какую работу выполняют искусственные спутники
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
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.
Шпионаж
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.
Навигация
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)
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
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
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
30 лет космической станции «Мир»: как это было
Советский форпост
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
30 лет космической станции «Мир»: как это было
Неудачи, поломки, неисправности…
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
Определение понятия
Искусственными спутниками называют космические летательные устройства, вращающиеся вокруг планеты по геометрической орбите. Для стабильного движения такой объект должен иметь такую начальную скорость, чтобы она равнялась или была больше первой космической. Высота полёта может колебаться в пределах двух-трех сотен тысяч км. А ее нижняя граница обусловлена тем, что спутник не должен быстро тормозить при попадании в атмосферу.
Период его обращения по орбите связан со средней высотой полета. В разных случаях он может составлять от полутора часов до нескольких лет. Особое значение имеют объекты, находящиеся на геостационарной орбите. У них период обращения равен суткам. Но для наземного наблюдателя они выглядят так, словно неподвижно висят в небе. А это позволяет не устанавливать поворотное устройство в антеннах.
Кратко говоря, спутниками являются беспилотные космические аппараты. Но они бывают и пилотируемыми, и автоматическими грузовыми. А также к этому понятию относятся орбитальные станции. Всё зависит от того, как именно был запущен объект.
Автоматические межпланетные станции и космические корабли могут попадать в пространство, минуя некоторые стадии запуска. Но если аппарат предварительно выводят на опорную орбиту, то он уже считается спутником.
Естественные спутники
В отличие от искусственных, естественными спутниками называются космические тела природного происхождения, которые вращаются вокруг планет. Ученые долгое время исследовали эти объекты. В результате сформировались две разные теории:
В первом варианте от планеты откалывались большие куски, которые затем вращались вокруг неё. Под воздействием внешних сил они постепенно приобретали форму шара. Согласно второй теории, планеты притягивали астероиды. Делали они это с помощью своей гравитационной силы. Постепенно объекты начинали двигаться по орбите этой планеты и также приобретали круглую форму.
У Земли есть только один естественный спутник — Луна. Об этом стоит рассказать в реферате или сообщении на тему космических объектов. Ученым удалось выяснить, что составы планеты и спутника имеют одинаковые химические соединения. На основе этого они выдвинули предположение, что Луна раньше была частью Земли. Хотя ещё в 19 и 20 веках астрономы считали, что у нашей планеты есть несколько спутников. Но затем им удалось установить, что Луна является единственной.
Варианты запуска
В самом начале освоения космоса спутники запускали только с помощью ракет-носителей. Но в конце ХХ века распространился и другой вариант, когда их отправляли в пространство с орбитальных станций или кораблей. Существуют и другие способы выведения устройств, но пока они развиты только в теории:
Спустя некоторое время люди научились запускать больше одного спутника с одной ракеты-носителя. А уже 2013 году они смогли вывести в космос одновременно три десятка объектов. В результате некоторых экспериментов последние ступени носителей также вышли на орбиту, на какое-то время и они стали спутниками.
Но у беспилотных объектов довольно разнообразная масса: от 3−5 кг до 20 т. Отличается и размер, он может колебаться от нескольких сантиметров до десятков метров. Космические корабли и космопланы считаются спутниками, они имеют большие габариты. Но самыми огромными являются сборные орбитальные станции.
В 21 веке благодаря развитию нанотехнологий специалисты смогли создать сверхмалые объекты нового формата — кубсат и покеткуб. Большинство аппаратов невозвратные, но некоторые из них могут частично опускаться на планету. Среди таких выделяют пилотируемые и грузовые корабли, спускаемые аппараты, космопланы. Все современные спутники Земли необходимы для научных исследований, а также для образования. В качестве хобби некоторые астрономы-любители запускают радиообъекты.
В начале космической эры этой работой занимались только государственные организации, но сегодня широкое распространение получили аппараты частных компаний.
Известные виды
Спутники делятся на группы в зависимости от их назначения. Некоторые используются для исследования планет, другие предназначены для проведения научных экспериментов. Существует довольно большой список искусственных спутников земли, их можно разделить на виды:
Астрономические аппараты предназначены для исследования галактик, планет и других объектов. Биологический тип необходим для изучения и проведения научных экспериментов над живыми организмами в космических условиях. Есть ещё спутники дистанционного зондирования земли — они позволяют ученым наблюдать за поверхностью планеты и делать её снимки.
С помощью метеорологических объектов можно предсказывать погоду и исследовать изменения климата. Военные аппараты используются в целях обеспечения разведывательной деятельности. А спутник связи позволяет реконструировать радиосигнал между разными точками на поверхности Земли. Прикладные помогают решать технические и хозяйственные задачи. Навигационный тип позволяет определить местоположение водных, наземных и воздушных объектов. Корабли и станции предназначены для выхода человека в открытое космическое пространство.
Исторические сведения
Искусственные спутники запускались более чем 70 разными государствами, их разрабатывали отдельные компании. Вылет осуществлялся с помощью собственных ракет-носителей и предоставляемых пусковых аппаратов из других стран. Финансированием этих экспериментов занимались государственные и частные организации.
Первый в мире искусственный объект был запущен в космос 4 октября 1957 года из СССР. А далее список искусственных спутников Земли только расширялся:
Начиная с 1957 года и до сегодняшнего дня в космос было запущено около 17 000 устройств. Большая часть принадлежит бывшему Советскому Союзу. Но действующих аппаратов в настоящее время гораздо меньше. Хотя некоторые государства только планируют запустить свои первые объекты. К таким странам относятся Армения, Иордания, Демократическая Республика Конго, Молдавия, Парагвай, Сербия, Узбекистан, Хорватия и Эфиопия, а также небольшие государства Азии, Африки и Ближнего Востока.
Такое огромное количество спутников в космосе привело к некоторым проблемам. В 2009 году впервые в истории произошло столкновение объектов. В контакт вступили российский военный аппарат и американский связной. Проблема заключалась в том, что спутник РФ был выведен на орбиту в 1994 году, но в 1996 его списали. Столкновение произошло над северной частью Сибири. В результате образовалось два огромных облака из мелких фрагментов и обломков.
Интересные факты
В краткий реферат или рассказ о проекте искусственных спутников Земли можно включить интересные факты, связанные с космическими аппаратами. Все объекты программируют таким образом, чтобы избежать столкновения с метеоритами. В истории известен только один случай, когда устройство было уничтожено космическим телом.
Благодаря изображениям с высоким разрешением, полученным с помощью аппарата, исследовательница Сара Паркак вместе со своей командой смогла обнаружить в Египте 17 пирамид и тысячу гробниц. С тех пор ученые стараются привлечь больше сотрудников к космической археологии, чтобы предотвратить расхищение древних городов, которые еще не стали известными.
Первые американские разведывательные аппараты фотографировали Землю из космоса и сбрасывали кассеты в пленочных капсулах прямо в атмосферу. А в воздухе их подбирал самолёт и доставлял материалы в лаборатории.
Над Бразилией есть огромная территория с очень слабым магнитным полем. Из-за этого организации НАСА приходится выключать питание спутников, которые проходят над этой областью. Великобритания сегодня остается единственной страной, успешно разработавшей техническую возможность запуска аппаратов, но забросившей её.
Таким образом, искусственные устройства предназначены для решения технических и хозяйственных задач, исследования космоса и поверхности планеты, а также улучшения качества образования. Государственные и частные организации годами работают над созданием новых спутников, чтобы затем вывести их на орбиту.
Искусственные спутники: для чего они нужны, как работают, типы, важно
Содержание:
В искусственные спутники Они представляют собой транспортные средства или устройства, специально созданные для запуска в космос без необходимости в команде, чтобы совершать орбитальные операции вокруг Земли или любого другого небесного тела.
Первые идеи о создании искусственных спутников исходили от авторов-фантастов, таких как Жюль Верн и Артур Кларк. Последний был офицером-радаром в Королевских ВВС и в конце Второй мировой войны задумал использовать три спутника на орбите вокруг Земли для обслуживания телекоммуникационной сети.
В то время еще не было средств для вывода спутника на орбиту. Военным США потребовалось еще несколько лет, чтобы создать первую спутниковую связь в начале 1950-х годов.
Космическая гонка между Соединенными Штатами и Советским Союзом дала толчок развитию индустрии искусственных спутников. Первым успешно выведенным на орбиту в 1957 г. был советский спутник «Спутник», который излучал сигналы в диапазоне 20-40 МГц.
После этого Соединенные Штаты запустили Echo I в целях связи. С тех пор обе державы осуществили многочисленные запуски на орбиту, и впоследствии многие страны присоединились к новой технологии.
Для чего нужны искусственные спутники?
-В научных и метеорологических исследованиях, включая картографию и астрономические наблюдения.
-Для целей военной разведки.
-Для навигации и определения местоположения используется одна из самых известных систем GPS (Global Positioning System).
-Для наблюдения за земной поверхностью.
-На космических станциях, предназначенных для знакомства с жизнью за пределами Земли.
Как они работают?
В своей работе ПринципИсаак Ньютон (1643-1727) установил, что необходимо для вывода спутника на орбиту, хотя вместо спутника он использовал в качестве примера пушечное ядро, выпущенное с вершины холма.
Выстреливая с определенной горизонтальной скоростью, пуля следует по обычной параболической траектории. С увеличением скорости горизонтальный вылет становится все больше и больше, что было ясно. Но заставит ли пуля выйти на орбиту вокруг Земли при определенной скорости?
Земля изгибается от линии, касающейся поверхности, со скоростью 4,9 м на каждые 8 км. Любой объект, выпущенный из состояния покоя, упадет на 4,9 м за первую секунду. Следовательно, при горизонтальном выстреле с пика со скоростью 8 км / с пуля упадет на 4,9 м за первую секунду.
Но Земля за это время также опустится на 4,9 м, так как она изгибается под пушечным ядром. Он продолжает горизонтальное движение, покрывая 8 км, и в течение этой секунды останется на той же высоте по отношению к Земле.
Естественно, то же самое происходит через следующую секунду и во все последующие секунды, превращая пулю в искусственный спутник без какой-либо дополнительной тяги, пока нет трения.
Однако трение, вызванное сопротивлением воздуха, неизбежно, поэтому необходима ракета-носитель.
Ракета поднимает спутник на большую высоту, где более тонкая атмосфера оказывает меньшее сопротивление и обеспечивает необходимую горизонтальную скорость.
Такая скорость должна быть больше 8 км / с и меньше 11 км / с. Последний является космическая скорость. Спроектированный с такой скоростью, спутник отказался бы от гравитационного воздействия Земли, уходя в космос.
Структура искусственного спутника
Искусственные спутники содержат различные сложные механизмы для выполнения своих функций, которые включают прием, обработку и отправку различных типов сигналов. Они также должны быть легкими и автономными.
Основные конструкции общие для всех искусственных спутников, которые, в свою очередь, имеют несколько подсистем по назначению. Они монтируются в корпус из металла или других легких составов, который служит опорой и называется автобус.
В автобусе можно найти:
— Центральный модуль управления, содержащий компьютер, с помощью которого обрабатываются данные.
— Приемные и передающие антенны для связи и передачи данных по радиоволнам, а также телескопы, камеры и радары.
— Система солнечных батарей на крыльях для получения необходимой энергии и аккумуляторных батарей, когда спутник находится в тени. В зависимости от орбиты спутникам требуется около 60 минут солнечного света для подзарядки батарей, если они находятся на низкой орбите. Более далекие спутники проводят гораздо больше времени под воздействием солнечного излучения.
Поскольку спутники длительное время подвергаются воздействию этого излучения, необходима система защиты, чтобы избежать повреждения других систем.
Открытые части сильно нагреваются, в то время как в тени они достигают чрезвычайно низких температур, потому что атмосферы недостаточно для регулирования изменений. По этой причине радиаторы необходимы для устранения тепла и алюминиевые крышки для сохранения тепла, когда это необходимо.
Типы искусственных спутников
В зависимости от траектории искусственные спутники могут быть эллиптическими или круглыми. Конечно, каждому спутнику назначена орбита, которая обычно совпадает с направлением вращения Земли, называемым асинхронная орбита. Если по какой-то причине спутник движется в обратном направлении, то он ретроградная орбита.
Под действием силы тяжести объекты движутся по траекториям эллиптический по законам Кеплера. Искусственные спутники этого не избегают, однако некоторые эллиптические орбиты имеют такой небольшой эксцентриситет, что их можно считать круговой.
Орбиты также могут быть наклонены по отношению к экватору Земли. При наклоне 0º это экваториальные орбиты, если они 90º, они полярные орбиты.
Высота спутника также является важным параметром, поскольку на высоте 1500–3000 км находится первый пояс Ван Аллена, региона, которого следует избегать из-за высокого уровня радиации.
Спутниковые орбиты
Орбита спутника выбирается в соответствии с его миссией, поскольку есть более или менее благоприятные высоты для различных операций. По этому критерию спутники классифицируются как:
–НОО (низкая околоземная орбита)Они имеют высоту от 500 до 900 км и описывают круговую траекторию с периодами приблизительно полтора часа и наклоном 90 градусов. Они используются для мобильных телефонов, факсов, персональных пейджеров, автомобилей и лодок.
–MEO (Средняя околоземная орбита)Они находятся на высоте 5000–12000 км, при наклоне 50º и продолжительностью около 6 часов. Они также используются в сотовой телефонии.
–GEO (геосинхронная земная орбита), или геостационарная орбита, хотя между этими двумя терминами есть небольшая разница. Первые могут иметь переменный наклон, а вторые всегда под углом 0 °.
Геостационарные спутники
Вначале спутники связи имели периоды, отличные от периода вращения Земли, но это затрудняло размещение антенн, и связь была потеряна. Решением было разместить спутник на такой высоте, чтобы его период совпадал с периодом вращения Земли.
Таким образом, спутник вращается вместе с Землей и кажется фиксированным по отношению к ней. Высота, необходимая для вывода спутника на геостационарную орбиту, составляет 35786,04 км и известна как ремень clarke.
Высоту орбиты можно рассчитать, установив период, используя следующее выражение, полученное из закона всемирного тяготения Ньютона и законов Кеплера:
Так как таким образом ориентация спутника по отношению к Земле не изменяется, это гарантирует, что он всегда будет контактировать с ней.
Важнейшие искусственные спутники Земли
Спутник
Это был первый искусственный спутник в истории человечества, выведенный на орбиту бывшим Советским Союзом в октябре 1957 года. За этим спутником последовали еще 3 спутника в рамках программы Sputnik.
Первый спутник был довольно маленьким и легким: в основном это было 83 кг алюминия. Он был способен излучать частоты от 20 до 40 МГц. Он находился на орбите в течение трех недель, после чего упал на Землю.
Реплики Спутника сегодня можно увидеть во многих музеях Российской Федерации, Европы и даже Америки.
Космический шаттл
Другой хорошо известной пилотируемой миссией была космическая транспортная система STS или космический шаттл, которая находилась в эксплуатации с 1981 по 2011 год и участвовала, среди других важных миссий, в запуске космического телескопа Хаббл и Международной космической станции, в дополнение к миссиям ремонт других спутников.
Космический шаттл имел асинхронную орбиту и был многоразовым, поскольку он мог приходить и уходить на Землю. Из пяти паромов два были случайно уничтожены вместе со своими экипажами: Challenger и Columbia.
Спутники GPS
Система глобального позиционирования широко известна тем, что позволяет точно определять местоположение людей и объектов в любой точке земного шара. Сеть GPS состоит как минимум из 24 высотных спутников, из которых всегда есть 4 спутника, видимые с Земли.
GPS не ограничивается поиском людей или транспортных средств, он также полезен для картографии, геодезии, геодезии, спасательных операций и занятий спортом, среди других важных приложений.
Космический телескоп Хаббла
Это искусственный спутник, который предлагает непревзойденные, невиданные ранее изображения Солнечной системы, звезд, галактик и далекой Вселенной без атмосферы Земли или светового загрязнения, блокирующих или искажающих далекий свет.
Таким образом, его запуск в 1990 году стал самым заметным достижением астрономии за последнее время. Огромный 11-тонный цилиндр Хаббла находится на высоте 340 миль (548 км), совершая круговое движение вокруг Земли с периодом 96 минут.
Ожидается, что он будет отключен между 2020 и 2025 годами и заменен космическим телескопом Джеймса Уэбба.
Международная космическая станция
Известная как МКС (Международная космическая станция), это орбитальная исследовательская лаборатория, управляемая пятью космическими агентствами по всему миру. Пока это самый большой из существующих искусственных спутников.
В отличие от остальных спутников, на космической станции находятся люди. Помимо фиксированного экипажа из минимум двух космонавтов, станцию посещали даже туристы.
Назначение станции в первую очередь научное. Он имеет 4 лаборатории, в которых исследуются эффекты невесомости и проводятся астрономические, космологические и климатические наблюдения, а также различные эксперименты в области биологии, химии и влияния излучения на различные системы.
Чандра
Этот искусственный спутник представляет собой обсерваторию для обнаружения рентгеновских лучей, которые поглощаются атмосферой Земли и поэтому не могут быть изучены с поверхности. НАСА вывело его на орбиту в 1999 году с помощью космического корабля «Колумбия».
Спутники связи Иридиум
Они составляют сеть из 66 спутников на высоте 780 км на орбитах типа LEO с периодом действия 100 минут. Они были разработаны телефонной компанией Motorola для обеспечения телефонной связи в труднодоступных местах. Однако это очень дорогая услуга.
Спутниковая система Галилео
Это система определения местоположения, разработанная Европейским Союзом, эквивалентная GPS и предназначенная для гражданского использования. В настоящее время у него работает 22 спутника, но он все еще строится. Он способен определять местонахождение человека или объекта с точностью до 1 метра в открытой версии и взаимодействует со спутниками системы GPS.
Серия Landsat
Это спутники, специально разработанные для наблюдения за земной поверхностью. Они начали свою работу в 1972 году. Среди прочего, они отвечают за картографирование местности, запись информации о движении льда на полюсах и протяженности лесов, а также за ведение горных работ.
Система Глонасс
Это система геолокации Российской Федерации, эквивалентная GPS и сети Galileo.
Наблюдение за искусственными спутниками
Искусственные спутники могут быть замечены с Земли любителями, поскольку они отражают солнечный свет и могут рассматриваться как точки света, даже если Солнце село.
Чтобы найти их, рекомендуется установить на телефон одно из приложений спутникового поиска или обратиться к интернет-сайтам, отслеживающим спутники.
Подготовка к наблюдению за спутниками такая же, как и к наблюдению за метеорным дождем. Наилучшие результаты получаются очень темными и ясными ночами, без облаков и без луны, или с луной низко над горизонтом. Чем дальше от светового загрязнения, тем лучше, вам также придется иметь при себе теплую одежду и горячие напитки.
Ссылки
История эргономики: от истоков до наших дней