Сообщение на тему искусственные спутники земли

Искусственные спутники Земли (ИСЗ) представляют собой космические летательные аппараты, запущенные на околоземные орбиты для решения научных и других народнохозяйственных задач. Один из числа основоположников практической космонавтики, ближайший сподвижник С.П. Королева, советский ученый М.К. Тихонравов, еще в предвоенные годы предсказывал, что все разработки в области ракетной техники со временем неприменно приведут к космическим полетам. Последующие годы и события доказали полную состоятельность таких утверждений. После окончания Второй мировой войны мир стоял на грани новой, ядерной войны. С появлением атомной бомбы советские и американские ученые в спешном порядке работали над созданием баллистических ракет. 13 мая 1946 г. Й.В. Сталиным было подписано Постановление по вопросам создания в СССР реактивного вооружения. На базе артиллерийского завода № 88 появился НИИ-88, объединявший весь компдекс работ, осуществлявшихся в этой области. В начале августа 1946 года главным конструктором баллистических ракет назначили С.П. Королева.

Одновременно с работами над баллистической ракетой Р-7 возникла идея создания и запуска в космос искусственного спутника Земли. В мае 1954 года Королев направляет докладную записку на имя министра оборонной промышленности, в которой сообщает о целесообразности и реальной возможности вывода в космическое пространство ИСЗ на базе разрабатываемой двухступенчатой межконтинентальной ракеты (Р-7). Идею запуска ИСЗ активно поддерживал президент АН СССР М. Келдыш, который в 1956 году возглавил группу ученых, работавших над созданием программы научных экспериментов для ИСЗ. Эскизный проект ИСЗ (объект Д) был готов к июню 1956 г., для обеспечения его полета велись работы по наземному КИК (командно-измерительному комплексу). Запуск спутника был намечен на 1957 год. В ходе предварительного анализа было установлено, что имевшиеся ракеты не смогут сообщить разработанному спутнику первую космическую скорость — 8 км/с, т.к. аппарат оказался слишком тяжелым. Общий вес аппарата составлял не менее 1250 кг, в том числе: система энергопитания — 450 кг, вес одной оболочки — 250 кг, плюс большой вес антенн.

М.К. Тихонравов предлагает новый проект более легкого и простого спутника, масса которого составляла лишь 80 кг. Чертежи спутника были готовы уже в июне 1957-го, а в августе начались испытания. На базе Р-7 конструкторское бюро Королева разработало двухступенчатую ракету-носитель массой 267 т, имевшую 4 боковых ракетных блока (ЖЛД РД-107) и 1 центральный блок (ЖРД РД-108). На старте одновременно включались все двигатели. Через 120 сек. после старта на высоте 50 км отбрасывались боковые блоки, скорость при этом составляла 2,3 км/с. Еще через 180 сек. на высоте 200 км отключался центральный блок и с помощью пружинного толкателя от него отделялся спутник. Сбросив тепловой экран, спутник начинал свободный полет. 4 октября 1957 года впервые в мире был успешно осуществлен запуск искусственного спутника Земли, наступила.
сса первого ИСЗ равнялась 83,6 кг, это был сферический контейнер с диаметром 580 мм и четырьмя антеннами. Длина двух антенн равнялась 2 м, остальных — 2,4 м. К антеннам были подключены 2 радиопередатчика, работавшие на разных частотах и излучавшие сигнал, схожий на телеграфный. Чувствительные датчики внутри корпуса немного меняли сигнал при изменении давления и температуры внутри спутника. Перед запуском спутник заполнили газообразным азотом. Чтобы температура внутри была стабильной, предусматривалась специальная система циркуляции азота. Высота перигея составляла 228 км, апогея — 947 км, время одного обращения — 96,17 мин. ИСЗ находился в космосе 92 дня, совершив при этом 1440 оборотов. Согласно заводской документации спутник значился ПС-1, что означало простейший спутник. Однако выполненные разработчиками задачи были далеко не простыми, напротив, сверхсложными.

В том же году (3 ноября) был запущен второй советский спутник, его масса достигала 508,3 кг. В передней части размещался спектрограф для исследования Солнца, герметическая кабина в виде цилиндра с собакой Лайкой, сферический контейнер с радиопередатчиками. В корпусе ракеты находилось два прибора с целью изучения космических лучей. Совершив 2370 оборотов, 14 апреля 1958 года спутник сгорел в атмосфере. Третим спутником в космосе оказался американский «Эксплорер-1», который запустили 31 января 1958 года. В мире началась «космическая гонка». Если первые космические аппараты изготавливались по индивидуальному заказу, то позже началось серийное производство спутников. Первым серийным советским спутником был «Космос», который впервые запустили 16 марта 1962 года. Сегодня на орбитах нашей планеты летают тысячи искусственных тел.

Источник: mirnovogo.ru

Ведение. Искусственные спутники Земли — это космические аппараты, выведенные на околоземные орбиты. Форма орбит ИСЗ зависит от скорости движения спутника и его расстояния от центра Земли и представляет собой окружность или эллипс. Кроме того, орбиты различаются наклоном по отношению к плоскости экватора, а также направлением вращения. На форму орбит ИСЗ влияет несферичность гравитационного поля Земли, гравитационные поля Луны, Солнца и других небесных тел, а также аэродинамические силы, возникающие при движении ИСЗ в верхних слоях атмосферы, и другие причины.

Выбор формы орбиты ИСЗ во многом зависит от его назначения и особенностей выполняемых им задач.

Назначение ИСЗ. В зависимости от решаемых задач ИСЗ подразделяют на научно-исследовательские, прикладные и военные.

Научно-исследовательские ИСЗслужат для изучения Земли, небесных тел и космического пространства. С их помощью проводятся геофизические, астрономические, геодезические, биологические и др. исследования. Орбиты таких спутников разнообразны: от почти круговых на высоте 200…300 км до вытянутых эллиптических с высотой в апогее до 500 тыс. км. Это ИСЗ «Прогноз», «Электрон», «Протон» и др., выведенные на орбиты для изучения процессов солнечной активности и их влияния на магнитосферу Земли, изучения космических лучей и взаимодействия с веществом частиц сверхзвуковых энергий.

К прикладным ИСЗотносятся связные (телекоммуникационные), метеорологические, геодезические, навигационные, океанографические, геологические, спасательно-поисковые и другие.

Особое значение имеют связные ИСЗ — «Молния» (рис. 2.5), «Радуга», «Экран», «Горизонт», предназначенные для ретрансляции телевизионных программ и обеспечения дальней радиосвязи. Для них используются эллиптические синхронные орбиты с большим эксцентриситетом. Для непрерывной связи с регионом следует иметь три таких спутника. ИСЗ «Радуга», «Экран» и «Горизонт» также имеют круговые экваториальные геостационарные орбиты высотой 35500 — 36800 км, что обеспечивает круглосуточную связь через сеть наземных приемных телевизионных станций «Орбита».

Все эти спутники имеют динамическую стабилизацию относительно Земли и Солнца, что позволяет надежно ретранслировать получаемые сигналы, а также ориентировать панели солнечных батарей (СБ) на Солнце.

Рис. 2.5. Схема связного искусственного спутника Земли «Молния»:

1 — датчики системы ориентации; 2 — панели СБ; 3 — радиоприемники и передатчики;
4 — антенны; 5 — баллоны гидразина; 6 — двигатель коррекции орбиты; 7 — радиаторы

 

Метеорологические ИСЗ типа «Метеор» выводятся на круговые орбиты высотой 900 км. Они регистрируют состояние атмосферы и облачности, обрабатывают полученную информацию и передают ее на Землю (за один оборот ИСЗ обследует до 20% площади земного шара).

Геодезические ИСЗ предназначены для картографирования местности и привязки объектов на местности с учетом ее рельефа. В состав бортового комплекса таких ИСЗ входит: аппаратура, позволяющая точно фиксировать их положение в пространстве относительно наземных контрольных пунктов и определять расстояние между ними.

Навигационные ИСЗ типа «Цикада» и «Ураган» предназначены для глобальной навигационной спутниковой системы «Глонасс», «Космос-1000» (Россия), «Навстар» (США) — для обеспечения навигации морских судов, самолетов и других движущихся объектов. С помощью навигационно-радиотехнических систем судно или самолет может определить свое положение относительно нескольких ИСЗ (или в нескольких точках орбиты ИСЗ). Для навигационных ИСЗ предпочтительными являются полярные орбиты, т.к. они охватывают всю поверхность Земли.

Военные ИСЗ используются для обеспечения связи, управления войсками, осуществления различных видов разведки (наблюдения за территориями, военными объектами, запусками ракет, перемещениями кораблей и др.), а также для навигации самолетов, ракет, кораблей, подводных лодок и др.

Бортовое оснащение ИСЗ. Состав бортового оснащения ИСЗ определяется назначением ИСЗ.

В состав оснащения могут входить различные приборы и устройства для наблюдения. Эти приборы в соответствии с назначением могут работать на разных физических принципах. Например, на ИСЗ могут быть установлены: оптический телескоп, радиотелескоп, лазерный отражатель, фотоаппаратура с работой в видимом и инфракрасном диапазонах и т.п.

Для обработки результатов наблюдений и их анализа на борту ИСЗ могут устанавливаться сложные информационно-аналитические комплексы, использующие вычислительную технику и другие средства. Полученная и обработанная на борту информация, обычно в виде кодов, передается на Землю с помощью специальных бортовых радиокомплексов, работающих в различных диапазонах радиочастот. В составе радиокомплекса может быть несколько антенн различного типа и назначения (параболические, спиральные, штыревые, рупорные и др.).

Для управления движением ИСЗ и обеспечения функционирования его бортовой аппаратуры на борту ИСЗ устанавливается бортовой комплекс управления, который работает автономно (в соответствии с программами, имеющимися на борту), а также по командам, получаемым от наземного комплекса управления.

Для обеспечения электрической энергией бортового комплекса, а также всех бортовых приборов и устройств на ИСЗ устанавливаются панели солнечных батарей, собранных из полупроводниковых элементов, либо топливные химические элементы, либо ядерные энергетические установки.

Двигательные установки. На некоторых ИСЗ имеются двигательные установки, применяемые для коррекции траектории либо стабилизации вращением. Так, с целью увеличения времени существования низкоорбитных ИСЗ на них периодически включаются двигатели, переводящие спутники на более высокую орбиту.

Система ориентации ИСЗ. На большинстве ИСЗ применяется система ориентации, обеспечивающая фиксированное положение осей по отношению к поверхности Земли или каких-либо небесных объектов (например, для изучения космического пространства с помощью телескопов и других приборов). Ориентация осуществляется с помощью микроракетных двигателей или реактивных сопел, расположенных на поверхности ИСЗ или выступающих конструкциях (панелях, фермах и др.). Для стабилизации ИСЗ на средних и высоких орбитах требуются очень малые тяги (0,01… 1 Н).

Конструктивные особенности. ИСЗ выводятся на орбиты под специальными обтекателями, которые воспринимают все аэродинамические и тепловые нагрузки. Поэтому форма ИСЗ и конструктивные решения определяются функциональной целесообразностью и допустимыми габаритами. Обычно ИСЗ имеют моноблочные, многоблочные или ферменные конструкции. Часть оборудования размещается в термостатированных герметичных отсеках.

Автоматические межпланетные станции

Введение. Автоматические межпланетные станции (АМС) предназначены для полетов к Луне и планетам Солнечной системы. Их особенности определяются большой удаленностью функционирования от Земли (вплоть до выхода за сферу действия ее гравитационного поля) и временем полета (может измеряться годами). Все это предъявляет особые требования к их конструкции, управлению, энергоснабжению и др.

Общий вид и типовая компоновка АМС приведена на примере автоматической межпланетной станции «Вега» (рис. 2.6)

 

Рис. 2.6. Общий вид автоматической межпланетной станции «Вега»:

1 — спускаемый аппарат; 2 —орбитальный аппарат; 3 —солнечная батарея; 4 — блоки научной аппаратуры; 5 — малонаправленная антенна; 6 — остронаправленная антенна

 

Полеты АМС начались в январе 1959 года выводом на орбиту советской АМС «Луна-1», совершившей полет к Луне. В сентябре того же года «Луна-2» достигла поверхности Луны, а в октябре «Луна-3» сфотографировала невидимую сторону планеты, передав эти изображения на Землю.

В 1970 — 1976 годах с Луны на Землю были доставлены образцы лунного грунта, а на Луне успешно работали «Луноходы». Эти достижения существенно опередили американские исследования Луны автоматическими аппаратами.

С помощью серии АМС, запущенных в сторону Венеры (начиная с 1961 года) и Марса (с 1962 года), были получены уникальные данные о структуре и параметрах этих планет и их атмосфере. В результате полетов АМС установлено, что давление атмосферы Венеры составляет более 9 МПа (90 атм,), а температура 475°С; получена панорама поверхности планеты. Эти данные передавались на Землю при помощи сложной комбинированной конструкции АМС, одна из частей которой спускалась на поверхность планеты, а вторая, выведенная на орбиту спутника, принимала информацию и транслировала ее на Землю. Аналогичные сложные исследования проводились и на Марсе. В эти же годы богатая научная информация была получена на Земле с АМС «Зонд», на которых отрабатывались многие конструктивные решения для последующих АМС, в том числе по возвращении их на Землю.

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

Рис. 2.7. Траектория полета АМС «Вега» к планете Венера и комете Галлея

 

Полеты американских АМС «Рейнджер», «Сервейер», «Маринер», «Викинг» продолжили исследования Луны, Венеры и Марса («Маринер-9» — первый искусственный спутник Марса, вышел на орбиту 13 ноября 1971 г. после успешного выполнения маневра торможения, рис. 2.9), а АМС «Пионер», «Вояджер» и «Галилей» достигли дальних планет солнечной системы: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, передав уникальные снимки и данные об этих планетах.

Рис. 2.9 «Маринер-9» — первый искусственный спутник Марса, вышел на орбиту 13 ноября 1971 г. после успешного выполнения маневра торможения:

1 — малонаправленная антенна; 2 — двигатель маневрирования; 3 — топливный бак (2 шт.); 4 — прибор ориентации на звезду Канопус; 5 — баллон в системе наддува двигательной установки; 6 —жалюзи системы терморегулирования; 7 — инфракрасный интерферометр-спектрометр; 8 — телевизионная камера с малым углом обзора;
9 — ультрафиолетовый спектрометр; 10 —телевизионная камера большим углом обзора; 11 — инфракрасный радиометр; 12 — остронаправленная антенна; 13 — датчики захвата Солнца (4 шт.); 14 — датчик слежения за Солнцем; 15 — антенна с умеренным коэффициентом усиления; 16 — панель солнечных элементов (4 шт.).

 

Орбиты AMС. Для полетов АМС к планетам солнечной системы им должна быть сообщена скорость, близкая ко второй космической скорости или даже превышающая ее, при этом орбита приобретает форму параболы или гиперболы. При приближении к планете назначения АМС попадает в зону ее гравитационного поля (грависферы), которое изменяет форму орбиты. Таким образом, траектория АМС может состоять из нескольких участков, форма которых определяется законами небесной механики.

Бортовое оснащение АМС. На АМС, предназначенных для исследования планет, в зависимости от решаемых задач устанавливаются разнообразнейшие приборы и устройства: телевизионные камеры с малым и большим углом обзора, фотоаппараты и фотополяриметры, ультрафиолетовые спектрометры и инфракрасные интерферометры, магнитометры, детекторы космических лучей и заряженных частиц, приборы для измерения характеристик плазмы, телескопы и др.

Для выполнения запланированных исследований некоторые научные приборы могут располагаться в корпусе АМС, другие выносятся из корпуса с помощью ферм или штанг, устанавливаются на сканирующих платформах, поворачиваются относительно осей.

Для передачи полученной и обработанной информации на Землю на АМС устанавливается специальная приемо-передающая радиоаппаратура с остронаправленной параболической антенной, а также бортовой управляющий комплекс с вычислительным устройством, формирующий команды для работы приборов и систем, находящихся на борту.

Для обеспечения бортового управляющего комплекса и приборов электроэнергией на АМС могут применяться панели солнечных батарей или ядерные радиоизотопные термоэлектрические генераторы (необходимые при длительных полетах к дальним планетам).

Особенности конструкции АМС. Несущая конструкция АМС имеет обычно легкий ферменный каркас (платформу), на котором крепится все оборудование, системы и отсеки. Для электронного и другого оборудования применяются герметичные отсеки с многослойной теплоизоляцией и системой терморегулирования.

АМС должны быть оснащены системой ориентации по трем осям с отслеживанием определенных ориентиров (например, Солнца, звезды Канопус). Пространственная ориентация АМС и маневры коррекции траектории осуществляются с помощью микроракетных двигателей или сопел, работающих на горячих или холодных газах.

АМС могут иметь двигательную установку орбитального маневрирования для корректирования траектории либо для перевода АМС на орбиту планеты или ее спутника. В последнем случае конструкция АМС значительно усложняется, т.к. для посадки станции на поверхность планет требуется ее торможение. Оно осуществляется с помощью тормозной двигательной установки либо за счет атмосферы планеты (если ее плотность достаточна для торможения, как на Венере). При торможении и посадке возникают значительные нагрузки на конструкцию и приборы, поэтому спускаемую часть обычно отделяют от АМС, придавая ей соответствующую прочность и защищая от нагрева и других нагрузок.

Спускаемая часть АМС может иметь на борту различную научно-исследовательскую аппаратуру, средства для ее передвижения по поверхности планеты (например, «Луноход» на АМС «Луна-17») и даже возвращаемый на Землю аппарат с капсулой грунта (АМС «Луна-16»). В последнем случае на возвращаемом аппарате устанавливается дополнительная двигательная установка, обеспечивающая разгон и коррекцию траектории возвращаемого аппарата.

 

Источник: helpiks.org

«Описание материала:

Проектная деятельность является неотъемлемой частью работы по ФГОС.

Она помогает раскрыть условия для творческой работы учащихся под руководством учителя совместно с ребёнком и родителями. Мною представлена работа ученика начальной школы. Цель проекта: познакомиться с разными типами и видами спутников Земли, узнать их роль в жизни человека.

Задачи проекта:

• узнать какими бывают спутники Земли,
• узнать чем различаются искусственные и естественные спутники,
• рассмотреть назначение искусственных и естественных спутников,
• познакомиться с космической станцией,
• рассмотреть как в повседневной жизни мы сталкиваемся с работой искусственных спутников Земли.

 

«Выдержка из материала:

Содержание

• Введение 3
• Обоснование  выбора темы 3
• Что такое спутник планеты? 4
• Естественные спутники Земли 4
• Искусственные спутники Земли 4
• Вывод 6
• Список литературы 7
• Приложение. Слайды – иллюстрации 8

Введение

Цель проекта:

•  познакомиться с разными типами и видами спутников Земли, узнать их роль в жизни человека.Задачи проекта:
• узнать какими бывают спутники Земли,
• узнать чем различаются искусственные и естественные спутники
• рассмотреть назначение искусственных и естественных спутников
• познакомиться с космической станцией
• рассмотреть как в повседневной жизни мы сталкиваемся с работой искусственных спутников Земли.

Обоснование  выбора темы
Я люблю смотреть на звёздное небо и раньше мне казалось, что за этими горящими лампочками скрывается целый мир и каждая звезда  — это планета со своими жителями и Луна самая большая из них.Я стал интересоваться, спрашивать у взрослых и читать в книгах: что такое звезды, почему Луна такая большая.

Я узнал, что некоторые из звёзд, на небе — это искусственные спутники Земли – космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты. Мне стало интересно для чего предназначены эти летательные аппараты, и я стал узнавать, чем  различаются спутники Земли и для чего создают искусственные спутники, Результаты моей работы представлены в данном проекте. 

Что такое спутник планеты?
Спу́тник — объект, вращающийся по определённой орбите вокруг земли (или другой планеты), под действием гравитации. Различают искусственные спутники (созданные человеком) и естественные спутники, созданные силами природы.

Естественные спутники Земли

Источник: infourok.ru

Реферат на тему: «Особенности искусственных  спутников земли на примере спутниковых систем связи»

План

I . Введение

II .Первый искусственный спутник Земли

III. Системы связи ИСЗ

IV. Заключение

 

I. ВВЕДЕНИЕ

Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучении и исследовании околоземного и межпланетного космического пространства в огромной степени расширили наши представления о Солнце и Луне, о Марсе, Венере и дру­гих планетах. Очень результативным оказалось изучение верхних слоев атмосферы, ионосферы, магнитосферы. Вме­сте с тем выявилась весьма высокая эффективность ис­пользования околоземного космоса и космической техни­ки в интересах многих наук о Земле.

Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного про­гнозирования погоды и гидрометеорологической обстанов­ки, для навигации на морских путях и авиационных трас­сах, для высокоточной геодезии, изучения природных ре­сурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники, в различных областях хозяйства значительно возрастет.

Для нашей эпохи характерен огромный рост информации во всех сферах деятельности человека. Помимо прогрессирующего развития традиционных средств передачи информации—телефонии, телеграфии, радиовещания, возникла потребность в создании новых ее видов — телевидения, обмена данными в автоматических системах управления и ЭВМ, передачи матриц для печа­тания газет.

Глобальный характер различных хозяйственных про­блем и научных исследований, широкая межгосударствен­ная интеграция и кооперация в производстве, торговле, . научно-исследовательской деятельности, расширение обме­на в области культуры привели к значительному росту международных и межконтинентальных связей, включая обмен телевизионными программами.

Традиционные средства связи в отношении их ви­дов, объема, дальности, оперативности и надежности пе­редачи информации будут непрерывно совершенствовать­ся. Однако дальнейшее развитие их встречает немалые затруднения как технического, так и экономического ха­рактера. Уже теперь ясно, что требования, предъявляе­мые к пропускной способности, качеству, надежности ка­налов дальней связи, не могут быть полностью удовле­творены наземными средствами проводной и радиосвязи.

Сооружение дальних наземных и подводных кабель­ных линий занимает много времени. Они сложны и доро­гостоящи не только в строительстве, но и в эксплуата­ции, и в отношении дальнейшего развития. Обычные ка­бельные линии имеют к тому же сравнительно малую пропускную способность. Лучшие перспективы имеют ши­рокополосные концентрические кабели, однако и они об­ладают рядом недостатков, ограничивающих их приме­нение.

Значительно большей пропускной способностью, даль­ностью действия, возможностью перестройки для различ­ных видов связи располагает радио. Но и радиолинии обладают определенными недостатками, затрудняющими во многих случаях их применение.

Сверхдлинноволновые системы радиосвязи из-за огра­ниченности диапазона применяются обычно лишь для нужд транспорта, авианавигации и для специальных ви­дов связи.

Длинноволновые радиолинии из-за ограниченной про­пускной способности и сравнительно малого диапазона действия используются главным образом для местной ра­диосвязи и радиовещания.

Коротковолновые радиолинии обладают достаточной дальностью действия и широко применяются во многих видах связи различного назначения.

Новые пути преодоления свойственных дальней радио­связи недостатков открыли запуски искусственных спут­ников Земли (ИСЗ).

Практика подтвердила, что использование ИСЗ для связи, в особенности для дальней международной и меж­континентальной, для телевидения и телеуправления, при передаче больших объемов информации, позволяет устра­нить многие затруднения. Вот почему спутниковые си­стемы связи (ССС) в короткий срок получили небывало быстрое, широкое и разностороннее применение.

 

II. Первый искусственный спутник Земли.

Первая попытка поставить вопрос о создании ИСЗ была сделана в декабре 1953 г. при подготовке проекта постановления Совмина по ракете Р-7. Предлагалось: «Организовать в НИИ-88 научно-исследовательский отдел с задачей разработки проблемных заданий совместно с АН в области полета на высотах порядка 500 и более км, а также разработки вопросов, связанных с созданием искусственного спутника Земли и изучением межпланетного пространства с помощью изделия».

Эта задача рассматривалась в ОКБ не как разовая, а с расчетом на создание специального направления в развитии ракетостроения  Такая масштабная постановка вопроса требовала большой  предварительной  подготовки, вплоть до оценки стоимости предстоящих работ по созданию ИСЗ.

При планировании работ по ИСЗ определенным ориентиром служили сведения о работах США в этой области. Вопросы приоритета оставались главным аргументом в течение всего последующего периода развития космонавтики. Поэтому в  докладах, прежде всего, дается подробный обзор состоянию работ за рубежом. При этом высказывается, можно сказать, основополагающая мысль о том, что «ИСЗ есть неизбежный этап на пути развития ракетной техники, после которого станут возможными межпланетные сообщения». Обращается внимание на то, что за последние 2-3 года возросло внимание зарубежной печати к проблеме создания ИСЗ и межпланетным сообщениям.

Самое примечательное в документах на эту тему — это суждения о перспективе работ по ИСЗ. Разработка простейшего спутника — это только первый этап. Второй этап — создание спутника, обеспечивающего полет одного — двух человек по орбите. Третий этап работ- создание спутника-станции для длительного пребывания людей на орбите. При осуществлении этого проекта предлагалось собирать спутник-станцию из отдельных частей, доставляемых поочередно на орбиту.

Подготовительные работы к первым пускам ракеты шли со значительными трудностями и отставанием от установленных сроков. Вместе с тем, конструктора выражали уверенность, что при напряженной работе в марте 1957 г. начнутся пуски ракет. Ракету путем некоторых переделок можно приспособить для пуска в варианте искусственного спутника Земли, имеющего небольшой полезный груз в виде приборов весом около 25 кг… и отделяющийся шаровидный контейнер собственно спутника диаметром около 450 мм и весом 40-50 кг.

И вот в Советском Союзе была создана ракета, способная развить скорость 8 км/сек. Она стар­товала 4 октября 1957 г. Взлетев ввысь верти­кально, свечкой, ракета пронзила стратосферу. Ее вели автоматические устройства, действую­щие по заданной программе. Ракета поднялась на двести с лишком километров, постепенно приняла горизонтальное направление и легла на курс. Нужно было это сделать очень точно:

ошибка на один градус испортила бы все. Но автоматы действовали безупречно. Ракета на­брала нужную скорость и отправила в путь блестящий шар из алюминиевых сплавов— первый в мире искусственный спутник, сде­ланный в нашей стране.

8 км в секунду, 28800 км в час!

Если в какую-либо минуту спутник был над Австралией, то через 20 минут — над Аляской, еще через 12 минут — над Нью-Йор­ком, еще через 10 — над Бразилией. За полтора часа — кругосветное путешествие, 15 оборотов в сутки, и всякий раз по новой трассе, потому что плоскость орбиты спутника в пространстве неподвижна, а Земля вращается вокруг своей оси внутри этой орбиты.

Первый спутник был невелик: диаметр его — 58 см, вес — 83,6 кГ. У него были двухметровые усы — антенны. Внутри — два радиопередатчи­ка Проносясь над всеми странами мира, спутник оповещал, что эра космических странствий уже наступила, и эту эру открыла страна социа­лизма. За ним отправились в странствование вокруг Земли второй и третий спутники.

«Бэби-мун» — «Луной-малюткой» — прозвали американцы нашего межпланетного первенца. Тысячи глаз и радиоприемников следили за его полетом. И каждый час его жизни интересовал ученых. Впервые земное тело поднималось на высоту 947 км. Впервые на таких высотах работал радиопередатчик.

Сигналы его показы­вали, как проходят радиоволны через верхние наэлектризованные слои атмосферы, позволя­ли глубже понять их строение.

Радиопередача требует энергии. Энергия в космосе есть. Ее можно заимствовать от Солнца. Пусть оно своими лучами заряжает аккумуля­торы. Но на первом спутнике стояли батареи, заряженные на Земле. Они иссякли через неко­торое время, однако и замолкший спутник про­должал служить науке. На больших высотах, где пролегал его путь, воздуха почти нет… но все же «почти нет», а не «совсем нет». Даже при незначительной плотности воздух оказывает сопротивление, и скорость спутника посте­пенно снижается. Благодаря этому можно уста­новить, какова плотность атмосферы на различных высотах.

Некоторые особенности в движении спутни­ка указывают на неравномерное притяжение Земли. Это позволяет уточнить форму и строе­ние нашей планеты, найти скрытые под Землей тяжелые или легкие массы.

Теоретически тело, летящее над Землей со скоростью 8 км/сек, не упадет никогда. Но пер­вые спутники не могли летать вечно. Ничтожное сопротивление воздуха со временем затормози­ло их полет. Они снижались и, влетев в плотные слои воздуха, сгорали и рассыпались.

Теперь нужно было решить самый важный вопрос: может ли живое существо перенести космический полет, или оно неминуемо погиб­нет за пределами атмосферы? Второй советский искусственный спутник, стартовавший 3 нояб­ря 1957 г., должен был ответить на этот во­прос. На нем в космос на высоту до 1670 км отправилась первая путешественница — собака Лайка. Специальные приборы следили за ее дыханием, пульсом, кровяным давлением. Мы знаем, что Лайка хорошо перенесла стреми­тельный старт и многосуточное путешествие вокруг Земли. На третьем советском искусст­венном спутнике Земли была установлена еще белее разнообразная аппаратура для изучения свойств земной атмосферы, солнечного излуче­ния и т. п. Он весил 1,3 тонны, и запасы его электрической анергии для питания приборов пополнялись за счет действия солнечных лучей на установленные приспособления. Позднее несколько искусственных спутников удалось запустить и в США.

Третий советский спутник оказался самым долговечным и самым тяжелым. Советские люди сумели забросить в пространство солид­ное сооружение, размером с легковую маши­ну.

 

III. Спутниковые системы связи.

Интересно, что идея применения искусственных спут­ников Земли для связи была высказана еще до запуска первого спутника. В 1945 г. известный советский ученый П. В. Шмаков выдвигал идею использования ИСЗ для организации всемирного телевизионного вещания.

Каковы же принципы применения ИСЗ для целей свя­зи и почему спутниковые системы позволяют преодолеть многие трудности, возникающие при организации связи старыми, традиционными методами?

Известно, что шар отражает электромагнитные волны равномерно во всех направлениях, а его эффективная от­ражающая поверхность пропорциональна квадрату диа­метра. Повышение отражательных свойств такого шара может быть достигнуто за счет увеличения его диаметра.  Надув шара осуществлялся после вывода ИСЗ на орби­ту способом сублимации. Оболочка имела защитную плен­ку и специальное металлизированное покрытие. Шар был составлен из отдельных меридиональных сегментов. Металлические шаровые сегменты, накладываемые на сферу, обеспечивали электрический контакт между всеми ме­ридиональными сегментами.

Несмотря на очевидную простоту, дешевизну и опре­деленные технические достоинства такой системы спутниковой связи, очень скоро выявились и серьезные ее недо­статки. Для поддержания устойчивой связи потребовалась большая мощность передающих и высокая чувствитель­ность приемных наземных устройств. Но и при выполне­нии этих условий радиолинии работали недостаточно ус­тойчиво, были подвержены влиянию помех. Срок жизни таких спутников вследствие изменения их формы, сжа­тия оболочки и ухудшения отражательных свойств, а также из-за быстрой потери высоты оказался небольшим.

Спутник, однако, постоянно перемещается в пространстве и не может всегда находиться в зоне совместной видимости пунктов, нуждающихся в связи. Как же рабо­тает ССС, если требуется длительная, многочасовая или даже круглосуточная, связь между заданными пунктами  ?

Одно из возможных решений этой задачи — запуск на соответствующие орбиты такого количества спутников, чтобы, как только один из них выйдет из зоны совмест­ной радиовидимости пунктов, нуждающихся в связи, дру­гой ИСЗ тотчас же входил бы в эту зону.  Однако даже при достаточно большом количестве спутников, если их положение на ор­битах случайно, не исключено такое положение, когда в зоне совместной видимости двух пунктов, нуждающихся в связи, не окажется ни одного ИСЗ.

От чего же зависит количество ИСЗ, необходимых для обеспечения непрерывной связи? Очевидно, что, чем боль­ше высота их орбит, тем длительнее совместная види­мость ИСЗ наземными пунктами.

Наклонение — важнейшее условие охвата системой спутниковой связи определенного района Земли, заданной зоны обслуживания. В связи с первостепенной, можно сказать определяющей, ролью орбит ИСЗ в системах спут­никовой связи необходимо, хотя бы очень кратко, оста­новиться на некоторых основных их типах и поня­тиях.

Круговая орбита — это орбита, у которой расстояние от спутника до центра Земли приблизительно постоянно. Эллиптическая орбита — когда спутник движется вокруг Земли по кривой, близкой к эллипсу. Максимальное уда­ление ее от Земли (апогей) и минимальное (перигей) могут существенно отличаться друг от друга. Форма эл­липса определяется величиной его эксцентриситета (отно­шением разности расстояний от центра Земли до апогея и перигея к большой оси эллипса). Орбиты с большим экс­центриситетом имеют высокий апогей и называются высо­коэллиптическими.

Выбор формы орбиты (круговая, эллиптическая, высо­коэллиптическая), наклонения (полярная, наклонная с заданным углом наклона, экваториальная), величины пе­риода и характера обращения орбиты вокруг Земли (син­хронная, геостационарная) является определяющим при проектировании той или иной системы спутниковой свя­зи и в свою очередь обусловливается задачами проектируемой системы.

Начиная с первых запусков спутники связи почти всегда образуют систему. Одиночные ИСЗ связи широко­го использования применяются редко.

В спутниковых системах связи используются низкоорбитальные аппараты, высокоэллиптические ИСЗ и гео­стационары.

Системы связи с использованием низкоорбитальных ИСЗ

Первыми для целей связи были применены низкоорби­тальные ИСЗ.

Это объясняется, в частности, и тем, что вывод ИСЗ на низкие орбиты более прост и выполняет­ся с наименьшими энергетическими затратами. Первые запуски низкоорбитальных спутников связи  показали возможность и целесообразность приме­нения ИСЗ для связи, подтвердили правильность техни­ческих принципов активной ретрансляции. Вместе с тем из первого опыта эксплуатации спутников на низких орбитах стало ясно, что они не могут обеспечить достаточно эффективного ре­шения задач спутниковой связи.

Для расширения районов и увеличения времени дейст­вия ССС предусматривалось пойти по пути увеличения числа ИСЗ в системе. Вскоре, однако, стало ясно, что многоспутниковая система связи на низкоорбитальных ИСЗ как система общего пользования обладает многими эксплуатационными неудобствами и нерентабельна.

В низкоорбитальных системах связи спутники могут размещаться в пространстве друг относительно друга случайно пли упорядоченно. При случай­ном расположении понадобится большее число ИСЗ, одна­ко упорядоченное местоположение их в пространстве по­требует немалых усилий для создания и сохранения заданного относительного расположения. При этом необ­ходимы постоянный контроль местоположения спутников и корректировка орбит вследствие эволюции их в процес­се полета.

К достоинствам ССС на низких орбитах относятся,  как уже отмечалось, сравнительная дешевизна вывода их  на орбиту и более простая бортовая аппаратура. К не­достаткам — трудность поддержания непрерывной круг­лосуточной связи, усложнения наземной аппаратуры за счет применения следящих антенных устройств, меньший срок существования КА.

Низкоорбитальные ССС могут оказаться эффективными в тех случаях, когда не требуется двусторонняя непрерывно действующая связь (например, если нужна лишь периодическая передача данных).

Системы связи с ИСЗ на высокоэллиптических орбитах

Чтобы избежать недостатков, свойственных спутниковой системе связи на низких орбитах, надо повышать высо­ту орбит. Возможны два варианта таких орбит — высо­кие круговые и высокоэллиптические. Выведение ИСЗ на высокоэллиптические орбиты в некоторых случаях имеет известные преимущества.

За счет высоты орбиты длительность связи увеличится. Причем она до­полнительно возрастет еще вследствие того, что отноше­ние времени видимости нахо­дящегося близко к апогею спутника в заданной зоне к периоду его обращения   у спутников с эллиптической орбитой оказывается сущест­венно больше.

Согласно законам небес­ной механики (второму зако­ну Кеплера) при движении спутника по эллиптической орбите его угловая скорость тем меньше, чем дальше он находится от центра Земли. Иными словами, спутник в районе апогея движется су­щественно медленнее, чем в районе перигея.  При определении расчетных параметров орбит спутни­ков связи, естественно, учитываются также энергетиче­ские характеристики ракеты-носителя, возможности космо­дрома и командно-измерительного комплекса и другие факторы, обусловливающие вывод спутника на орбиту и управление им в полете.

К спутникам с эллиптической орбитой относятся, на­пример, американские спутники связи «Тельстар» (пери­гей—около 1 тыс. км, апогей—около 11 тыс. км).

Хорошим примером спутников с высокоэллиптической орбитой служат советские спутники связи типа «Мол­ния». Для спутников этого класса выбрана орбита с апо­геем над северным полушарием около 40 тыс. км и пери­геем около 500 км, при наклонении 65° и периоде обра­щения, равном 12 ч  При периоде обращения спутника класса «Молния», равном 12 ч, обеспечивается одновременно радиовиди­мость между Москвой и Дальним Востоком в течение 8— 9 ч на одном витке.

Орбитальная структура систем спутниковой связи (ко­личество ИСЗ, их орбиты и взаимоположение в простран­стве) обусловливается требованиями надежности, непрерывности, дальности действия связи, минимально до­пустимым углом места, при котором работоспособны наземные станции, и другими факторами.

Системы с геостационарными ИСЗ

Все большее распространение получают системы спутни­ковой связи с геостационарными ИСЗ, называемыми часто СИСЗ (стационарные ИСЗ). Они применяются для телефонно-телеграфной связи, радио- и телевещания. Созда­ются геостационарные космические аппараты комплекс­ного типа для метеорологических целей, изучения при­родных ресурсов Земли, контроля среды обитания, выпол­нения других задач.

Важнейшим достоинством геостационарных ИСЗ явля­ется образование огромной постоянной зоны видимости для многочисленных пунктов на Земле, охват обширных территорий, возможность организации связи на большую дальность и со значительным числом корреспондентов.

Существенное преимущество ССС со спутниками на геостационарных орбитах состоит в том, что при их ис­пользовании снижаются требования к наземным систе­мам слежения и связи, при этом упрощаются или устра­няются и устройства наведения бортовых антенн. по­мощью трех таких спутников, расположенных друг относительно друга под углами 120°, можно создать гло­бальную систему связи, т. е. систему, практически охваты­вающую всю Землю.

 

Геостационарные спутники связи, которые образно  можно себе представить как телебашни, поднятые на вы­соту 36 тыс. км, в принципе позволяют вести и прямые передачи без помощи местных телецентров, непосредственно на абонентские антенны. В настоящее время уро­вень мощности излучаемых телесигналов с геостационара еще недостаточен для приема на обычную, типовую або­нентскую антенну, поэтому приходится применять не­большие специальные антенны группового пользования. Что касается радиовещания, то прием его может осуще­ствляться на совсем небольшие наружные антенны.

Говоря о несомненных достоинствах СИСЗ, нельзя упускать из виду того, что вывод аппарата на стационар­ную орбиту осуществляется сложнее, чем на низкую или даже на высокоэллиптическую. Доставка 1 кг полезного груза на геостационарную орбиту обходится значительно дороже. Для удержания СИСЗ в заданной точке «стояния» на нуж­ной долготе требуется регулярная корректировка орбиты с помощью микродвигателей, а на борту спутника необ­ходимы для этих целей запасы топлива. Усложняется уп­равление в полете. Развитие космонавтики позволяет, од­нако, рассчитывать на быстрое и успешное преодоление всех затруднений, возникающих при создании и эксплуа­тации спутниковых систем связи на геостационарах.

Успешно действуют советские геостационарные спутники связи и телевизион­ного вещания типа «Радуга», «Экран», «Горизонт».

В эксплуатации находятся зарубеж­ные спутники связи типа «Интелсат», «Домсат» (США), «Телесат» (Канада) и другие.

Несмотря на свои достоинства, геостационары, одна- ко не во всех случаях выгодны в технико-экономическом отношении. При определенных условиях более ра­ционально использование ИСЗ на высокоэллиптических орбитах, например типа «Молния».

 

VI. Заключение

Пропускная способность, разветвленность систем, надежность и экономичность ССС постоян­но растут. Многопрограммным телевидением постепенно охватываются все новые районы, включая и самые отда­ленные уголки России. Возрасло значение ССС в управлении различными отраслями народного хозяйст­ва, в системах массового обучения, оповещения о различного рода стихийных явлениях, оказания медицинской помощи. Массовое распространение получили мобильные сред­ства спутниковой связи, позволяющие быстро и практиче­ски в любых районах страны организовать связь с по­мощью ИСЗ.

Значительно расширилось международное сотрудниче­ство в области применения спутниковых систем связи, еще более развились системы «Интерспутник», «Стацио­нар», возрасло их взаимодействие с системами «Интел-сат», «Инмарсат» и другими ССС различных стран мира.

У миллионов людей есть  возможность прямого исполь­зования ССС для индивидуальной связи с любым абонентом мира с помощью маломощных и весьма малогабаритных приемно-передающих устройств (мобильных телефонов). Реально применение ССС для «электронной почты» (интернет). Возможно также использования ИСЗ для индивидуального определения своего местонахождения в любой точке земного шара. При этом предполагается, что в распоряжении пользователей будут малогабаритные и дешевые индивидуальные навигационные устройства типа небольшого транзистора.

С каждым годом спутниковые системы связи будут становиться все более существенной частью Единой си­стемы связи, важным элементом глобальной систе­мы связи. Они и теперь играют заметную роль в улуч­шении связей и взаимопонимания между странами, а в течением времени эта роль будет возрастать.

Список используемой  литературы:

1. Академия наук СССР «Космос-Земле» Изд. «Наука», Москва 1981г.
2. Детская энциклопедия, том 2. Изд. «Академия педагогических наук РСФСР», Москва 1962г.
3. Талызин Н.В. «Спутники связи — Земля и Вселенная», 1977

Источник: referati-besplatno.ru