Другий штучний супутник землі. Другий штучний супутник землі Кому належать супутники Землі

Принципове рішення про початок робіт зі створення супутника для здійснення польоту живої істоти було ухвалено ще 1956 року. Проведення експериментів протягом тривалого часу вимагало створення такого обладнання, яке могло б автоматично підтримувати необхідні умови для життя тварини в польоті, зокрема - певну температуру і вологість, забезпечувати її необхідною кількістю їжі та води, видаляти продукти життєдіяльності тощо. Дослідницька апаратура мала забезпечувати безперебійну автоматичну реєстрацію необхідних наукових даних та його передачу Землю. Необхідно було вирішити питання спеціальної підготовки тварин, зокрема до впливу низки динамічних факторів (шуми, вібрації, навантаження), тривалого перебування у фіксованому положенні в кабіні малого обсягу зі специфічними особливостями харчування, водозабезпечення, відправлення природних потреб тощо. Створенням і виготовленням як супутника, так і відсіку для тварини, займалися фахівці королівського ОКБ-1, які працювали в контакті зі спеціалістами 8-го відділу Науково-дослідного випробувального інституту авіаційної медицини (НДІІАМ).

Після успішного запуску першого супутника Землі 4 жовтня 1957 план робіт з польоту тварини був переглянутий. Керівництво СРСР особисто Н.С.Хрущов вимагали закріпити успіх. У умовах було вирішено вдатися до створення другого найпростішого супутника без системи повернення Землю. Це рішення про запуск до сорокових роковин Жовтневої революції (7 листопада) другого штучного супутника з собакою стало фактично смертним вироком для майбутнього чотирилапого «космонавта». Офіційно воно було прийнято 12 жовтня 1957 року. У зв'язку зі стислими термінами другий найпростіший супутник створювався без будь-якого попереднього ескізного чи іншого проектування - не було часу. Майже всі деталі виготовлялися за ескізами, складання йшло за вказівками конструкторів та шляхом припасування за місцем. Загальна вага супутника – 508,3 кілограма. Щоб не ставити на супутник окрему систему передачі даних, було вирішено не відокремлювати КА від центрального блоку. Оскільки в цьому випадку другий ступінь ракети сам по собі виходить на орбіту супутника, для передачі параметрів використовувалася апаратура «Трал», яка була встановлена ​​на носії. Таким чином, другий штучний супутник був весь другий ступінь - центральний блок ракети-носія.

Для розміщення тварини на борту супутника було розроблено спеціальну конструкцію - герметична кабіна тварини (ГКЖ). Укріплена на силовій рамі ГКЖ являла собою циліндричний контейнер діаметром 640 мм і довжиною 800 мм, з знімною кришкою з оглядовим люком. На кришці, що знімається, розташовувалися герметичні роз'єми для введення електричних проводів. Кабіна для тварини була виготовлена ​​з алюмінієвого сплаву. У контейнері дуже компактно розташовувалися піддослідна тварина і все необхідне обладнання, що складалося з установок для регенерації повітря та регулювання температури в кабіні, годівниці із запасом їжі, асенізаційного пристрою та комплекту медичної апаратури.

Установка для регенерації повітря містила регенераційну речовину, яка поглинала вуглекислий газ та водяні пари та виділяла при цьому необхідну кількість кисню. Запас регенераційної речовини забезпечував потреби тварини у кисні протягом 7 діб. Для вентиляції регенераційної установки служили компактні електромотори. Робота установки регулювалася сильфонним барореле, яке при збільшенні тиску повітря понад 765 мм рт.ст. вимикало найактивнішу частину регенераційної установки. Пристрій для регулювання температури повітря включав спеціальний тепловідвідний екран, на який подавався відведене від тваринного повітря, і здвоєне термореле, що включає вентилятор обдування при підвищенні температури повітря в кабіні вище +15°С.

Годування та забезпечення тварини водою вироблялося з металевого резервуару об'ємом 3 л, що містить запас желеподібної маси, розрахованої на повне забезпечення потреби тварини у воді та їжі протягом семи діб.

У 8-му відділі НДІІАМ велася підготовка собак для участі у майбутніх польотах. Керував роботами з тренування тварин та вироблення у них необхідних умовних зв'язків Олег Георгійович Газенко. Виходячи з певних заздалегідь розмірів контейнера для тварини були вибрані невеликі собаки масою не більше 6000 г. Спочатку тварину привчали до обстановки лабораторії та перебування у спеціальних клітинах. Об'єм цих клітин поступово зменшувався, наближаючись до розмірів клітини для собак у герметичній кабіні супутника. Тривалість перебування тварин у таких клітинах у наземних експериментах поступово збільшувалася від кількох годин до 15-20 діб. Одночасно з цим тварину привчали до носіння спеціального одягу, асенізаційного пристрою (закріпленого на тілі мочекалоприймача) та датчиків для реєстрації фізіологічних функцій.

У ході тренування проводилося ретельне індивідуальне припасування всього спорядження. Ця робота вважалася виконаною тоді, коли тварина спокійно переносила 20-добове перебування в тісній клітці з усім спорядженням і при цьому у неї не було жодних порушень загального стану або місцевих пошкоджень.

Наступним етапом тренування було привчання тварин до тривалого перебування у герметичній кабіні. У цій кабіні розміщувалося все потрібне обладнання, призначене для майбутнього польоту супутника. Собаки привчалися до обстановки кабіни, живлення за допомогою автоматів, шуму працюючих агрегатів. Проводилося гасіння реакції тварини на складний комплекс подразників, пов'язаних з монтажем апаратури та обладнання та герметизацією кабіни. Одночасно проводили випробування обладнання кабіни та вимірювальної апаратури, у процесі яких вони були вдосконалені.

До моменту готовності до пуску другого, мешканого штучного супутника Землі в Інституті авіаційної медицини було повністю завершено підготовку та тренування десяти тварин, що тривала загалом близько року. З дуже схожих між собою собак було відібрано три: Альбіна, Лайка та Муха. Був ще четвертий - пес Атом, але він помер під час тренувань. Альбіна була вже досвідченим «космонавтом», який двічі побував у космічному польоті під час запусків геофізичних ракет. Остаточний вибір був зроблений Володимиром Яздовським за десять днів до пуску. У безповоротний політ треба було вирушити дворічної Лайці, Альбіна була зарахована дублером, а собаку Муху було вирішено використовувати як «технологічну» собаку для випробувань за її участю вимірювальної апаратури та обладнання систем життєзабезпечення ГКЖ вже на космодромі. Усі тварини були попередньо прооперовані В.І. Яздовським. Була виведена загальна сонна артерія в шкірний клапоть для вимірювання кров'яного артеріального тиску, на грудній клітці були вживлені датчики для реєстрації ЕКГ і частоти дихальних рухів грудної клітини.

Тренування собак тривали і після прибуття на космодром. Аж до моменту старту Лайка на кілька годин щодня поміщалася у контейнер. Собака повністю освоївся з умовами тренування, спокійно сидів, дозволяв реєструвати показники фізіологічних функцій, охоче приймав їжу. За кілька днів до польоту було проведено генеральну репетицію польоту. Собаку Муху посадили у ГКЖ і залишили у степу. На третю добу її «політ» було вирішено перервати. При розтині кабіни собака виявився живим, але виснаженим, бо за три доби нічого не їв. Як їжу використовувалася желеподібна консистенція харчового раціону, запропонована співробітниками інституту. Цим вирішувалися питання забезпечення тварини необхідною кількістю води у невагомості.

31 жовтня о 10-й ранку Лайку почали готувати до польоту. Близько години ночі 1 листопада ГКЖ із Лайкою було встановлено на ракету. Запуск космічного апарату «Супутник-2» було здійснено 3 листопада 1957 рокуз космодрому Байконур. На зльоті пульс у Лайки доходив до 260 ударів за хвилину (втричі вище за норму). Частота дихання зросла в 4 – 5 разів. У разі невагомості фізіологічні процеси стали нормальними. На жаль, недостатньо ефективно працювала система відведення тепла від кабіни тварини, відбувалося надмірне виділення тепла регенераційною системою. Окрім іншого, відбувалося також «натікання» тепла від невідстикованого останнього ступеня ракети. Температура повітря в біокабіні в перші години польоту коливалася від +10 до +38°С, а потім до 8-ї години польоту підвищилася до +42°С.

Але забезпечити отримання інформації про стан Лайки протягом тижня, як планувалося, не вдалося. Підвів часовий механізм. Команди включення телеметричного передавача видавалися над ті моменти, коли КА проходив над територією СРСР, а десь її межами. Тому жодних відомостей про самопочуття Лайки вже за добу медики не мали. Загибель тварини на другому штучному супутнику Землі походить від перегріву через 5 - 6 годин після початку інтенсивного перегрівання. Таке припущення було висловлено на підставі спеціально проведених аналітичних дослідів на собаках у лабораторних умовах у 1958 році, під час яких собак поміщали у схожі умови. Усі собаки гинули від перегріву. Супутник із мертвим собакою знаходився на орбіті до середини квітня 1958 року, після чого увійшов до щільних шарів атмосфери та згорів.

Супутник Землі - це будь-який об'єкт, який рухається викривленим шляхом навколо планети. Місяць - це оригінальний, природний супутник Землі, і є багато штучних супутників, зазвичай, на близькій орбіті до Землі. Шлях, яким проходить супутник, — це орбіта, яка іноді набуває форми кола.

Зміст:

Щоб зрозуміти, чому супутники рухаються таким чином, ми маємо повернутися до нашого друга Ньютона. існує між будь-якими двома об'єктами у Всесвіті. Якби не ця сила, супутник, що рухається поблизу планети, продовжував би рухатися з тією самою швидкістю і в тому ж напрямку по прямій. Однак цей прямолінійний інерційний шлях супутника врівноважений сильним гравітаційним тяжінням, спрямованим до центру планети.

Орбіти штучних супутників Землі

Іноді орбіта штучного супутника виглядає як еліпс, розчавлене коло, яке переміщається навколо двох точок, відомих як фокуси. Застосовуються самі основні закони руху, крім те, що планета перебуває у одному з фокусів. В результаті, чиста сила, що застосовується до супутника, не рівномірна по всій орбіті і швидкість супутника постійно змінюється. Він рухається найшвидше, коли він найближчий до Землі — точка, відома як перигей — і найповільніша, коли вона знаходиться далі від Землі — точка, відома як апогей.

Існує безліч різних супутникових орбіт Землі. Ті, що отримують найбільшу увагу, — це геостаціонарні орбіти, оскільки вони нерухомі над певною точкою Землі.

Орбіта, обрана штучного супутника, залежить від її застосування. Наприклад, для прямого телевізійного мовлення використовується геостаціонарна орбіта. Багато супутників зв'язку також використовують геостаціонарну орбіту. Інші супутникові системи, такі як супутникові телефони можуть використовувати низькоземні орбіти.

Аналогічно супутникові системи, що використовуються для навігації, такі як система Navstar або Global Positioning (GPS), займають відносно низьку орбіту Землі. Є також багато інших типів супутників. Від метеорологічних супутників до супутників для досліджень. Кожен з них матиме свій власний тип орбіти залежно від його застосування.

Фактична обрана орбіта супутника Землі залежатиме від чинників, включаючи її функцію, і зажадав від області, де вона повинна служити. У деяких випадках орбіта супутника Землі може досягати 100 миль (160 км) для низькоорбітальної орбіти LEO, тоді як інші можуть досягати більше 22 000 миль (36000 км), як у GEO-орбітальної орбіти GEO.

Перший штучний супутник землі

Перший штучний супутник землі був запущений 4 жовтня 1957 року Радянським Союзом і був першим штучним супутником історії.

Супутник 1 був першим із кількох супутників, запущених Радянським Союзом у програмі «Супутник», більшість із яких були успішними. Супутник 2 слідував за другим супутником на орбіті, а також першим, щоб нести тварину на борту, суку на ім'я Лайка. Перший провал зазнав супутника 3.

Перший супутник землі мав приблизну масу 83 кг, мав два радіопередавачі (20007 і 40002 МГц) і обертався на орбіті Землі на відстані 938 км від свого апогею і 214 км на своєму перигеї. Аналіз радіосигналів використовувався для отримання інформації про концентрацію електронів у іоносфері. Температура та тиск були закодовані протягом тривалості радіосигналів, які він випромінював, що вказує на те, що супутник не був перфорований метеоритом.

Перший супутник землі був алюмінієвою сферою діаметром 58 см, що має чотири довгі і тонкі антени довжиною від 2,4 до 2,9 м. Антени виглядали як довгі вуса. Космічний апарат отримав інформацію про щільність верхніх шарів атмосфери та поширення радіохвиль в іоносфері. Прилади та джерела електричної енергії були розміщені в капсулі, яка також включала радіопередавачі, що працюють у 20.007 та 40.002 МГц (близько 15 та 7,5 м на довжині хвилі), викиди були зроблені в альтернативних групах по 0, 3 із тривалості. Заземлення телеметрії включало дані про температуру всередині та на поверхні сфери.

Оскільки сфера була заповнена азотом під тиском, у «Супутника 1» з'явилася перша нагода виявити метеорити, хоча вона й не виявила. Втрата тиску всередині через проникнення на зовнішню поверхню була відображена в даних про температуру.

Види штучних супутників

Штучні супутники бувають різних видів, форм, розмірів та відіграють різні ролі.

• Супутники погодидопомагають метеорологам прогнозувати погоду чи бачити, що відбувається зараз. Хорошим прикладом є геостаціонарний експлуатаційний екологічний супутник (GOES). Ці супутники землі зазвичай містять камери, які можуть повертати фотографії земної погоди, або з фіксованих геостаціонарних положень або з полярних орбіт.
• Супутники зв'язкудозволяють передавати телефонні та інформаційні розмови через супутник. Типові супутники зв'язку включають Telstar та Intelsat. Найважливішою особливістю супутника зв'язку є приймач-радіо, який приймає розмову на одній частоті, а потім посилює його і повторно передає назад на Землю на іншій частоті. Супутник зазвичай містить сотні чи тисячі транспондерів. Комунікаційні супутники зазвичай геосинхронні.
• Широкомовні супутникипередають телевізійні сигнали від однієї точки в іншу (аналогічно супутникам зв'язку).
• Наукові супутники, такі як Космічний телескоп Хаббл, виконують різноманітні наукові місії. Вони дивляться на все, від сонячних плям до гамма-променів.
• Супутники навігаціїдопомагають кораблям та літакам переміщатися. Найвідомішими є супутники GPS NAVSTAR.
• Рятувальні супутникиреагують на сигнали радіоперешкод.
• Супутники спостереження Земліперевіряють планету щодо змін у всьому: від температури, лісонасаджень, до покриття крижаного покриву. Найвідомішими є серії Landsat.
• Військові супутникиЗемлі перебувають на орбіті, але більшість фактичної інформації про становище залишається секретною. Супутники можуть включати ретрансляцію зашифрованого зв'язку, ядерний моніторинг, спостереження за пересуваннями супротивника, раннє попередження про запуск ракет, підслуховування наземних радіоліній, радіолокаційну візуалізацію та фотографії (з використанням, по суті, великих телескопів, які фотографують цікаві у військовому відношенні області).

Земля зі штучного супутника у реальному часі

Зображення землі зі штучного супутника, що транслюється в режимі реального часу НАСА з Міжнародної космічної станції. Зображення захоплюються чотирма камерами високої роздільної здатності, ізольованими від низьких температур, що дозволяє нам почуватися ближче до космосу, ніж будь-коли.

Експеримент (HDEV) на борту МКС було активовано 30 квітня 2014 року. Він встановлений на зовнішньому вантажному механізмі Columbus Європейського космічного агентства. Цей експеримент включає кілька відеокамер високої чіткості, які поміщені в корпус.

Порада; помістіть плеєр у HD та повний екран. Трапляються випадки, коли екран буде чорним, це може бути з двох причин: станція проходить через зону орбіти, де вона знаходиться вночі, орбіта триває приблизно 90 хв. Або екран темніє, коли камери змінюються.

Скільки супутників на орбіті Землі 2018 року?

Згідно з індексом об'єктів, що запускаються до космічного простору, яке веде Управління Організації Об'єднаних Націй з питань космічного простору (UNOOSA), на даний час на орбіті Землі близько 4 256 супутників, що на 4,39% більше, ніж торік.

221 супутник був запущений у 2015 році, що є другим за величиною за один рік, хоча він нижчий за рекордну кількість 240, запущену в 2014 році. Збільшення числа супутників, що обертаються навколо Землі, менше, ніж число, запущене минулого року, оскільки супутники мають обмежену тривалість життя. Великі супутники зв'язку від 15 і більше років, тоді як малі супутники, такі як CubeSat, можуть розраховувати лише термін служби 3-6 місяців.

Скільки із цих орбітальних супутників Землі працює?

Союз вчених (UCS) уточнює, які з цих орбітальних супутників працюють і це не так багато, як ви думаєте! В даний час існує тільки 1419 оперативних супутників Землі - всього близько однієї третини з усього числа на орбіті. Це означає, що навколо планети багато марного металу! Ось чому існує великий інтерес з боку компаній, які дивляться, як вони захоплюють та повертають космічний сміття, з використанням таких методів, як космічні мережі, рогатки або сонячні вітрила.

Що роблять усі ці супутники?

За даними UCS, основними цілями операційних супутників є:

• Зв'язок - 713 супутника
• Спостереження Землі / наука - 374 супутника
• Технологічна демонстрація/розробка з використанням 160 супутників
• Навігація & GPS - 105 супутника
• Космічна наука - 67 супутників

Слід зазначити, деякі супутники мають кілька цілей.

Кому належать супутники Землі?

Цікаво відзначити, що в базі даних UCS є чотири основні типи користувачів, хоча приналежність 17% супутників у кількох користувачів.

• 94 супутники, зареєстровані цивільними особами: вони зазвичай є навчальними закладами, хоча є й інші національні організації. 46% цих супутників мають на меті розвиток технологій, таких як наука про Землю та космос. Спостереження становлять ще 43%.
• 579 належать комерційним користувачам: комерційні та державні організації, які хочуть продавати зібрані ними дані. 84% цих супутників зосереджено на послугах зв'язку та глобального позиціонування; з решти 12% - супутники спостереження Землі.
• 401 супутник належить державними користувачами: переважно національні космічні організації, а також інші національні та міжнародні органи. 40% із них — супутники зв'язку та глобального позиціонування; ще 38% зосереджено на спостереженні Землі. З тих, хто залишився, розвиток космічної науки і техніки становить 12% і 10% відповідно.
• 345 супутника належать військовим: тут знову зосереджено зв'язок, спостереження Землі та системи глобального позиціонування, причому 89% супутників мають одну з цих трьох цілей.

Скільки супутників у країн

За даними UNOOSA, близько 65 країн запустили супутники, хоча в базі даних UCS є лише 57 країн, зареєстрованих з використанням супутників, і деякі супутники перераховані зі спільними / багатонаціональними операторами. Найбільші:

• США із 576 супутниками
• Китай із 181 супутниками
• Росія зі 140 супутниками
• Великобританія вказана як має 41 супутник, плюс бере участь у додаткових 36 супутниках, які має Європейське космічне агентство.

Пам'ятайте, коли ви дивитеся!
Наступного разу, коли ви подивіться на нічне небо, пам'ятайте, що між вами та зірками є близько двох мільйонів кілограмів металу, що оточує Землю!

Познайомимося тепер з другою космічною чи параболічною швидкістю, під якою розуміють швидкість, необхідну у тому, щоб тіло подолало земне тяжіння. Якщо тіло досягне другої космічної швидкості, то воно може відійти від Землі на будь-яку скільки завгодно велику відстань (передбачається, що на тіло не діятимуть жодні інші сили, крім сил земного тяжіння).

Найпростіше для отримання величини другої космічної швидкості скористатися законом збереження енергії. Цілком очевидно, що після вимкнення двигунів сума кінетичної та потенційної енергії ракети має залишатися постійною. Нехай у момент вимкнення двигунів ракета перебувала з відривом R від центру Землі і мала початкову швидкість V (для простоти розглянемо вертикальний політ ракети). Тоді в міру віддалення ракети від Землі швидкість її зменшуватиметься. На деякій відстані r max ракета зупиниться, оскільки її швидкість обернеться в нуль, і почне вільно падати на Землю. Якщо в початковий момент ракета мала найбільшу кінетичну енергію mV 2 /2, а потенційна енергія дорівнювала нулю, то в найвищій точці, де швидкість дорівнює нулю, кінетична енергія звертається в нуль, переходячи повністю в потенційну. Згідно із законом збереження енергії, знаходимо:

mV 2 /2=fmM(1/R-1/r max) або V 2 =2fM(1/R-1/r max).

вважаючи r max ,нескінченно, знайдемо значення другої космічної швидкості:

V пар = 2fM/R = 2fM/R = 2V кр.

Виявляється, вона перевищує першу космічну швидкість 2

разів. Якщо згадати, що прискорення вільного падіння g=fM/R 2 то приходимо до формули V пар = 2gR . Щоб визначити другу космічну швидкість біля Землі, слід у цю формулу підставити R=6400км, у результаті отримаємо: V кр »11,19 км/сек

За наведеними формулами можна обчислити параболічну швидкість будь-який відстані від Землі, і навіть визначити її значення інших тіл сонячної системи.

Виведений вище інтеграл енергії дозволяє вирішити багато завдань космонавтики, наприклад, дозволяє проводити прості наближені розрахунки руху супутників планети, космічних ракет та великих планет. Виведена формула параболічної швидкості може бути використана і в наближених розрахунках міжзоряного польоту. Щоб здійснити політ до зірок, потрібно подолати сонячне тяжіння, тобто. Зорельоту

повинна бути повідомлена швидкість, при якій він рухатиметься щодо Сонця по параболічній або гіперболічній орбіті. Назвемо найменшу початкову швидкість третьою космічною швидкістю. Підставляючи у формулу параболічної швидкості замість М значення маси Сонця, а замість R - середня відстань від Землі до Сонця, знайдемо, що зорельоту, що стартує із земної орбіти, повинна бути повідомлена швидкість близько 42,2 км/сек. Отже, якщо тілу повідомити геліоцентричну швидкість 42,2 км/сек, воно назавжди залишить сонячну систему, описавши щодо Сонця параболическую орбіту. З'ясуємо, якою має бути величина швидкості щодо Землі, щоб забезпечити видалення тіла не лише від Землі, а й від Сонця? Іноді міркують так: оскільки середня швидкість Землі щодо Сонця дорівнює 29,8 км/сек, необхідно повідомити космічному кораблю швидкість, рівну 42,2 км/сек – 29,8 км/сек, тобто. 12,4 км/сек. Це не так, тому що в цьому випадку не враховується рух Землі по орбіті під час видалення космічного корабля і тяжіння з боку Землі, поки корабель перебуває у сфері її дії. Тому третя космічна швидкість щодо Землі більша за 12,4 км/сек і дорівнює 16,7 км/сек.

Рух штучних супутників Землі.

Рух штучних супутників Землі не описується законами Кеплера, що обумовлюється двома причинами:

1) Земля не є точно кулею з однорідним розподілом густини за обсягом. Тому її поле тяжіння не еквівалентне полю тяжіння точкової маси, розташованої в геометричному центрі Землі;

2) Земна атмосфера надає гальмуючий вплив на рух штучних супутників, внаслідок чого їх орбіта змінює свою форму та розміри і в кінцевому результаті супутники падають на Землю.

По відхилення руху супутників від кеплерівського можна вивести висновок про форму Землі, розподіл щільності за її обсягом, будову земної атмосфери. Тому саме вивчення руху штучних супутників дозволило отримати найповніші дані з цих питань.

Якби Земля була однорідною кулею і не існувало б атмосфери, супутник рухався б по орбіті, площина зберігає незмінну орієнтацію в просторі щодо системи нерухомих зірок. Елементи орбіти у разі визначаються законами Кеплера. Оскільки Земля обертається, при кожному наступному обороті супутник рухається над різними точками земної поверхні. Знаючи трасу супутника за один якийсь оборот, неважко передбачити його становище у всі наступні моменти часу. Для цього необхідно врахувати, що Земля обертається із заходу на схід із кутовою швидкістю приблизно 15 градусів на годину. Тому на наступному обороті супутник перетинає тугіше широту на захід на стільки градусів, на скільки Земля повернеться на схід за період обертання супутника.

Через опір земної атмосфери супутники що неспроможні довго рухатися висотах нижче 160 км. Мінімальний період звернення на такій висоті по круговій орбіті дорівнює приблизно 88 хв, тобто приблизно 1,5 години. За цей час Земля повертається на 22,5 градуси. На широті 50 градусів цьому кутку відповідає відстань 1400 км. Отже, можна сказати, що супутник, період обігу якого 1,5 години, на широті 50 градусів спостерігатиметься при кожному наступному обороті приблизно на 1400 км на захід, ніж на попередньому.

Однак такий розрахунок дає достатню точність передбачень лише для кількох обертів супутника. Якщо йдеться про значний проміжок часу, то треба взяти до уваги відмінність зоряної доби від 24 годин. Оскільки один оберт навколо Сонця відбувається Землею за 365 діб, то за одну добу Земля навколо Сонця описує кут приблизно в 1 градус (точніше, 0,99) у тому ж напрямку, в якому обертається навколо своєї осі. Тому за 24 години Земля повертається щодо нерухомих зірок не так на 360 градусів, але в 361 і, отже, робить один оборот за 24 години, а 23 години 56 хвилин. Тому траса супутника по широті зміщується захід не так на 15 градусів на годину, але в 15,041 градусів.

Кругова орбіта супутника в екваторіальній площині, рухаючись по якій він знаходиться весь час над тією ж точкою екватора, називається геостаціонарною. Майже половина земної поверхні може бути пов'язана із супутником на синхронній орбіті, що прямолінійно поширюється сигналами високих частот або світловими сигналами. Тому супутники на синхронних орбітах мають значення для системи зв'язку.

Посадка космічних кораблів

Однією з найскладніших проблем космонавтики є посадка космічного корабля чи контейнера з науковою апаратурою Землю чи планету призначення. Методика посадки різні небесні тіла істотно залежить від наявності атмосфери на планеті призначення, від фізичних властивостей поверхні та багатьох інших причин. Чим щільніша атмосфера, тим простіше погасити космічну швидкість корабля і посадити його, бо планетна атмосфера може бути використана як своєрідний повітряний гальм.

Можна вказати три способи посадки космічних кораблів. Перший спосіб - жорстка посадка, що відбувається без гасіння швидкості корабля. Зберігаючи у момент удару із планетою космічну швидкість, корабель руйнується. Наприклад, при зближенні із Місяцем швидкість корабля становить 2,3 – 3,3 км/сек. Створення конструкції, які б витримували ударні напруги, що виникають при цих швидкостях, - завдання технічно нерозв'язне. Така ж картина спостерігатиметься за жорсткої посадки на Меркурій, астероїди та інші небесні тіла, позбавлені атмосфери.

Інший спосіб посадки - груба посадка з частковим уповільненням швидкості. У цьому варіанті при вході ракети у сферу дії планети корабель слід розгорнути таким чином, щоб сопла двигунів були направлені у бік призначення. Тоді потяг двигунів, спрямований у бік, протилежний руху корабля, сповільнюватиме рух. Поворот корабля навколо його осі можна здійснити за допомогою двигунів невеликої потужності. Одне з можливих розв'язків задачі полягає у встановленні з обох боків корабля двох двигунів, зміщених відносно один одного, причому сили тяги цих двигунів повинні бути спрямовані протилежно. Тоді виникає пара сил (дві рівних за величиною та протилежних за напрямом сили), яка розгорне корабель у потрібному напрямку. Потім включаються ракетні двигуни, що зменшують швидкість до певної межі. У момент посадки ракета може мати швидкість кілька сотень метрів на секунду, щоб вона могла витримати удар об поверхню.

2007 р.

Основна ідея

Цей сайт присвячений питанням спостереження штучних супутників Землі(далі ШСЗ ). З часу початку космічної ери (4 жовтня 1957 р. було запущено перший ШСЗ - "Супутник-1") людство створило величезну кількість супутників, які кружляють навколо Землі за всілякими орбітами. На сьогоднішній момент кількість подібних рукотворних об'єктів перевищує десятки тисяч. В основному це "космічний сміття" - уламки ШСЗ, відпрацьовані щаблі ракет і т.д. Лише невелика частина їх складають діючі ШСЗ.
Серед них є і дослідні, і метеорологічні, супутники зв'язку і телекомунікації, і військові ШСЗ. Простір навколо Землі "заселений" ними від висот 200-300 км і до 40000 км. Лише частина з них доступна для спостережень із використанням недорогої оптики (біноклі, підзорні труби, аматорські телескопи).

Створюючи цей сайт, автори ставили собі за мету - зібрати воєдино інформацію про методи спостереження та зйомки ШСЗ, показати, як розраховувати умови їх прольоту над певною місцевістю, описати практичні аспекти питання спостереження та зйомки. На сайті представлено, в основному, авторський матеріал, отриманий під час проведення спостережень учасниками секції "Космонавтика" астрономічного клубу "hν" при Мінському планетарії (Мінськ, Білорусь).

І все ж таки, відповідаючи на основне питання - "Навіщо?", Треба сказати наступне. Серед усіляких хобі, якими захоплюється людина, є астрономія та космонавтика. Тисячі любителів астрономії спостерігають за планетами, туманностями, галактиками, змінними зірками, метеорами та іншими астрономічними об'єктами, фотографують їх, проводять свої конференції та "майстер-класи". Навіщо? Це просто хобі, одне з багатьох. Спосіб уникнути щоденних проблем. Навіть тоді, коли любителі виконують роботи, що мають наукову значущість, вони залишаються аматорами, які роблять це для задоволення. Астрономія та космонавтика - дуже "технологічні" захоплення, де можна застосувати свої знання оптики, електроніки, фізики та ін природничо-наукових дисциплін. А можна і не застосовувати – і просто отримувати задоволення від споглядання. З супутниками справи схожі. Особливо цікаво стежити за тими ШСЗ, інформація про які не поширюється у відкритих джерелах – це військові супутники розвідки різних країн. У будь-якому випадку спостереження ШСЗ - це полювання. Часто ми можемо заздалегідь вказати, де і коли здасться супутник, але не завжди. А як він себе "поводитиме" - передбачити ще складніше.

Подяки:

Описані методики були створені на основі спостережень та досліджень, у яких взяли участь члени клубу любителів астрономії "hν" Мінського планетарію (Білорусь):

• Бозбей Максим.
• Дремін Геннадій.
• Кенько Зоя.
• Мечинський Віталій.

Також велику допомогу надали члени клубу любителів астрономії "hν" Лебедєва Тетяна, Повалішев Володимирі Ткаченко Олексій. Окрема подяка Олександру Лапшину(Росія), profi-s (Україна), Данилу Шестакову (Росія) та Анатолію Григор'єву (Росія) за допомогу у створенні п. II §1 "Фотометрія ШСЗ", Глави 2 та Глави 5, а Олене (Tau, Росія)також за консультації та написання кількох розрахункових програм. Автори також дякують Абгаряна Михайла (Білорусь), Горячко Юрія (Білорусь), Григор'єва Анатолія (Росія), Єленіна Леоніда (Росія), Жука Віктора (Білорусь), Молотова Ігоря (Росія), Морозова Костянтина (Білорусь), Плаксу Сергія (Україна), Прокопюка Івана (Білорусь)за надані ілюстрації для деяких розділів сайту.

Частину матеріалів отримано під час виконання замовлення УП "Геоінформаційні системи" Національної академії наук Білорусі. Подання матеріалів виконується на некомерційній основі з метою популяризації Білоруської космічної програми серед дітей та молоді.

Віталій Мечинський, Куратор секції "Космонавтика" астроклубу "hν".

Новини сайту:

• 01.09.2013: Значно Оновлено підпункт 2 "Фотометрія ШСЗ за проліт"п. II §1 - ​​додана інформація за двома методиками фотометрії треків ШСЗ (метод фотометричного профілю треку та метод ізофотної фотометрії).
• 01.09.2013: Оновлено підпункт п. II §1 - ​​додано інформацію щодо роботи з рограмою "Highecl" для розрахунку ймовірних спалахів від ГСС.
• 30.01.2013: Оновлено "Глава 3"- Додано інформацію про роботу з рограмою "MagVision" для розрахунку падіння проникнення від засвічення з боку Сонця та Місяця.
• 22.01.2013: Оновлено Главу 2. Додано анімацію руху супутників по небу за одну хвилину.
• 19.01.2013: Оновлено підпункт "Візуальні спостереження ШСЗ"п.1 "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про пристрої підігріву електроніки та оптики для захисту від випадання роси, інею та від надмірного охолодження.
• 19.01.2013: Додана до "Главу 3"інформація про падіння проникнення при засвіченні від Місяця та сутінків.
• 09.01.2013: Доданий підпункт "Спалахи від лідара ШСЗ "CALIPSO"підпункту "Фотографування спалахів" п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Описана інформація щодо особливостей спостереження спалахів від лазерного лідара ШСЗ "CALIPSO" та процес підготовки до них.
• 05.11.2012: Оновлено вступну частину §2 Глави 5. Додано інформацію про необхідний мінімум обладнання для радіоспостережень ШСЗ, а також наведено схему світлодіодного індикатора рівня сигналу, який використовується для виставлення безпечного для диктофона рівня вхідного аудіо-сигналу.
• 04.11.2012: Оновлено підпункт "Візуальні спостереження ШСЗ"п.1 "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про зірковий атлас Брно, а також про червону плівку на РК-екрани електронних пристроїв, що використовуються при спостереженнях.
• 14.04.2012: Оновлено підпункт підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п.1 "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про роботу з програмою "SatIR" для ототожнення ШСЗ на фотографіях з широким полем зору, а також кінців треків ШСЗ ними.
• 13.04.2012: Оновлено підпункт "Астрометрія ШСЗ на отриманих знімках: фото та відео"підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п.1 "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про роботу з програмою "AstroTortilla" для визначення координат центру поля зору знімків ділянок зоряного неба.
• 20.03.2012: Оновлено підпункт п.2 "Класифікація орбіт ШСЗ за величиною великої півосі" §1 Глави 2. Додано інформацію про величину дрейфу ГСС та обурень орбіти.
• 02.03.2012: Доданий підпункт "Спостереження та зйомка запусків ракет на відстані"підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п. I "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Описано інформацію щодо особливостей спостереження польоту ракет-носіїв на етапі виведення.
• "Конвертування астрометрії в IOD-формат"підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п.I "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Додано опис роботи з програмою "ObsEntry for Window" для конвертації астрометрії ШСЗ в IOD-формат - аналог програми "OBSENTRY", але для ОС Windows.
• 25.02.2012: Оновлено підпункт "Сонячно-синхронні орбіти"п.1 "Класифікація орбіт ШСЗ по способу" §1 Глави 2. Додано інформацію про розрахунок значення способу i ss сонячно-синхронної орбіти ШСЗ залежно від ексцентриситету і великої півосі орбіти.
• 21.09.2011: Оновлено підпункт підпункту 2 "Фотометрія ШСЗ за проліт" п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про синодичний ефект, що спотворює визначення періоду обертання ШСЗ.
• 14.09.2011: Оновлено підпункт "Розрахунок орбітальних (кеплерівських) елементів орбіти ШСЗ на основі астрометричних даних. Один проліт"підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п. I "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про програму "SatID" для ідентифікації супутника (використовуючи отримані TLE) серед супутників зі сторонньої бази TLE, а також описаний метод ідентифікації супутника в програмі "Heavensat" на основі побаченого прольоту біля опорної зірки
• 12.09.2011: Оновлено підпункт "Розрахунок орбітальних (кеплерівських) елементів орбіти ШСЗ на основі астрометричних даних. Кілька прольотів" підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п. I "Визначення орбіт ШВЗ" §1 Глави 5 -Елементи на потрібну дату.
• 12.09.2011: Доданий підпункт "Входження ШСЗ в атмосферу Землі"підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п. I "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Описано інформацію щодо роботи з програмою "SatEvo" для передбачення дати входження ШСЗ у щільні шари атмосфери Землі.
• "Спалахи від геостаціонарних ШСЗ"підпункту "Фотографування спалахів" п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про період видимості спалахів ГСС.
• 08.09.2011: Оновлено підпункт "Зміна блиску ШСЗ протягом прольоту"підпункту 2 "Фотометрія ШСЗ за проліт" п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про вид фазової функції для декількох прикладів поверхонь, що відбивають.
• підпункту 1 "Спостереження спалахів ШСЗ" п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Додано інформацію про нерівномірність шкали часу вздовж зображення треку ШСЗ на матриці фотоприймача.
• 07.09.2011: Оновлено підпункт "Фотометрія ШСЗ за проліт"п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Додано приклад складної кривої блиску ШСЗ "NanoSail-D" (SCN:37361) та моделювання його обертання.
• "Спалахи від низькоорбітальних ШСЗ"підпункту 1 "Спостереження спалахів ШСЗ" п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Додано фотографію та фотометричний профіль спалаху від LEO ШСЗ "METEOR 1-29".
• 06.09.2011: Оновлено підпункт "Геостаціонарні та геосинхронні орбіти ШСЗ"§1 Глави 2. Додано інформацію про класифікацію геостаціонарних ШСЗ, інформацію про формі траєкторій ГСС.
• 06.09.2011: Оновлено підпункт "Зйомка прольоту ШСЗ: обладнання для зйомки. Оптичні елементи"підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ" п. I "Визначення орбіт ШСЗ" §1 Глави 5. Додані посилання на огляди вітчизняних об'єктивів у застосуванні до зйомки ШСЗ.
• 06.09.2011: Оновлено підпункт "Фазовий кут"п. II "Фотометрія ШСЗ" §1 Глави 5. Додано анімацію зміни фази супутника залежно від фазового кута.
• 13.07.2011: Закінчено заповнення всіх розділів та розділів сайту.
• 09.07.2011: Закінчено написання вступної частини до п. II "Фотометрія ШСЗ"§1 Глави 5.
• 05.07.2011: Закінчено написання вступної частини до §2 "Радіоспостереження ШСЗ"Розділ 5.
• 04.07.2011: Оновлено підпункт "Обробка спостережень"п. I "Прийом телеметрії ШСЗ" §2 Глави 5.
• 04.07.2011: Закінчено написання п. II "Отримання знімків хмарності"§2 Глави 5.
• 02.07.2011: Закінчено написання п. I "Прийом телеметрії ШСЗ"§2 Глави 5.
• 01.07.2011: Закінчено написання підпункту "Фото/відео зйомка ШСЗ"п. I §1 Глави 5.
• 25.06.2011: Закінчено написання Додатків.
• 25.06.2011: Закінчено написання вступної частини до Глави 5: "Що і як спостерігати?"
• 25.06.2011: Закінчено написання вступної частини до §1 "Оптичні спостереження"Розділ 5.
• 25.06.2011: Закінчено написання вступної частини до п. I "Визначення орбіт ШСЗ"§1 Глави 5.
• 25.06.2011: Закінчено написання Глави 4: "Про час".
• 25.01.2011: Закінчено написання Глави 2: "Які орбіти та ШСЗ бувають?".
• 07.01.2011: Закінчено написання Глави 3: "Підготовка до спостережень".
• 07.01.2011: Закінчено написання Глави 1: "Як рухаються ШСЗ?"

Теорія руху ШСЗ та інших КЛА, що застосовуються в дистанційному зондуванні, картографії та геодезії, є складним розділом прикладної небесної механіки. Зазначені КЛА, як правило, мають низькі орбіти з висотою перицентру близько 250400 км. Тому навіть невеликі зміни концентрацій мас у тілі Землі, всі відхилення форми Землі від сферичної викликають обурення елементів орбіти. Крім того, рух КЛА відбувається у досить щільних шарах атмосфери. Необхідно мати досконалу модель атмосфери, що дозволяє з високою точністю розраховувати на обурення.

При вирішенні завдань космічної зйомки та геодезії необхідно особливо точне інтегрування рівнянь руху ШСЗ з урахуванням усіх факторів, що обурюють. Ці розрахунки проводяться у обчислювальних центрах, пов'язаних із космосом, наприклад, у державному комітеті «Природа», та видаються заінтересованим організаціям. Інженеру-геодезисту, землевпоряднику, фотограметристу потрібно буде виконувати інтерполювання отриманих даних (координат та складових швидкості) для моментів фотографування.

1.2.1 Закони Кеплера та елементи орбіти

Теоретично незбуреного руху ШСЗ вважають, що супутник обертається навколо сферичної Землі з абсолютно рівномірним розподілом мас у її тілі, і сила тяжіння між Землею та супутником є ​​єдиною причиною його орбітального руху. Усю масу Землі у своїй вважатимуться зосередженої у центрі мас і розглядати рух супутника в гравітаційному полі, створюваному центром мас Землі. Супутник у своїй розглядають як матеріальну точку з одиничною масою.

І тут рух ШСЗ по орбіті описується законами Кеплера, які сформулюємо стосовно руху супутників Землі.

Перший закон Кеплера.Супутник рухається еліпсом, в одному з фокусів якого знаходиться центр мас Землі.

Другий закон Кеплера.Радіус-вектор супутника за рівні проміжки часу описує («замітає») рівні площі.

Третій закон Кеплера.Квадрати періодів обігу будь-яких двох супутників ставляться як куби великих півосей їх орбіт.

Нехай точка М є фокусом, де знаходиться центр мас Землі (рисунок 2). Крапка орбітального еліпса, найближча до фокусу М, називається перицентром.

Малюнок 2 – Орбітальний еліпс.

Крапка А, найбільш віддалена від фокусу Мназивається апоцентром. Лінія, що з'єднує точки Аі П, називається лінією апсид, а самі крапки Аі П-апсидами.

Введемо орбітальну систему координат X  , Y    Z  = 0, початок якої знаходиться у точці М(центрі мас), позитивний напрямок осі X  збігається з напрямком у перицентр.

Полярними координатами в орбітальній системі координат є радіус-вектор і істинна аномалія. Радіус-вектор проводиться з початку координат (точка М) до точки iорбіти, де знаходиться ШСЗ у момент t i. Справжня аномалія - це кут, що відраховується від осі X  до радіусу-вектора.

Рівняння еліпса в полярних координатах:

, (1.

де a- Велика піввісь орбіти; - Ексцентриситет орбіти (еліпса);

- Фокальний параметр.

Ексцентриситет є характеристикою витягнутості (сплюснутості) орбіти і дорівнює:

де a– відстань між центром та фокусом еліпса; b- Мала піввісь еліпса.

Поряд із істинною аномалією при описі руху супутників, планет та зірок використовують ексцентричну аномаліюЕ. Проведемо із центру Cеліпса коло з радіусом, рівним великої півосі aеліпса. З точки iорбіти опустимо перпендикулярну лінію апсид і продовжимо його до перетину з проведеним колом у точці. З'єднавши точку з точкою C, отримаємо кут Еміж напрямком у перицентр та напрямком на точку. Якщо взяти ексцентричну аномалію Еяк аргумент, то рівняння еліпса матиме вигляд:

Наслідком другого закону Кеплера є нерівномірність руху супутника орбітою. Максимального значення орбітальна швидкість досягає у перицентрі, а мінімального – в апоцентрі.

Наслідком третього закону Кеплера є формула для періоду звернення ШСЗ:

(1.

де   - геоцентрична гравітаційна постійна,

G= 6,67259 · 10 -11 Н · м 2 · кг -2 - постійна всесвітнього тяжіння;

М = 5,976·10 24 кг – маса Землі.

Розмір   є однією з фундаментальних геофізичних констант.

Орієнтацію орбітальної площини у просторі визначатимемо за допомогою ейлерових кутів J,, та.

Нахилення орбітиJ– кут між орбітальною площиною та площиною екватора. Кут Jзмінюється від 0 ° (ШСЗ рухається по екватору із заходу на схід) до 180 ° (ШСЗ рухається в протилежному напрямку).

Довгота висхідного вузла – кут між напрямком від центру мас Землі на точку весняного рівнодення та лінією вузлів (лінією перетину площини орбіти та площини екватора).

Кут   –аргумент перицентру– вимірюється від позитивного спрямування лінії вузлів O до лінії апсид O (Рисунок 3).

Кути J,називаються ейлеровими кутами, Що визначають орієнтацію орбітальної системи координат щодо геоцентричної системи координат

Часто вводять також кут U:

U=, (1.

який називають аргументом широти.

Розглянемо рисунок 3. Тут позначено:

Oxyz –геоцентрична інерційна система координат;

OXYZ –грінвічська геоцентрична система координат, яка обертається разом із Землею навколо осі OZ, роблячи один оборот за одну зіркову добу;

S i –зірковий часу Грінвічі, що дорівнює куту між осями Oxі OX у момент t i ;

крапка  –висхідний вузол орбітиШСЗ, який є точкою перетину екватора та орбіти при русі ШСЗ з південної півкулі в північну;

O  – позитивний напрямок лінії вузлів, якою перетинаються площину орбіти і площину земного екватора;

i - Положення ШСЗ на орбіті в момент фотографування t i ;

–геоцентричний радіус-векторШСЗ у момент фотографування t i ;

 iі  i – геоцентричні пряме сходженняі відмінюванняШСЗ;

Кут  –довгота висхідного вузла; кут між напрямком осі Oxв точку весняного рівнодення і позитивним напрямом лінії вузлів O;

Кут J - Кут нахилу ( спосіб) площині орбіти до площини екватора;

Крапка  i –перицентрорбіти, точка орбіти, найближче розташована до центру мас Землі (фокусу орбітального еліпса);

Кут  –аргумент перицентру, що відраховується в площині орбіти від позитивного напрямку лінії вузлів. Oдо напрямку Oв перицентр.

Малюнок 3 - Орбіта ШСЗ у грінвічській системі координат

Інерційні геоцентричні координати супутника виражаються через радіус-вектор rта ейлерові кути наступними формулами.