Вторият изкуствен спътник на земята. "сателитна фотометрия" закони на Кеплер и орбитални елементи

Основното решение за започване на работа по създаването на сателит за полета на живо същество е взето през 1956 г. Провеждането на експерименти за дълго време изискваше създаването на оборудване, което да може автоматично да поддържа необходимите условия за живот на животно по време на полет, по-специално определена температура и влажност, да му осигури необходимото количество храна и вода , отстраняване на отпадъчни продукти и др. Изследователската апаратура трябваше да осигури непрекъснат автоматичен запис на необходимите научни данни и предаването им на Земята. Беше необходимо да се решат проблемите на специалното обучение на животните, по-специално на въздействието на редица динамични фактори (шум, вибрации, претоварване), дългосрочен престой във фиксирана позиция в малка кабина със специфични характеристики на храненето, водата снабдяване, естествени нужди и др. Създаването и производството както на самия спътник, така и на отделението за животното бяха извършени от специалисти от Королевското ОКБ-1, работещи в контакт със специалисти от 8-ми отдел на Научно-изпитателния институт по авиационна медицина (НИИИАМ).

След успешното изстрелване на първия спътник на Земята на 4 октомври 1957 г. работният план за полета на животното беше преразгледан. Ръководството на СССР и лично Н. С. Хрушчов настояха успехът да бъде затвърден. При тези условия беше решено да се създаде втори, най-прост спътник без система за връщане към Земята. Това решение за изстрелване на втори изкуствен спътник с куче на четиридесетата годишнина от Октомврийската революция (7 ноември) всъщност беше смъртна присъда за бъдещия четириног „космонавт“. Той беше официално приет 12 октомври 1957 г. Поради кратките срокове вторият най-прост сателит беше създаден без предварителна скица или друг дизайн - нямаше време. Почти всички части са направени по скици, монтажът е извършен според инструкциите на дизайнерите и чрез местни настройки. Общото тегло на спътника е 508,3 килограма. За да не се инсталира отделна система за предаване на данни на спътника, беше решено космическият кораб да не се отделя от централния блок. Тъй като в този случай втората степен на самата ракета влиза в сателитната орбита, за предаване на параметрите е използвано оборудването Tral, което е монтирано на носителя. Така вторият изкуствен спътник представляваше цялата втора степен - централния блок на ракетата-носител.

За настаняване на животното на борда на спътника е разработен специален дизайн - запечатана кабина за животни (SHC). GKZ, монтиран на товарна рамка, представляваше цилиндричен контейнер с диаметър 640 mm и дължина 800 mm, оборудван с подвижен капак с ревизионен люк. Подвижният капак съдържаше херметични конектори за въвеждане на електрически проводници. Кабината на животното била изработена от алуминиева сплав. Контейнерът съдържаше много компактно експериментално животно и цялото необходимо оборудване, което се състоеше от инсталации за регенерация на въздуха и контрол на температурата в кабината, хранилка с доставка на храна, устройство за изхвърляне на отпадни води и набор от медицинско оборудване.

Инсталацията за регенерация на въздуха съдържа регенериращо вещество, което абсорбира въглероден диоксид и водни пари и освобождава необходимото количество кислород. Доставянето на регенериращо вещество осигурява кислородните нужди на животното за 7 дни. За вентилация на регенерационния блок са използвани малки електродвигатели. Работата на инсталацията се регулираше от мех, който при повишаване на налягането на въздуха над 765 mm Hg. изключи най-активната част от инсталацията за регенерация. Устройството за регулиране на температурата на въздуха включваше специален топлоразсейващ екран, към който се подава въздух, отстранен от животното, и двойно термично реле, което включваше вентилатора, когато температурата на въздуха в кабината се повиши над +15 ° C .

Храненето и снабдяването с вода на животното се извършва от метален резервоар с обем 3 литра, съдържащ запас от желеобразна маса, предназначена да задоволи напълно нуждите на животното от вода и храна за седем дни.

В 8-ми отдел на НИИАМ бяха обучени кучета за участие в бъдещи полети. Олег Георгиевич Газенко ръководи работата по обучение на животни и развиване на необходимите условни връзки в тях. Въз основа на предварително зададените размери на контейнера за животното бяха избрани малки кучета с тегло не повече от 6000 g. Първо животното беше приучено към лабораторната среда и престоя в специални клетки. Обемът на тези клетки постепенно намалява, доближавайки се до размера на кучешка клетка в сателитна кабина под налягане. Продължителността на престоя на животните в такива клетки при наземни експерименти постепенно се увеличава от няколко часа до 15-20 дни. В същото време животното беше свикнало да носи специално облекло, устройство за изхвърляне на отпадни води (прикрепено към тялото на торба с урина) и сензори за запис на физиологични функции.

По време на обучението беше извършена внимателна индивидуална настройка на цялото оборудване. Тази работа се считаше за завършена, когато животното спокойно понесе 20-дневен престой в тясна клетка с цялото оборудване и не показа никакви смущения в общото състояние или локални наранявания.

Следващият етап от обучението беше привикване на животните към дълъг престой в херметична кабина. Тази кабина разполагаше с цялото необходимо оборудване, предназначено за бъдещия полет на спътника. Кучетата бяха свикнали с обстановката в кабината, храненето от автомати и шума от работещите агрегати. Реакцията на животното на сложен набор от стимули, свързани с инсталирането на оборудването и запечатването на кабината, беше потисната. В същото време бяха тествани оборудването на кабината и измервателното оборудване, по време на което те бяха подобрени.

По времето, когато вторият пилотиран изкуствен спътник на Земята беше готов за изстрелване, Институтът по авиационна медицина завърши напълно подготовката и обучението на десет животни, което продължи общо около година. От кучетата, които бяха много сходни едно с друго, бяха избрани три: Албина, Лайка и Муха. Имаше и четвърти - мъжки Атом, но той почина по време на тренировка. Албина вече беше опитен „космонавт“, като два пъти беше в космически полет, докато изстрелваше геофизични ракети. Окончателният избор е направен от Владимир Яздовски десет дни преди старта. Двегодишната Лайка трябваше да отиде на полет без връщане, Албина беше включена като резерва, а кучето Муха беше решено да се използва като „технологично“ куче за тестване, с нейно участие, измервателна апаратура и оборудване за животоподдържащите системи GKZ вече са в космодрума. Всички животни преди това са били оперирани от V.I. Яздовски. Общата каротидна артерия беше изложена в кожен капак за измерване на артериалното кръвно налягане и сензори бяха имплантирани на гърдите за запис на ЕКГ и честотата на дишане в гърдите.

Обучението на кучета продължи и след пристигането на космодрума. До изстрелването Лайка беше поставяна в контейнер за няколко часа всеки ден. Кучето беше напълно свикнало с условията на обучение, седеше спокойно, позволяваше да се записват показатели на физиологичните функции и охотно приемаше храна. Няколко дни преди полета се проведе генерална репетиция за полета. Кучето Муха беше поставено в GKZh и оставено в степта. На третия ден беше решено да се прекъсне нейният „полет“. При отварянето на кабината кучето се оказало живо, но изтощено, тъй като три дни не било яло нищо. Използваната храна беше желеобразна консистенция на диетата, предложена от персонала на института. Това реши проблемите с осигуряването на животното с необходимото количество вода при нулева гравитация.

На 31 октомври в 10 часа сутринта те започнаха да подготвят Лайка за полета. Около един часа сутринта на 1 ноември GKZh с Laika беше монтиран на ракетата. Беше извършено изстрелването на космическия кораб Спутник-2 3 ноември 1957 гот космодрума Байконур. При излитане пулсът на Лайка достигна 260 удара в минута (три пъти по-висок от нормалното). Честотата на дишането се увеличава 4-5 пъти. В условията на безтегловност физиологичните процеси станаха нормални. За съжаление системата за отвеждане на топлината от кабината на животното не работи достатъчно ефективно; системата за регенерация генерира прекомерна топлина. Освен всичко друго, имаше и „изтичане“ на топлина от несвързаната последна степен на ракетата. Температурата на въздуха в биокабината през първите часове на полета варира от +10 до +38°C, а след това към 8-ия час на полета се повишава до +42°C.

Но не беше възможно да се получи информация за състоянието на Лайка в рамките на една седмица, както беше първоначално планирано. Часовниковият механизъм се повреди. Командите за включване на телеметричния предавател бяха дадени не в онези моменти, когато космическият кораб премина над територията на СССР, а някъде извън неговите граници. Следователно лекарите нямаха информация за благосъстоянието на Лайка в рамките на 24 часа. Смъртта на животното на втория изкуствен спътник на Земята е настъпила от прегряване 5 - 6 часа след началото на интензивното прегряване. Това предположение е направено въз основа на специално проведени аналитични експерименти върху кучета в лабораторни условия през 1958 г., по време на които кучетата са били поставени в подобни условия. Всички кучета умряха от прегряване. Сателитът с мъртвото куче е бил в орбита до средата на април 1958 г., след което е навлязъл в плътните слоеве на атмосферата и е изгорял.

2007 г

основна идея

Този сайт е посветен на проблемите на наблюдението изкуствени земни спътници(По-нататък сателит ). От началото на космическата ера (4 октомври 1957 г. е изстрелян първият спътник, Спутник 1), човечеството е създало огромен брой сателити, които обикалят Земята във всякакви орбити. В момента броят на подобни изкуствени обекти надхвърля десетки хиляди. Това са предимно „космически отпадъци“ - фрагменти от изкуствени спътници, отработени ракетни степени и др. Само малка част от тях са действащи сателити.
Сред тях има изследователски и метеорологични спътници, комуникационни и телекомуникационни спътници и военни спътници. Пространството около Земята е „населено“ от тях от височини от 200-300 км до 40 000 км. Само някои от тях са достъпни за наблюдение с помощта на евтина оптика (бинокли, телескопи, любителски телескопи).

Създавайки този сайт, авторите си поставят за цел да съберат заедно информация за методите за наблюдение и заснемане на спътници, да покажат как да изчислят условията за техния полет над определена зона и да опишат практическите аспекти на проблема с наблюдението и заснемането. Сайтът представя основно оригинални материали, получени по време на наблюдения от участници в секцията „Космонавтика“ на астрономическия клуб „hν“ в Минския планетариум (Минск, Беларус).

И все пак, отговаряйки на основния въпрос - "Защо?", трябва да се каже следното. Сред различните хобита, от които хората се интересуват, са астрономията и космонавтиката. Хиляди любители на астрономията наблюдават планети, мъглявини, галактики, променливи звезди, метеори и други астрономически обекти, фотографират ги и провеждат свои собствени конференции и „майсторски класове“. За какво? Това е просто хоби, едно от многото. Начин да избягате от ежедневните проблеми. Дори когато любителите извършват работа с научно значение, те си остават любители, които го правят за собствено удоволствие. Астрономията и астронавтиката са много „технологични“ хобита, където можете да приложите знанията си по оптика, електроника, физика и други природни науки. Или не е нужно да го използвате - и просто се наслаждавайте на съзерцанието. По същия начин стоят нещата и със сателитите. Особено интересно е да се наблюдават тези спътници, информацията за които не се разпространява в открити източници - това са спътници на военното разузнаване на различни страни. Във всеки случай сателитното наблюдение е лов. Често можем да посочим предварително къде и кога ще се появи сателитът, но не винаги. А как ще се „държи“ е още по-трудно да се предвиди.

Благодаря:

Описаните методи са създадени на базата на наблюдения и изследвания, в които участват членове на астрономическия клуб "hν" на Минския планетариум (Беларус):

Бозбей Максим.
Дремин Генадий.
Кенко Зоя.
Мечински Виталий.

Голямо съдействие оказаха и членовете на астрономическия клуб „hν”. Лебедева Татяна, Владимир ПовалишевИ Ткаченко Алексей. Специални благодарности Александър Лапшин(Русия), profi-s (Украйна), Даниил Шестаков (Русия) и Анатолий Григориев (Русия) за помощ при създаването на параграф II §1 „Сателитна фотометрия“, Глава 2 и Глава 5, и Елена (Тау, Русия)също и за консултации и писане на няколко изчислителни програми. Авторите също благодарят Михаил Абгарян (Беларус), Юрий Горячко (Беларус), Анатолий Григориев (Русия), Леонид Еленин (Русия), Виктор Жук (Беларус), Игор Молотов (Русия), Константин Морозов (Беларус), Сергей Плакса (Украйна), Иван Прокопюк (Беларус)за предоставяне на илюстрации за някои раздели на сайта.

Част от материалите са получени по време на изпълнение на поръчка от Унитарното предприятие „Географски информационни системи“ на Националната академия на науките на Беларус. Представянето на материали се извършва на некомерсиална основа с цел популяризиране на беларуската космическа програма сред децата и младежите.

Виталий Мечински, уредник на секция „Космонавтика” на астроклуб „hν”.

Новини на сайта:

01.09.2013 г.: Значително актуализирана алинея 2 "Фотометрия на сателити по време на полет"стр. II §1 - добавена е информация за два метода за фотометрия на сателитни пътеки (метод на фотометричен профил на писта и метод на изофотна фотометрия).
01.09.2013 г.: Актуализирана е подклауза II §1 - добавена е информация за работа с програмата "Highecl" за изчисляване на вероятни огнища от GSS.
30.01.2013 г.: Актуализиран "Глава 3"-- добавена информация за работа с програмата "MagVision" за изчисляване на спада на проникването от осветеност от Слънцето и Луната.
22.01.2013 г.: Актуализирана глава 2. Добавена е анимация на сателити, движещи се по небето за една минута.
01/19/2013: Подточка е актуализирана "Визуални наблюдения на сателити"параграф 1 "Определяне на сателитни орбити" §1 от глава 5. Добавена е информация за нагревателни устройства за електроника и оптика за защита срещу оросяване, замръзване и прекомерно охлаждане.
19.01.2013 г.: Добавено към "Глава 3"информация за спада на проникването при осветяване от Луната и здрача.
01/09/2013: Добавена подт „Светкавици от лидарния спътник „КАЛИПСО“подточка „Фотография на светкавици“, параграф II „Фотометрия на спътници“ §1 от глава 5. Описани са характеристиките на наблюдение на светкавици от лазерния лидар на спътника „CALIPSO“ и процеса на подготовка за тях.
05.11.2012 г.: Актуализирана е уводната част на §2 на Глава 5. Добавена е информация за необходимото минимално оборудване за радионаблюдения на сателити и схема на светодиодния индикатор за нивото на сигнала, който се използва за настройка на е осигурено ниво на входния аудио сигнал, което е безопасно за диктофона.
11/04/2012: Подточка е актуализирана "Визуални наблюдения на сателити"параграф 1 "Определяне на сателитни орбити" §1 от глава 5. Добавена е информация за звездния атлас на Бърно, както и за червения филм върху LCD екраните на електронните устройства, използвани при наблюдения.
14.04.2012 г.: Актуализиран подточка на подточка "Фото/видео заснемане на спътници" клауза 1 "Определяне на спътникови орбити" §1 на Глава 5. Добавена е информация за работа с програмата "SatIR" за идентифициране на спътници на снимки с широко зрително поле, както и определяне на координатни краища на сателитни следи върху тях.
13.04.2012 г.: Подразделът е актуализиран „Астрометрия на сателити върху получените изображения: снимки и видеоклипове“подраздел "Фото/видеозаснемане на сателити" клауза 1 "Определяне на сателитни орбити" §1 от глава 5. Добавена е информация за работа с програмата "AstroTortilla" за определяне на координатите на центъра на зрителното поле на изображения на области на звездното небе.
20.03.2012 г.: Подточка 2 „Класификация на спътникови орбити по голяма полуос” §1 от Глава 2 е добавена информация за големината на дрейфа на GSS и орбиталните смущения.
02.03.2012 г.: Добавена подт „Наблюдение и заснемане на изстрелвания на ракети от разстояние“подпараграф „Фото/видео заснемане на спътници“, параграф I „Определяне на спътникови орбити“ §1 от глава 5. Описана е информация за характеристиките на наблюдение на полета на ракети-носители на етапа на изстрелване.
„Конвертиране на астрометрията във формат IOD“подраздел "Фото/видео заснемане на спътници" параграф I "Определяне на сателитни орбити" §1 на глава 5. Добавено е описание на работата с програмата "ObsEntry for Window" за конвертиране на сателитна астрометрия във формат IOD - аналог на "OBSENTRY" програма, но за ОС Windows.
25.02.2012 г.: Подточка е актуализирана "Слънчево-синхронни орбити"параграф 1 "Класификация на сателитни орбити по наклон" §1 от глава 2. Добавена е информация за изчисляване на стойността на наклона i ss на слънчево-синхронна сателитна орбита в зависимост от ексцентрицитета и голямата полуос на орбитата.
21.09.2011: Подточка 2 „Фотометрия на спътници по време на полет“ е актуализирана, клауза II „Фотометрия на спътници“ §1 от Глава 5. Добавена е информация за синодичния ефект, който изкривява определянето на периода на въртене на спътниците .
09/14/2011: Подточка е актуализирана "Изчисляване на орбитални (кеплеровски) елементи на орбитата на спътника въз основа на астрометрични данни. Едно прелитане"подточка "Фото/видео заснемане на спътници" на параграф I "Определяне на сателитни орбити" §1 на глава 5. Добавена е информация за програмата "SatID" за идентифициране на спътник (използвайки получен TLE) сред спътници от трета страна TLE база данни, както и метод за идентифициране на сателит в програмата "Heavensat" въз основа на наблюдаваното прелитане близо до водещата звезда.
09.12.2011: Актуализиран подточка "Изчисляване на орбитални (кеплерови) елементи на орбитата на спътника по астрометрични данни. Няколко полета" на подточка "Фото/видеозаснемане на спътници" на параграф I "Определяне на сателитни орбити" §1 от глава 5. Добавена е информация за елементите на програмата за преизчисляване на TLE за необходимата дата.
09/12/2011: Добавена подт "Навлизане на изкуствен спътник в земната атмосфера"подточка „Фото/видеозаснемане на спътници“, параграф I „Определяне на сателитни орбити“ §1 от глава 5. Информация за работа с програмата „SatEvo“ за прогнозиране на датата на навлизане на спътници в плътните слоеве на земната атмосфера е описано.
„Светкавици от геостационарни спътници“подточка „Фотография на светкавици“, стр. II „Фотометрия на спътници“ §1 от глава 5. Добавена е информация за периода на видимост на светкавиците на GSS.
09/08/2011: Подточка е актуализирана „Промяна в яркостта на сателит по време на полета му“подпараграф 2 „Фотометрия на сателити по време на полет“ параграф II „Фотометрия на спътници“ §1 от глава 5. Добавена е информация за формата на фазовата функция за няколко примера на отразяващи повърхности.
параграф 1 „Наблюдение на изкуствени сателитни изригвания“ параграф II „Сателитна фотометрия“ §1 от глава 5. Добавена е информация за неравномерността на времевата скала по изображението на сателитната следа върху матрицата на фотодетектора.
07.09.2011 г.: Подразделът е актуализиран "Фотометрия на сателити по време на полет"стр. II "Фотометрия на сателити" §1 от глава 5. Добавен е пример за сложна светлинна крива на спътника "NanoSail-D" (SCN:37361) и моделиране на неговото въртене.
„Светкавици от сателити с ниска орбита“подпараграф 1 „Наблюдение на сателитни изригвания“, параграф II „Фотометрия на спътници“ §1 от глава 5. Добавени са снимка и фотометричен профил на изригване от спътника LEO „METEOR 1-29“.
09/06/2011: Подточка е актуализирана "Геостационарни и геосинхронни спътникови орбити"§1 от Глава 2. Добавена е информация за класификацията на геостационарните спътници, информация за формата на GSS траекториите.
09/06/2011: Подточка е актуализирана "Снимане на преминаването на сателити: оборудване за снимане. Оптични елементи"подточка „Фото/видео заснемане на сателити“, параграф I „Определяне на сателитни орбити“ §1 от глава 5. Добавени са връзки към прегледи на домашни обективи, приложими за снимане на сателити.
09/06/2011: Подточка е актуализирана "фазов ъгъл"Раздел II "Сателитна фотометрия" §1 Глава 5. Добавена е анимация на промените на сателитната фаза в зависимост от фазовия ъгъл.
13.07.2011: Завършено завършване на всички глави и раздели на сайта.
09.07.2011 г.: Приключих с писането на уводната част към параграф II "Сателитна фотометрия"§1 Глава 5.
05.07.2011 г.: Приключих с писането на уводната част към §2 "Радионаблюдения на сателити"Глави 5.
07/04/2011: Подточка е актуализирана "Обработка на наблюдения"стр. I "Приемане на сателитна телеметрия" §2 от глава 5.
07/04/2011: Приключих с писането Раздел II "Получаване на облачни изображения"§2 Глава 5.
07/02/2011: Приключих с писането Раздел I "Приемане на сателитна телеметрия"§2 Глава 5.
01.07.2011 г.: Приключих с писането на подпараграфа "Фото/видео заснемане на сателити"клауза I §1 Глава 5.
25.06.2011 г.: Приключих с писането Приложения.
25.06.2011 г.: Приключих с писането на уводната част към Глава 5: „Какво и как да наблюдаваме?“
25.06.2011 г.: Приключих с писането на уводната част към §1 "Оптични наблюдения"Глави 5.
25.06.2011 г.: Приключих с писането на уводната част към параграф I "Определяне на спътникови орбити"§1 Глава 5.
25.06.2011 г.: Завърших писането на Глава 4: "Относно времето".
25.01.2011 г.: Завърших писането на Глава 2: „Какви орбити и сателити има?“.
01/07/2011: Завърших писането на Глава 3: „Подготовка за наблюдения“.
01/07/2011: Приключих с писането на Глава 1: „Как се движат спътниците?“

Нека сега се запознаем с втората космическа или параболична скорост, която се разбира като скоростта, необходима на тялото, за да преодолее гравитацията. Ако тялото достигне втората космическа скорост, то може да се отдалечи от Земята на произволно голямо разстояние (приема се, че върху тялото няма да действат други сили, освен силите на гравитацията).

Най-лесният начин да се получи стойността на втората евакуационна скорост е да се използва законът за запазване на енергията. Съвсем очевидно е, че след изключване на двигателите сумата от кинетичната и потенциалната енергия на ракетата трябва да остане постоянна. Да приемем, че в момента, в който двигателите са били изключени, ракетата е била на разстояние R от центъра на Земята и е имала начална скорост V (за простота, нека разгледаме вертикалния полет на ракетата). След това, докато ракетата се отдалечава от Земята, нейната скорост ще намалява. На определено разстояние r max ракетата ще спре, като скоростта й ще достигне нула и ще започне свободно да пада към Земята. Ако в началния момент ракетата има най-голямата кинетична енергия mV 2 /2, а потенциалната енергия е равна на нула, то в най-високата точка, където скоростта е нула, кинетичната енергия отива до нула, превръщайки се изцяло в потенциална. Според закона за запазване на енергията намираме:

mV 2 /2=fmM(1/R-1/r max) или V 2 =2fM(1/R-1/r max).

Ако приемем, че r max е безкрайно, намираме стойността на втората евакуационна скорост:

V par = 2fM/R = 2 fM/R = 2 V cr.

Оказва се, че тя превишава първата скорост на бягство с 2

веднъж. Ако си спомним, че ускорението на гравитацията g=fM/R 2, тогава стигаме до формулата V двойки = 2gR. За да определите втората скорост на бягство на повърхността на Земята, трябва да замените R = 6400 km в тази формула, което води до: V cr » 11,19 km/sec

Използвайки горните формули, можете да изчислите параболичната скорост на всяко разстояние от Земята, както и да определите нейната стойност за други тела на Слънчевата система.

Енергийният интеграл, получен по-горе, ни позволява да решаваме много проблеми в астронавтиката, например, той ни позволява да правим прости приблизителни изчисления на движението на планетарни спътници, космически ракети и големи планети. Изведената формула за параболична скорост може да се използва и при приблизителни изчисления на междузвезден полет. За да летите до звездите, е необходимо да преодолеете слънчевата гравитация, т.е. Към звездния кораб

трябва да се отчете скоростта, с която ще се движи спрямо Слънцето по параболична или хиперболична орбита. Нека наречем най-ниската начална скорост третата евакуационна скорост. Замествайки стойността на масата на Слънцето вместо M във формулата за параболична скорост и вместо R средното разстояние от Земята до Слънцето, откриваме, че на космически кораб, тръгващ от околоземна орбита, трябва да се даде скорост от около 42,2 km /сек. Така че, ако на едно тяло се даде хелиоцентрична скорост от 42,2 км/сек, тогава то ще напусне слънчевата система завинаги, описвайки параболична орбита спрямо Слънцето. Нека разберем каква трябва да бъде скоростта спрямо Земята, за да сме сигурни, че тялото се отдалечава не само от Земята, но и от Слънцето? Понякога те разсъждават така: тъй като средната скорост на Земята спрямо Слънцето е 29,8 км/сек, то е необходимо да се придаде на космическия кораб скорост от 42,2 км/сек - 29,8 км/сек, т.е. 12,4 км/сек. Това е неправилно, тъй като в този случай не се вземат предвид движението на Земята по орбита по време на отстраняването на космическия кораб и привличането от Земята, докато корабът е в нейната сфера на действие. Следователно третата евакуационна скорост спрямо Земята е по-голяма от 12,4 км/сек и равна на 16,7 км/сек.

Движение на изкуствени спътници на Земята.

Движението на изкуствените спътници на Земята не се описва от законите на Кеплер, което се дължи на две причини:

1) Земята не е точно сфера с равномерно разпределение на плътността по обема. Следователно неговото гравитационно поле не е еквивалентно на гравитационното поле на точкова маса, разположена в геометричния център на Земята;

2) Земната атмосфера има спирачен ефект върху движението на изкуствените спътници, в резултат на което тяхната орбита променя формата и размера си и в резултат на това спътниците падат на Земята.

Въз основа на отклонението на движението на спътниците от Кеплеровото може да се направи заключение за формата на Земята, разпределението на плътността по нейния обем и структурата на земната атмосфера. Следователно изследването на движението на изкуствени спътници позволи да се получат най-пълните данни по тези въпроси.

Ако Земята беше хомогенна топка и нямаше атмосфера, тогава спътникът щеше да се движи в орбита, като самолетът поддържаше постоянна ориентация в пространството спрямо системата от неподвижни звезди. Орбиталните елементи в този случай се определят от законите на Кеплер. Тъй като Земята се върти, с всяко следващо завъртане спътникът се движи над различни точки от земната повърхност. Познавайки пътя на спътника за едно завъртане, не е трудно да се предскаже неговата позиция във всички следващи времена. За да направите това, е необходимо да се вземе предвид, че Земята се върти от запад на изток с ъглова скорост от приблизително 15 градуса на час. Следователно при следващото си въртене спътникът пресича същата географска ширина на запад с толкова градуса, колкото Земята се обръща на изток по време на периода на въртене на спътника.

Поради съпротивлението на земната атмосфера спътниците не могат да се движат дълго време на височини под 160 км. Минималният период на въртене на такава височина в кръгова орбита е приблизително 88 минути, тоест приблизително 1,5 часа. През това време Земята се завърта на 22,5 градуса. При ширина 50 градуса този ъгъл съответства на разстояние от 1400 км. Следователно можем да кажем, че спътник с орбитален период от 1,5 часа на ширина 50 градуса ще бъде наблюдаван при всяко следващо завъртане приблизително на 1400 km по-на запад от предишното.

Въпреки това, такова изчисление осигурява достатъчна точност на прогнозата само за няколко сателитни оборота. Ако говорим за значителен период от време, тогава трябва да вземем предвид разликата между звездния ден и 24 часа. Тъй като Земята прави едно завъртане около Слънцето за 365 дни, то за един ден Земята около Слънцето описва ъгъл от приблизително 1 градус (по-точно 0,99) в същата посока, в която се върти около оста си. Следователно за 24 часа Земята се завърта спрямо неподвижните звезди не на 360 градуса, а на 361 и следователно прави един оборот не за 24 часа, а за 23 часа 56 минути. Следователно пътят на географската ширина на спътника се измества на запад не с 15 градуса на час, а с 15,041 градуса.

Кръговата орбита на спътник в екваториалната равнина, движейки се по която винаги е над една и съща точка на екватора, се нарича геостационарна. Почти половината от земната повърхност може да бъде свързана към сателит в синхронна орбита чрез линейно разпространяващи се високочестотни сигнали или светлинни сигнали. Следователно сателитите в синхронни орбити са от голямо значение за комуникационната система.

Кацане на космически кораб

Един от най-трудните проблеми в астронавтиката е приземяването на космически кораб или контейнер с научно оборудване на Земята или планетата на местоназначението. Методът за кацане на различни небесни тела зависи значително от наличието на атмосфера на планетата-дестинация, от физическите свойства на повърхността и много други причини. Колкото по-плътна е атмосферата, толкова по-лесно е да се намали скоростта на евакуация на кораб и да се приземи, тъй като планетарната атмосфера може да се използва като вид въздушна спирачка.

Има три начина за приземяване на космически кораби. Първият метод е твърдо кацане, което се случва без намаляване на скоростта на кораба. Поддържайки скоростта на бягство в момента на удара с планетата, корабът се унищожава. Например при приближаване до Луната скоростта на кораба е 2,3 - 3,3 км/сек. Създаването на конструкция, която може да издържи на ударните напрежения, възникващи при тези скорости, е технически непреодолима задача. Същата картина ще се наблюдава при твърдо кацане на Меркурий, астероиди и други небесни тела, лишени от атмосфера.

Друг метод за кацане е грубо кацане с частично забавяне. При този вариант, когато ракетата навлезе в сферата на действие на планетата, корабът трябва да бъде обърнат така, че дюзите на двигателя да са насочени към планетата-дестинация. Тогава тягата на двигателите, насочена в посока, обратна на движението на кораба, ще забави движението. Въртенето на кораба около оста му може да се извърши с помощта на двигатели с ниска мощност. Едно от възможните решения на проблема е да се монтират два двигателя отстрани на кораба, изместени един спрямо друг, като силите на тягата на тези двигатели трябва да бъдат насочени в противоположни посоки. Тогава възниква двойка сили (две сили, равни по големина и противоположни по посока), които ще обърнат кораба в желаната посока. След това се включват ракетните двигатели, които намаляват скоростта до определена граница. В момента на кацане ракетата може да има скорост от няколкостотин метра в секунда, така че да издържи удара в повърхността.

Теорията за движението на спътници и други космически кораби, използвани в дистанционното наблюдение, картографията и геодезията, е сложен клон на приложната небесна механика. Тези космически кораби, като правило, имат ниски орбити с надморска височина около 250400 km. Следователно дори малки промени в масовите концентрации в земното тяло, всички отклонения на формата на Земята от сферична причиняват смущения в орбиталните елементи. Освен това космическият кораб се движи в доста плътни слоеве на атмосферата. Необходимо е да има перфектен атмосферен модел, който позволява смущенията да се изчисляват с висока точност.

При решаването на проблемите на космическата фотография и геодезия е необходимо особено точно да се интегрират уравненията на движението на сателитите, като се вземат предвид всички смущаващи фактори. Тези изчисления се извършват в компютърни центрове, свързани с космоса, например в Държавния комитет "Природа", и се издават на заинтересовани организации. Инженер-геодезист, геодезист или фотограметрист ще трябва да интерполира получените данни (координати и компоненти на скоростта) за моментите на снимане.

1.2.1 Закони на Кеплер и орбитални елементи

В теорията за необезпокояваното движение на спътниците се смята, че спътникът се върти около сферичната Земя с абсолютно равномерно разпределение на масите в тялото му и силата на привличане между Земята и спътника е единствената причина за неговото орбитално движение . В този случай цялата маса на Земята може да се счита за концентрирана в центъра на масата и движението на спътника може да се разглежда в гравитационното поле, създадено от центъра на масата на Земята. В този случай спътникът се разглежда като материална точка с единица маса.

В този случай движението на спътника в орбита се описва от законите на Кеплер, които ще формулираме във връзка с движението на спътниците на Земята.

Първият закон на Кеплер.Сателитът се движи по елипса, в един от фокусите на която е центърът на масата на Земята.

Втори закон на Кеплер.Радиус-векторът на сателита описва („помита“) еднакви площи за еднакви периоди от време.

Третият закон на Кеплер.Квадратите на орбиталните периоди на всеки два спътника са свързани като кубовете на големите полуоси на техните орбити.

Нека точка M е фокусът, в който се намира центърът на масата на Земята (Фигура 2). Точка P от орбиталната елипса, която е най-близо до фокуса М, Наречен периапсис.

Фигура 2 - Орбитална елипса.

Точка А, най-далеч от фокуса МНаречен апоцентър. Точки за свързване на линии АИ П, Наречен апсидна линия, и самите точки АИ П-апсиди.

Нека въведем орбиталната координатна система х  , Y    З  = 0, чието начало е в точката М(център на масата), положителна посока на оста х  съвпада с посоката към перицентъра.

Полярните координати в орбиталната координатна система са радиус векторът и истинската аномалия. Радиус векторът се изчертава от началото (точка М) към основния въпрос азорбита, където сателитът се намира в момента T аз. Истинската аномалия е ъгълът, измерен спрямо оста х  към радиус вектора.

Уравнение на елипса в полярни координати:

, (1.

Където а– голяма полуос на орбитата; – ексцентричност на орбитата (елипса);

– фокусен параметър.

Ексцентричността е характеристика на удължението (сплескаността) на орбитата и е равна на:

Където а– разстоянието между центъра и фокуса на елипсата; b– малка полуос на елипсата.

Наред с истинската аномалия когато описват движението на спътници, планети и звезди, те използват ексцентрична аномалияд. Ще го проведем от центъра ° Селипсата е кръг с радиус, равен на голямата полуос аелипса. От точка азНека спуснем орбитата перпендикулярно на линията на апсидите и я продължим, докато се пресече с начертания кръг в точка. Свързване на точката с точка ° С, получаваме ъгъла дмежду посоката към перицентъра и посоката към точката. Ако вземем ексцентричната аномалия дкато аргумент, тогава уравнението на елипсата ще изглежда така:

Следствие от втория закон на Кеплер е неравномерността на орбиталното движение на спътника. Орбиталната скорост достига максималната си стойност в периапсиса, а минималната си в апоцентъра.

Следствие от третия закон на Кеплер е формулата за орбиталния период на сателит:

(1.

където   е геоцентричната гравитационна константа,

Ж= 6.67259·10 –11 N·m 2 ·kg –2 - константа на всемирното притегляне;

М = 5,976·10 24 kg - маса на Земята.

Величината   е една от основните геофизични константи.

Ще определим ориентацията на орбиталната равнина в пространството с помощта на Ойлерови ъгли Дж, и.

Орбитален наклонДж– ъгълът между орбиталната равнина и екваториалната равнина. Ъгъл Джварира от 0° (сателитът се движи по екватора от запад на изток) до 180° (сателитът се движи в обратна посока).

Географска дължина на възходящия възел – ъгълът между направлението от центъра на масата на Земята към точката на пролетното равноденствие и линията на възлите (линията на пресичане на орбиталната равнина и екваториалната равнина).

Ъгъл   –аргумент за периапсис– измерено от положителната посока на линията на възлите О към апсидната линия О (Фигура 3).

Ъгли Дж,се наричат Ойлерови ъгли, които определят ориентацията на орбиталната координатна система спрямо геоцентричната координатна система.

Често се въвежда и ъгълът U:

U=, (1.

което се нарича аргумент за географска ширина.

Нека да разгледаме Фигура 3. Тук са посочени:

Oxyz –геоцентрична инерциална координатна система;

OXYZ –Гринуичка геоцентрична координатна система, който се върти заедно със Земята около оста си OZ, правейки едно завъртане на звезден ден;

С аз –звездно времев Гринуич, равен на ъгъла между осите волИ ОХ в момента T аз ;

точка  –възходящ възел на орбитатаспътникът, който е точката на пресичане на екватора и орбитата, когато спътникът се движи от южното полукълбо към северното;

О  – положителната посока на линията на възлите, по която се пресичат орбиталната равнина и равнината на земния екватор;

аз – позиция на спътника в орбита в момента на заснемане T аз ;

–геоцентричен радиус векторСателит в момента на снимане T аз ;

 азИ  аз – геоцентричен ректасцензияИ деклинациясателит;

Ъгъл  –дължина на възходящ възел; ъгъл между посоката на осите Охдо точката на пролетното равноденствиеи положителната посока на линията на възлите О;

Ъгъл Дж - ъгъл на наклон ( настроение) орбиталната равнина към екваториалната равнина;

Точка  аз –периапсисорбити, точката на орбитата, която е най-близо до центъра на масата на Земята (фокусът на орбиталната елипса);

Ъгъл  –аргумент за периапсис, измерено в орбиталната равнина от положителната посока на линията на възлите Окъм посока Окъм перицентъра.

Фигура 3 - Орбита на сателит в Гринуичката координатна система

Инерционните геоцентрични координати на сателита се изразяват чрез радиус вектора rи ъгли на Ойлер по следните формули.

Сателит на Земята е всеки обект, който се движи по извита траектория около планета. Луната е оригиналният естествен спътник на Земята и има много изкуствени спътници, обикновено в близка орбита до Земята. Пътят, следван от сателит, е орбита, която понякога има формата на кръг.

Съдържание:

За да разберем защо сателитите се движат така, трябва да се върнем към нашия приятел Нютон. съществува между всеки два обекта във Вселената. Ако не беше тази сила, сателит, който се движи близо до планетата, би продължил да се движи със същата скорост и в същата посока - по права линия. Тази праволинейна инерционна траектория на спътника обаче се балансира от силно гравитационно привличане, насочено към центъра на планетата.

Орбити на изкуствени земни спътници

Понякога орбитата на сателита изглежда като елипса, смачкан кръг, който се движи около две точки, известни като фокуси. Прилагат се същите основни закони на движение, с изключение на това, че планетата е в един от фокусите. В резултат на това общата сила, приложена към сателита, не е еднаква по цялата орбита и скоростта на сателита се променя постоянно. Движи се най-бързо, когато е най-близо до Земята - точка, известна като перигей - и най-бавно, когато е най-отдалечена от Земята - точка, известна като апогей.

Има много различни сателитни орбити на Земята. Тези, които получават най-голямо внимание, са геостационарните орбити, защото те са неподвижни над определена точка на Земята.

Орбитата, избрана за изкуствен спътник, зависи от неговото приложение. Например телевизията на живо използва геостационарната орбита. Много комуникационни сателити също използват геостационарна орбита. Други сателитни системи, като сателитни телефони, могат да използват ниски околоземни орбити.

По същия начин сателитните системи, използвани за навигация, като Navstar или Global Positioning (GPS), заемат сравнително ниска околоземна орбита. Има и много други видове сателити. От сателити за времето до сателити за изследване. Всеки ще има свой собствен тип орбита в зависимост от приложението си.

Действителната избрана орбита на сателита на Земята ще зависи от фактори, включително неговата функция и зоната, в която трябва да служи. В някои случаи орбитата на спътника на Земята може да бъде толкова голяма, колкото 100 мили (160 км) за LEO ниска земна орбита, докато други могат да достигнат над 22 000 мили (36 000 км), както в случая на GEO ниска околоземна орбита.

Първият изкуствен спътник на земята

Първият изкуствен спътник на Земята е изстрелян на 4 октомври 1957 г. от Съветския съюз и е първият изкуствен спътник в историята.

Спутник 1 беше първият от няколкото сателита, изстреляни от Съветския съюз в програмата Спутник, повечето от които бяха успешни. Сателит 2 последва втория спътник в орбита и също първия, който носи животно на борда, женско куче на име Лайка. Спутник 3 претърпя първи отказ.

Първият спътник на Земята имаше приблизителна маса от 83 kg, имаше два радиопредавателя (20.007 и 40.002 MHz) и обикаляше около Земята на разстояние 938 km от апогея и 214 km в перигея. Анализът на радиосигналите е използван за получаване на информация за концентрацията на електрони в йоносферата. Температурата и налягането са били кодирани за продължителността на излъчваните от него радиосигнали, което показва, че сателитът не е бил перфориран от метеорит.

Първият земен спътник беше алуминиева сфера с диаметър 58 см, с четири дълги и тънки антени с дължина от 2,4 до 2,9 м, които приличаха на дълги мустаци. Космическият кораб получи информация за плътността на горната атмосфера и разпространението на радиовълните в йоносферата. Инструменти и източници на електрическа енергия бяха поставени в капсула, която също включваше радиопредаватели, работещи на 20,007 и 40,002 MHz (около 15 и 7,5 m дължина на вълната), излъчванията бяха направени в алтернативни групи с продължителност 0,3 s. Наземната телеметрия включва данни за температурата вътре и на повърхността на сферата.

Тъй като сферата беше пълна с азот под налягане, Спутник 1 имаше първата си възможност да открие метеорити, въпреки че не го направи. Загубата на вътрешно налягане, дължаща се на проникване към външната повърхност, беше отразена в температурните данни.

Видове изкуствени спътници

Изкуствените спътници се предлагат в различни видове, форми, размери и играят различни роли.

Метеорологични сателитипомогнете на метеоролозите да прогнозират времето или да видят какво се случва в момента. Добър пример е Геостационарният оперативен сателит за околната среда (GOES). Тези земни сателити обикновено съдържат камери, които могат да връщат снимки на времето на Земята или от фиксирани геостационарни позиции, или от полярни орбити.
Комуникационни сателитипозволяват предаване на телефонни и информационни разговори чрез сателит. Типичните комуникационни сателити включват Telstar и Intelsat. Най-важната характеристика на комуникационния сателит е транспондерът, радиоприемник, който улавя разговор на една честота и след това го усилва и препредава обратно на Земята на различна честота. Един сателит обикновено съдържа стотици или хиляди транспондери. Комуникационните сателити обикновено са геосинхронни.
Сателити за излъчванепредават телевизионни сигнали от една точка до друга (подобно на комуникационните сателити).
Научни сателити, като космическия телескоп Хъбъл, изпълняват всякакви научни мисии. Те гледат всичко - от слънчеви петна до гама лъчи.
Навигационни сателитипомогнете на корабите и самолетите да се ориентират. Най-известните са сателитите GPS NAVSTAR.
Спасителни сателитиреагират на сигнали за радиосмущения.
Сателити за наблюдение на Земятапроверка на планетата за промени във всичко - от температура, горска покривка до ледена покривка. Най-известните са сериите Landsat.
Военни сателитиЗемите са в орбита, но голяма част от информацията за действителното местоположение остава тайна. Сателитите могат да включват криптирано комуникационно реле, ядрен мониторинг, наблюдение на движенията на врага, ранно предупреждение за изстрелване на ракети, подслушване на наземни радио връзки, радарни изображения и фотография (използвайки по същество големи телескопи, които снимат военно интересни зони).

Земята от изкуствен спътник в реално време

Снимки на земята от изкуствен спътник, излъчвани в реално време от НАСА от Международната космическа станция. Изображенията са заснети от четири камери с висока разделителна способност, изолирани от минусови температури, което ни позволява да се чувстваме по-близо до космоса от всякога.

Експериментът (HDEV) на борда на МКС беше активиран на 30 април 2014 г. Той е монтиран на външния товарен механизъм на модула Columbus на Европейската космическа агенция. Този експеримент включва няколко видеокамери с висока разделителна способност, които са затворени в корпус.

съвети; поставете плейъра в HD и цял екран. Има моменти, когато екранът ще бъде черен, това може да се дължи на две причини: станцията преминава през орбитална зона, където е през нощта, орбитата продължава приблизително 90 минути. Или екранът потъмнява, когато камерите се сменят.

Колко сателита има в околоземна орбита 2018?

Според Индекса на обектите, изстреляни в космоса на Службата на ООН за космическото пространство (UNOOSA), в момента има около 4256 сателита в орбитата на Земята, което е с 4,39% повече от миналата година.

221 сателита бяха изстреляни през 2015 г., вторият най-много за една година, въпреки че е под рекордния брой от 240, изстреляни през 2014 г. Увеличението на броя на сателитите в орбита около Земята е по-малко от броя на изстреляните миналата година, тъй като сателитите имат ограничен живот. Големите комуникационни сателити издържат 15 или повече години, докато малките сателити като CubeSats могат да очакват експлоатационен живот само от 3-6 месеца.

Колко от тези сателити в околоземна орбита работят?

Съюзът на учените (UCS) изяснява кои от тези орбитални спътници работят и не е толкова много, колкото си мислите! В момента има само 1419 работещи спътника на Земята - само около една трета от общия брой в орбита. Това означава, че има много безполезен метал около планетата! Ето защо има голям интерес от страна на компании, които търсят как улавят и връщат космически отпадъци, използвайки техники като космически мрежи, прашки или слънчеви платна.

Какво правят всички тези сателити?

Според UCS основните цели на работещите сателити са:

Комуникации - 713 сателита
Наблюдение на Земята/наука - 374 сателита
Технологична демонстрация/разработка с помощта на 160 сателита
Навигация и GPS - 105 сателита
Космическа наука – 67 сателита

Трябва да се отбележи, че някои сателити имат множество цели.

Кой притежава сателитите на Земята?

Интересно е да се отбележи, че има четири основни типа потребители в базата данни на UCS, въпреки че 17% от сателитите са собственост на множество потребители.

94 сателита, регистрирани от цивилни: това обикновено са образователни институции, въпреки че има и други национални организации. 46% от тези сателити имат за цел да развиват технологии като науката за Земята и космоса. Наблюденията представляват още 43%.
579 принадлежат на търговски потребители: търговски организации и държавни организации, които искат да продадат данните, които събират. 84% от тези сателити са фокусирани върху комуникации и услуги за глобално позициониране; от останалите 12% са сателити за наблюдение на Земята.
401 сателита са собственост на държавни потребители: главно национални космически организации, но също и други национални и международни органи. 40% от тях са сателити за комуникация и глобално позициониране; други 38% са фокусирани върху наблюдението на Земята. От останалата част развитието на космическата наука и технологии представлява съответно 12% и 10%.
345 сателита принадлежат на военните: отново фокусът тук са комуникациите, наблюдението на Земята и системите за глобално позициониране, като 89% от сателитите имат една от тези три цели.

Колко сателита имат държавите?

Според UNOOSA около 65 държави са изстреляли сателити, въпреки че базата данни на UCS има само 57 държави, записани с използване на сателити, а някои сателити са изброени със съвместни/многонационални оператори. Най-големият:

САЩ с 576 сателита
Китай със 181 сателита
Русия със 140 сателита
Посочено е, че Обединеното кралство има 41 спътника, плюс участва в допълнителни 36 спътника, управлявани от Европейската космическа агенция.

Спомнете си, когато погледнете!
Следващия път, когато погледнете нощното небе, не забравяйте, че между вас и звездите има около два милиона килограма метал, обграждащ Земята!