Искусственные спутники Земли: Всё о спутниках. Орбиты исз Спутника земли от земной орбиты

2007 г.

Основная идея

Этот сайт посвящён вопросам наблюдения искуственных спутников Земли (далее ИСЗ ). Со времени начала космической эры (4 октября 1957 г. был запущен первый ИСЗ - "Спутник-1") человечество создало огромное число спутников, которые кружат вокруг Земли по всевозможным орбитам. На сегодняшний момент число подобных рукотворных объектов превышает десятки тысяч. В основном это "космический мусор" - осколки ИСЗ, отработанные ступени ракет и т.д. Лишь небольшая часть из них составляют действующие ИСЗ.
Среди них есть и исследовательские, и метеорологические, и спутники связи и телекоммуникации, и военные ИСЗ. Пространство вокруг Земли "заселено" ими от высот 200-300 км и до 40000 км. Лишь часть из них доступна для наблюдений с использованием недорогой оптики (бинокли, подзорные трубы, любительские телескопы).

Создавая этот сайт, авторы ставили перед собой цель - собрать воедино информацию о методах наблюдения и съёмки ИСЗ, показать, как расчитывать условия их пролёта над определённой местностью, описать практические аспекты вопроса наблюдения и съёмки. На сайте представлен, в основном, авторский материал, полученный в ходе проведения наблюдений участниками секции "Космонавтика" астрономического клуба "hν" при Минском планетарии (Минск, Беларусь).

И всё же, отвечая на основной вопрос - "Зачем?", нужно сказать следующее. Среди всевозможных хобби, которыми увлекается человек, есть астрономия и космонавтика. Тысячи любителей астрономии наблюдают за планетами, туманностями, галактиками, переменными звёздами, метеорами и прочими астрономическими объектами, фотографируют их, проводят свои конференции и "мастер-классы". Зачем? Это просто хобби, одно из многих. Способ уйти от ежедневных проблем. Даже тогда, когда любители выполняют работы, имеющие научную значимость, они остаются любителями, которые делают это для своего удовольствия. Астрономия и космонавтика - очень "технологичные" увлечения, где можно применить свои знания оптики, электроники, физики и пр. естественно-научных дисциплин. А можно и не применять - и просто получать удовольствие от созерцания. Со спутниками дела обстоят похожим образом. Особенно интересно следить за теми ИСЗ, информация о которых не распространяется в открытых источниках - это военные спутники разведки разных стран. В любом случае, наблюдение ИСЗ - это охота. Часто мы можем заранее указать где и когда покажется спутник, но не всегда. А как он себя будет "вести" - предсказать ещё сложнее.

Описанные методики были созданы на основе наблюдений и исследований, в которых приняли участие члены клуба любителей астрономии "hν" Минского планетария (Беларусь):

• Бозбей Максим.
• Дрёмин Геннадий.
• Кенько Зоя.
• Мечинский Виталий.

Также большую помощь оказали члены клуба любителей астрономии "hν" Лебедева Татьяна , Повалишев Владимир и Ткаченко Алексей . Отдельная благодарность Александру Лапшину (Россия), profi-s (Украина), Даниилу Шестакову (Россия) и Анатолию Григорьеву (Россия) за помощь в создании п. II §1 "Фотометрия ИСЗ", Главы 2 и Главы 5, а Елене (Tau , Россия) также за консультации и написание нескольких расчётных программ. Авторы также благодарят Абгаряна Михаила (Беларусь), Горячко Юрия (Беларусь), Григорьева Анатолия (Россия), Еленина Леонида (Россия), Жука Виктора (Беларусь), Молотова Игоря (Россия), Морозова Константина (Беларусь), Плаксу Сергея (Украина), Прокопюка Ивана (Беларусь) за предоставленные иллюстрации для некоторых разделов сайта.

Часть материалов получена в ходе выполнения заказа УП "Геоинформационные системы" Национальной академии наук Беларуси. Представление материалов выполняется на некоммерческой основе в целях популяризации Белорусской космической программы среди детей и молодежи.

Виталий Мечинский, Куратор секции "Космонавтика" астроклуба "hν".

Новости сайта:

• 01.09.2013: Значительно Обновлён подпункт 2 "Фотометрия ИСЗ за пролёт" п. II §1 -- добавлена информация по двум методикам фотометрии треков ИСЗ (метод фотометрического профиля трека и метод изофотной фотометрии).
• 01.09.2013: Обновлён подпункт п. II §1 -- добавлена информация по работе с рограммой "Highecl" для расчёта вероятных вспышек от ГСС.
• 30.01.2013: Обновлена "Глава 3" -- добавлена информация по работе с рограммой "MagVision" для расчёта падения проницания от засветки со стороны Солнца и Луны.
• 22.01.2013: Обновлена Глава 2. Добавлена анимация движения спутников по небу за одну минуту.
• 19.01.2013: Обновлён подпункт "Визуальные наблюдения ИСЗ" п.1 "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация про устройства подогрева электроники и оптики для защиты от выпадения росы, инея и от излищнего охлаждения.
• 19.01.2013: Добавлена в "Главу 3" информация про падение проницания при засветке от Луны и сумерек.
• 09.01.2013: Добавлен подпункт "Вспышки от лидара ИСЗ "CALIPSO" подпункта "Фотографирование вспышек" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Описана информация по особенностям наблюдения вспышек от лазерного лидара ИСЗ "CALIPSO" и процесс подготовки к ним.
• 05.11.2012: Обновлена вводная часть §2 Главы 5. Добавлена информация о необходимом минимуме оборудования для радионаблюдений ИСЗ, а также приведена схема светодиодного индикатора уровня сигнала, который используется для выставления безопасного для диктофона уровня входного аудио-сигнала.
• 04.11.2012: Обновлён подпункт "Визуальные наблюдения ИСЗ" п.1 "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация про звёздный атлас Брно, а также про красную плёнку на ЖКИ-экраны электронных устройств, используемых при наблюдениях.
• 14.04.2012: Обновлён подпункт подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п.1 "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация про работу с программой "SatIR" для отождествления ИСЗ на фотографиях с широким полем зрения, а также определение координат концов треков ИСЗ на них.
• 13.04.2012: Обновлён подпункт "Астрометрия ИСЗ на полученных снимках: фото и видео" подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п.1 "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация про работу с программой "AstroTortilla" для определения координат центра поля зрения снимков участков звёздного неба.
• 20.03.2012: Обновлён подпункт п.2 "Классификация орбит ИСЗ по величине большой полуоси" §1 Главы 2. Добавлена информация про величину дрейфа ГСС и возмущений орбиты.
• 02.03.2012: Добавлен подпункт "Наблюдения и съемка запусков ракет на отдалении" подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п. I "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Описана информация по особенностям наблюдения полёта ракет-носителей на этапе выведения.
• "Конвертирование астрометрии в IOD-формат" подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п.I "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлено описание работы с программой "ObsEntry for Window" для конвертации астрометрии ИСЗ в IOD-формат -- аналог программы "OBSENTRY", но для ОС Windows.
• 25.02.2012: Обновлён подпункт "Солнечно-синхронные орбиты" п.1 "Классификация орбит ИСЗ по наклонению" §1 Главы 2. Добавлена информация о расчёте значения наклонения i ss солнечно-синхронной орбиты ИСЗ в зависимости от эксцентриситета и большой полуоси орбиты.
• 21.09.2011: Обновлён подпункт подпункта 2 "Фотометрия ИСЗ за пролёт" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация о синодическом эффекте, искажающем определение периода вращения ИСЗ.
• 14.09.2011: Обновлён подпункт "Расчёт орбитальных (кеплеровских) элементов орбиты ИСЗ на основе астрометрических данных. Один пролёт" подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п. I "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация о программе "SatID" для идентификации спутника (используя полученные TLE) среди спутников из сторонней базы TLE, а также описан метод идентификации спутника в программе "Heavensat" на основе увиденного пролёта возле опорной звезды.
• 12.09.2011: Обновлён подпункт "Расчёт орбитальных (кеплеровских) элементов орбиты ИСЗ на основе астрометрических данных. Несколько пролётов" подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п. I "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация о программе пересчёта TLE-элементов на нужную дату.
• 12.09.2011: Добавлен подпункт "Вхождение ИСЗ в атмосферу Земли" подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п. I "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Описана информация по работе с программой "SatEvo" для предсказания даты вхождения ИСЗ в плотные слои атмосферы Земли.
• "Вспышки от геостационарных ИСЗ" подпункта "Фотографирование вспышек" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация о периоде видимости вспышек ГСС.
• 08.09.2011: Обновлён подпункт "Изменение блеска ИСЗ в течении пролёта" подпункта 2 "Фотометрия ИСЗ за пролёт" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация о виде фазовой функции для нескольких примеров отражающих поверхностей.
• подпункта 1 "Наблюдение вспышек ИСЗ" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена информация о неравномерности шкалы времени вдоль изображения трека ИСЗ на матрице фотоприёмника.
• 07.09.2011: Обновлён подпункт "Фотометрия ИСЗ за пролёт" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлен пример сложной кривой блеска ИСЗ "NanoSail-D" (SCN:37361) и моделирование его вращения.
• "Вспышки от низкоорбитальных ИСЗ" подпункта 1 "Наблюдение вспышек ИСЗ" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлены фотография и фотометрический профиль вспышки от LEO ИСЗ "METEOR 1-29".
• 06.09.2011: Обновлён подпункт "Геостационарные и геосинхронные орбиты ИСЗ" §1 Главы 2. Добавлена информация по классификации геостационарных ИСЗ, информация о форме траекторий ГСС.
• 06.09.2011: Обновлён подпункт "Съёмка пролёта ИСЗ: оборудование для съёмки. Оптические элементы" подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п. I "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлены ссылки на обзоры отечественных объективов в применении к съёмке ИСЗ.
• 06.09.2011: Обновлён подпункт "Фазовый угол" п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5. Добавлена анимация изменения фазы спутника в зависимости от фазового угла.
• 13.07.2011: Закончено заполнение всех глав и разделов сайта.
• 09.07.2011: Закончено написание вводной части к п. II "Фотометрия ИСЗ" §1 Главы 5.
• 05.07.2011: Закончено написание вводной части к §2 "Радионаблюдения ИСЗ" Главы 5.
• 04.07.2011: Обновлён подпункт "Обработка наблюдений" п. I "Приём телеметрии ИСЗ" §2 Главы 5.
• 04.07.2011: Закончено написание п. II "Получение снимков облачности" §2 Главы 5.
• 02.07.2011: Закончено написание п. I "Приём телеметрии ИСЗ" §2 Главы 5.
• 01.07.2011: Закончено написание подпункта "Фото/видео съёмка ИСЗ" п. I §1 Главы 5.
• 25.06.2011: Закончено написание Приложений .
• 25.06.2011: Закончено написание вводной части к Главе 5: "Что и как наблюдать?"
• 25.06.2011: Закончено написание вводной части к §1 "Оптические наблюдения" Главы 5.
• 25.06.2011: Закончено написание вводной части к п. I "Определение орбит ИСЗ" §1 Главы 5.
• 25.06.2011: Закончено написание Главы 4: "О времени" .
• 25.01.2011: Закончено написание Главы 2: "Какие орбиты и ИСЗ бывают?" .
• 07.01.2011: Закончено написание Главы 3: "Подготовка к наблюдениям" .
• 07.01.2011: Закончено написание Главы 1: "Как движутся ИСЗ?"

Полярные орбиты имеют наклонение i ≈ 90°, т.е плоскости орбиты ИСЗ и земного экватора образуют угол 90°.

(О xyz ) – инерциальная (звездная) СК

О – центр масс Земли

ИСЗ, имеющие номерную орбиту, могут быть использованы для решения геодезических задач в любой точке земной поверхности.

Такие виды орбит применяются для глобальных спутниковых систем.

Существуют определенные трудности с реализацией полярных орбит, т.к выведение спутников на такие орбиты требует значительных энергетических задач.

11.2. Экваториальные орбиты

Экваториальные орбиты имеют наклонение i ≈ 0°, т.е плоскости орбиты ИСЗ и земного экватора практически совпадают.

Спутники, находящиеся на таких орбитах, не могут быть использованы на орбитах с большим значением широт.

11.3. Круговые орбиты

У круговых орбит e ≈ 0.

Такие орбиты удобны для РТС, т.к передаваемый (принимаемый) радиус-сигнал примерно одинаков для любых наземных пунктов.

11.4. Стационарные орбиты

У стационарных орбит i ≈ 0°, т.е это круговые экваториальные орбиты.

Период вращения спутников на таких орбитах ≈ 24 ч поэтому ИСЗ, который находится на стационарной орбите, будет не подвижен относительно поверхности Земли.

Такие ИСЗ называются геостационарными (геостационарами) орбиты так же называются геостационарными.

Большая полуось, а ≈ 41 600 км, поэтому минимальное удаление ИСЗ от Земли примерно 35 500 км

11.5. Солнечно – синхронные орбиты.

ИСЗ, имеющие такую орбиту пролетают над одним и тем же участком Земли, в одно и то же время суток. Это св-во применяется для дистанционного изучения поверхности Земли.

11.6. Орбиты спутников связи

Орбиты спутников связи имеют большие эксцентриситеты и большую полуось. Апогей орбиты (α) располагается в том полушарии, территорию которого обслуживает данный ИСЗ. В рабочем полушарии длительностью работы спутника максимальна, т.к здесь максимальная длина орбитальной Земли и минимальная скорость перемещения спутника по орбите.

12.1 СРНС ЦИКАДА

Система состоит из сегментов: космического и наземного.

Эфемереда – таблица пространственных координат подвижного объекта, например ИСЗ, представляет из себя таблицу вида:

Космический сегмент состоит из 24 спутников, находящихся в 6 орбитальных плоскостях. Наклонение орбиты i = 55° - орбиты круговые, период обращения спутника – 12 часов. Среднее расстояние спутников от поверхности Земли примерно 26 500 км.

Система организована таким образом, что в зоне радиовидимости наблюдателя находится не менее 4 спутников. Каждый спутник излучает радио – навигационные сообщения на 2 частотах (1.6 ГГц – основная частота или частота несущего колебания) и 1.2 ГГц. При работе на 2 частотах можно существенно (практически довести до 0 влияние ионосферной рефракции).

Атмосфера Земли представляется (в основном) в виде 2х – слойной модели: нижний слой – тропосфера (от 0 до 60 км), ионосфера (от 60 до 20 000 км). Показатель преломления в тропосфере зависит от температуры, давления и влажности. Для этого слоя существуют математические модели, которые достаточно хорошо учитывают тропосферную рефракцию.

Тропосферная рефракция искажает длину траектории распространения электро-магнитной волны до 28 м. современные модели позволяют учесть эту рефракцию до 0,1%.

Показатель преломления ионосферы зависит от плотности электронной концентрации.

СРНС NAVSTAR позволяет выполнять навигационные определения в режиме реального времени.

СРНС ГЛАНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). Страна разработчик – Россия. 2008 г – начало работы.

Число спутников – 24. Число орбитальных плоскостей – 3. Наклонение орбиты примерно 65°. Орбиты круговые. Период обращения примерно 12 часов. Среднее расстояние от Земли до спутника около 25 500 км.

Земля, как любое космическое тело, обладает собственным гравитационным полем и рядом расположенными орбитами, на которых могут находиться тела и объекты разной величины. Чаще всего под ними подразумеваются Луна и международная космическая станция. Первая ходит по своей собственной орбите, а МКС - по низкой околоземной. Существует несколько орбит, которые между собой отличаются удаленностью от Земли, относительным расположением относительно планеты и направлением вращения.

Орбиты искусственных спутников Земли

На сегодняшний день в ближайшем околоземном космическом пространстве находится множество объектов, которые являются результатами человеческой деятельности. В основном, это искусственные спутники, служащие для обеспечения связи, однако есть и немало космического мусора. Одним из самых известных искусственных спутников Земли является Международная космическая станция.

ИСЗ движутся по трем основным орбитам: экваториальной (геостационарной), полярной и наклонной. Первая полностью лежит в плоскости окружности экватора, вторая строго ей перпендикулярна, а третья располагается между ними.

Геосинхронная орбита

Название этой траектории связано с тем, что тело, движущееся по ней, имеет скорость, равную звездному периоду вращения Земли. Геостационарная орбита - это частный случай геосинхронной орбиты, которая лежит в той же плоскости, что и земной экватор.

При наклонении не равном нулю и нулевом эксцентриситете спутник, при наблюдении с Земли, описывает в течение суток в небе восьмерку.

Первый спутник на геосинхронной орбите - американский Syncom-2, выведенный на нее в 1963 году. Сегодня в некоторых случаях размещение спутников на геосинхронной орбите происходит по причине того, что ракета-носитель не может вывести их на геостационарную.

Геостационарная орбита

Данная траектория имеет такое название по той причине, что, несмотря на постоянное движение, объект, на ней находящийся, остается статичным относительно земной поверхности. Место, в котором находится объект, называется точкой стояния.

Спутники, выведенные на такую орбиту, часто используются для передачи спутникового телевидения, потому что статичность позволяет единожды направить на него антенну и долгое время оставаться на связи.

Высота расположения спутников на геостационарной орбите равна 35 786 километрам. Поскольку все они находятся прямо над экватором, для обозначения позиции называют только меридиан, например, 180.0˚E Интелсат 18 или 172.0˚E Eutelsat 172A.

Приблизительный радиус орбиты равен ~42 164 км, длина - около 265 000 км, а орбитальная скорость - примерно 3, 07 км/с.

Высокая эллиптическая орбита

Высокой эллиптической орбитой называют такую траекторию, высота которой в перигее в несколько раз меньше, чем в апогее. Выведение спутников на такие орбиты имеет ряд важных преимущества. Например, одной такой системы может быть достаточно для обслуживания всей России или, соответственно, группы государств с равной суммарной площадью. Кроме того, системы ВЭО на высоких широтах более функциональные, чем геостационарные спутники. А еще вывод спутника на высокую эллиптическую орбиту обходится приблизительно в 1,8 раза дешевле.

Крупные примеры систем, работающих на ВЭО:

• Космические обсерватории, запущенные NASA и ESA.
• Спутниковое радио Sirius XM Radio.
• Спутниковая связь Меридиан, -З и -ЗК, Молния-1Т.
• Спутниковая система коррекции GPS.

Низкая околоземная орбита

Это одна из самых низких орбит, которая в зависимости от разных обстоятельств может иметь высоту 160-2000 км и период обращения, соответственно, 88-127 минут. Единственным случаем, когда НОО была преодолена пилотируемыми космическими аппаратами - это программа Апполон с высадкой американских астронавтов на луну.

Большая часть используемых сейчас или использованных когда-либо ранее искусственных земных спутников работали на низкой околоземной орбите. По этой же причине в этой зоне сейчас расположена основная доля космического мусора. Оптимальная орбитальная скорость для спутников, находящихся на НОО, в среднем, равна 7,8 км/с.

Примеры искусственных спутников на НОО:

• Международная Космическая станция (400 км).
• Телекоммуникационные спутники самых разных систем и сетей.
• Разведывательные аппараты и спутники-зонды.

Обилие космического мусора на орбите - главная современная проблема всей космической индустрии. Сегодня ситуация такова, что вероятность столкновения различных объектов на НОО растет. А это, в свою очередь, ведет к разрушению и образованию на орбите еще большего числа фрагментов и деталей. Пессимистичные прогнозы говорят о том, что запущенный Принцип домино может полностью лишить человечество возможности осваивать космос.

Низкая опорная орбита

Низкой опорной принято называть ту орбиту аппарата, которая предусматривает изменение наклона, высоты или другие существенные изменения. Если же у аппарата нет двигателя и он не совершает маневры, его орбиту называют низкой околоземной.

Интересно, что российские и американские баллистики рассчитывают её высоту по разному, потому что первые основываются на эллиптической модели Земли, а вторые - на сферической. Из-за этого есть разница не только в высоте, но и в положении перигея и апогея.

Спутник Земли — это любой объект, который движется по искривленному пути вокруг планеты. Луна — это оригинальный, естественный спутник Земли, и есть много искусственных спутников, обычно на близкой орбите к Земле. Путь, по которому проходит спутник, — это орбита, которая иногда принимает форму круга.

Содержание:

Чтобы понять, почему спутники двигаются таким образом, мы должны вернуться к нашему другу Ньютону. существует между любыми двумя объектами во Вселенной. Если бы не эта сила, спутник, движущийся вблизи планеты, продолжал бы двигаться с той же скоростью и в том же направлении — по прямой. Однако этот прямолинейный инерционный путь спутника уравновешен сильным гравитационным притяжением, направленным к центру планеты.

Орбиты искусственных спутников Земли

Иногда орбита искусственного спутника выглядит как эллипс, раздавленный круг, который перемещается вокруг двух точек, известных как фокусы. Применяются те же основные законы движения, за исключением того, что планета находится в одном из фокусов. В результате, чистая сила, применяемая к спутнику, не равномерна по всей орбите, и скорость спутника постоянно изменяется. Он движется быстрее всего, когда он ближе всего к Земле — точка, известная как перигей — и самая медленная, когда она находится дальше всего от Земли — точка, известная как апогей.

Существует множество различных спутниковых орбит Земли. Те, которые получают наибольшее внимание — это геостационарные орбиты, поскольку они неподвижны над определенной точкой Земли.

Орбита, выбранная для искусственного спутника, зависит от ее применения. Например, для прямого вещательного телевидения используется геостационарная орбита. Многие спутники связи также используют геостационарную орбиту. Другие спутниковые системы, такие как спутниковые телефоны, могут использовать низкоземные орбиты.

Аналогичным образом спутниковые системы, используемые для навигации, такие как система Navstar или Global Positioning (GPS), занимают относительно низкую орбиту Земли. Есть также много других типов спутников. От метеорологических спутников, до спутников для исследований. Каждый из них будет иметь свой собственный тип орбиты в зависимости от его применения.

Фактическая выбранная орбита спутника Земли будет зависеть от факторов, включая ее функцию, и от области, в которой она должна служить. В некоторых случаях орбита спутника Земли может достигать 100 миль (160 км) для низкоорбитальной орбиты LEO, в то время как другие могут достигать более 22 000 миль (36000 км), как в случае GEO-орбитальной орбиты GEO.

Первый искусственный спутник земли

Первый искусственный спутник земли был запущен 4 октября 1957 года Советским Союзом и был первым искусственным спутником в истории.

Спутник 1 был первым из нескольких спутников, запущенных Советским Союзом в программе «Спутник», большинство из которых были успешными. Спутник 2 следовал за вторым спутником на орбите, а также первым, чтобы нести животное на борту, суку по имени Лайка. Первый провал потерпел Спутник 3.

Первый спутник земли имел приблизительную массу 83 кг, имел два радиопередатчика (20,007 и 40,002 МГц) и вращался на орбите Земли на расстоянии 938 км от своего апогея и 214 км на своем перигее. Анализ радиосигналов использовался для получения информации о концентрации электронов в ионосфере. Температура и давление были закодированы в течение длительности радиосигналов, которые он излучал, что указывает на то, что спутник не был перфорирован метеоритом.

Первый спутник земли представлял собой алюминиевую сферу диаметром 58 см, имеющую четыре длинные и тонкие антенны длиной от 2,4 до 2,9 м. Антенны выглядели как длинные усы. Космический аппарат получил информацию о плотности верхних слоев атмосферы и распространении радиоволн в ионосфере. Приборы и источники электрической энергии были размещены в капсуле, которая также включала радиопередатчики, работающие в 20.007 и 40.002 МГц (около 15 и 7,5 м на длине волны), выбросы были сделаны в альтернативных группах по 0, 3 с продолжительности. Заземление телеметрии включало данные о температуре внутри и на поверхности сферы.

Поскольку сфера была заполнена азотом под давлением, у «Спутника 1» появилась первая возможность обнаружить метеориты, хотя она и не обнаружила. Потеря давления внутри, из-за проникновения на внешнюю поверхность, была отражена в данных о температуре.

Виды искусственных спутников

Искусственные спутники бывают разных видов, форм, размеров и играют разные роли.

• Спутники погоды помогают метеорологам прогнозировать погоду или видеть, что происходит на данный момент. Хорошим примером является геостационарный эксплуатационный экологический спутник (GOES). Эти спутники земли обычно содержат камеры, которые могут возвращать фотографии земной погоды, либо с фиксированных геостационарных положений, либо с полярных орбит.
• Спутники связи позволяют передавать телефонные и информационные разговоры через спутник. Типичные спутники связи включают Telstar и Intelsat. Самой важной особенностью спутника связи является приемоответчик — радиоприемник, который принимает разговор на одной частоте, а затем усиливает его и повторно передает обратно на Землю на другой частоте. Спутник обычно содержит сотни или тысячи транспондеров. Коммуникационные спутники обычно геосинхронны.
• Широковещательные спутники передают телевизионные сигналы от одной точки к другой (аналогично спутникам связи).
• Научные спутники , такие как Космический телескоп Хаббл, выполняют всевозможные научные миссии. Они смотрят на все, от солнечных пятен до гамма-лучей.
• Навигационные спутники помогают кораблям и самолетам перемещаться. Самыми известными являются спутники GPS NAVSTAR.
• Спасательные спутники реагируют на сигналы радиопомех.
• Спутники наблюдения Земли проверяют планету на предмет изменений во всем: от температуры, лесонасаждений, до покрытия ледяного покрова. Самыми известными являются серии Landsat.
• Военные спутники Земли находятся на орбите, но большая часть фактической информации о положении остается секретной. Спутники могут включать ретрансляцию зашифрованной связи, ядерный мониторинг, наблюдение за передвижениями противника, раннее предупреждение о запуске ракет, подслушивание наземных радиолиний, радиолокационную визуализацию и фотографии (с использованием, по сути, больших телескопов, которые фотографируют интересные в военном отношении области).

Земля с искусственного спутника в реальном времени

Изображения земли с искусственного спутника, транслируемое в режиме реального времени НАСА с Международной космической станции. Изображения захватываются четырьмя камерами высокого разрешения, изолированными от низких температур, что позволяет нам чувствовать себя ближе к космосу, чем когда-либо.

Эксперимент (HDEV) на борту МКС был активирован 30 апреля 2014 года. Он установлен на внешнем грузовом механизме модуля Columbus Европейского космического агентства. Этот эксперимент включает несколько видеокамер высокой четкости, которые заключены в корпус.

Совет; поместите плеер в HD и полный экран. Бывают случаи, когда экран будет черным, это может быть по двум причинам: станция проходит через зону орбиты, где она находится ночью, орбита длится приблизительно 90 мин. Либо экран темнеет когда камеры меняются.

Сколько спутников на орбите Земли 2018?

Согласно индексу объектов, запускаемых в космическое пространство, которое ведет Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства (UNOOSA), в настоящее время на орбите Земли около 4 256 спутников, что на 4,39% больше, чем в прошлом году.

221 спутник был запущен в 2015 году, что является вторым по величине за один год, хотя он ниже рекордного количества 240, запущенного в 2014 году. Увеличение числа спутников, вращающихся вокруг Земли, меньше, чем число, запущенное в прошлом году, поскольку спутники имеют ограниченную продолжительность жизни. Большие спутники связи от 15 и более лет, в то время как малые спутники, такие как CubeSat, могут рассчитывать только на срок службы 3-6 месяцев.

Сколько из этих орбитальных спутников Земли работает?

Союз ученых (UCS) уточняет, какие из этих орбитальных спутников работают, и это не так много, как вы думаете! В настоящее время существует только 1 419 оперативных спутников Земли- всего около одной трети из всего числа на орбите. Это означает, что вокруг планеты много бесполезного металла! Вот почему существует большой интерес со стороны компаний, которые смотрят, как они захватывают и возвращают космический мусор, с использованием таких методов, как космические сети, рогатки или солнечные паруса.

Что делают все эти спутники?

Согласно данным UCS, основными целями операционных спутников являются:

• Связь — 713 спутника
• Наблюдение Земли / наука — 374 спутника
• Технологическая демонстрация / разработка с использованием 160 спутников
• Навигация & GPS — 105 спутника
• Космическая наука — 67 спутников

Следует отметить, что некоторые спутники имеют несколько целей.

Кому принадлежат спутники Земли?

Интересно отметить, что в базе данных UCS есть четыре основных типа пользователей, хотя принадлежность 17% спутников у нескольких пользователей.

• 94 спутника, зарегистрированны гражданскими лицами: они как правило, являются учебными заведениями, хотя есть и другие национальные организации. 46% этих спутников имеют цель развитие технологий, таких как наука о Земле и космосе. Наблюдение составляют еще 43%.
• 579 принадлежат коммерческим пользователям: коммерческие организации и государственные организации, которые хотят продавать собранные ими данные. 84% этих спутников сосредоточены на услугах связи и глобального позиционирования; из оставшихся 12% — спутники наблюдения Земли.
• 401 спутник принадлежит государственными пользователями: в основном национальные космические организации, а также другие национальные и международные органы. 40% из них — спутники связи и глобального позиционирования; еще 38% сосредоточено на наблюдении Земли. Из оставшихся — развитие космической науки и техники составляет 12% и 10% соответственно.
• 345 спутника принадлежат военным: здесь снова сосредоточена связь, наблюдения Земли и системы глобального позиционирования, причем 89% спутников имеют одну из этих трех целей.

Сколько спутников у стран

По данным UNOOSA около 65 стран запустили спутники, хотя в базе данных UCS имеется только 57 стран, зарегистрированных с использованием спутников, и некоторые спутники перечислены с совместными / многонациональными операторами. Самые большие:

• США с 576 спутниками
• Китай с 181 спутниками
• Россия с 140 спутниками
• Великобритания указана как имеющая 41 спутник, плюс участвует в дополнительных 36 спутниках, которыми располагает Европейское космическое агентство.

Помните, когда вы смотрите!
В следующий раз, когда вы посмотрите на ночное небо, помните, что между вами и звездами есть около двух миллионов килограммов металла, окружающего Землю!

Запуск первого в мире советского искусственного спутника Земли 4 октября 1957 г. положил начало эры создания искусственных небесных тел. При запуске первых искусственных спутников Земли (ИСЗ) ставилась задача получить сведения, касающиеся плотности и температуры верхних слоев атмосферы и распределения массы в пределах Земли. Запуски ИСЗ позволили установить, что на больших высотах плотность воздуха во много раз больше, чем предполагалось до запуска спутников, что она сильно меняется в течение суток. По данным наблюдения за движением ИСЗ, ученые более точно определили форму и размеры Земли, а также расстояния между материками. Диапазон задач, которые ставятся и решаются с помощью ИСЗ, непрерывно расширяется. К настоящему времени число запущенных ИСЗ достигает нескольких тысяч. Спутники запускаются теперь не только для научных целей, но и для решения многих практических задач.

Например, в ряде стран запускаются метеорологические спутники и спутники связи. В течение нескольких лет военно-морские силы США используют в опытном порядке спутниковую систему навигации «Транзит», состоящую из пяти ИСЗ.

В связи с бурным ростом воздушного движения начали проводиться разработки по применению ИСЗ для предотвращения столкновения самолетов в воздухе, управления воздушным движением и обеспечения самолетовождения.

Внедрение спутниковых систем самолетовождения и связи должно разрешить проблему надежного УВД и навигационного обеспечения полетов в условиях ожидаемого роста движения самолетов к концу нынешнего столетия. Применение спутниковых систем самолетовождения и связи позволит обеспечивать полеты самолетов в любых погодных условиях. Учитывая исключительную надежность этих систем, можно будет уменьшить нормативы бокового и вертикального эшелонирования и тем самым улучшить использование воздушного пространства. Авиадиспетчеры и пилоты получат возможность связываться с любой точкой Земли и воздушного пространства.

В настоящее время можно создать единую мировую навигационную систему. Но для этого необходимо международное сотрудничество. Использование ИСЗ для самолетовождения является дальнейшим развитием методов авиационной астрономии. Рассмотрим некоторые понятия, связанные с навигационным использованием ИСЗ.

Элементы орбиты ИСЗ.

Искусственным спутником Земли принято считать космический аппарат, выведенный в космическое пространство, движение которого по своей орбите подчиняется естественным силам. Путь ИСЗ в пространстве называется орбитой. В соответствии с законами небесной механики плоскость орбиты спутника Земли всегда проходит через центр масс Земли и спутника. Поэтому все возможные орбиты спутника располагаются в плоскостях сечения Земли по большому кругу. Вследствие этого ИСЗ может двигаться, например, в плоскости экватора, но не может перемещаться в плоскостях параллелей Земли.

Чтобы тело стало ИСЗ, необходимо придать ему скорость относительно Земли не меньше круговой, которую называют первой космической скоростью. Для спутника, движущегося по окружности у поверхности Земли, она равна 7,912 км/с. Круговая скорость с увеличением высоты уменьшается. Например, на высоте 1000 км круговая скорость спутника равна 7,356 км/с. Если искусственный спутник получит скорость больше круговой, соответствующей его высоте над земной поверхностью, то он будет двигаться по эллиптической орбите. При орбитальной скорости 11,19 км/с искусственный спутник выходит на эллиптическую орбиту относительно Солнца, т. е. перестает быть спутником Земли.

Для навигационных целей используют стационарные, синхронные и несинхронные ИСЗ.

Спутник, имеющий экваториальную круговую орбиту с периодом обращения, равным периоду вращения Земли, называется стационарным. Он расположен в пространстве всегда над одной и той же точкой экватора. Чтобы добиться указанного условия, спутник должен двигаться с запада на восток на высоте 35 800 км со скоростью 3,076 км/с. В этом случае угловая скорость спутника будет равна угловой скорости вращения Земли.

Спутник, имеющий период обращения в целое число раз меньший или больший, чем период вращения Земли, называется синхронным. Такой спутник характерен тем, что при первом условии он ежесуточно проходит над одной и той же точкой Земли в одно и то же время.

Спутник, у которого период обращения не кратнен периоду вращения Земли, называется несинхронным.

Зная элементы орбиты ИСЗ, можно определить его положение в пространстве для любого момента времени. Эллиптическая орбита ИСЗ показана на рис. 7.20. На этом рисунке Я - перигей орбиты (ближайшая к Земле точка орбиты спутника); А - апогей орбиты (наиболее удаленная от Земли точка орбиты спутника); i - угол наклона плоскости орбиты спутника к плоскости небесного экватора; - восходящий узел орбиты (точка на орбите, в которой ИСЗ пересекает плоскость небесного экватора, переходя из Южного полушария в Северное); 15 - нисходящий узел орбиты; Т - точка весеннего равноденствия; Q - прямое восхождение восходящего узла орбиты; со - угловое расстояние перигея по орбите от восходящего узла; а - прямое восхождение спутника; - склонение спутника. Чтобы полностью определить орбиту спутника, необходимо знать шесть элементов. Элементы Q, i, со называют угловыми элементами. К пространственным элементам орбиты относятся: большая полуось эллипса а и эксцентриситет орбиты , т.е. отношение фокусного расстояния К большой полуоси эллипса. Большая полуось и эксцентриситет характеризуют размеры и форму эллиптической орбиты. Шестым элементом является время прохождения перигея.

Положение спутника на небесной сфере определяется склонением и прямым восхождением. Но эти элементы очень быстро изменяются, так как ИСЗ имеет малый период обращения. Если бы на движение ИСЗ не оказывали действия возмущающие силы, то положение его орбиты в пространстве, а также размеры и форма орбиты оставались бы неизменными.

Рис. 7.20. Элементы орбиты ИСЗ

В действительности движение спутника испытывает сложные и разнообразные возмущения. Влияние сил притяжения Солнца, Луны и планет, неоднородность поля тяготения Земли, влияние сил сопротивления атмосферы и электромагнитных сил изменяют параметры орбиты ИСЗ.

Без знания элементов траектории и координат ИСЗ нельзя использовать его для самолетовождения. Поэтому в состав спутниковых навигационных систем входит ЭВМ, которая вычисляет эфемериды (координаты) ИСЗ. Вычисленные координаты передаются на спутник, а оттуда на самолет, где они используются при обработке результатов измерений.

Спутниковые навигационные системы.

Основная задача самолетовождения сводится к определению места самолета. В современных условиях эту задачу можно решить с помощью ИСЗ, которые являются новыми перспективными средствами самолетовождения. Искусственные спутники, являясь небесными телами, имеют ряд преимуществ перед естественными небесными светилами - они оснащены приемопередающей аппаратурой, что позволяет измерять не только угловые координаты ИСЗ, но и использовать свойства радиоволн для определения дальности до них.

Рассмотрим кратко принцип работы спутниковой навигационной системы на примере спутниковой системы навигации «Навстар». В ее состав (рис. 7.21) входят: один или несколько ИСЗ; сеть следящих станций; вычислительный центр; передающий центр; самолетное бортовое оборудование. Количество спутников, их высота и положение орбит определяется практическими соображениями по обеспечению полетов в необходимых районах.

Сеть следящих станций обеспечивает слежение за спутниками и определение точного их положения. Число станций зависит от необходимой продолжительности слежения. Станции располагаются в пунктах с точно известными координатами. Данные станций слежения поступают в вычислительный центр, где с помощью ЭВМ производится вычисление эфемерид ИСЗ, которые

затем передаются передающим центром на спутник, а оттуда посылаются абонентам в виде части навигационного сигнала.

Бортовое оборудование в зависимости от типа самолета может включать самолетный приемопередатчик, радиосекстант, оборудование доплеровской системы для работы с ИСЗ, радиолокационный приемник для угломерно-дальномерной системы и цифровую вычислительную машину (ЦВМ) с помощью которой производится обработка спутниковых сигналов и автоматическое определение места самолета с выдачей его на индикатор.

Рис. 7.21. Общий принцип работы спутниковой навигационной системы

Для снижения стоимости бортового оборудования в некоторых системах предусматривается определение места самолета производить на земле с помощью ЭВМ. Затем данные о месте самолета через релейные станции на ИСЗ передаются диспетчером УВД на борт самолета для решения экипажем навигационных задач.

Спутниковые навигационные системы могут быть следующих типов: угломерные, дальномерные и доплеровские.

Угломерные спутниковые системы основаны на измерении бортовым устройством угловых высот двух спутников. В процессе измерения высот аппаратура, установленная на спутниках, передает на самолет их координаты. Измеренные высоты и поступившая информация о положении спутников автоматически обрабатываются бортовой вычислительной аппаратурой, которая выдает текущие географические координаты места самолета.

Дальномерные спутниковые системы основаны на измерении дальности до двух спутников и высоты полета самолета. Измерение дальностей до двух спутников позволяет получить на земной поверхности два круга равных дальностей. Пересечение этих кругов дает место самолета. Центром круга равных дальностей является географическое место ИСЗ. Место самолета определяется бортовым автоматическим вычислительным устройством по известным траекторным элементам спутников, высоте полета и дальностям до двух спутников.

Доплеровские спутниковые системы основаны на принципе определения доплеровского сдвига частоты принятых на самолете сигналов ИСЗ. Такая система состоит из одного или нескольких спутников, положение орбит которых во времени точно известно. На спутнике установлен передатчик со строго стабилизированной частотой излучения навигационных сигналов. Эти сигналы передаются через установленный интервал времени. С помощью приемника на самолете определяется доплеровский сдвиг частоты. Интегрирование полученного сдвига частоты обеспечивает нахождение дальности до спутника. Три таких измерения позволяют определить место самолета, как и в дальномерной системе. В доплеровской системе не обеспечивается непрерывное определение места самолета. Но при этом можно обойтись без угловых измерений, требующих стабилизации платформы антенны на самолете, значительно усложняющей бортовую аппаратуру.

Спутниковые навигационные системы имеют неоспоримые преимущества перед другими системами и их внедрение позволит повысить надежность и безопасность выполнения полетов над любыми районами земного шара.