Мир спутников: что, где и чье на околоземной орбите.

Искусственными спутниками можно назвать как космические аппараты, построенные специально для вращения вокруг Земли по орбите, так и различные объекты – обломки спутников, разгонные блоки, нефункционирующие аппараты, узлы последних ступеней , которые являются космическим мусором. Чаще всего спутниками называют управляемые или автоматические космические корабли, но другие сооружения – например, орбитальные станции, тоже являются ими.

Все эти объекты, даже не пилотируемые, вокруг Земли по орбите. Всего на околоземной орбите вращается более шестнадцати тысяч различных искусственных объектов, но только около 850 из них функционируют. Точное невозможно установить, так как оно постоянно меняется – некоторые обломки на низких орбитах постепенно снижаются и падают, сгорая в атмосфере.

Большая часть спутников принадлежит США, второе место по их количеству занимает Россия, также в этом списке на первых местах стоят Китай, Великобритания, Канада, Италия.

Назначение спутников может быть разным: это метеорологические станции, навигационные приборы, биоспутники, военные корабли. Если раньше, на заре развития космической эры их могли запускать только государственные организации, то сегодня существуют спутники частных компаний и даже частных лиц, так как стоимость этой процедуры стала более доступной и составляет несколько тысяч долларов. Этим и объясняется огромное количество различных предметов, двигающихся по орбите Земли.

Самые примечательные спутники

Первый искусственный спутник был запущен в 1957 году СССР, он был назван «Спутником-1», это стало устоявшимся и даже было заимствовано многими другими языками, в том числе английским. На следующий год США запустили свой – Эксплорер-1.

Потом последовали запуски Великобритании, Италии, Канады, Франции. Сегодня несколько десятков стран мира имеют собственные спутники на орбите.

Одним из самых масштабных проектов за всю историю космической эры стал запуск МКС – международной космической станции, имеющей исследовательские цели. Ее управление осуществляется российским и американским сегментами, также в работе станции принимают участие датские, канадские, норвежские, французские, японские, немецкие и другие космонавты.

В 2009 году на орбиту был запущен самый большой искусственный спутник – Terrestar-1, американский проект телекоммуникационной организации. Он обладает огромной массой – почти семь тонн. Его цель – обеспечивать связь для большей части Северной Америки.

Подобно тому, как места в театре позволяют по-разному взглянуть на представление, различные орбиты спутников дают перспективу, каждая из которых имеет свое назначение. Одни кажутся висящими над точкой поверхности, они обеспечивают постоянный обзор одной стороны Земли, в то время как другие кружат вокруг нашей планеты, за день проносясь над множеством мест.

Типы орбит

На какой высоте летают спутники? Различают 3 типа околоземных орбит: высокие, средние и низкие. На высокой, наиболее удаленной от поверхности, как правило, находятся многие погодные и некоторые спутники связи. Сателлиты, вращающиеся на средней околоземной орбите, включают навигационные и специальные, предназначенные для мониторинга конкретного региона. Большинство научных космических аппаратов, в том числе флот системы наблюдения за поверхностью Земли НАСА, находится на низкой орбите.

От того, на какой высоте летают спутники, зависит скорость их движения. По мере приближения к Земле гравитация становится все сильнее, и движение ускоряется. Например, спутнику НАСА Aqua требуется около 99 минут, чтобы облететь вокруг нашей планеты на высоте около 705 км, а метеорологическому аппарату, удаленному на 35 786 км от поверхности, для этого потребуется 23 часа, 56 минут и 4 секунды. На расстоянии 384 403 км от центра Земли Луна завершает один оборот за 28 дней.

Аэродинамический парадокс

Изменение высоты спутника также изменяет его скорость движения по орбите. Здесь наблюдается парадокс. Если оператор спутника хочет повысить его скорость, он не может просто запустить двигатели для ускорения. Это увеличит орбиту (и высоту), что приведет к уменьшению скорости. Вместо этого следует запустить двигатели в направлении, противоположном направлению движения спутника, т. е. совершить действие, которое на Земле бы замедлило движущееся транспортное средство. Такое действие переместит его ниже, что позволит увеличить скорость.

Характеристики орбит

В дополнение к высоте, путь движения спутника характеризуется эксцентриситетом и наклонением. Первый относится к форме орбиты. Спутник с низким эксцентриситетом движется по траектории, близкой к круговой. Эксцентричная орбита имеет форму эллипса. Расстояние от космического аппарата до Земли зависит от его положения.

Наклонение - это угол орбиты по отношению к экватору. Спутник, который вращается непосредственно над экватором, имеет нулевой наклон. Если космический аппарат проходит над северным и южным полюсами (географическими, а не магнитными), его наклон составляет 90°.

Все вместе - высота, эксцентриситет и наклонение - определяют движение сателлита и то, как с его точки зрения будет выглядеть Земля.

Высокая околоземная

Когда спутник достигает ровно 42164 км от центра Земли (около 36 тыс. км от поверхности), он входит в зону, где его орбита соответствует вращению нашей планеты. Поскольку аппарат движется с той же скоростью, что и Земля, т. е. его период обращения равен 24 ч, кажется, что он остается на месте над единственной долготой, хотя и может дрейфовать с севера на юг. Эта специальная высокая орбита называется геосинхронной.

Спутник движется по круговой орбите прямо над экватором (эксцентриситет и наклонение равны нулю) и относительно Земли стоит на месте. Он всегда расположен над одной и той же точкой на ее поверхности.

Орбита «Молния» (наклонение 63,4°) используется для наблюдения в высоких широтах. Геостационарные спутники привязаны к экватору, поэтому они не подходят для дальних северных или южных регионов. Эта орбита весьма эксцентрична: космический аппарат движется по вытянутому эллипсу с Землей, расположенной близко к одному краю. Так как спутник ускоряется под действием силы тяжести, он движется очень быстро, когда находится близко к нашей планете. При удалении его скорость замедляется, поэтому он больше времени проводит на вершине орбиты в самом дальнем от Земли краю, расстояние до которого может достигать 40 тыс. км. Период обращения составляет 12 ч, но около двух третей этого времени спутник проводит над одним полушарием. Подобно полусинхронной орбите сателлит проходит по одному и тому же пути через каждые 24 ч. Используется для связи на крайнем севере или юге.

Низкая околоземная

Большинство научных спутников, многие метеорологические и космическая станция находятся на почти круговой низкой околоземной орбите. Их наклон зависит от того, мониторингом чего они занимаются. TRMM был запущен для мониторинга осадков в тропиках, поэтому имеет относительно низкое наклонение (35°), оставаясь вблизи экватора.

Многие из спутников системы наблюдения НАСА имеют почти полярную высоконаклонную орбиту. Космический аппарат движется вокруг Земли от полюса до полюса с периодом 99 мин. Половину времени он проходит над дневной стороной нашей планеты, а на полюсе переходит на ночную.

По мере движения спутника под ним вращается Земля. К тому времени, когда аппарат переходит на освещенный участок, он находится над областью, прилегающей к зоне прохождения своей последней орбиты. За 24-часовой период полярные спутники покрывают большую часть Земли дважды: один раз днем и один раз ночью.

Солнечно-синхронная орбита

Подобно тому как геосинхронные спутники должны находиться над экватором, что позволяет им оставаться над одной точкой, полярно-орбитальные имеют способность оставаться в одном времени. Их орбита является солнечно-синхронной - при пересечении космическим аппаратом экватора местное солнечное время всегда одно и то же. Например, спутник Terra пересекает его над Бразилией всегда в 10:30 утра. Следующее пересечение через 99 мин над Эквадором или Колумбией происходит также в 10:30 по местному времени.

Солнечно-синхронная орбита необходима для науки, так как позволяет сохранять солнечного света на поверхность Земли, хотя он будет меняться в зависимости от сезона. Такое постоянство означает, что ученые могут сравнивать изображения нашей планеты одного времени года в течение нескольких лет, не беспокоясь о слишком больших скачках в освещении, которые могут создать иллюзию изменений. Без солнечно-синхронной орбиты было бы сложно отслеживать их с течением времени и собирать информацию, необходимую для изучения изменений климата.

Путь спутника здесь очень ограничен. Если он находится на высоте 100 км, орбита должна иметь наклон 96°. Любое отклонение будет недопустимым. Поскольку сопротивление атмосферы и сила притяжения Солнца и Луны изменяют орбиту аппарата, ее необходимо регулярно корректировать.

Выведение на орбиту: запуск

Запуск спутника требует энергии, количество которой зависит от расположения места старта, высоты и наклона будущей траектории его движения. Чтобы добраться до удаленной орбиты, требуется затратить больше энергии. Спутники со значительным наклоном (например, полярные) более энергозатратны, чем те, которые кружат над экватором. Выведению на орбиту с низким наклоном помогает вращение Земли. движется под углом 51,6397°. Это необходимо для того, чтобы космическим челнокам и российским ракетам было легче добраться до нее. Высота МКС - 337-430 км. Полярные спутники, с другой стороны, от импульса Земли помощи не получают, поэтому им требуется больше энергии, чтобы подняться на такое же расстояние.

Корректировка

После запуска спутника необходимо приложить усилия, чтобы удержать его на определенной орбите. Поскольку Земля не является идеальной сферой, ее гравитация в некоторых местах сильнее. Эта неравномерность, наряду с притяжением Солнца, Луны и Юпитера (самой массивной планеты Солнечной системы), изменяет наклон орбиты. На протяжении всего своего срока службы положение спутников GOES корректировалось три или четыре раза. Низкоорбитальные аппараты НАСА должны регулировать свой наклон ежегодно.

Кроме того, на околоземные спутники оказывает воздействие атмосфера. Самые верхние слои, хотя и достаточно разрежены, оказывают достаточно сильное сопротивление, чтобы притягивать их ближе к Земле. Действие силы тяжести приводит к ускорению спутников. Со временем они сгорают, по спирали опускаясь все ниже и быстрее в атмосферу, или падают на Землю.

Атмосферное сопротивление сильнее, когда Солнце активно. Так же, как воздух в воздушном шаре расширяется и поднимается при нагревании, атмосфера поднимается и расширяется, когда Солнце дает ей дополнительную энергию. Разреженные слои атмосферы поднимаются, а их место занимают более плотные. Поэтому спутники на орбите Земли должны изменять свое положение примерно четыре раза в год, чтобы компенсировать сопротивление атмосферы. Когда солнечная активность максимальна, положение аппарата приходится корректировать каждые 2-3 недели.

Космический мусор

Третья причина, вынуждающая менять орбиту - космический мусор. Один из коммуникационных спутников Iridium столкнулся с нефункционирующим российским космическим аппаратом. Они разбились, образовав облако мусора, состоящее из более чем 2500 частей. Каждый элемент был добавлен ​​в базу данных, которая сегодня насчитывает свыше 18000 объектов техногенного происхождения.

НАСА тщательно отслеживает все, что может оказаться на пути спутников, т. к. из-за космического мусора уже несколько раз приходилось менять орбиты.

Инженеры отслеживают положение космического мусора и сателлитов, которые могут помешать движению и по мере необходимости тщательно планируют маневры уклонения. Эта же команда планирует и выполняет маневры по регулировке наклона и высоты спутника.

Первый искусственный спутник Земли был запущен в 1957 году в СССР. С тех пор в космос отправлено более 6000 спутников. Спутники становятся все более важными для жизни на Земле. Они используются для самых разных целей: безопасности, связи, навигации, развлечений, и - самое важное - позволяют нам увидеть нашу планету в новом свете. Здесь вы можете узнать, кто владеет спутниками, где они находятся и в чем их предназначение.

У кого больше всего спутников?

423 из общего числа 957 действующих спутников, которые находятся на орбите в настоящее время, принадлежит США. Следом по числу спутников стоит Россия. Китай также занимает значительное место на орбите. По меньшей мере 115 стран являются совладельцами спутников. На этой схеме указаны страны, где находятся владельцы или операторы спутника.

44 страны мира сотрудничают в запуске и управлении спутниками (как правило, это группа из двух-трех стран). Здесь они указаны как совместные проекты. США, Тайвань, Япония и Франция являются самыми активными участниками проектов космического сотрудничества.

Спутники, которые имеют более трех международных владельцев, указаны как принадлежащие нескольким странам.

Тесный космос: история запусков

В 1957 году СССР первым отправил в космос искусственный спутник Земли. С тех пор на орбиту было запущено более 6000 спутников. На этой схеме видна динамика запусков спутников, начиная с 1957 года, СССР (и затем Россией), КНР, и другими странами. В год, когда запуски достигли пика для страны, поставлен символ спутника.

Для СССР это были 1970-1980 годы, что отражает период расцвета советской военно-космической программы, когда запускалось много спутников разведки, навигации и связи.

Пик для США пришелся на 1998 год: именно в этот год началась реализация создания трех коммерческих сетей спутниковой связи: Globalstar, Iridium и ORBCOM. Многие из этих спутников были запущены при помощи американских ракет-носителей, порой по несколько спутников в одной ракете.

В целом, пик запусков спутников можно объяснить изменениями в их предназначении. В 1970-е годы возникла большая потребность в спутниках связи. В 1990-е - в навигационных спутниках, а в последнее десятилетие - в гражданских и научно-исследовательских спутниках.

Если эта тенденция продолжится, то космические державы, возможно, продолжат строительство более крупных, долговечных спутников, а международные гражданские институты, такие как университеты, могут взяться за производство малых, более дешевых спутников.

Космические аппараты как мусор

Верхняя часть графика показывает общее количество спутников, запущенных между 1957 и 2000 годами. Серая зона - это спутники, которые со времени запуска перестали действовать, оранжевая - это спутники, которые все еще находятся в эксплуатации.

Самый старый действующий спутник на орбите - Amsat-Oscar 7, который был запущен с базы ВВС США Ванденберг в Калифорнии 15 ноября 1974 года. Он находится на низкой околоземной орбите и используется в основном радиолюбителями.

Серая зона - это 5428 спутников. Многие из бездействующих аппаратов сейчас стали частью орбитального мусора. По подсчетам НАСА, на околоземной орбите находится около 19 тысяч объектов размером более 10 см.

Национальные приоритеты

На этой схеме спутники выделены в четыре группы по главным владельцам-операторам - это США, Россия, КНР и другие страны (спутники совместного владения и сотрудничества не включены). По ней видно, что на предназначение спутников влияет экономический и политический климат в различных частях мира.

Предназначение (коммерческое, правительственное, военное или гражданское) отражает главного пользователя спутника, однако важно заметить, что многие спутники - аппараты многоцелевого использования. Например, спутник может иметь коммерческое и военное предназначение одновременно.

Коммерческими спутниками владеют отдельные компании и синдикаты, финансируемые инвесторами, а также частными группами. Спутники используются для средств связи и вещания. Военные спутники часто используются для разведки и навигации, а также радиосвязи. Правительственные спутники предназначены для метеорологических и научных наблюдений. Гражданские пользователи обычно включают академические институты и группы научных энтузиастов.

Около двух третей всех действующих спутников используется для коммуникаций. Спутники навигационные, разведывательные, для наблюдения за процессами на Земле, а также астрофизические и геоисследовательские составляют от 5 до 7% от общего числа.

Вокруг Земли за 80 минут

Эта схема дает представление о том, сколько времени нужно некоторым спутникам, чтобы совершить полный оборот вокруг Земли. Спутники на низкой околоземной орбите (НОО) - на высоте от 80 до 1700 км - проносятся вокруг планеты со скоростью в 30 раз большей, чем авиалайнер. Такой спутник облетает планету за 88 минут.

Спутники НОО составляют почти половину от общего числа действующих спутников. Они обычно используются для разведки, научных наблюдений и фотосъемки поверхности Земли.

Высота геосинхронной орбиты почти всегда постоянна - около 35700 км, спутники на этой орбите движутся синхронно с Землей, совершая полный оборот приблизительно за 24 часа. Так что с поверхности планеты кажется, что эти спутники практически не двигаются, поэтому их орбиту называют еще геостационарной. На геостационарной орбите обычно находятся метеорологические спутники, а также спутники связи и ретрансляции вещания.

> Сколько спутников в космосе?

Узнайте, сколько искусственных спутников находится в космосе : история космических исследований, запуск первого спутника, количество на околоземной орбите.

4 октября 1957 года стартовала космическая эра с запуском первого спутника «Спутник-1». Ему было суждено провести на орбите 3 месяца и сгореть в атмосфере. С того момента в космос отправляли множество аппаратов: земная орбита, Луна, вокруг Солнца, других планет и даже за пределы Солнечной системы. Сколько спутников в космосе? Только на Земной орбите вращается 1071 операционных спутников, 50% из которых представлено разработками США.

Половина спутников расположена на низкой околоземной орбите (несколько сотен км). Среди них Международная космическая станция, космический телескоп Хаббл и спутники наблюдения. Определенная часть находится на средней околоземной орбите (20000 км) – спутники, используемые для навигации. Небольшая группа выходит на эллиптическую орбиту. Остальные вращаются по геостационарной орбите (36000 км).

Если бы могли видеть их невооруженным глазом, то они показались бы статичными. Наличие их на определенной географической области обеспечивает коммуникационную стабильность, беспрерывность трансляций и осуществление метеорологических наблюдений.

Но это не весь список. Вокруг планеты вращается множество искусственных объектов. Среди этого космического мусора заметны ускорители, неактивные спутники и даже детали кораблей и костюмов. Было подсчитано, что на орбите находится примерно 21000 объектов, больше 10 см (малая часть – операционные спутники). 500000 обломков достигают размера 1-10 см.

Орбита Земли настолько сильно переполнена мусором, что Международной космической станции приходится перемещаться, чтобы избежать опасных столкновений. Ученые переживают, что в недалеком будущем эти осколки станут серьезной угрозой для космических запусков. Получится так, что мы просто закроем себя от всего пространства слоем металлических деталей.

Вокруг Луны также расположено несколько спутников. Кроме того, один корабль находится возле Меркурия, один на Венере, 3 на Марсе и один возле Сатурна. Солнце также не одиноко, хотя они расположены там на расстоянии, которое не допускает разрушения. В 2013 году Вояджер покинул солнечную гелиосферу и вышел в межзвездную среду.

Удивительно, как много аппаратов мы смогли отправить за больше чем полвека. Все эти миссии позволили расширить знания о пространстве, и вскоре неприветливый далекий космос раскроет свои тайны. Посетите нашу страницу с 3D-моделью космического мусора, где можно узнать, сколько спутников в космосе находится сейчас, а также изучить проблему с наличием мусора на земной орбите.

Над нашей головой пролетает 16 800 искусственных объектов, среди них 6000 спутников, остальные считаются космическим мусором — это разгонные блоки и обломки. Активно функционирующих аппаратов меньше — около 850.

Долгожителем среди спутников считается AMSAT OSCAR-7, запущенный на орбиту 15 ноября 1974 года. Этот маленький аппарат (его вес —28,8 килограмма) предназначен для любительской радиосвязи. Самый крупный объект на орбите — Международная космическая станция (МКС). Ее масса — около 450 тонн.

Спутники, обеспечивающие связь сотовых операторов («Билайн», МТС и «Мегафон»), размещают на орбитах двух типов: низкой и геостационарной.

На низкой высоте, 780 километров от Земли, находится используемая мобильными операторами глобальная система связи «Иридиум». Идею ее создания предложила в 1980-х годах компания Motorola. Названием система обязана химическому элементу иридию: в ее составе должно было быть 77 аппаратов, что равно атомному номеру иридия. Сейчас в «Иридиуме» 66 спутников.

Геостационарная орбита расположена на высоте 35 786 километров над экватором. Размещать на ней спутники связи выгоднее, так как не нужно постоянно наводить антенну — аппараты вращаются вместе с Землей и всегда находятся над одной точкой. На геостационаре 178 спутников. Самая большая группа в России принадлежит ФГУП «Космическая связь»: 9 спутников серии «Экспресс» обеспечивают телерадиовещание, мобильную, а также правительственную и президентскую связь, Интернет. Также на геостационарной орбите размещаются метеорологические и спутники наблюдения. Метеорологические спутники фиксируют изменения в атмосфере, «наблюдатели» определяют степень созревания зерновых, степень засухи и прочее.