Меню

Перечислите как используются искусственные спутники земли

Искусственные спутники Земли

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).

Читайте также:  Что составляет внутренний слой земли тест 5 класс

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.

Уникальными следует считать и полеты двух АМС «Вега» для одновременного обследования планеты Венера и кометы Галлея, со спуском отделяемой части аппаратов в атмосферу Венеры (рис. 2.7).

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).

Читайте также:  Стихотворение экология земли посмотрите с чувством люди

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.

Источник

Семь услуг, которые нам оказывают спутники

Космические аппараты стоят огромных денег. Один только старт «съедает» минимум 100 миллионов евро. Но эти инвестиции оправдываются. Без спутников наша жизнь в корне бы изменилась.

Европейский радиолокационный спутник Sentinel-1A

Значение искусственных спутников Земли в нашей жизни огромно. Не будь их, мы не могли бы смотреть передачи целого ряда телеканалов, лишились бы подробной информации о прогнозе погоды, а также множества других удобств. Свыше 1200 космических летательных аппаратов вращаются сейчас на разных орбитах вокруг Земли. Все они сильно отличаются друг от друга — в том числе, и по своему назначению.

Первый сигнал со спутника

Сигналы, раздающиеся от смартфонов, планшетов или других прочно вошедших в нашу жизнь «навороченных» электроприборов, сегодня не удивят никого. А вот 58 лет назад радиосигнал, посланный с советского искусственного спутника Земли «Спутник-1», первого посланца человечества в космосе, произвел ошеломляющий эффект на Западе, поскольку продемонстрировал всему миру первенство СССР в освоении космоса. США не хотели отставать от своего главного конкурента и взялись за реализацию программы, нацеленной на достижение человеком Луны. Американцы своего добились: 12 лет спустя их астронавт первым ступил на поверхность этой планеты. «Космические гонки» СССР и США, пришедшиеся на период с 1957 по 1975 годы, были тогда в самом разгаре.

Тот, кому хоть раз доводилось посмотреть какой-нибудь голливудский триллер, знает: с американских разведывательных спутников, способных получить «картинку» в режиме реального времени из любой точки мира, с давних пор ведется постоянное наблюдение за Землей. Конечно, в кино многое приукрашено. Но как бы то ни было, в число лучших «космических шпионов» входят именно американские военные спутники видовой разведки серии KeyHole (в буквальном переводе с английского — «замочная скважина»).

Их телескопы способны фотографировать Землю с разрешением до 10 сантиметров на пиксель. То есть, вопреки утверждениям авторов некоторых кинолент, номерные знаки автомашин они считывать из космоса не могут. Зато идентифицировать номерные знаки, а также людей, находящихся в данный момент в автомобиле, можно с помощью дронов, но лишь в том случае, если расстояние от такого аппарата до объекта составляет не более 25 километров.

Телевидение и коммуникация

Около четырех десятилетий назад спутниковое телевидение впервые появилось в США, а десять лет спустя оно пришло и в Европу. Сегодня спутниковыми антеннами уже никого не удивишь: к «тарелкам» подключено более половины телевизоров. Через спутник также осуществляется передача электронной почты и SMS-сообщений, обеспечивается телефонная связь и доступ к интернету. В качестве телеретрансляторов используется около четверти искусственных спутников Земли.

Спутниковая система навигации GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) стала большим подспорьем для водителей автомобилей, велосипедистов, пешеходов. Она при любой погоде определит ваше местонахождение и не даст сбиться в пути. GPS разработана, реализована и эксплуатируется в США. Но 20 лет спустя после ее запуска американцам стали наступать на пятки конкуренты. Альтернативные варианты спутниковых навигационных систем теперь есть в Европейском Союзе, а также в России и Китае. Это Galileo, ГЛОНАСС и «Бэйдоу».

Контекст

Засекреченный архитектор Галина Балашова и ее космические интерьеры

Знакомо ли вам имя Галины Балашовой? Сейчас о ней пишут практически все крупные немецкие газеты. Что неудивительно.

Космический телескоп GAIA оказался подслеповатым

Европейский спутник GAIA, запущенный в декабре 2013 года, должен выполнить весьма обширную программу исследований. Но этому могут помешать возникшие на борту неполадки. (08.08.2014)

Читайте также:  Движение географических полюсов земли

Происхождение Луны: гипотеза гигантского столкновения подтверждается

Как возникла Луна, точно неизвестно. Но результаты нового анализа лунного грунта говорят в пользу гипотезы о столкновении протопланеты Земля с протопланетой Тейя. (31.07.2014)

В одной связке с русскими: Томас Райтер о детских мечтах, восходах Солнца и Pink Floyd

Как работалось в космосе с русскими? Каковы особенности «космических» будней? Как сохранить физическую форму в условиях невесомости? На эти и другие вопросы ответил немецкий астронавт, ставший гостем Deutsche Welle. (24.11.2009)

Навигаторы встраиваются и в современные смартфоны. Вообще специальных приложений для смартфонов существует множество. С их помощью можно подыскать поблизости подходящий ресторан, найти новых друзей и даже спутника жизни. Бесперебойную работу подобных программ обеспечивают пять процентов искусственных спутников.

Прогнозы погоды

«Пророчествовать очень трудно, особенно если дело касается будущего», — сказал как-то Марк Твен. Особенно нелегко предсказывать погоду. Ошибки в прогнозах метеорологов давно уже стали притчей во языцех, и у многих людей они кроме легкой насмешки иных эмоций не вызывают. Однако с приходом на помощь наземным службам погоды искусственных метеорологических спутников, точность метеоинформации улучшилась в 15 раз.

Сегодня спутники обеспечивают возможность 14-дневного прогноза погоды, их радары фиксируют зарождение дождя и снега, а их датчики дают возможность с большой точностью вычислить температуру океанов, участков суши и облаков.

Снимок, сделанный из космоса

Наблюдение Земли

Наблюдение Земли в режиме реального времени пока под силу только американцам. Программа Copernicus, осуществляемая ЕС совместно с Европейским космическим агентством, тоже обеспечивает непрерывный глобальный мониторинг, но изображение со спутников передается с ее помощью спустя 20 минут с момента начала съемки. Разрешение фотоснимков — менее одного метра.

Благодаря таким спутникам можно отследить, например, развитие ситуации в зоне бедствия в Непале и на основе полученной информации определять места, пригодные для посадки вертолетов с гуманитарной помощью для пострадавших от землетрясения.

Научные исследования

Благодаря искусственным спутникам Земли выведены на новый уровень научные исследования. С их помощью определяются зоны повышенной гравитации, ежегодный подъем уровня моря, контролируются солнечные вспышки, проводятся наблюдения других планет и галактик. Для научных исследований предназначены десять процентов искусственных спутников Земли.

В Европейском космическом агентстве

Космические станции — это долговременно обитаемые летательные аппараты, главным образом предназначенные для научных исследований. По сравнению с космическими капсулами, они гораздо более комфортабельны. К слову, около года назад на международной космической станции МКС появился первый кофейный автомат ISSpresso. Он способен работать в условиях невесомости. Так что астронавты теперь могут позволить себе по утрам чашечку кофе.

30 лет космической станции «Мир»: как это было

Советский форпост

Идея создать постоянно действующую орбитальную космическую станцию возникла в СССР еще в 1970-е годы. Таким образом, Советский Союз хотел превзойти США в гонке за господство в космическом пространстве. В 1986 году Москва вывела на орбиту комплекс «Мир» — самую сложную из всех ранее существовавших станций.

30 лет космической станции «Мир»: как это было

Международное сотрудничество

После окончания холодной войны Россия столкнулась с нехваткой ресурсов. На «Мире» началась эра международного сотрудничества. К примеру, несколько полетов к станции совершил американский челнок Atlantis (на фото). Станцию весом почти в 140 тонн посетили и четыре немецких космонавта.

30 лет космической станции «Мир»: как это было

Многочисленные посетители

В числе работавших на комплексе «Мир» — немецкий астронавт Райнхольд Эвальд (на фото — 2-й справа в верхнем ряду). Он прибыл на станцию в 1997 году на российском «Союзе». В общей сложности, на борту «Мира» побывало более 100 астронавтов из разных стран. Во время нахождения там Эвальда на орбитальной станции случился пожар, который, впрочем, был быстро ликвидирован.

30 лет космической станции «Мир»: как это было

Неудачи, поломки, неисправности…

Кроме прочего, «Мир» — рекордсмен по числу поломок. Материалы, из который была сделана станция, быстро износились. То происходила утечка охлаждающего агента, то отключался бортовой компьютер, а однажды транспортный корабль «Прогресс» при стыковке повредил солнечные батареи (на фото). Орбитальная станция — это «не зал ожидания с плюшевыми креслами», отметил тогда астронавт Райнхольд Эвальд.

30 лет космической станции «Мир»: как это было

На пути к МКС

США, которые после развала СССР частично финансировали работу станции «Мир», настаивали на совместном создании новой международной космической станции. С началом строительства МКС в 1998 году также начинается постепенный демонтаж «Мира». За 15 лет, проведенных на орбите, «Мир» совершил более 86 тысяч оборотов вокруг земного шара.

30 лет космической станции «Мир»: как это было

Конец пилотного проекта

Станция «Мир» считается важным этапом в развитии международного сотрудничества в освоении космоса. «Без этого опыта мы бы еще находились в самом начале пути», — указывает немецкий астронавт Томас Райтер. 23 марта 2001 года «Мир», проработавший в три раза дольше первоначально установленного срока, был затоплен в южной части Тихого океана. Автор: Николас Мартин, Александра Ёлкина

Источник

Adblock
detector