Πώς λειτουργούν οι δορυφόροι;

"Ένα άτομο πρέπει να ανέβει πάνω από τη Γη - στην ατμόσφαιρα και πέρα ​​από αυτό - μόνο με αυτόν τον τρόπο θα καταλάβει πλήρως τον κόσμο στον οποίο ζει».

Ο Σωκράτης έκανε την παρατήρηση αυτή αιώνες πρινοι άνθρωποι έβαλαν με επιτυχία το αντικείμενο στην τροχιά της Γης. Παρ 'όλα αυτά, ο αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος φαίνεται να συνειδητοποίησε πόσο πολύτιμη είναι μια άποψη από το διάστημα, αν και δεν γνώριζε καθόλου πώς να το επιτύχει αυτό.

Αυτή η ιδέα είναι για το πώς να φέρει ένα αντικείμενο "στοατμόσφαιρα και πέρα ​​"- αναγκάστηκε να περιμένει έως ότου ο Isaac Newton δημοσίευσε το διάσημο πείραμα σκέψης του με ένα cannonball το 1729. Φαίνεται έτσι:

"Φανταστείτε ότι βάλατε ένα όπλο στην κορυφήβουνά και πυροβολήθηκαν από αυτό οριζόντια. Το κανόνι θα ταξιδέψει παράλληλα στην επιφάνεια της Γης για κάποιο χρονικό διάστημα, αλλά τελικά θα αποδώσει στη βαρύτητα και θα πέσει στη Γη. Τώρα φανταστείτε ότι συνεχίζετε να προσθέτετε πυρίτιδα στο όπλο. Με πρόσθετες εκρήξεις, ο πυρήνας θα ταξιδέψει μακρύτερα και μακρύτερα μέχρι να πέσει. Προσθέστε τη σωστή ποσότητα πυρίτιδας και δώστε στον πυρήνα τη σωστή επιτάχυνση και θα πετάει συνεχώς γύρω από τον πλανήτη, πάντα πέφτοντας στο βαρυτικό πεδίο, αλλά ποτέ δεν φτάνει στη γη ".

Τον Οκτώβριο του 1957, η Σοβιετική Ένωση τελικάεπιβεβαίωσε την εικασία του Νεύτωνα με την εκτόξευση του Sputnik-1, του πρώτου τεχνητού δορυφόρου στην τροχιά της Γης. Αυτό ξεκίνησε μια διαστημική φυλή και πολυάριθμες εκτοξεύσεις αντικειμένων που προορίζονταν να πετούν γύρω από τη Γη και άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος. Από την κυκλοφορία του Sputnik, ορισμένες χώρες, οι περισσότερες από τις ΗΠΑ, τη Ρωσία και την Κίνα, έχουν ξεκινήσει περισσότερους από 3.000 δορυφόρους στο διάστημα. Μερικά από αυτά τα ανθρώπινα αντικείμενα, όπως το ISS, είναι μεγάλα. Άλλοι ταιριάζουν τέλεια σε ένα μικρό στήθος. Χάρη στους δορυφόρους, λαμβάνουμε προβλέψεις για τις καιρικές συνθήκες, παρακολουθούμε τηλεόραση, σερφάρετε στο Internet και πραγματοποιούμε τηλεφωνικές κλήσεις. Ακόμη και οι δορυφόροι, των οποίων το έργο δεν αισθανόμαστε και δεν βλέπουμε, είναι απολύτως υπέρ του στρατού.

Φυσικά, η έναρξη και η λειτουργία των δορυφόρων οδήγησαντα προβλήματα. Σήμερα, δεδομένου ότι περισσότεροι από 1000 δορυφόροι εργάζονται στην τροχιά της Γης, η κοντινότερη μας περιοχή διαστήματος έχει γίνει πιο ζωντανή από μια μεγάλη πόλη σε ώρα αιχμής. Προσθέστε σε αυτόν τον μη εργαζόμενο εξοπλισμό, εγκαταλελειμμένους δορυφόρους, κομμάτια υλικού και θραύσματα από εκρήξεις ή συγκρούσεις που γεμίζουν τον ουρανό με χρήσιμο εξοπλισμό. Αυτά τα τροχιακά συντρίμμια, τα οποία γράψαμε λεπτομερώς, έχουν συσσωρευτεί με την πάροδο των ετών και αποτελούν σοβαρή απειλή για τους δορυφόρους που κυκλοφορούν σήμερα γύρω από τη Γη, καθώς και για τις μελλοντικές επανδρωμένες και μη επανδρωμένες εκτοξεύσεις.

Σε αυτό το άρθρο, μπαίνουμε στο έντερο ενός συνηθισμένουδορυφόρο και κοιτάξτε στα μάτια του για να δείτε τις απόψεις του πλανήτη μας, τις οποίες ο Σωκράτης και ο Νεύτωνας δεν μπορούσαν καν να ονειρευτούν. Αλλά πρώτα, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς, στην πραγματικότητα, ένας δορυφόρος είναι διαφορετικός από άλλα ουράνια αντικείμενα.

Το περιεχόμενο

• 1 Τι είναι ένας δορυφόρος;
• 2 Πότε εφευρέθηκαν οι δορυφόροι;
• 3 Ποια είναι η διαφορά μεταξύ δορυφορικών και διαστημικών συντριμμιών;
• 4 Τι είναι μέσα σε ένα συνηθισμένο δορυφόρο;
• 5 Πώς ξεκινούν οι δορυφόροι σε τροχιά;
• 6 Τροχιακή ταχύτητα και υψόμετρο
• 7 Τύποι δορυφόρων
• 8 Διάσημοι Δορυφόροι
• 9 Πόσο είναι οι δορυφόροι;
• 10 Το μέλλον των δορυφόρων

Τι είναι ένας δορυφόρος;

Δορυφορική Είναι οποιοδήποτε αντικείμενο που κινείται κατά μήκος μιας καμπύληςγύρω από τον πλανήτη. Η Σελήνη είναι ένας φυσικός δορυφόρος της Γης και δίπλα στη Γη υπάρχουν πολλοί δορυφόροι που παράγονται από ανθρώπινα χέρια, τεχνητά. Το μονοπάτι που ακολουθεί ένας δορυφόρος είναι μια τροχιά, που μερικές φορές παίρνει τη μορφή ενός κύκλου.

Να καταλάβουμε γιατί οι δορυφόροι κινούνται έτσιπρέπει να επισκεφτούμε τον φίλο μας Νεύτωνα. Πρότεινε ότι υπάρχει βαρύτητα μεταξύ οποιωνδήποτε δύο αντικειμένων στο σύμπαν. Εάν αυτή η δύναμη δεν υπήρχε εκεί, οι δορυφόροι που πετούν κοντά στον πλανήτη θα συνεχίσουν την κίνηση τους με την ίδια ταχύτητα και προς την ίδια κατεύθυνση - σε ευθεία γραμμή. Αυτή η γραμμή είναι το αδρανειακό μονοπάτι του δορυφόρου, το οποίο όμως εξισορροπείται από μια ισχυρή βαρυτική έλξη κατευθυνόμενη προς το κέντρο του πλανήτη.

Μερικές φορές η τροχιά του δορυφόρου μοιάζει με έλλειψη,Ένας πεπλατυσμένος κύκλος που τρέχει γύρω από δύο σημεία γνωστά ως μαγικά κόλπα. Σε αυτή την περίπτωση, όλοι οι ίδιοι νόμοι της εργασίας κίνησης, εκτός από το ότι οι πλανήτες βρίσκονται σε ένα από τα κόλπα. Ως αποτέλεσμα, η καθαρή δύναμη που εφαρμόζεται στον δορυφόρο δεν περνά ομοιόμορφα σε ολόκληρη την πορεία του και η ταχύτητα του δορυφόρου αλλάζει διαρκώς. Μετακινείται γρήγορα όταν είναι πιο κοντά στον πλανήτη - στο σημείο του περιγράμματος (δεν πρέπει να συγχέεται με το περιείλιο) και πιο αργά όταν είναι πιο μακριά από τον πλανήτη - στο σημείο του απογείου.

Οι δορυφόροι διατίθενται σε ποικίλα σχήματα και μεγέθη και εκτελούν μια μεγάλη ποικιλία εργασιών.

• Οι μετεωρολογικοί δορυφόροι βοηθούν τους μετεωρολόγουςΠροβλέψτε τον καιρό ή δείτε τι συμβαίνει αυτή τη στιγμή. Ο γεωστατικός λειτουργικός περιβαλλοντικός δορυφόρος (GOES) αποτελεί καλό παράδειγμα. Αυτοί οι δορυφόροι περιλαμβάνουν συνήθως κάμερες που δείχνουν τον καιρό της Γης.
• Οι δορυφόροι επικοινωνίας επιτρέπουν τηλεφωνικές κλήσειςΡελέ μέσω δορυφόρου. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό ενός δορυφόρου επικοινωνίας είναι ένας αναμεταδότης - ένα ραδιόφωνο που λαμβάνει μια συνομιλία σε μία συχνότητα και στη συνέχεια το ενισχύει και το μεταδίδει στη Γη με διαφορετική συχνότητα. Ένας δορυφόρος συνήθως περιέχει εκατοντάδες ή χιλιάδες αναμεταδότες. Οι δορυφόροι επικοινωνίας είναι συνήθως γεωσυγχρονισμένοι (περισσότεροι σε αυτό αργότερα).
• Οι τηλεοπτικοί δορυφόροι μεταδίδουν τηλεοπτικά σήματα από το ένα σημείο στο άλλο (παρόμοια με τους δορυφόρους επικοινωνίας).
• Οι επιστημονικοί δορυφόροι, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, εκτελούν κάθε είδους επιστημονικές αποστολές. Παρακολουθούν τα πάντα από τις ηλιακές κηλίδες στις ακτίνες γάμμα.
• Οι δορυφόροι πλοήγησης βοηθούν να πετάξουν αεροπλάνα και να πλεύσουν πλοία. Οι GPS δορυφόροι NAVSTAR και GLONASS είναι εξαιρετικοί εκπρόσωποι.
• Οι δορυφόροι διάσωσης ανταποκρίνονται σε σήματα κινδύνου.
• Οι δορυφόροι παρατήρησης της γης σημειώνουν αλλαγές - από τη θερμοκρασία έως τους πάγους. Οι πιο γνωστές είναι η σειρά Landsat.

Οι στρατιωτικοί δορυφόροι βρίσκονται επίσης σε τροχιά, αλλάτο μεγαλύτερο μέρος της δουλειάς τους παραμένει ένα μυστήριο. Μπορούν να αναμεταδίδουν κρυπτογραφημένα μηνύματα, να παρακολουθούν πυρηνικά όπλα, εχθρικές κινήσεις, να προειδοποιούν για εκτοξεύσεις πυραύλων,

Πότε εφευρέθηκαν οι δορυφόροι;

Ίσως ο Newton στις φαντασιώσεις του ξεκίνησεδορυφόρους, αλλά πριν ολοκληρώσουμε πραγματικά αυτό το κατόρθωμα, πέρασε πολύς χρόνος. Ένας από τους πρώτους οραματιστές ήταν ο συγγραφέας της επιστημονικής φαντασίας Arthur Clark. Το 1945, ο Clark πρότεινε ότι ο δορυφόρος θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε τροχιά έτσι ώστε να κινηθεί προς την ίδια κατεύθυνση και με την ίδια ταχύτητα με τη Γη. Οι λεγόμενοι γεωστατικοί δορυφόροι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για επικοινωνίες.

Οι επιστήμονες δεν κατάλαβαν τον Clark - μέχρι τις 4 Οκτωβρίου 1957χρόνια. Στη συνέχεια, η Σοβιετική Ένωση ξεκίνησε το Sputnik-1, τον πρώτο τεχνητό δορυφόρο, σε τροχιά της Γης. Το Sputnik είχε διάμετρο 58 εκατοστών, ζύγιζε 83 κιλά και κατασκευάστηκε με τη μορφή μίας σφαίρας. Αν και αυτό ήταν ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα, το περιεχόμενο του Sputnik ήταν πενιχρό από τα σημερινά πρότυπα:

• θερμόμετρο
• μπαταρία
• ραδιόφωνο
• αέριο άζωτο που ήταν υπό πίεση μέσα στον δορυφόρο

Στο εξωτερικό του "Sputnik" τεσσάρων ακίδωνκεραίες που μεταδίδονται με συχνότητα βραχέων κυμάτων άνω και κάτω από το ισχύον πρότυπο (27 MHz). Οι σταθμοί παρακολούθησης στη Γη παγιδεύαν το ραδιοφωνικό σήμα και επιβεβαίωσαν ότι ο μικροσκοπικός δορυφόρος επέζησε της εκτόξευσης και ξεκίνησε επιτυχώς σε μια πορεία γύρω από τον πλανήτη μας. Ένα μήνα αργότερα, η Σοβιετική Ένωση ξεκίνησε το Sputnik-2 σε τροχιά. Μέσα στην κάψουλα ήταν ο σκύλος Laika.

Τον Δεκέμβριο του 1957, απελπισμένος να συνεχίσειμε τους αντιπάλους τους στον Ψυχρό Πόλεμο, Αμερικανοί επιστήμονες προσπάθησαν να ξεκινήσουν έναν δορυφόρο σε τροχιά με τον πλανήτη Vanguard. Δυστυχώς, ο πυραύλος συνετρίβη και έκαψε στο στάδιο απογείωσης. Λίγο αργότερα, στις 31 Ιανουαρίου 1958, οι Ηνωμένες Πολιτείες επανέλαβαν την επιτυχία της ΕΣΣΔ υιοθετώντας το σχέδιο του Werner von Braun, το οποίο ήταν να ξεκινήσει ο δορυφόρος Explorer-1 με τις ΗΠΑ Redstone Ο Explorer-1 έφερε εργαλεία για την ανίχνευση κοσμικών ακτίνων και ανακάλυψε κατά τη διάρκεια ενός πειράματος από τον James Van Allen από το Πανεπιστήμιο της Αϊόβα ότι οι κοσμικές ακτίνες είναι πολύ μικρότερες από τις αναμενόμενες. Αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη δύο δακτυλιοειδών ζωνών (που τελικά ονομάστηκαν από τον Van Allen) γεμάτες με φορτισμένα σωματίδια που συλλαμβάνονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Ενθαρρύνονται από αυτές τις επιτυχίες, ορισμένες εταιρείεςάρχισαν να αναπτύσσουν και να εκτοξεύουν δορυφόρους στη δεκαετία του '60. Ένας από αυτούς ήταν το Hughes Aircraft με τον αστέρι μηχανικό Harold Rosen. Ο Ρόζεν οδήγησε την ομάδα που ενσωμάτωσε την ιδέα του Clark - έναν δορυφόρο επικοινωνίας τοποθετημένο στην τροχιά της Γης με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να αντανακλά ραδιοκύματα από το ένα μέρος στο άλλο. Το 1961, η NASA υπέγραψε σύμβαση με την Hughes για την κατασκευή μιας σειράς δορυφόρων Syncom (σύγχρονες επικοινωνίες). Τον Ιούλιο του 1963, ο Rosen και οι συνάδελφοί του είδαν πως το Syncom-2 κατέβηκε στο διάστημα και εισήλθε σε μια τραχιά γεωσυνδρομική τροχιά. Ο Πρόεδρος Kennedy χρησιμοποίησε το νέο σύστημα για να μιλήσει με τον πρωθυπουργό της Νιγηρίας στην Αφρική. Σύντομα, το Syncom-3 απογειώθηκε, πράγμα που θα μπορούσε να μεταδώσει ένα τηλεοπτικό σήμα.

Η ηλικία των δορυφόρων έχει αρχίσει.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ δορυφορικών και διαστημικών συντριμμιών;

Από τεχνική άποψη, ένας δορυφόρος είναι οποιοδήποτε αντικείμενοπεριστρέφεται γύρω από έναν πλανήτη ή μικρότερο ουράνιο σώμα. Οι αστρονόμοι κατατάσσουν τα φεγγάρια ως φυσικούς δορυφόρους και με τα χρόνια έχουν συντάξει μια λίστα εκατοντάδων τέτοιων αντικειμένων που περιστρέφονται γύρω από τους πλανήτες και τους πλανήτες νάνους του ηλιακού μας συστήματος. Για παράδειγμα, μετρήθηκαν 67 φεγγάρια του Δία. Και συνεχίστε να βρίσκετε νέα φεγγάρια.

Τα τεχνητά αντικείμενα, όπως ο Sputnik και ο Explorer,μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ως δορυφόροι, καθώς, όπως και τα φεγγάρια, περιστρέφονται γύρω από τον πλανήτη. Δυστυχώς, η ανθρώπινη δραστηριότητα έχει οδηγήσει σε τεράστια ποσότητα σκουπιδιών στην τροχιά της Γης. Όλα αυτά τα κομμάτια και τα συντρίμμια συμπεριφέρονται σαν μεγάλες ρουκέτες - περιστρέφονται γύρω από τον πλανήτη με μεγάλη ταχύτητα με κυκλικό ή ελλειπτικό τρόπο. Σε μια αυστηρή ερμηνεία του ορισμού, κάθε τέτοιο αντικείμενο μπορεί να οριστεί ως δορυφόρος. Αλλά οι αστρονόμοι, κατά κανόνα, θεωρούν ως δορυφόρους εκείνα τα αντικείμενα που εκτελούν μια χρήσιμη λειτουργία. Τα συντρίμμια και άλλα σκουπίδια εμπίπτουν στην κατηγορία των τροχιακών συντριμμιών.

Τα τροχιακά συντρίμματα προέρχονται από πολλές πηγές:

• Η έκρηξη των ρουκετών που παράγει τα περισσότερα σκουπίδια.
• Ο αστροναύτης χαλαρώνει το χέρι του - αν ο αστροναύτηςεπισκευάζει κάτι στο διάστημα και χάνει το κλειδί, αυτό χάνεται για πάντα. Το κλειδί πηγαίνει σε τροχιά και πετά με ταχύτητα περίπου 10 km / s. Εάν χτυπά ένα άτομο ή δορυφόρο, τα αποτελέσματα μπορεί να είναι καταστροφικά. Μεγάλα αντικείμενα, όπως το ISS, είναι ένας μεγάλος στόχος για τα συντρίμμια.
• Απορριπτόμενα στοιχεία. Μέρη δοχείων εκτόξευσης, καλύμματα φακών κάμερας και ούτω καθεξής.

Η NASA ξεκίνησε ένα ειδικό δορυφόρο που ονομάζεταιLDEF για τη μελέτη των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων μιας σύγκρουσης με τα διαστημικά συντρίμμια. Πάνω από έξι χρόνια, δορυφορικά όργανα κατέγραψαν περίπου 20.000 συγκρούσεις, μερικές από τις οποίες προκλήθηκαν από μικρομετεωρίτες, ενώ άλλες προκλήθηκαν από τροχιακά συντρίμμια. Οι επιστήμονες της NASA συνεχίζουν να αναλύουν τα δεδομένα LDEF. Αλλά στην Ιαπωνία σχεδιάζουν ήδη να αναπτύξουν ένα γιγαντιαίο δίκτυο για την αλίευση χωματερών.

Τι υπάρχει μέσα σε έναν κανονικό δορυφόρο;

Οι δορυφόροι διατίθενται σε διάφορα σχήματα και μεγέθη καιεκτελούν πολλές διαφορετικές λειτουργίες, αλλά όλες, κατ 'αρχήν, είναι παρόμοιες. Όλα έχουν ένα μεταλλικό ή σύνθετο πλαίσιο και ένα σώμα, το οποίο οι αγγλόφωνοι μηχανικοί αποκαλούν το λεωφορείο, και οι Ρώσοι - η πλατφόρμα διαστήματος. Η πλατφόρμα διαστήματος φέρνει τα πάντα μαζί και παρέχει αρκετά μέτρα για τα εργαλεία να επιβιώσουν στην εκτόξευση.

Όλοι οι δορυφόροι έχουν πηγή ενέργειας (συνήθωςηλιακά πάνελ) και τις μπαταρίες. Οι συστοιχίες ηλιακών συλλεκτών σας επιτρέπουν να φορτίζετε μπαταρίες. Οι νεότεροι δορυφόροι περιλαμβάνουν κυψέλες καυσίμου. Η δορυφορική ενέργεια είναι πολύ ακριβή και εξαιρετικά περιορισμένη. Οι πυρηνικές μπαταρίες χρησιμοποιούνται συνήθως για την αποστολή διαστημικών ανιχνευτών σε άλλους πλανήτες.

Όλοι οι δορυφόροι διαθέτουν ενσωματωμένο υπολογιστήτον έλεγχο και την παρακολούθηση διαφόρων συστημάτων. Ο καθένας διαθέτει ραδιόφωνο και κεραία. Τουλάχιστον οι περισσότεροι δορυφόροι διαθέτουν ραδιοπομπό και ραδιοφωνικό δέκτη, έτσι ώστε το πλήρωμα του πληρώματος εδάφους να μπορεί να ζητήσει πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του δορυφόρου και να το παρατηρήσει. Πολλοί δορυφόροι επιτρέπουν πολλά διαφορετικά πράγματα: από την αλλαγή της τροχιάς για τον επαναπρογραμματισμό ενός συστήματος υπολογιστή.

Όπως αναμένεται, συγκεντρώστε όλα αυτά τα συστήματαη τοποθέτηση δεν είναι εύκολο έργο. Χρειάζονται χρόνια. Όλα αρχίζουν με τον καθορισμό του σκοπού της αποστολής. Ο καθορισμός των παραμέτρων επιτρέπει στους μηχανικούς να συναρμολογήσουν τα απαραίτητα εργαλεία και να τα εγκαταστήσουν με τη σωστή σειρά. Μόλις εγκριθεί η προδιαγραφή (και ο προϋπολογισμός), ξεκινά η δορυφορική συναρμολόγηση. Εκτελείται σε ένα καθαρό δωμάτιο, σε αποστειρωμένο περιβάλλον, το οποίο σας επιτρέπει να διατηρείτε την επιθυμητή θερμοκρασία και υγρασία και να προστατεύετε τον δορυφόρο κατά την ανάπτυξη και συναρμολόγηση.

Τεχνητοί δορυφόροι παράγονται συνήθωςνα παραγγείλετε. Ορισμένες εταιρείες έχουν αναπτύξει δομοστοιχειωτούς δορυφόρους, δηλαδή σχέδια, η συναρμολόγηση των οποίων επιτρέπει την εγκατάσταση πρόσθετων στοιχείων σύμφωνα με τις προδιαγραφές. Για παράδειγμα, οι δορυφόροι Boeing 601 είχαν δύο βασικές ενότητες - ένα πλαίσιο για τη μεταφορά του υποσυστήματος του κινητήρα, των ηλεκτρονικών και των μπαταριών. και ένα σύνολο κελιών ραφιών για την αποθήκευση εξοπλισμού. Αυτή η modularity επιτρέπει στους μηχανικούς να συναρμολογούν δορυφόρους όχι από το μηδέν, αλλά από το τεμάχιο εργασίας.

Πώς ξεκινούν οι δορυφόροι σε τροχιά;

Σήμερα, όλοι οι δορυφόροι εκτοξεύονται σε τροχιά. Πολλοί μεταφέρουν τους στο τμήμα φορτίου.

Στις περισσότερες εκτοξεύσεις δορυφόρων, εκτοξεύεται πυραύλωνπηγαίνοντας προς τα πάνω, αυτό σας επιτρέπει να το περάσετε γρήγορα μέσα από ένα παχύ στρώμα της ατμόσφαιρας και να ελαχιστοποιήσετε την κατανάλωση καυσίμου. Μετά την απογείωση του πυραύλου, ο μηχανισμός ελέγχου πυραύλων χρησιμοποιεί ένα σύστημα αδρανειακής καθοδήγησης για τον υπολογισμό των απαραίτητων ρυθμίσεων στο ακροφύσιο πυραύλων για την επίτευξη της επιθυμητής κλίσης.

Μετά την πτώση του πυραύλουαέρα, σε ύψος περίπου 193 χιλιομέτρων, το σύστημα πλοήγησης παράγει μικρές ρακέτες, οι οποίες αρκούν για να στρέψουν τον πύραυλο σε οριζόντια θέση. Μετά από αυτό, απελευθερώνεται ένας δορυφόρος. Μικροί πυραύλοι ξεκινούν και πάλι και παρέχουν μια διαφορά στην απόσταση μεταξύ του πυραύλου και του δορυφόρου.

Τροχιακή ταχύτητα και υψόμετρο

Ο πύραυλος πρέπει να πάρει ταχύτητα στα 40.320χιλιόμετρα ανά ώρα για να ξεφύγουν τελείως από τη βαρύτητα της Γης και να πετάξουν στο διάστημα. Η ταχύτητα του χώρου είναι πολύ μεγαλύτερη από ό, τι χρειάζεται ένας δορυφόρος στην τροχιά. Δεν αποφεύγουν τη βαρύτητα της Γης, αλλά βρίσκονται σε κατάσταση ισορροπίας. Η τροχιακή ταχύτητα είναι η ταχύτητα που απαιτείται για να διατηρηθεί μια ισορροπία ανάμεσα στη βαρυτική έλξη και την αδρανειακή κίνηση ενός δορυφόρου. Πρόκειται για περίπου 27 359 χιλιόμετρα την ώρα σε υψόμετρο 242 χιλιομέτρων. Χωρίς βαρύτητα, η αδράνεια θα είχε μεταφέρει τον δορυφόρο στο διάστημα. Ακόμη και με τη βαρύτητα, αν ο δορυφόρος κινηθεί πολύ γρήγορα, θα μεταφερθεί στο διάστημα. Εάν ο δορυφόρος κινείται πολύ αργά, η βαρύτητα θα τον τραβήξει πίσω στη Γη.

Η ταχύτητα της τροχιάς του δορυφόρου εξαρτάται από αυτήνύψη πάνω από τη Γη. Όσο πιο κοντά στη Γη, τόσο πιο γρήγορη είναι η ταχύτητα. Σε υψόμετρο 200 χιλιομέτρων, η τροχιακή ταχύτητα είναι 27.400 χιλιόμετρα την ώρα. Για να διατηρηθεί η τροχιά σε υψόμετρο 35.786 χιλιόμετρα, ο δορυφόρος πρέπει να κυκλοφορεί με ταχύτητα 11.300 χιλιομέτρων την ώρα. Αυτή η ταχύτητα τροχιάς επιτρέπει στον δορυφόρο να κάνει ένα flyby σε 24 ώρες. Δεδομένου ότι η Γη περιστρέφεται επίσης 24 ώρες, ο δορυφόρος σε υψόμετρο 35.786 χιλιομέτρων βρίσκεται σε σταθερή θέση σε σχέση με την επιφάνεια της Γης. Αυτή η θέση ονομάζεται γεωστατική. Η γεωστατική τροχιά είναι ιδανική για μετεωρολογικούς και επικοινωνιακούς δορυφόρους.

Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η τροχιά, τόσο μεγαλύτερος είναι ο δορυφόροςμπορεί να παραμείνει σε αυτό. Σε χαμηλό υψόμετρο, ο δορυφόρος βρίσκεται στην ατμόσφαιρα της Γης, γεγονός που δημιουργεί αντίσταση. Σε μεγάλο υψόμετρο δεν υπάρχει σχεδόν καμία αντίσταση, και ένας δορυφόρος, όπως το φεγγάρι, μπορεί να βρίσκεται σε τροχιά εδώ και αιώνες.

Τύποι δορυφόρων

Στον πλανήτη, όλοι οι δορυφόροι μοιάζουν - γυαλιστεράκουτιά ή κυλίνδρους διακοσμημένα με φτερά από ηλιακούς συλλέκτες. Αλλά στο διάστημα, αυτά τα αδέξια μηχανήματα συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά ανάλογα με τη διαδρομή πτήσης, το υψόμετρο και τον προσανατολισμό. Ως αποτέλεσμα, η ταξινόμηση των δορυφόρων μετατρέπεται σε περίπλοκο θέμα. Μια προσέγγιση είναι να προσδιοριστεί η τροχιά μιας συσκευής σε σχέση με έναν πλανήτη (συνήθως στη Γη). Θυμηθείτε ότι υπάρχουν δύο κύριες τροχιές: κυκλικές και ελλειπτικές. Μερικοί δορυφόροι ξεκινούν σε μια έλλειψη και μετά εισάγουν μια κυκλική τροχιά. Άλλοι κινούνται κατά μήκος ενός ελλειπτικού μονοπατιού γνωστού ως η τροχιά της φωτεινής. Αυτά τα αντικείμενα, κατά κανόνα, κυκλώνονται από βορρά προς νότο μέσω των στύλων της Γης και ολοκληρώνουν μια πλήρη πτήση σε 12 ώρες.

Οι πολικοί σε τροχιά δορυφόροι περνούν επίσηςπόλους με κάθε επανάσταση, αν και οι τροχιές τους είναι λιγότερο ελλειπτικές. Οι πολικές τροχιές παραμένουν σταθερές στο διάστημα ενώ η Γη περιστρέφεται. Ως αποτέλεσμα, το μεγαλύτερο μέρος της Γης περνά κάτω από ένα δορυφόρο σε πολική τροχιά. Δεδομένου ότι οι πολικές τροχιές παρέχουν εξαιρετική κάλυψη πλανητών, χρησιμοποιούνται για χαρτογράφηση και φωτογραφία. Οι αστρονόμοι βασίζονται επίσης σε ένα παγκόσμιο δίκτυο πολικών δορυφόρων που πετούν γύρω από τον πλανήτη μας σε 12 ώρες.

Οι δορυφόροι μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ανάλογα με το ύψος τους πάνω από την επιφάνεια της γης. Με βάση αυτό το σχήμα, υπάρχουν τρεις κατηγορίες:

• Χαμηλή τροχιά της γης (DOE) - Δορυφόροι DOEκαταλαμβάνουν χώρο από 180 έως 2000 χιλιόμετρα πάνω από τη Γη. Οι δορυφόροι που κινούνται κοντά στην επιφάνεια της Γης είναι ιδανικοί για την παρατήρηση, για στρατιωτικούς σκοπούς και για τη συλλογή πληροφοριών σχετικά με τις καιρικές συνθήκες.
• Μέση τροχιά της Γης (COO) - αυτοί οι δορυφόροι πετούν από 2.000 έως 36.000 χλμ. Πάνω από τη Γη. Οι δορυφόροι πλοήγησης GPS λειτουργούν καλά σε αυτό το υψόμετρο. Σχετική ταχύτητα τροχιάς - 13.900 km / h.
• Γεωστατική (γεωσύγχρονη) τροχιά -οι γεωστατικοί δορυφόροι κινούνται γύρω από τη γη σε υψόμετρο που υπερβαίνει τα 36.000 χλμ και με την ίδια ταχύτητα περιστροφής με τον πλανήτη. Επομένως, οι δορυφόροι σε αυτήν την τροχιά τοποθετούνται πάντα στην ίδια θέση στη Γη. Πολλοί γεωστατικοί δορυφόροι πετούν γύρω από τον ισημερινό, ο οποίος δημιούργησε πολλές "κυκλοφοριακές εμπλοκές" σε αυτή την περιοχή του χώρου. Αρκετές εκατοντάδες δορυφόροι τηλεόρασης, επικοινωνίας και καιρού χρησιμοποιούν γεωστατική τροχιά.

Και τελικά, μπορείτε να σκεφτείτε τους δορυφόρους σε αυτόόπου αισθάνονται "βλέποντας". Τα περισσότερα από τα αντικείμενα που εστάλησαν στο διάστημα τις τελευταίες δεκαετίες, κοιτάξτε τη Γη. Αυτοί οι δορυφόροι έχουν κάμερες και εξοπλισμό που μπορούν να δουν τον κόσμο μας σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός, που σας επιτρέπουν να απολαύσετε την εκπληκτική θέα στα υπεριώδη και υπέρυθρα χρώματα του πλανήτη μας. Λιγότεροι δορυφόροι στρέφουν τα μάτια τους σε ένα χώρο όπου παρατηρούν αστέρια, πλανήτες και γαλαξίες και επίσης ανιχνεύουν αντικείμενα όπως αστεροειδείς και κομήτες που μπορούν να συγκρουστούν με τη Γη.

Διάσημοι δορυφόροι

Μέχρι πρόσφατα, οι δορυφόροι παρέμεινανεξωτικές και μυστικές συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για στρατιωτικούς σκοπούς για ναυσιπλοΐα και κατασκοπεία. Τώρα έχουν γίνει αναπόσπαστο μέρος της καθημερινής μας ζωής. Χάρη σε αυτά, θα μάθουμε την πρόγνωση του καιρού (αν και οι καιροί προβλέπουν πόσο συχνά είναι λάθος). Παρακολουθούμε τηλεόραση και δουλεύουμε με το Διαδίκτυο και χάρη στους δορυφόρους. Το GPS στα αυτοκίνητα και τα smartphones μας σας επιτρέπει να φτάσετε στο σωστό μέρος. Αξίζει να μιλήσουμε για την ανεκτίμητη συμβολή του τηλεσκοπίου Hubble και του έργου των αστροναυτών στο ISS;

Ωστόσο, υπάρχουν πραγματικοί ήρωες της τροχιάς. Ας τα γνωρίσουμε.

Οι δορυφόροι Landsat λαμβάνουν φωτογραφίες από τη γη από την αρχήΤης δεκαετίας του 1970, και από την άποψη των παρατηρήσεων της επιφάνειας της Γης, είναι πρωταθλητές. Το Landsat-1, γνωστό ταυτόχρονα ως ERTS (Earth Resources Technology Satellite) ξεκίνησε στις 23 Ιουλίου 1972. Έφερε δύο κύρια εργαλεία: μια κάμερα και έναν πολυφασματικό σαρωτή, που δημιουργήθηκε από την εταιρεία αεροσκαφών Hughes και είναι ικανός να καταγράφει δεδομένα σε πράσινα, κόκκινα και δύο υπέρυθρα φάσματα. Ο δορυφόρος έκανε τέτοιες υπέροχες εικόνες και θεωρήθηκε τόσο επιτυχής που ακολούθησε μια ολόκληρη σειρά. Η NASA εγκαινίασε το τελευταίο Landsat-8 τον Φεβρουάριο του 2013. Δύο αισθητήρες που παρατηρούν τη Γη, λειτουργικό Land Imager και θερμικό υπέρυθρο αισθητήρα πέταξαν σε αυτή τη συσκευή, συλλέγοντας πολυφασματικές εικόνες παράκτιων περιοχών, πολικών πάγων, νησιών και ηπείρων.

Γεωστατικό επιχειρησιακό περιβάλλονδορυφόροι (GOES) που περιστρέφονται πάνω από τη Γη σε μια γεωστατική τροχιά, κάθε μία υπεύθυνη για ένα σταθερό μέρος του πλανήτη. Αυτό επιτρέπει στους δορυφόρους να παρακολουθούν στενά την ατμόσφαιρα και να ανιχνεύουν αλλαγές στις καιρικές συνθήκες που μπορούν να οδηγήσουν σε ανεμοστρόβιλους, τυφώνες, πλημμύρες και καταιγίδες. Οι δορυφόροι χρησιμοποιούνται επίσης για την εκτίμηση της ποσότητας των βροχοπτώσεων και της συσσώρευσης του χιονιού, τη μέτρηση της έκτασης του καλύμματος χιονιού και την παρακολούθηση των κινήσεων της θάλασσας και του πάγου της λίμνης. Από το 1974, 15 δορυφόροι GOES τέθηκαν σε τροχιά, αλλά μόνο δύο δορυφόροι GOES "West" και GOES "East" παρακολουθούν τον καιρό.

Οι Jason-1 και Jason-2 διαδραμάτισαν βασικό ρόλομακροπρόθεσμη ανάλυση των ωκεανών της Γης. Η NASA ξεκίνησε το Jason-1 το Δεκέμβριο του 2001 για να αντικαταστήσει τον δορυφόρο NASA / CNES Topex / Poseidon, ο οποίος εργάζεται στη Γη από το 1992. Για σχεδόν δεκατρία χρόνια, ο Jason-1 έχει μετρήσει τη στάθμη της θάλασσας, την ταχύτητα του ανέμου και το ύψος κύματος πάνω από το 95% των ωκεανών της γης χωρίς πάγο. Η NASA συνταξιοδοτήθηκε επισήμως τον Jason-1 στις 3 Ιουλίου 2013. Το 2008, ο Jason-2 μπήκε σε τροχιά. Έφερε όργανα υψηλής ακρίβειας για να μετρήσει την απόσταση από τον δορυφόρο στην επιφάνεια του ωκεανού με ακρίβεια αρκετών εκατοστών. Αυτά τα δεδομένα, εκτός από την αξία για τους ωκεανολόγους, παρέχουν μια εκτενή ματιά στη συμπεριφορά των παγκόσμιων κλιματολογικών προτύπων.

Πόσο είναι οι δορυφόροι;

Μετά τον δορυφόρο και τον εξερευνητή, οι δορυφόροι έγινανμεγαλύτερα και σκληρότερα. Πάρτε το TerreStar-1, για παράδειγμα, ένα εμπορικό δορυφόρο που έπρεπε να παρέχει κινητή μετάδοση δεδομένων στη Βόρεια Αμερική για smartphones και παρόμοιες συσκευές. Ξεκίνησε το 2009, το TerreStar-1 ζύγιζε 6910 κιλά. Και με πλήρη ανάπτυξη, αποκάλυψε μια κεραία μήκους 18 μέτρων και τεράστιους ηλιακούς συλλέκτες με πτέρυγα 32 μέτρων.

Η οικοδόμηση μιας τόσο περίπλοκης μηχανής απαιτεί μάζαπόρους, έτσι ιστορικά μόνο κυβερνητικά τμήματα και εταιρίες με βαθιές τσέπες θα μπορούσαν να εισέλθουν στην επιχείρηση δορυφόρων. Το μεγαλύτερο μέρος του κόστους του δορυφόρου βρίσκεται στον εξοπλισμό - αναμεταδότες, υπολογιστές και κάμερες. Ένας συνηθισμένος δορυφόρος κοστίζει περίπου 290 εκατομμύρια δολάρια. Ο δορυφόρος Spy θα κοστίσει περισσότερα από 100 εκατομμύρια δολάρια. Προσθέστε σε αυτό το κόστος συντήρησης και επισκευής δορυφόρων. Οι εταιρείες πρέπει να πληρώνουν για το δορυφορικό εύρος ζώνης με τον ίδιο τρόπο που οι ιδιοκτήτες τηλεφώνων πληρώνουν για τις κυψελοειδείς επικοινωνίες. Μερικές φορές κοστίζει περισσότερα από 1,5 εκατομμύρια δολάρια ετησίως.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι το κόστος εκτόξευσης. Η εκτόξευση ενός δορυφόρου στο διάστημα μπορεί να κοστίσει από 10 έως 400 εκατομμύρια δολάρια, ανάλογα με τη συσκευή. Ο πυραύλος Pegasus XL μπορεί να ανυψώσει 443 χιλιόγραμμα σε χαμηλή τροχιά της Γης για $ 13,5 εκατομμύρια. Η εκτόξευση ενός βαρύ δορυφόρου απαιτεί περισσότερη ανύψωση. Ο πυραύλος Ariane 5G θα μπορούσε να ξεκινήσει ένα δορυφόρο χαμηλής τροχιάς 18.000 κιλών για $ 165 εκατομμύρια.

Παρά το κόστος και τους κινδύνους που συνδέονται με αυτόΜε την κατασκευή, την εκτόξευση και τη λειτουργία δορυφόρων, ορισμένες εταιρείες κατάφεραν να οικοδομήσουν μια ολόκληρη επιχείρηση σε αυτό. Για παράδειγμα, Boeing. Το 2012, η ​​εταιρεία παρέδωσε περίπου 10 δορυφόρους στο διάστημα και έλαβε εντολές για περισσότερα από επτά χρόνια, γεγονός που έφερε περίπου 32 δισεκατομμύρια δολάρια σε έσοδα.

Το μέλλον των δορυφόρων

Σχεδόν πενήντα χρόνια μετά την έναρξηSputnik, οι δορυφόροι, όπως οι προϋπολογισμοί, αυξάνονται και κερδίζουν έδαφος. Οι Ηνωμένες Πολιτείες, για παράδειγμα, έχουν ξοδέψει περίπου 200 δισεκατομμύρια δολάρια από την έναρξη του στρατιωτικού δορυφορικού προγράμματος και τώρα παρά το γεγονός αυτό, έχει ένα στόλο ηλικιωμένων οχημάτων που αναμένουν να αντικατασταθούν. Πολλοί ειδικοί φοβούνται ότι η κατασκευή και η εγκατάσταση μεγάλων δορυφόρων απλώς δεν μπορεί να υπάρξει με τα χρήματα των φορολογουμένων. Ιδιωτικές εταιρείες όπως το SpaceX, η Virgin Galactic και άλλοι που σαφώς δεν βρίσκονται στη γραφειοκρατική στασιμότητα της NASA, της NRO και της NOAA έχουν μείνει με μια λύση που μπορεί να μετατρέψει τα πάντα ανάποδα.

Μια άλλη λύση είναι να μειωθεί το μέγεθος και η πολυπλοκότητα.δορυφόρους. Από το 1999, επιστήμονες από το Caltech και το Πανεπιστήμιο του Stanford εργάζονται σε ένα νέο τύπο δορυφόρου CubeSat, το οποίο βασίζεται σε δομικά στοιχεία με μια επιφάνεια 10 εκατοστών. Κάθε κύβος περιέχει προκατασκευασμένα εξαρτήματα και μπορεί να συνδυαστεί με άλλους κύβους για να αυξήσει την απόδοση και να μειώσει το φορτίο. Με την τυποποίηση του σχεδιασμού και τη μείωση του κόστους δημιουργίας κάθε δορυφόρου από το μηδέν, ένα CubeSat μπορεί να κοστίσει μόλις 100.000 δολάρια.

Τον Απρίλιο του 2013, η NASA αποφάσισε να το δοκιμάσειμια απλή αρχή και ξεκίνησε τρία εμπορικά smartphones με βάση το CubeSat. Ο στόχος ήταν να φέρουμε τους μικροδορυφόρους σε τροχιά για μικρό χρονικό διάστημα και να τραβήξουμε λίγα πλάνα στα τηλέφωνα. Τώρα ο οργανισμός σχεδιάζει να αναπτύξει ένα εκτεταμένο δίκτυο τέτοιων δορυφόρων.

Όντας μεγάλοι ή μικροί, σύντροφοι του μέλλοντοςθα πρέπει να είναι σε θέση να επικοινωνούν αποτελεσματικά με τους επίγειους σταθμούς. Ιστορικά, η NASA βασίστηκε σε επικοινωνίες ραδιοσυχνοτήτων, αλλά η RF έχει φτάσει στο όριο της, καθώς η ζήτηση για μεγαλύτερη ισχύ έχει προκύψει. Για να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο, οι επιστήμονες της NASA αναπτύσσουν ένα αμφίδρομο σύστημα επικοινωνίας που βασίζεται σε λέιζερ αντί για ραδιοκύματα. Στις 18 Οκτωβρίου 2013, οι επιστήμονες ξεκίνησαν μια δέσμη λέιζερ για τη μετάδοση δεδομένων από τη Σελήνη στη Γη (σε απόσταση 384.633 χιλιομέτρων) και έλαβαν ένα ρυθμό μεταφοράς ρεκόρ 622 megabits ανά δευτερόλεπτο.