Интересные факты
Страсть исследователей к получению все новых знаний заставила разработчиков поставить в спутниковую систему даже такой немыслимый для того времени датчик, с помощью которого можно было наблюдать прохождение радиоволн через атмосферу планеты.
Корпус сферического контейнера состоял из двух одинаковых по размерам половинок, изготовленных из легкого и прочного алюминиевого сплава. Герметичность внутреннего пространства обеспечивалась прокладкой из резины, а в месте стыка было установлено 35 стальных болтов. Полностью собранный спутник заполняли сухим азотом, который препятствовал сильному нагреванию аппарата.
На одной из оболочек были установлены антенны, обращенные в одну сторону, с углом в 70 градусов. Штыри приводились в нужное положение после отделения ракеты, с помощью пружинного механизма. Длина антенны для волн УКВ составляла 240 см, а для диапазона КВ – 290 см. Они обеспечивали распространение сигналов в разные стороны, поддерживая устойчивую связь с наблюдателями. Кроме радиостанции, внутри герметичного корпуса сферы находились вентиляторы и цинково-серебряные аккумуляторы. Передатчики включались по очереди, чтобы не мешать сигналам друг друга.
Памятник первому спутнику
Как Хрущев хотел ракету
Никита Хрущев.
Когда Никита Хрущев возглавил нацию в 1953 году, у него была проблема. Холодная война была в самом разгаре, а Советский Союз чувствовал себя очень уязвимым. Если бы разразилась настоящая война, американские самолеты, несущие атомные бомбы и взлетающие с баз в Западной Европе, за несколько часов могли бы достичь Ленинграда и Москвы. Советским самолетам потребовалось бы гораздо больше времени, чтобы добраться до Соединенных Штатов. К тому времени, как они достигли бы точек назначения, города СССР, скорее всего, превратились бы в обугленные руины. Хрущеву нужно было новое оружие, которое избавило бы американцев от мысли, что они могут выиграть войну, если нападут первыми. Ему нужна была ракета, которая могла бы ударить по США менее чем через час после запуска.
Поэтому в 1954 году было принято решение о разработке первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты. Человеком, которому было поручено создать это оружие, стал Сергей Королев. Новую ракету обозначили как Р-7, и она должна была быть большой. Русские бомбы были тяжелыми. Р-7 должна была быть способна доставить 3-тонную боеголовку на расстояние более чем в 6400 километров. Советская ракета была больше всего, над чем работали американцы.
Первый навигационный спутник
В 1974 году NASA запустило первый навигационный спутник NTS-1 по программе NavStar (NAVigation System with Time And Ranging, русс. «Время и дальность действия навигационного спутника»). Его разрабатывали при поддержке Минобороны США. Аппарат весил 293 кг и питался от четырех развертываемых солнечных батарей. Он был оснащен генераторами сигналов из кварца и рубидия. Спутник транслировал микроволновый сигнал из космоса, а приемник на Земле использовал его для вычисления своего положения в пространстве по трем координатам в режиме реального времени. Позднее программу NavStar переименовали в GPS (Global Positioning System, русс. «Система глобального позиционирования»).
В 1994 году заработала первая группировка GPS из 24 геостационарных спутников. Данные со спутников используются не только в сфере навигации и обороны, но и в телекоме, геодезии, картографии и так далее. К 2022 году ВВС США разработали GPS-спутник нового поколения NTS-3, который можно перепрограммировать прямо на орбите под различные нужды, а благодаря усиленной антенной решетке можно регулировать мощность его сигнала.
Художественное изображение спутников NTS-1, NTS-2 и NTS-3
(Фото: AFRL Space Vehicles Directorate)
Простейший спутник
Эта штука еще и летала высоко над Землей.
Королев знал, что ему нужно быстро вывести спутник на орбиту. Как только переделанный тепловой экран будет готов, генералы будут настаивать на возврате к испытаниям ракет.
К сожалению, конструкция Тихонравова, которая весила 1400 килограммов и содержала множество научных инструментов, была далека от готовности. В конце концов, она отправилась в космос как «Спутник-3», но в то время спешно подыскивали альтернативу.
ПС-1, или «Простейший Спутник-1», представлял собой металлическую сферу с тремя батареями и радиопередатчиком с четырьмя антеннами. И он передавал звуки на двух разных радиочастотах. Сделали его так быстро, что не осталось даже формальных чертежей конструкции. Техники работали по эскизам и устным инструкциям, а инженеры особо не задумывались над тем, как сделать лучше.
Королев остро осознавал пропагандистскую ценность спутника на орбите и хотел, чтобы его спутник был как можно более заметным при движении вокруг мира. Металлическая сфера была отполирована до яркого блестящего серебра. Затем, чтобы максимизировать видимость, добавили отражающие призмы к внешней стороне последней ступени ракеты Р-7, так как она тоже должна была выйти на орбиту.
Некоторые спутники в истории
Спутник-1 был размером с баскетбольный мяч весом около трех с половиной килограмм. Он находился на орбите до 8 января 1958 года, когда он был сожжен после возвращения в атмосферу. Выданный им сигнал позволил измерить концентрацию ионов и предоставил другие важные данные.
В 1958 году НАСА запустила первый спутник под названием Explorer 1. Первое снятое изображение Земли было сделано в 1959 году одним из его преемников Explorer 6..
В 1969 году Соединенные Штаты предприняли космическую миссию под названием «Аполлон-11», которая стала первым пилотируемым полетом на поверхность Луны..
В настоящее время, согласно спутниковой базе данных UCS, в 2016 году на орбите вокруг Земли находилось 1459 действующих спутников. Из них 593 принадлежат США, 192 — Китаю, 135 — России и 539 — другим странам..
В 2016 году офис Программы космического мусора НАСА обнаружил на орбите около 17 817 объектов космического мусора
Если принять во внимание объекты менее 10 см на околоземной орбите, они могут достичь 750 тысяч мусорных объектов, представляющих риск из-за возможности воздействия на работающие спутники.
Самый старый спутник, все еще находящийся на орбите, — это «Авангард-1», запущенный в 1958 году. Размер спутников различается в зависимости от их функции: самый большой спутник, который в настоящее время существует, — это Международная космическая станция и самый маленький спутник НАСА. весит 64 грамма и был создан 3D-принтером, хотя в невесомости он выдерживает только 12 минут.
Далее описаны некоторые различия, характеристики, функции и типы каждого естественного и искусственного спутника..
Интересные факты
Некоторые наиболее любопытные факты:
- Первый американский спутник «Эксплорер – 1» был запущен 1 февраля 1958 года. Он выглядел несколько иначе, чем наш «ПС 1». Он имел сигаровидную форму и был оборудован различной исследовательской аппаратурой. Его масса составляла 8,3 кг.
- Первый индийский сателлит «Ариабхата» вышел на заданную орбиту 19 апреля 1975 году. Он был спроектирован как научная лаборатория для сбора данных и проведения научных экспериментов. К сожалению, в результате того, что случился сбой одной из его систем, связь с ним прервалась, и он сгорел в атмосфере.
- В августе 1960 года С. П. Королев отправил в космос двух собак по кличке Белка и Стрелка. Цель такой космической экспедиции – влияние орбитального полета на живой организм. Кстати, эти клички придумал один из медицинских сотрудников, проводивший исследование подопытных четвероногих.
- В честь знаменательного события 1957 года на одной из улиц Москвы установили памятник под названием «Спутник». Гранитная скульптура олицетворяет высокий полет человеческий мысли и самоотверженный подвиг советского народа.
Эпоха покорения космоса помнит множество значимых событий, каждое из которых давалось ценой неимоверных усилий и потерь. Так или иначе, тернистый путь к звездам был проложен именно тогда – 4 октября 1957 года.
Именно эта дата послужила отправной точкой развития отечественной космонавтики как самостоятельной отрасли и определила её дальнейшую судьбу.
Квазиспутники
Расстояние, на котором гравитация планеты может удерживать спутники называется сферой Хилла. Если объект вращается вокруг за пределами этой дистанции, то он считается квазиспутником, который рано или поздно улетит в космос.
На данный момент ученые насчитали 7 таких более-менее постоянных спутников вокруг Земли:
- Круитни. Астероид обнаружил в 1986 году астроном-любитель Дункан Уалдрон, изучая фото с австралийского телескопа Шмидта. Диаметр квазиспутника – 5 км.
- YN107. Квазиспутник 10-30 м в диаметре был обнаружен НАСА в 2003 году. Но он никого не заинтересовал, из-за чего не получил ни имени, ни порядкового номера.
- GU9. Еще один булыжник, обнаруженный НАСА на орбите Земли в 2004 году. Но его размер смогли подсчитать достаточно точно – 163 м.
- SO16. Астероид обнаружили в Ирландии в 2010 году. О нем известно мало. Даже размер очень примерный – 200-400 м в диаметре.
- TK7. Единственный троянский спутник на орбите Земли. Это значит, что он движется по орбите планеты, как бы ее обгоняя на 60 градусов. Его обнаружили в 2010 году в Канаде. Его размер около 300 м.
- Дуэнде. Миниастероид обнаружили ученые обсерватории Ла-Сагра в 2012 году. Его размер составляет всего 30 м. Но в 2013 он приблизился к планете так, что его можно было увидеть в бинокль. Есть вероятность, что в 2094 году он упадет на Землю, так как будет пролетать всего в 4500 км.
- Камоалева. Открыт Полом Чодасом в США в 2016 году. На орбите Земли он всего 100 лет, но пока считается самым стабильным квазиспутником. Его диаметр всего 0,1 км. Но китайцы планируют запуск своего спутника с Земли к Камоалева в 2024 году. Зонд Жэнг Хе отправится для сбора грунта и доставки его на планету.
Астероид вблизи Земли
Как заявил в 2012 году в своей статье астрофизик Микаэль Гравник, каждый час у Земли появляется новый квазиспутник. Но обычно они не задерживаются надолго, вырываясь с орбиты в течение суток.
Миссия
17 марта 1958 года трехступенчатая ракета-носитель вывела «Авангард» на эллиптическую орбиту с наклоном и углом 654 x 3969 километров, 134,2 минуты. По первоначальным оценкам, орбита просуществовала 2000 лет, но было обнаружено, что солнечное радиационное давление и атмосферное сопротивление во время высоких уровней солнечной активности вызывают значительные возмущения в высоте перигея спутника, что привело к значительному сокращению его ожидаемого срока службы примерно до 240 лет. «Авангард-1» передавал свои сигналы в течение почти семи лет, вращаясь вокруг Земли.
Радиомаяк
Передатчик мощностью 10 мВт, питаемый от ртутной батареи, на частоте 108 МГц. Полоса частот, используемая для научных спутников Международного геофизического года (МГГ), и передатчик мощностью 5 мВт, 108,03 МГц, питаемый от шести солнечных элементов, использовались как часть радиофазового слежения за углом система. Данные отслеживания были использованы, чтобы показать, что форма Земли имеет очень небольшую асимметрию между севером и югом, иногда описываемую как «грушевидная », со стержнем на Северном полюсе.. Эти радиосигналы также использовались для определения общего содержания электронов между спутником и выбранными наземными приемными станциями. Передатчик с батарейным питанием обеспечивал внутреннюю температуру упаковки около шестнадцати дней и отправлял сигналы отслеживания в течение двадцати дней. Передатчик на солнечных батареях передавал более шести лет. Его сигнал постепенно ослабевал, и последний раз его принимали в Кито, Эквадор, в мае 1964 года. С тех пор космический корабль отслеживался оптически с Земли с помощью телескопа.
Конструкция для измерения плотности атмосферы
солнечными элементами
Из-за своей симметричной формы экспериментаторы использовали Авангард 1 для определения плотности верхней атмосферы в зависимости от высоты, широты, сезона и солнечной активности. Поскольку спутник непрерывно вращается по орбите, он будет немного отклоняться от своих предсказанных положений, накапливая все больший и больший сдвиг из-за сопротивления остаточной атмосферы. Измеряя скорость и время орбитальных сдвигов, а также свойства сопротивления тела, можно рассчитать соответствующие параметры атмосферы. Было установлено, что атмосферное давление и, следовательно, сопротивление и орбитальное затухание были выше, чем ожидалось, поскольку верхние слои атмосферы Земли постепенно сужаются в космос.
Этот эксперимент был тщательно спланирован перед запуском. Первоначальные предложения Военно-морской исследовательской лаборатории (NRL) по проекту включали конические тела спутников; Это устранило необходимость в отдельных механизмах обтекателя и выброса, а также в их весе и видах отказа. Радиосвязь собирала данные и устанавливала позицию. В начале программы было добавлено оптическое слежение (с помощью камеры Бейкера-Нанна сети и наблюдателей ). Группа ученых предложила изменить дизайн на сферы диаметром не менее двадцати дюймов, а, возможно, и тридцати дюймов. Сфера будет иметь постоянное оптическое отражение и постоянный коэффициент сопротивления , основанный только на размере, в то время как свойства конуса будут зависеть от его ориентации. Джеймс Ван Аллен из Университета Айовы предложил цилиндрический спутник на основе своей работы с рокун, который стал Explorer 1, первым Американский спутник. Лаборатория военно-морских исследований наконец приняла сферу диаметром 16 см (6,4 дюйма) в качестве «испытательной машины» с диаметром в 20 дюймов, установленным для последующих спутников. Снижение веса за счет меньшего размера, а также меньшего количества приборов на первых спутниках считалось приемлемым.
Поскольку три спутника Vanguard все еще находятся на орбите с практически неизменными характеристиками лобового сопротивления, они формируют базовый набор данных для атмосферы Земли, который составляет более 60 лет. старый и продолжающийся.
Научные результаты полета «Спутник-1»
Трудно переоценить значение этого легендарного события. Помимо того, что он укрепил веру в космические полеты и повысил престиж страны, он внес неоценимый вклад в развитие и укрепление научного потенциала того времени.
Анализ полета ПС-1 позволил начать исследование ионосферы, свойства которой не были в полной мере изучены. В частности, ученых интересовал вопрос распространения радиоволн в её среде. Помимо этого, проводились замеры параметров плотности атмосферы и её влияние на орбитальный объект.
Анализ собранных данных стал хорошим подспорьем при проектировании и создании новых узлов и механизмов будущих космических кораблей.
Как рисковал Сергей Королев
Сергей Королев и Юрий Гагарин
Сергей Королев не хотел ждать, пока новый тепловой экран будет готов к испытанию. Он знал, что хочет сделать с новыми ракетами, которые будут построены, — он хотел запустить спутник. Но у советских военных были другие мысли. Им нужна была только полностью рабочая МБР. Запуск спутника стал бы пустой тратой времени на научную чепуху; наука подождет.
Королев решил рискнуть и наплевал на военных, обратившись напрямую к Никите Хрущеву. Он подчеркнул ценность пропаганды, которую несет первый вывод объекта на орбиту силами отдельной страны, и убедил советского лидера отправить спутник на следующей Р-7.
США могли быть первыми
Ракеты выглядят особенно красиво на фоне темного неба.
Вернер фон Браун был человеком, которым двигало желание строить ракеты, и он хотел использовать эти ракеты для изучения космического пространства. Остаются серьезные вопросы касательно степени, в которой он был готов игнорировать моральные дилеммы, вызванные плановым использованием того, что он разработал, но, несомненно, он был гениальным инженером, когда дело доходило до разработки новых технологий.
Фон Браун потратил большую часть времени во Второй мировой войне на разработку ракет V-2, которые нанесли серьезный урон Лондону во время войны. Затем он принял сознательное решение возглавить свою команду инженеров уже на стороне американских сил и предложил свои услуги правительству США.
К 1953 году фон Браун стал главой американской команды, разрабатывающей ракеты. Он усовершенствовал и увеличил конструкцию V-2, превратив ее в первую баллистическую ракету американцев, PGM-11 Redstone, которая взлетела в том же году. Redstone была разработана для использования на боле боя и имела рабочую дальность всего в 320 километров, но фон Браун хотел запускать с ее помощью и спутники.
В сентябре 1954 года он предложил сделать «минимальный спутниковый аппарат». Это была, по сути, Redstone в сочетании с тремя верхними ступенями небольших твердотельных ракет. Эта комбинация, как подсчитал фон Браун, могла вывести небольшой спутник весом 2,5 килограмма на орбиту Земли. Он также запросил 100 000 долларов дополнительного финансирования на разработку своего спутника, но получил строгий отказ. Возможность номер один была упущена.
Период с июля 1957 года по декабрь 1958 году был обозначен Международным геофизическим годом (МГГ), с целью содействия научному сотрудничеству между странами. В 1955 году Советский Союз объявил, что в рамках МГГ он запустит научные инструменты в космос. В духе соперничества, а не сотрудничества, президент США Дуайт Эйзенхауэр сразу же заявил, что США планируют вывести искусственный спутник на орбиту Земли в рамках МГГ.
В то время армия США, ВВС и ВМС — все разрабатывали собственные проекты ракет. И каждый предложил свои силы для запуска спутника. К досаде Вернера фон Брауна, ВМС выиграли «тендер» с ракетой Vanguard. В качестве утешения армии позволили построить модифицированный Redstone, который затем назвали Jupiter-C. Это было сделано для того, чтобы проверить конструкции теплозащитных экранов для возвращения ядерных боеголовок в атмосферу на подходе к цели.
Министр обороны США Чарли Уилсон не был поклонником фон Брауна и был обеспокоен тем, что тот может запустить спутник «случайно». Поэтому он приказал главе военной ракетной программы генералу Брюсу Медарису лично осмотреть ценный груз каждого Jupiter-C перед запуском, чтобы гарантировать, что фон Браун не поместит «живой» спутник на ракетах.
Первый запуск Jupiter-C состоялся 20 сентября 1956 года. Ракета несла ценный груз весом 39 килограммов на высоту 1094 километра на скорости 25 750 километров в час. Добавление одной небольшой ступени и облегчение багажа позволило бы ускорить ее до 28 485 километров в час и вывести на орбиту спутник. Космическая эпоха могла начаться за год до полета «Спутника-1». Возможность номер два была упущена.
И так получилось, что русские запустили «Спутник», поместив проект Vanguard под серьезное давление. В декабре 1957 года низкопрофильный испытательный запуск стал всемирным новостным событием. Ракета Vanguard приподнялась на несколько метров от стартовой площадки, а затем с треском взорвалась.
Правительство США в отчаянии обратилось к команде фон Брауна. Она поспешно собрала новую версию Jupiter-C, включив дополнительную ступень с небольшим ценным научным грузом. Название ракеты изменили на Juno и убедили мир, что это не совсем и ракета. И тогда, 31 января 1958 года, на орбиту был выведен Explorer 1, а США наконец вступили в космическую гонку — при помощи плана Вернера фон Брауна, которому было отказано в 1954 и 1955 годах.
Описание спутника
Ракета-носитель Vanguard TV4, готовая к запуску со спутника Vanguard 1.
Спутник представляет собой алюминиевую сферу размером 1,47 кг и диаметром 16,5 см . Цилиндр, покрытый теплозащитными экранами, установленными внутри сферы, содержал полезную нагрузку инструмента. Он содержит набор ртутных батарей, телеметрический передатчик 10 мВт 108 МГц с питанием от ртутных батарей и радиомаяк Minitrack мощностью 5 мВт 108 МГц, питаемый от шести фотоэлементов, установленных на корпусе спутника. Ячейки изготовлены из монокристаллического кремния и вырабатывают в общей сложности около 1 Вт с эффективностью 10% при 28 ° C.
Из сферы выступают шесть подпружиненных антенн из алюминиевого сплава длиной 30 см и диаметром 0,8 см. Передатчики в основном используются для сбора технических и последующих (отслеживающих) данных. Спутник Vanguard также имеет два термистора, которые измеряют температуру в помещении в течение 16 дней, чтобы контролировать эффективность тепловой защиты . Первый передатчик прекращает передачуИюнь 1958 г., второй излучает до мая 1964 г. (последний сигнал получен: Кито, Эквадор ).
Цилиндрическое разделительное устройство удерживает сферу прикрепленной к третьей ступени до ее развертывания. Во время развертывания ремень, удерживающий спутник на месте, снимается, и три пружины отделяют спутник от цилиндра и третьей ступени с относительной скоростью около 0,3 м / с.
Первые попытки
Как хорошо известно, первые большие ракеты на жидком топливе научились делать в Третьем рейхе. И уже там зашла речь о применении их для запуска спутников.
Сохранилось свидетельство, что при обсуждении будущих разработок в немецком ракетном центре Пенемюнде было предложено для воздаяния почести первым путешественникам в космос помещать их набальзамированные тела в стеклянные шары, запускаемые по орбитам вокруг Земли.
Появление тяжелых ракет «Фау-2» предопределило развитие космонавтики.
В марте 1946 года эксперты ВВС США подготовили «Предварительный проект экспериментального космического корабля для полетов вокруг Земли». В этом документе была предпринята первая серьезная попытка оценить возможности создания космического аппарата, который будет вращаться вокруг Земли как ее спутник.
Уже во введении к проекту подчеркивается, что, несмотря на неясность перспективы, касающейся начала космической деятельности, два момента не вызывают сомнения: «1) Космический аппарат, оснащенный соответствующим приборным оборудованием, по всей вероятности, станет одним из наиболее эффективных средств научных исследований 20 века. 2) Запуск спутника Соединенными Штатами возбудит воображение человечества и наверняка окажет влияние на события в мире, сравнимое со взрывом атомной бомбы».
4 октября 1950 года, ровно за семь лет до старта первого ИСЗ, американский ученый Кечкемети представил исследовательский доклад «Ракетный аппарат — спутник Земли: политические и психологические проблемы». В меморандуме анализировались «вероятные политические последствия, которые вызовет запуск искусственного спутника Земли в США и его успешное использование в интересах военной разведки». Из доклада видно, что военные эксперты еще в начале 1950-х годов прекрасно понимали, какое значение в политической и военной сфере будет иметь запуск спутника. Речь уже не шла о стеклянных шарах с телами покорителей космоса — воображению конструкторов рисовались целые орбитальные группировки, осуществляющие слежение за территорией потенциального противника.
«Фау-2» на полигоне Уайт Сандс. Так начиналась американская космонавтика.
На 4 Международном конгрессе по астронавтике, проходившем в 1953 году в Цюрихе, Фрэд Зингер из Университета штата Мериленд открыто заявил, что в США имеются предпосылки для создания искусственного спутника Земли, сокращенно названного «МАУЗ» («Minimum Orbital Unmanned Satellite of Earth»). Гипотетический спутник Зингера представлял собой автономную приборно-измерительную систему, помещенную в прочный шар, которая по достижении заданной высоты отделялась от третьей ступени составной ракеты-носителя. Орбита спутника высотой 300 км должна была проходить через оба полюса Земли.
Ракета Вернера фон Брауна на старте
25 июня 1954 года в здании Научно-исследовательского управления Военно-морских сил в Вашингтоне состоялась встреча, на которой присутствовали ведущие американские ракетчики: Вернер фон Браун, профессор Зингер, профессор Уиппл из Гарварда, Дэвид Янг из фирмы «Аэроджет» и другие. На повестке стоял вопрос, можно ли в ближайшее время произвести запуск ИСЗ крупных размеров на орбиту высотой 320 км. Под «ближайшим временем» подразумевался период в 2—3 года.
Вернер фон Браун заявил, что исторический запуск можно осуществить намного раньше, и изложил свои соображения относительно использования для этой цели ракеты «Редстоун» в качестве первой ступени и нескольких связок ракет «Локи» в качестве последующих ступеней. Основное преимущество состояло в том, что в нем могли быть использованы уже существующие ракеты. Так на свет появился проект «Орбитер». Запуск спутника был намечен на лето 1957 года.
Американский спутник «Эксплорер-1». Вернер фон Браун все-таки сумел запустить его.
Однако к тому времени серьезное развитие получили и другие проекты.
29 июля 1955 года Белый дом официально объявил о предстоящем запуске спутника по программе Военно-морских сил «Авангард».
Для запуска предлагался трехступенчатый носитель, состоящий из модифицированной ракеты «Викинг» в качестве первой ступени, модифицированной ракеты «Аэроби» в качестве второй ступени и твердотопливной третьей ступени. Первоначально планировалось, что спутник «Авангард» будет весить 9,75 кг. Его хотели оборудовать измерительными приборами. Имея на борту небольшой источник питания и фотокамеру, спутник мог бы даже передавать цветные изображения на Землю.
Однако запуск первого советского спутника спутал американцам планы. В конечном виде шарообразный «Авангард-1» весил всего 1,59 кг и имел на борту только два примитивных радиопередатчика, питаемых от ртутных и солнечных батарей.
