ИЗКУСТВЕНИ САТЕЛИТИ: ЗА КАКВО СА ПРЕДНАЗНАЧЕНИ, КАКВИ ВИДОВЕ ОПЕРАЦИИ, ВАЖНИ - ARTE - 2025

На спътниците са превозни средства или устройства, предназначени специално да бъде предоставен на пространството без екипаж, за да орбита около Земята или друго небесно тяло.

Първите идеи за изграждане на изкуствени спътници идват от авторите на научната фантастика, например Жул Верн и Артур К. Кларк. Последният е радар в Кралските военновъздушни сили и в края на Втората световна война замисля идеята за използване на три спътника в орбита около Земята за поддържане на телекомуникационна мрежа.

Фигура 1. Изкуствен сателит в орбита на Земята. Източник: Wikimedia Commons.

По това време все още не са били налични средства за поставяне на сателит в орбита. Отне още няколко години на военните в Съединените щати да произведат първите сателитни комуникации в началото на 50-те години.

Космическата надпревара между САЩ и Съветския съюз засили изкуствената сателитна индустрия. Първият успешно поставен на орбита е съветският спътник Sputnik през 1957 г. и той излъчва сигнали в диапазона 20-40 MHz.

Това беше последвано от лансирането на Echo I от САЩ за комуникационни цели. Оттогава многобройните изстрелвания в орбита бяха наследени от двете сили и впоследствие много държави се присъединиха към новата технология.

За какво са изкуствени спътници?

-В телекомуникациите, за препредаване на съобщения по радио, телевизия и мобилни телефони.

-В научни и метеорологични изследвания, включително картография и астрономически наблюдения.

-За целите на военното разузнаване.

-За навигация и използване на местоположението, като GPS (глобалната система за позициониране) е една от най-известните.

-Да се ​​следи повърхността на земята.

-В космическите станции, предназначени да изживеят живот извън Земята.

Как работят?

В своята Principia Исак Нютон (1643-1727) установява необходимото за пускане на сателит в орбита, въпреки че вместо сателит той използва за пример оръдие, стреляно от върха на хълма.

Изстрелян с определена хоризонтална скорост, куршумът следва обичайната параболична траектория. Увеличавайки скоростта, хоризонталният обхват става все по-голям и по-голям, нещо, което беше ясно. Но дали определена скорост ще накара куршума да излезе в орбита около Земята?

Земята се извива от линия, допираща се към повърхността със скорост 4,9 м за всеки 8 км. Всеки обект, освободен от покой, ще падне 4,9 м през първата секунда. Следователно, когато изстреля куршума хоризонтално от връх със скорост 8 км / с, той ще падне 4,9 м през първата секунда.

Но Земята също ще се спусне 4,9 м през това време, тъй като се извива под оръдието. Това продължава да се движи хоризонтално, като обхваща 8 км и ще остане на същата височина по отношение на Земята през тази секунда.

Естествено, същото се случва след следващата секунда и през всички последователни секунди, превръщайки куршума в изкуствен спътник, без допълнително задвижване, стига да няма триене.

Въпреки това, триенето, причинено от въздушното съпротивление, е неизбежно, поради което е необходима бустерна ракета.

Ракетата повдига сателита на голяма височина, където по-тънката атмосфера предлага по-малко съпротивление и му осигурява необходимата хоризонтална скорост.

Такава скорост трябва да бъде по-голяма от 8 km / s и по-малка от 11 km / s. Последното е скоростта на бягство. Проектиран с тази скорост, спътникът ще изостави гравитационното влияние на Земята, навлизайки в космоса.

Изкуствена сателитна структура

Изкуствените сателити съдържат различни сложни механизми за изпълнение на техните функции, които включват приемане, обработка и изпращане на различни видове сигнали. Те също трябва да са леки и да имат самостоятелност на работа.

Основните структури са общи за всички изкуствени спътници, които от своя страна имат няколко подсистеми според предназначението. Те са монтирани в корпус, изработен от метал или други леки съединения, който служи за опора и се нарича шина.

В автобуса можете да намерите:

- Централният контролен модул, който съдържа компютъра, с който се обработват данните.

- Приемане и предаване на антени за комуникация и предаване на данни чрез радиовълни, както и телескопи, камери и радари.

- Система от слънчеви панели на крилата, за получаване на необходимата енергия и акумулаторни батерии, когато сателитът е на сянка. В зависимост от орбитата сателитите се нуждаят от около 60 минути слънчева светлина, за да презаредят батериите си, ако са в ниска орбита. По-далечните сателити прекарват много повече време, изложени на слънчева радиация.

Тъй като сателитите прекарват дълго време изложени на това излъчване, е необходима система за защита, за да се избегнат повреди на други системи.

Откритите части се нагряват много, докато на сянка достигат изключително ниски температури, тъй като няма достатъчно атмосфера, която да регулира промените. Поради тази причина са необходими радиатори, които премахват топлината и алуминиевите капаци, за да запазят топлината, когато е необходимо.

Видове изкуствени спътници

В зависимост от траекторията им изкуствените спътници могат да бъдат елипсовидни или кръгови. Разбира се, всеки спътник има зададена орбита, която обикновено е в същата посока, в която Земята се върти, наречена асинхронна орбита. Ако по някаква причина спътникът пътува по обратен път, тогава той има ретроградна орбита.

Под гравитацията обектите се движат по елиптични пътища според законите на Кеплер. Изкуствените сателити не избягват от това, обаче, някои елиптични орбити имат толкова малък ексцентриситет, че могат да се считат за кръгови.

Орбитите също могат да бъдат наклонени по отношение на екватора на Земята. При наклон от 0 ° те са екваториални орбити, ако са 90 °, те са полярни орбити.

Надморската височина на спътника също е важен параметър, тъй като между 1500 - 3000 км височина е първият пояс на Ван Алън, регион, който трябва да се избягва поради високата му скорост на радиация.

Фигура 2. Орбити, височини и скорости на изкуствените спътници. Изхвърлени сателити преминават в гробищната орбита, въпреки че има останки във всички орбити. Източник: Wikimedia Commons.

Сателитни орбити

Орбитата на спътника се избира според мисията, която има, тъй като има повече или по-малко благоприятни височини за различни операции. Според този критерий сателитите се класифицират като:

- LEO (Ниска земна орбита), са високи между 500 и 900 км и описват кръгова пътека, с периоди от приблизително 1 час и половина и наклон 90 °. Използват се за мобилни телефони, факсове, лични пейджъри, за превозни средства и за лодки.

- MEO ( Средноземна орбита), те са на височина между 5000-12000 км, наклон 50 ° и приблизително период от 6 часа. Те също са наети в мобилни телефони.

- ГЕО (геосинхронна земна орбита), или геостационарна орбита, въпреки че има малка разлика между двата термина. Първите могат да бъдат с променлив наклон, докато вторите винаги са на 0 °.

Във всеки случай те са на голяма надморска височина -36 000 км повече или по-малко. Те обикалят кръгови орбити в периоди от 1 ден. Благодарение на тях, наред с други услуги, са достъпни факс, междуселищна телефония и сателитна телевизия.

Фигура 3. Диаграма на орбитите на изкуствените спътници. 1) Земя. 2) LEO. 3) MEO, 4) Геосинхронни орбити. Източник: Wikimedia Commons.

Геостационарни спътници

В началото комуникационните спътници имаха различни периоди от въртенето на Земята, но това затрудни позиционирането на антените и комуникацията беше загубена. Решението беше да се постави спътникът на такава височина, че периодът му да съвпада с този на въртенето на Земята.

По този начин спътникът орбитира заедно със Земята и изглежда фиксиран по отношение на нея. Височината, необходима за поставяне на спътник в геосинхронна орбита, е 35786,04 км и е известна като пояс на Кларк.

Височината на орбитата може да бъде изчислена чрез определяне на периода, като се използва следният израз, изведен от Закона на универсалното гравитация на Нютон и законите на Кеплер:

Където P е периодът, a е дължината на полу-голямата ос на елиптичната орбита, G е универсалната константа на гравитация и M е масата на Земята.

Тъй като по този начин ориентацията на спътника по отношение на Земята не се променя, това гарантира, че той винаги ще има контакт с него.

Най-важните изкуствени спътници на Земята

изкуствен спътник

Фигура 4. Реплика на Sputnik, първият изкуствен спътник в орбита в историята. Източник: Wikimedia Commons.

Това беше първият изкуствен спътник в историята на човечеството, изведен в орбита от бившия Съветски съюз през октомври 1957 г. Този спътник беше последван от още 3, като част от програмата „Спутник“.

Първият Sputnik беше доста малък и лек: главно 83 кг алуминий. Той беше в състояние да излъчва честоти между 20 и 40 MHz, беше в орбита три седмици, след което падна на Земята.

Реплики на Sputnik могат да се видят днес в много музеи в Руската федерация, Европа и дори Америка.

Космическата совалка

Друга добре позната командирована мисия беше космическата транспортна система STS или Space Shuttle, която работеше от 1981 до 2011 г. и участва, сред другите важни мисии, в изстрелването на космическия телескоп „Хъбъл“ и на Международната космическа станция, в допълнение към мисии на ремонт на други спътници.

Космическият совал имаше асинхронна орбита и беше многократно използваем, тъй като можеше да дойде и да отиде на Земята. От петте ферибота, двама бяха случайно унищожени заедно с екипажите си: Challenger и Columbia.

GPS сателити

Глобалната система за позициониране е широко известна с точното локализиране на хора и предмети навсякъде по света. GPS мрежата се състои от поне 24 спътника на голяма надморска височина, от които винаги има 4 спътника, видими от Земята.

Те са в орбита на надморска височина от 20 000 км, а периодът им е 12 часа. GPS използва математически метод, подобен на триангулация, за да оцени позицията на обектите, наречена трилатерация.

GPS не се ограничава до намирането на хора или превозни средства, освен това е полезен за картография, проучване, геодезия, спасителни операции и спортни практики, сред други важни приложения.

Космическият телескоп Хъбъл

Това е изкуствен спътник, който предоставя несравними никога не виждани изображения на Слънчевата система, звезди, галактики и далечната Вселена, без земната атмосфера или светлинното замърсяване да блокира или изкривява далечната светлина.

Фигура 5. Изглед на космическия телескоп Хъбъл. Източник: НАСА чрез Wikimedia Commons.

Следователно стартирането му през 1990 г. беше най-забележителният напредък в астрономията в последно време. Огромният 11-тонен цилиндър на Хъбъл е на 548 км височина (548 км), обикаляща около Земята с кръгово движение, с период от 96 минути.

Очаква се той да бъде деактивиран между 2020 и 2025 г., като бъде заменен от космическия телескоп на Джеймс Уеб.

Интернационална космическа станция

Известен като ISS (Международна космическа станция), това е орбитална изследователска лаборатория, управлявана от пет космически агенции по целия свят. Засега това е най-големият изкуствен спътник в съществуването.

За разлика от останалите спътници, в Космическата станция има хора на борда. В допълнение към неподвижния екипаж от поне двама астронавти, станцията дори е посетена от туристи.

Целта на станцията е преди всичко научна. Той разполага с 4 лаборатории, в които се изследват ефектите на нулевата гравитация и се извършват астрономически, космологични и климатични наблюдения, както и различни експерименти в биологията, химията и влиянието на радиацията върху различни системи.

Chandra

Този изкуствен спътник е обсерватория за откриване на рентгенови лъчи, които се поглъщат от земната атмосфера и поради това не могат да бъдат изследвани от повърхността. НАСА го изведе на орбита през 1999 г. чрез космическия совал Колумбия.

Иридиеви спътници за комуникация

Те съставят мрежа от 66 спътника на надморска височина от 780 км в орбита от тип LEO, с период от 100 минути. Те са проектирани от телефонната компания Motorola, за да осигурят телефонна комуникация на недостъпни места. Това обаче е много висока цена на услугата.

Сателитна система Galileo

Това е системата за позициониране, разработена от Европейския съюз, еквивалентна на GPS и за гражданска употреба. В момента има 22 спътника, които работят, но все още е в процес на изграждане. Той е в състояние да локализира човек или предмет с точност 1 метър в отворената версия и е оперативно съвместим със спътниците на GPS системата.

Серия Landsat

Те са спътници, специално проектирани за наблюдение на земната повърхност. Те започват работата си през 1972 г. Освен всичко друго, те отговарят за картографирането на терена, записването на информация за движението на лед на полюсите и степента на горите, както и проучването на минното дело.

Система Glonass

Това е геолокационната система на Руската федерация, еквивалентна на GPS и мрежата Galileo.

Наблюдение на изкуствени спътници

Изкуствените спътници могат да се видят от Земята от аматьори, тъй като те отразяват слънчевата светлина и могат да бъдат разглеждани като светлинни точки, дори ако Слънцето е залязло.

За да ги намерите, препоръчително е да инсталирате някое от приложенията за сателитно търсене на телефона или да се консултирате с интернет сайтове, които проследяват спътници.

Например космическият телескоп Хъбъл може да се види с просто око или още по-добре - с добри бинокли, ако знаете къде да погледнете.

Подготовката за наблюдение на сателити е същата като за наблюдение на метеорни душове. Най-добрите резултати се получават в много тъмни и ясни нощи, без облаци и без луна, или с луната ниско на хоризонта. Колкото по-далеч от светлинното замърсяване, толкова по-добре, вие също трябва да носите топли дрехи и топли напитки.

Препратки

1. Европейска космическа агенция Сателитите. Възстановена от: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Физика: Принципи на приложение. 6-ти. Ед Прентис Хол.
3. Маран, С. Астрономия за манекени.
4. POT. За космическия телескоп Хъбъл. Възстановени от: nasa.gov.
5. Какво представляват изкуствените спътници и как работят? Възстановени от: youbioit.com
6. Уикипедия. Изкуствени сателити. Възстановено от: es.wikiversity.org.