Искусственный спутник земли

ИСКУССТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ (ИСЗ), космической аппарат, выведенный на орбиту вокруг Земли и совершивший не менее одного оборота. Запуск первого ИСЗ осуществлён 4.10.1957 в СССР; 1.2.1958 на орбиту выведен первый американский ИСЗ «Эксплорер-1», позднее самостоятельные запуски ИСЗ произвели другие страны: 26.11.1965 - Франция (спутник «А-1»), 11.2.1970 - Япония («Осуми»), 24.4.1970 - КНР («Чайна-1»), 28.10.1971 - Великобритания («Просперо»), 18.7.1980 - Индия («Рохини»).

ИСЗ выводятся на орбиты с помощью ракет-носителей (PH). Путь от старта до некоторой расчётной точки в пространстве, который PH преодолевает благодаря тяге, развиваемой ракетными двигателями, называется траекторией выведения ИСЗ на орбиту или активным участком движения PH и составляет обычно от нескольких сотен до десятков тысяч км. После достижения PH в конце активного участка расчётной скорости (по значению и направлению) работа ракетных двигателей (РД) прекращается (так называемая точка выведения ИСЗ на орбиту). ИСЗ автоматически отделяется от последней ступени PH и начинает движение по некоторой орбите относительно Земли, становясь искусственным небесным телом. Его движение определяется пассивными (притяжение Земли, а также Луны, Солнца и других планет, сопротивление земной атмосферы и др.) и активными (управляющими) силами, если на борту ИСЗ установлены РД. Вид начальной орбиты ИСЗ относительно Земли зависит целиком от его положения, значения и направления вектора скорости в момент выхода ИСЗ на орбиту и рассчитывается с помощью методов небесной механики.

В первом приближении орбита ИСЗ представляет собой эллипс с одним из фокусов в центре Земли (в частном случае - окружность), сохраняющий неизменную ориентацию в пространстве. Существует несколько классических орбит, на которых функционируют спутники: полярные или приполярные (движение спутника происходит в плоскостях, проходящих по направлениям северный - южный полюсы Земли); высокоэллиптические (движение спутника происходит по эллипсу, в одном из фокусов которого расположен центр Земли; например, орбиты ИСЗ серии «Молния» с высотой перигея 300-600 км, апогея – 42 000 км); геостационарная, проходящая в плоскости экватора, высотой 35 800 км от поверхности Земли (спутник на этой орбите «висит» неподвижно над одной точкой экватора; смотри Стационарный искусственный спутник Земли); наклонные круговые (например, орбиты навигационных спутников высотой 20 000 км от поверхности Земли и наклоном к плоскости экватора 65°).

Орбита, на которую выводится ИСЗ ракетой-носителем, иногда бывает лишь промежуточной. В этом случае на борту ИСЗ имеются РД, которые включаются в определённые моменты на короткое время по команде с Земли, сообщая ИСЗ дополнительную скорость. В результате ИСЗ переходит на другую орбиту. Межпланетные космические аппараты выводятся обычно сначала на орбиту спутника Земли, а затем переводятся непосредственно на траекторию полёта к планетам.

Контроль движения ИСЗ осуществляется путём наблюдения со специальных наземных станций. С конца 20 века отрабатываются алгоритмы и приборы, позволяющие с нужной точностью определять параметры орбиты по данным с космических навигационных систем ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США) (смотри Спутниковая система позиционирования). По результатам таких наблюдений уточняются элементы орбит спутников и вычисляются эфемериды для предстоящих наблюдений, в том числе для решения различных научно-прикладных задач.

ИСЗ состоит из двух типов оборудования: так называемой полезной нагрузки, включающей аппаратуру, различные научные приборы и др., которые предназначены для решения целевых задач спутника; так называемой платформы, обеспечивающие нормальное функционирование ИСЗ на орбите. В состав платформы входят: система энергоснабжения, состоящая из источника энергии (как правило, солнечных батарей, химических источников тока, однако могут использоваться и изотопные генераторы, и ядерные энергетические установки), стабилизаторов напряжения и др.; бортовой комплекс управления, обеспечивающий управление служебными системами и полезной нагрузкой, а также контроль их технического состояния; система ориентации, стабилизации и управления движением, предназначенная для обеспечения ориентации спутника в пространстве (в состав которой могут входить звёздные и солнечные датчики, датчики ИК-излучения Земли, гироскопы, маховики, электромагнитные устройства и др.); система терморегулирования, обеспечивающая тепловой режим бортовой аппаратуры (включающая различные терморегулирующие покрытия, тепловые трубы, жидкостные подсистемы и др.); двигательные установки, обеспечивающие коррекцию движения спутника и его ориентацию, а также коррекцию высоты орбиты; конструкция спутника (корпус, различные фасонные опоры и перекладины для плоскостей антенн и др.), обеспечивающая размещение всей аппаратуры.

Передача научной и другой информации с ИСЗ на Землю производится с помощью радиотелеметрических систем (как правило, имеющих запоминающие бортовые устройства для регистрации информации в периоды полёта ИСЗ вне зон радиовидимости наземных станций). Некоторые ИСЗ имеют спускаемые аппараты для возвращения на Землю отдельных приборов, фотоплёнок, подопытных животных и др.

В зависимости от задач, которые решаются с помощью ИСЗ, их подразделяют на научно-исследовательские и прикладные (на некоторых ИСЗ устанавливается аппаратура, позволяющая решать и научно-исследовательские, и прикладные задачи); кроме того, особо выделяют орбитальные космические корабли и обитаемые орбитальные станции.

Научно-исследовательские ИСЗ. Аппаратура, устанавливаемая на борту ИСЗ, а также наблюдения ИСЗ с наземных станций позволяют производить разнообразные геофизические, астрономические, геодезические, биологические и другие исследования. Орбиты таких ИСЗ разнообразны - от почти круговых на высоте 200-300 км до вытянутых эллиптических с высотой в апогее до 500 тысяч км.

С помощью научных приборов, установленных на ИСЗ, изучаются нейтральный и ионный состав верхней атмосферы, концентрация частиц и их температура, а также изменения данных параметров. ИСЗ позволили исследовать структуру магнитосферы Земли и характер её обтекания солнечным ветром, а также характеристики самого солнечного ветра (плотность потока и энергию частиц, величину и характер «вмороженного» магнитного поля) и другие недоступные для наземных наблюдений излучения Солнца - УФ и рентгеновское. 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 различным проявлением 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 позволяют осуществлять геодезическую привязку пунктов, удалённых на тысячи км друг от друга, изучать движение материков и т. п. Наиболее перспективными научно-исследовательскими ИСЗ являются космические обсерватории, изучающие объекты Вселенной, природу и источники космического вещества, звёзд, галактик и т. д.

Прикладные ИСЗ. К ним относятся спутники, запускаемые для решения тех или иных технических, хозяйственных, военных задач, например ИСЗ связные, метеорологические, навигационные, ИСЗ для исследования земных ресурсов, спутники технического назначения (для исследования воздействия космических условий на материалы, для испытаний и отработки бортовых систем).

Связные ИСЗ (спутники связи) служат для обеспечения ТВ-передач, радиотелефонной, телеграфной и других видов связи, между наземными станциями, расположенными друг от друга на расстояниях до 10-15 тысяч км. Бортовая радиоаппаратура таких ИСЗ принимает сигналы наземных радиостанций, усиливает их и ретранслирует на другие наземные радиостанции. В начале 21 века широкое применение находят ИСЗ, обеспечивающие предоставление информационных услуг (в том числе услуг Интернета, цифровое телерадиовещание) огромной сети простых приёмо-передающих устройств индивидуальных потребителей.

Метеорологические искусственные спутники Земли предназначены для регулярной передачи на наземные станции ТВ-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. Проводятся эксперименты по проведению глобальных метеорологических наблюдений с высот, достигающих 40 тысяч км.

Навигационные ИСЗ (например, системы ГЛОНАСС), функционирование которых поддерживается специальной наземной системой обеспечения, служат для навигации самолётов, кораблей, автотранспорта, туристов, геологов, контроля местоположения перевозимых грузов и др. Потребитель, принимая радиосигналы и определяя своё положение относительно ИСЗ (координаты которого на орбите в каждый момент известны с высокой точностью), устанавливает своё местоположение.

Широко применяются спутники для исследования природных ресурсов Земли (дистанционного зондирования 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, землепользования и землеустройства, контроля противоправных действий и др.

Лит.: Эльясберг П. Е. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли. М., 1965; Управление и навигация искусственных спутников Земли на околокруговых орбитах. М., 1988.