perigee - 288 km). Toisen 20 sekunnin kuluttua PS-1 erottui ohjuksesta ja antoi signaalin. Se oli toistuvia signaaleja "Beep! Piip!”, jotka jäivät kiinni kantamalla 2 minuuttia, kunnes Sputnik-1 katosi horisontin yli. Laitteen ensimmäisellä kiertoradalla Maan ympäri Neuvostoliiton lennätinvirasto (TASS) lähetti viestin maailman ensimmäisen satelliitin onnistuneesta laukaisusta.

PS-1-signaalien vastaanottamisen jälkeen alkoi tulla yksityiskohtaista tietoa laitteesta, joka, kuten kävi ilmi, oli lähellä sitä, että se ei saavuttanut ensimmäistä avaruusnopeutta eikä tullut kiertoradalle. Syynä tähän oli odottamaton polttoaineen ohjausjärjestelmän vika, jonka vuoksi yksi moottoreista oli myöhässä. Sekunnin murto-osa erotti epäonnistumisesta.

PS-1 saavutti kuitenkin onnistuneesti elliptisen kiertoradan, jota pitkin se liikkui 92 päivää ja suoritti 1440 kierrosta planeetan ympäri. Laitteen radiolähettimet toimivat kahden ensimmäisen viikon aikana. Mikä aiheutti Maan ensimmäisen satelliitin kuoleman? - Menetettyään nopeuden ilmakehän kitkan vuoksi, Sputnik-1 alkoi laskeutua ja palasi kokonaan ilmakehän tiheissä kerroksissa. On huomionarvoista, että monet saattoivat havaita tuolloin jonkinlaisen loistavan esineen liikkuvan taivaalla. Mutta ilman erikoisoptiikkaa satelliitin kiiltävää runkoa ei voitu nähdä, ja itse asiassa tämä esine oli raketin toinen vaihe, joka myös pyöri kiertoradalla satelliitin mukana.

Lennon merkitys

Keinotekoisen maasatelliitin ensimmäinen laukaisu Neuvostoliitossa nosti ennennäkemättömän ylpeyden maataan ja loi voimakkaan iskun Yhdysvaltojen arvovallalle. Ote United Press -julkaisusta: "90 prosenttia puheesta keinotekoiset satelliitit Maa kuului Yhdysvalloille. Kuten kävi ilmi, 100 prosenttia tapauksesta koski Venäjää ... ". Ja huolimatta virheellisistä ajatuksista Neuvostoliiton teknisestä jälkeenjääneisyydestä, Neuvostoliiton laitteesta tuli ensimmäinen maapallon satelliitti, minkä lisäksi kuka tahansa radioamatööri pystyi seuraamaan sen signaalia. Ensimmäisen maasatelliitin lento merkitsi avaruusajan alkua ja käynnisti avaruuskilpailun Neuvostoliiton ja Yhdysvaltojen välillä.

Vain 4 kuukautta myöhemmin, 1. helmikuuta 1958, Yhdysvallat laukaisi Explorer 1 -satelliittinsa, jonka kokosi tiedemies Wernher von Braun. Ja vaikka se oli useita kertoja kevyempi kuin PS-1 ja sisälsi 4,5 kg tieteellisiä laitteita, se oli silti toinen, eikä sillä ollut enää niin suurta vaikutusta yleisöön.

Tieteelliset tulokset PS-1-lennosta

Tämän PS-1:n julkaisulla oli useita tavoitteita:

Laitteen teknisen kyvyn testaus sekä satelliitin onnistuneelle laukaisulle tehtyjen laskelmien tarkistaminen;
Ionosfäärin tutkimus. Ennen avaruusaluksen laukaisua Maasta lähetetyt radioaallot heijastuivat ionosfääristä, mikä teki mahdottomaksi tutkia sitä. Nyt tiedemiehet ovat voineet aloittaa ionosfäärin tutkimisen satelliitin avaruudesta lähettämien ja ilmakehän läpi maan pinnalle kulkevien radioaaltojen vuorovaikutuksen kautta.
Ilmakehän ylempien kerrosten tiheyden laskeminen tarkkailemalla laitteiston hidastuvuusnopeutta, joka johtuu kitkasta ilmakehää vastaan;
Ulkoavaruuden vaikutuksen tutkiminen laitteisiin sekä suotuisten olosuhteiden määrittäminen laitteiden toiminnalle avaruudessa.

Kuuntele ensimmäisen satelliitin ääntä

Ja vaikka satelliitilla ei ollut tieteellistä laitteistoa, sen radiosignaalin seuraaminen ja sen luonteen analysointi tuotti monia hyödyllisiä tuloksia. Joten ryhmä ruotsalaisia tutkijoita mittasi ionosfäärin elektronisen koostumuksen Faraday-ilmiön perusteella, jonka mukaan valon polarisaatio muuttuu, kun se kulkee magneettikentän läpi. Myös ryhmä Neuvostoliiton tutkijoita Moskovan valtionyliopistosta kehitti menetelmän satelliitin tarkkailemiseksi sen koordinaattien tarkalla määrityksellä. Tämän elliptisen kiertoradan ja sen käyttäytymisen luonteen tarkkailu mahdollisti ilmakehän tiheyden määrittämisen alueella kiertoradan korkeudet. Ilmakehän yllättäen lisääntynyt tiheys näillä alueilla sai tutkijat luomaan teorian satelliittien hidastumisesta, mikä vaikutti astronautiikan kehitykseen.

Video ensimmäisestä satelliitista.

Käytössä ulkopuolella"Satelliitti" neljä piiska-antennia lähetetään lyhytaaltotaajuudella nykyisen standardin (27 MHz) ylä- ja alapuolella. Maan seuranta-asemat ottivat vastaan radiosignaalin ja vahvistivat, että pieni satelliitti selvisi laukaisusta ja oli onnistuneesti matkalla planeettamme ympäri. Kuukautta myöhemmin Neuvostoliitto laukaisi Sputnik 2:n kiertoradalle. Kapselin sisällä oli koira Laika.

Joulukuussa 1957 yrittäen epätoivoisesti pysyä vastustajiensa tahdissa kylmä sota, amerikkalaiset tutkijat yrittivät saattaa satelliitin kiertoradalle yhdessä Vanguard-planeetan kanssa. Valitettavasti raketti putosi ja paloi lentoonlähtövaiheessa. Pian tämän jälkeen, 31. tammikuuta 1958, Yhdysvallat toisti Neuvostoliiton menestyksen hyväksymällä Wernher von Braunin suunnitelman laukaista Explorer-1-satelliitti Yhdysvaltojen kanssa. punainen kivi. Explorer 1 kantoi instrumentteja kosmisten säteiden havaitsemiseen ja havaitsi Iowan yliopiston James Van Allenin kokeessa, että kosmisia säteitä oli odotettua vähemmän. Tämä johti kahden toroidisen vyöhykkeen (jotka lopulta nimettiin Van Allenin mukaan), jotka olivat täynnä varautuneita hiukkasia, jotka olivat loukussa Maan magneettikentässä, löytämiseen.

Näiden menestysten rohkaisemana jotkut yritykset alkoivat kehittää ja laukaista satelliitteja 1960-luvulla. Yksi heistä oli Hughes Aircraft yhdessä tähtiinsinööri Harold Rosenin kanssa. Rosen johti tiimiä, joka toi Clarken idean toteutukseen - viestintäsatelliitin, joka asetettiin Maan kiertoradalle siten, että se pystyi heijastamaan radioaaltoja paikasta toiseen. Vuonna 1961 NASA myönsi Hughesille sopimuksen Syncom-satelliittien (synkroninen viestintä) rakentamisesta. Heinäkuussa 1963 Rosen ja hänen kollegansa näkivät Syncom-2:n nousevan avaruuteen ja astuvan karkealle geosynkroniselle kiertoradalle. Presidentti Kennedy käytti uutta järjestelmää puhuakseen Nigerian pääministerin kanssa Afrikassa. Syncom-3 lähti pian lentoon, ja se pystyi lähettämään televisiosignaalin.

Satelliittien aikakausi on alkanut.

Mitä eroa on satelliitilla ja avaruusromulla?

Teknisesti satelliitti on mikä tahansa esine, joka kiertää planeettaa tai pienempää taivaankappaletta. Tähtitieteilijät luokittelevat kuut luonnollisiksi satelliiteiksi, ja vuosien varrella he ovat koonneet luettelon sadoista tällaisista kohteista, jotka kiertävät aurinkokuntamme planeettoja ja kääpiöplaneettoja. He esimerkiksi laskivat 67 Jupiterin kuuta. Ja toistaiseksi.

Myös ihmisen tekemät esineet, kuten Sputnik ja Explorer, voidaan luokitella satelliiteiksi, koska ne, kuten kuut, kiertävät planeettaa. Valitettavasti ihmisen toiminta on johtanut siihen, että Maan kiertoradalle ilmestyi valtava määrä roskia. Kaikki nämä palaset ja roskat käyttäytyvät kuin suuret raketit - ne pyörivät planeetan ympärillä suuri nopeus ympyrämäisellä tai elliptisellä polulla. Määritelmän tiukassa tulkinnassa jokainen tällainen objekti voidaan määritellä satelliitiksi. Mutta tähtitieteilijät pitävät yleensä satelliiteina niitä esineitä, joilla on hyödyllinen tehtävä. Metallipalat ja muut roskat kuuluvat kiertoradan roskien luokkaan.

Orbitaalijätteet tulevat monista lähteistä:

Raketin räjähdys, joka tuottaa eniten roskaa.
Astronautti löysästi kätensä - jos astronautti korjaa jotain avaruudessa ja hän kaipaa jakoavainta, se on kadonnut ikuisesti. Avain menee kiertoradalle ja lentää noin 10 km/s nopeudella. Jos se osuu ihmiseen tai satelliittiin, seuraukset voivat olla katastrofaalisia. Suuret esineet, kuten ISS, ovat suuri kohde avaruusromua.
Hylätyt tavarat. Laukaisusäiliöiden osat, kameran linssin suojukset ja niin edelleen.

NASA laukaisi erityisen LDEF-satelliitin tutkimaan avaruusromun vaikutusten pitkän aikavälin vaikutuksia. Kuuden vuoden aikana satelliitin instrumentit tallensivat noin 20 000 törmäystä, joista osan aiheuttivat mikrometeoriitit ja osa kiertoradan roskia. NASAn tutkijat jatkavat LDEF-tietojen analysointia. Mutta Japanissa on jo jättimäinen verkosto avaruusromun pyydystämiseen.

Mitä tavallisen satelliitin sisällä on?

Satelliitit ovat erilaisia muotoja ja koot ja suorittaa monia erilaisia toimintoja, mutta periaatteessa kaikki ovat samanlaisia. Kaikissa niissä on metalli- tai komposiittirunko ja runko, jota englanninkieliset insinöörit kutsuvat bussiksi ja venäläiset avaruusalustaksi. Avaruusalusta yhdistää kaiken ja tarjoaa riittävästi toimenpiteitä varmistaakseen, että instrumentit selviävät laukaisusta.

Kaikilla satelliiteilla on virtalähde (yleensä aurinkopaneelit) ja paristot. Aurinkopaneelit mahdollistavat akkujen lataamisen. Uusimmat satelliitit sisältävät myös polttokennoja. Satelliittienergia on erittäin kallista ja erittäin rajallista. Ydinvoimakennoja käytetään yleisesti avaruusluotainten lähettämiseen muille planeetoille.

Kaikissa satelliiteissa on tietokone, jolla ohjataan ja valvotaan erilaisia järjestelmiä. Kaikissa on radio ja antenni. Useimmissa satelliiteissa on vähintään radiolähetin ja vastaanotin, jotta maahenkilöstö voi tiedustella ja valvoa satelliitin tilaa. Monet satelliitit mahdollistavat paljon erilaisia asioita kiertoradan muuttamisesta tietokonejärjestelmän uudelleenohjelmointiin.

Kuten arvata saattaa, kaikkien näiden järjestelmien yhdistäminen ei ole helppo tehtävä. Se kestää vuosia. Kaikki alkaa tehtävän tarkoituksen määrittelemisestä. Sen parametrien määrittäminen antaa insinöörille mahdollisuuden koota oikeat työkalut ja asentaa ne oikea järjestys. Kun erittely (ja budjetti) on hyväksytty, satelliitin kokoaminen alkaa. Se tapahtuu puhtaassa huoneessa, steriilissä ympäristössä, joka ylläpitää oikeaa lämpötilaa ja kosteutta ja suojaa satelliittia kehityksen ja kokoonpanon aikana.

Keinotekoiset satelliitit valmistetaan yleensä tilauksesta. Jotkut yritykset ovat kehittäneet modulaarisia satelliitteja eli rakenteita, jotka voidaan koota niin, että lisäelementtejä voidaan asentaa eritelmien mukaisesti. Esimerkiksi Boeing 601 -satelliiteilla oli kaksi perusmoduulia - runko propulsioalijärjestelmän, elektroniikan ja akkujen kuljettamiseen; ja sarja hunajakennohyllyjä laitteiden säilytykseen. Tämän modulaarisuuden ansiosta insinöörit voivat koota satelliitteja ei tyhjästä, vaan tyhjästä.

Miten satelliitit lähetetään kiertoradalle?

Nykyään kaikki satelliitit lähetetään kiertoradalle raketilla. Monet kuljettavat niitä rahtiosastolla.

Useimmissa satelliittien laukaisuissa raketti ammutaan suoraan ylöspäin, mikä mahdollistaa sen läpäisemisen paksun ilmakehän läpi nopeammin ja minimoi polttoaineenkulutuksen. Ohjuksen nousun jälkeen ohjuksen ohjausmekanismi laskee inertiaohjausjärjestelmän avulla tarvittavat säädöt ohjuksen suuttimeen halutun kallistuksen saavuttamiseksi.

Raketin päätyttyä harvinaiseen ilmaan, noin 193 kilometrin korkeudessa, navigointijärjestelmä vapauttaa pieniä mailoja, mikä riittää kääntämään raketin vaaka-asentoon. Sen jälkeen satelliitti vapautetaan. Pienet raketit ammutaan uudelleen ja ne antavat eron raketin ja satelliitin välillä.

Ratanopeus ja korkeus

Raketin on saavutettava 40 320 kilometriä tunnissa, jotta se pakenee kokonaan Maan painovoimasta ja lentää avaruuteen. Avaruusnopeus on paljon suurempi kuin mitä satelliitti tarvitsee kiertoradalla. Ne eivät pakene maan painovoimaa, vaan ovat tasapainotilassa. Ratanopeus on nopeus, joka vaaditaan tasapainon ylläpitämiseksi painovoiman vetovoiman ja satelliitin inertialiikkeen välillä. Tämä on noin 27 359 kilometriä tunnissa 242 kilometrin korkeudessa. Ilman painovoimaa inertia kuljettaisi satelliitin avaruuteen. Jopa painovoimalla, jos satelliitti liikkuu liian nopeasti, se puhalletaan avaruuteen. Jos satelliitti liikkuu liian hitaasti, painovoima vetää sen takaisin kohti Maata.

Satelliitin kiertonopeus riippuu sen korkeudesta Maan yläpuolella. Mitä lähempänä maata, sitä nopeampi nopeus. 200 kilometrin korkeudessa kiertonopeus on 27 400 kilometriä tunnissa. Pysyäkseen kiertoradalla 35 786 kilometrin korkeudessa satelliitin on pyörittävä nopeudella 11 300 kilometriä tunnissa. Tämä kiertonopeus mahdollistaa satelliitin kulkevan yhden ohituksen 24 tunnin välein. Koska maapallo pyörii myös 24 tuntia, 35 786 kilometrin korkeudessa oleva satelliitti on kiinteässä asennossa suhteessa maan pintaan. Tätä sijaintia kutsutaan geostationaariseksi. Gestationaarinen kiertorata on ihanteellinen meteorologisille ja viestintäsatelliiteille.

Yleisesti ottaen mitä korkeampi kiertorata, sitä kauemmin satelliitti voi pysyä siinä. Matalalla korkeudella satelliitti on maan ilmakehässä, mikä aiheuttaa vastusta. Suurella korkeudella ei käytännössä ole vastusta, ja satelliitti, kuten kuu, voi olla kiertoradalla vuosisatoja.

Satelliittityypit

Maan päällä kaikki satelliitit näyttävät samalta – kiiltäviä laatikoita tai sylintereitä, joita koristavat aurinkopaneelien siivet. Mutta avaruudessa nämä kömpelöt koneet käyttäytyvät hyvin eri tavalla lentoradan, korkeuden ja suunnan mukaan. Tämän seurauksena satelliittien luokittelusta tulee monimutkainen asia. Yksi lähestymistapa on määrittää ajoneuvon kiertorata suhteessa planeettaan (yleensä Maahan). Muista, että on olemassa kaksi pääkiertorataa: pyöreä ja elliptinen. Jotkut satelliitit alkavat ellipsistä ja siirtyvät sitten ympyräradalle. Toiset liikkuvat elliptisellä polulla, joka tunnetaan nimellä "Salaman" kiertorata. Nämä esineet kiertävät tyypillisesti pohjois-eteläsuuntaisesti Maan napojen poikki ja suorittavat täyden kiertoradan 12 tunnissa.

Napaa kiertävät satelliitit kulkevat myös napojen läpi jokaisen kierroksen yhteydessä, vaikka niiden kiertoradat ovat vähemmän elliptisiä. Naparadat pysyvät kiinteinä avaruudessa maapallon pyöriessä. Tämän seurauksena suurin osa maapallosta kulkee satelliitin alta naparadalla. Koska naparadat kattavat planeetan erinomaisesti, niitä käytetään kartoitukseen ja valokuvaukseen. Ennustajat luottavat myös maailmanlaajuiseen napasatelliittien verkostoon, joka kiertää maapallomme 12 tunnissa.

Voit myös luokitella satelliitit niiden korkeuden mukaan maanpinta. Tämän järjestelmän perusteella on kolme luokkaa:

Low Earth Orbit (LEO) - LEO-satelliitit miehittävät avaruusalueen 180-2000 kilometriä Maan yläpuolella. Maan pinnan lähellä liikkuvat satelliitit ovat ihanteellisia havainnointi-, sotilas- ja säätietojen keräämiseen.
Medium Earth Orbit (MEO) - Nämä satelliitit lentävät 2 000 - 36 000 km maan yläpuolella. GPS-navigointisatelliitit toimivat hyvin tässä korkeudessa. Likimääräinen kiertonopeus on 13 900 km/h.
Geostationaarinen (geosynkroninen) kiertorata - geostationaariset satelliitit liikkuvat Maan ympäri yli 36 000 km korkeudessa ja samalla pyörimisnopeudella kuin planeetta. Siksi tällä kiertoradalla olevat satelliitit ovat aina samassa paikassa maan päällä. Monet geostationaariset satelliitit lentävät päiväntasaajaa pitkin, mikä on aiheuttanut paljon "liikenneruuhkia" tälle avaruuden alueelle. Useat sadat televisio-, viestintä- ja sääsatelliitit käyttävät geostationaarista kiertorataa.

Lopuksi voidaan ajatella satelliitteja siinä mielessä, mistä ne "etsivät". Useimmat viime vuosikymmeninä avaruuteen lähetetyt esineet katsovat Maata. Näissä satelliiteissa on kameroita ja laitteita, jotka voivat nähdä maailmamme eri valon aallonpituuksilla, jolloin voimme nauttia henkeäsalpaavasta spektaakkelista planeettamme ultravioletti- ja infrapunasävyissä. Harvemmat satelliitit kääntävät katseensa avaruuteen, jossa ne tarkkailevat tähtiä, planeettoja ja galakseja sekä etsivät kohteita, kuten asteroideja ja komeettoja, jotka voisivat törmätä Maahan.

Tunnetut satelliitit

Viime aikoihin asti satelliitit ovat olleet eksoottisia ja huippusalaisia laitteita, joita on käytetty ensisijaisesti sotilaallisiin tarkoituksiin navigoinnissa ja vakoilussa. Nyt niistä on tullut olennainen osa jokapäiväistä elämäämme. Niiden ansiosta tiedämme sääennusteen (vaikka sääennustajat, oi kuinka usein he ovat väärässä). Katsomme televisiota ja työskentelemme Internetin kanssa myös satelliittien ansiosta. Autoissamme ja älypuhelimissamme olevan GPS:n avulla pääsemme oikeaan paikkaan. Kannattaako puhua Hubble-teleskoopin korvaamattomasta panoksesta ja astronautien työstä ISS:llä?

On kuitenkin olemassa todellisia sankareita kiertoradalla. Tutustutaanpa heihin.

Landsat-satelliitit ovat kuvanneet Maata 1970-luvun alusta lähtien, ja ne ovat maan pinnan havaintojen suhteen mestareita. Landsat-1, joka tunnettiin tuolloin nimellä ERTS (Earth Resources Technology Satellite), laukaistiin 23. heinäkuuta 1972. Siinä oli kaksi pääinstrumenttia: Hughes Aircraft Companyn rakentama kamera ja monispektriskanneri, jotka pystyivät tallentamaan tietoja vihreällä, punaisella ja kahdella infrapunaspektrillä. Satelliitti otti niin upeita kuvia ja sitä pidettiin niin onnistuneena, että koko sarja seurasi sitä. NASA laukaisi viimeisen Landsat-8:n helmikuussa 2013. Tämä ajoneuvo lensi kahdella maapallon havainnointianturilla, operatiivisen maakameran ja lämpö-infrapunasensorin, jotka keräävät monispektrikuvia rannikkoalueista, napajää, saaret ja maanosat.
Geostationaariset operatiiviset ympäristösatelliitit (GOES) kiertävät maapallon geostationaarisella kiertoradalla, joista kukin vastaa kiinteästä osasta maapalloa. Näin satelliitit voivat tarkkailla ilmakehää tarkasti ja havaita muutoksia sääolosuhteet, joka voi johtaa tornadoihin, hurrikaaneihin, tulviin ja ukkosmyrskyihin. Satelliittien avulla arvioidaan myös sademäärää ja lumen kertymistä, mitataan lumipeiteaste ja seurataan meri- ja järvijään liikettä. Vuodesta 1974 lähtien 15 GOES-satelliittia on lähetetty kiertoradalle, mutta vain kaksi GOES West- ja GOES East -satelliittia seuraavat säätä samanaikaisesti.
Jason-1:llä ja Jason-2:lla on ollut keskeinen rooli maapallon valtamerten pitkän aikavälin analyysissä. NASA laukaisi Jason-1:n joulukuussa 2001 korvaamaan NASA/CNES Topex/Poseidon-satelliitin, joka oli kiertänyt Maata vuodesta 1992. Lähes kolmentoista vuoden ajan Jason-1 on mitannut merenpintaa, tuulen nopeutta ja aallonkorkeutta yli 95 prosentissa maapallon jäättömistä valtameristä. NASA lopetti virallisesti Jason-1:n eläkkeelle 3. heinäkuuta 2013. Jason 2 nousi kiertoradalle vuonna 2008. Siinä oli tarkkuusinstrumentteja, jotka mittasivat etäisyyden satelliitista meren pintaan muutaman senttimetrin tarkkuudella. Sen lisäksi, että nämä tiedot ovat arvokkaita valtameren tutkijoille, ne tarjoavat laajan katsauksen maailman ilmastomallien käyttäytymiseen.

Paljonko satelliitit maksavat?

Sputnikin ja Explorerin jälkeen satelliiteista on tullut suurempia ja monimutkaisempia. Otetaan esimerkiksi TerreStar-1, kaupallinen satelliitti, jonka piti tarjota mobiilidataa Pohjois-Amerikkaälypuhelimille ja vastaaville laitteille. Vuonna 2009 lanseerattu TerreStar-1 painoi 6910 kiloa. Ja kun se oli täysin käytössä, se paljasti 18 metrin antennin ja massiiviset aurinkopaneelit, joiden siipien kärkiväli oli 32 metriä.

Tällaisen monimutkaisen koneen rakentaminen vaatii paljon resursseja, joten historiallisesti vain ministeriöt ja yritykset, joilla oli paljon taskuja, pääsivät mukaan satelliittiliiketoimintaan. Suurin osa Satelliitin hinta on laitteistossa - transpondereissa, tietokoneissa ja kameroissa. Tyypillinen sääsatelliitti maksaa noin 290 miljoonaa dollaria. Vakoilusatelliitti maksaa 100 miljoonaa dollaria enemmän. Lisää tähän vielä satelliittien ylläpito- ja korjauskustannukset. Yritysten on maksettava satelliittikaistanleveydestä samalla tavalla kuin puhelinten omistajat maksavat matkapuhelinviestinnästä. Se maksaa joskus yli 1,5 miljoonaa dollaria vuodessa.

Toinen tärkeä tekijä on käynnistyskustannukset. Yhden satelliitin laukaisu avaruuteen voi maksaa 10–400 miljoonaa dollaria aluksesta riippuen. Pegasus XL -raketti voi nostaa 443 kiloa matalalle Maan kiertoradalle 13,5 miljoonalla dollarilla. Raskaan satelliitin laukaisu vaatii enemmän nostoa. Ariane 5G -raketti voi laukaista 18 000 kilon satelliitin matalalle kiertoradalle 165 miljoonalla dollarilla.

Huolimatta satelliittien rakentamiseen, laukaisuun ja käyttöön liittyvistä kustannuksista ja riskeistä, jotkut yritykset ovat onnistuneet rakentamaan kokonaisia yrityksiä sen ympärille. Esimerkiksi Boeing. Vuonna 2012 yritys toimitti noin 10 satelliittia avaruuteen ja sai tilauksia yli seitsemäksi vuodeksi, jolloin liikevaihto oli lähes 32 miljardia dollaria.

Satelliittien tulevaisuus

Melkein viisikymmentä vuotta Sputnikin laukaisun jälkeen satelliitit, kuten budjetit, kasvavat ja vahvistuvat. Esimerkiksi Yhdysvallat on käyttänyt lähes 200 miljardia dollaria sotilaallisen satelliittiohjelman alusta lähtien, ja nyt siitä huolimatta sillä on ikääntyviä ajoneuvoja, jotka odottavat vaihtamista. Monet asiantuntijat pelkäävät, että suurten satelliittien rakentaminen ja käyttöönotto ei yksinkertaisesti voi toteutua veronmaksajien rahoilla. Ratkaisu, joka voisi kääntää kaiken ylösalaisin, ovat yksityiset yritykset, kuten SpaceX, ja muut, jotka eivät selvästikään joudu byrokraattiseen pysähtyneisyyteen, kuten NASA, NRO ja NOAA.

Toinen ratkaisu on vähentää satelliittien kokoa ja monimutkaisuutta. Caltechin ja Stanfordin yliopiston tutkijat ovat työstäneet vuodesta 1999 lähtien uudentyyppistä CubeSat-satelliittia, joka perustuu 10 senttimetrin reunan rakennuspalikoihin. Jokainen kuutio sisältää valmiita komponentteja ja voidaan yhdistää muihin kuutioihin tehokkuuden lisäämiseksi ja työmäärän vähentämiseksi. Yksittäinen CubeSat voi maksaa vain 100 000 dollaria, kun suunnittelua standardoidaan ja jokaisen satelliitin rakentamisen kustannuksia vähennetään.

NASA päätti huhtikuussa 2013 testata tätä yksinkertaista periaatetta ja kolmea kaupallisiin älypuhelimiin perustuvaa CubeSatia. Tavoitteena oli saada mikrosatelliitit kiertoradalle hetkeksi ja ottaa kuvia puhelimilla. Virasto aikoo nyt ottaa käyttöön laajan tällaisten satelliittien verkon.

Olivatpa ne isot tai pienet, tulevaisuuden satelliittien on kyettävä kommunikoimaan tehokkaasti maa-asemien kanssa. Historiallisesti NASA on tukeutunut RF-viestintään, mutta RF on saavuttanut rajansa, kun tehon tarve on lisääntynyt. Tämän esteen voittamiseksi NASAn tutkijat kehittävät kaksisuuntaista viestintäjärjestelmää, joka perustuu lasereihin radioaaltojen sijaan. 18. lokakuuta 2013 tutkijat käynnistivät ensin lasersäteen tiedon siirtämiseksi Kuusta Maahan (384 633 kilometrin etäisyydellä) ja saivat ennätyssiirtonopeuden 622 megabittiä sekunnissa.