Искусственные спутники — это космические аппараты, запущенные людьми для исследования Земли, ближнего и дальнего космоса. Помимо единственного естественного спутника – Луны - на орбите нашей планеты находятся десятки тысяч искусственных спутников. Большинство из них уже прекратили свою активную деятельность и либо были выведены на более высокую орбиту («орбиту захоронения»), либо остались на своей орбите в виде космического мусора, либо сгорели в атмосфере нашей планеты. Другие же продолжают функционировать и собирать полезные данные для ученых. Искусственные спутники запускали и на орбиты других планет: Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. В этой статье мы поговорим о том, что представляют собой спутники, каких типов они бывают и зачем их запускают в космос.
Что такое спутники, и какие они бывают?
Искусственные спутники Земли — это созданные людьми аппараты, которые смогли превысить первую космическую скорость (8 км/с) для преодоления силы гравитации нашей планеты и выйти на ее орбиту.
Первый искусственный спутник Земли, «Спутник-1», в 1957-м году запустил Советский Союз. Первоначальный план создания аппарата в 1954-м году предложил ведущий инженер-конструктор страны Сергей Королев. В 1956-м году началась практическая реализация проекта, за которую отвечали Михаил Хомяков и Михаил Краюшкин.
«Спутник-1» имел простую, но эффективную конструкцию. Его основанием служила сфера из алюминиево-магниевого сплава диаметром 58,5 сантиметров и массой 83,6 килограммов. Внутри сферы были установлены блок аккумуляторов, радиопередающее устройство, система терморегуляции и датчик давления. С внешней стороны аппарата было размещено две пары антенн длиной 2,4 и 2,9 метра.
В течение трех недель «Спутник-1» стабильно отправлял радиосигналы, после чего его батареи разрядились. Однако некоторое время спутник продолжал находиться на орбите. За три месяца аппарат совершил почти 1 500 витков вокруг Земли, а затем сгорел в ее атмосфере. Запуск «Спутника-1» ознаменовал начало космической эры и открыл человечеству новые возможности в исследовании Вселенной.
Спутником считается любой космический объект, поднявшийся выше линии Кармана — условной границы между атмосферой и космосом на высоте 100 километров над уровнем моря. В зависимости от высоты выделяют следующие типы орбит:
- очень низкая околоземная — от 100 до 450 километров;
- низкая околоземная — от 450 до 2 000 километров;
- средняя околоземная — от 2 000 до 35 785 километров;
- геостационарная — на высоте 35 786 километров спутники синхронизируются с вращением Земли над экватором и всегда находятся в одной точке для наблюдателей;
- высокая околоземная — более 35 786 километров.
Независимо от высоты обращения спутники испытывают гравитационное воздействие Земли, Луны или Солнца, влияющее на стабильность их орбиты. Для поддержания траектории движения аппараты оснащают корректирующими двигателями химического или ионного типа. Работоспособность научного оборудования спутников обеспечивают посредством солнечных батарей, для подзарядки которых спутники нередко переводят в спящий режим.
Искусственные спутники Земли имеют различную конструкцию, соответствующую целям и задачам их миссий. Кроме того, они существенно отличаются друг от друга по размеру — длина аппарата может составлять от нескольких сантиметров до сотни метров.
Зачем в космос запускают спутники?
В большинстве случаев спутники запускают в космос для научных исследований. Кроме того, они служат и практическим целям, таким как связь, навигация и разведка. Рассмотрим основные типы искусственных спутников нашей планеты и их особенности.
- Орбитальные станции. Спутники с длительным сроком службы имеют на борту жилые отсеки для размещения космонавтов или космических туристов. Первой в мире ОКС стал советский аппарат «Салют-1», запущенный в 1971-м году. Он имел длину 20 метров, а на его борту могли одновременно разместиться три космонавта. В настоящее время на орбите работают всего два аппарата этого типа: Международная космическая станция и китайская станция Тяньгун. МКС движется на средней высоте 418 километров, имеет протяженность 109 метров и оснащена системами для длительного проживания шести человек (максимум на станции и в стыковочном аппарате одновременно находилось 17 человек). На МКС проводится широкий комплекс исследований в области астрофизики, биологии и медицины, оценивается влияние космического пространства на человеческий организм. Модули станции Тяньгун Китайского космического агентства выводятся на орбиту с 2001-го года. Основные работы по строительству планируется завершить к 2030-му году. Основной целью станции является изучение возможностей выращивания сельскохозяйственных культур, а также проведение физических экспериментов в условиях микрогравитации.
- Космические телескопы. Космические обсерватории позволяют наблюдать за астрономическими объектами без помех в виде атмосферных искажений и светового загрязнения неба. В отличие от земных, космические телескопы могут проводить исследования не только в видимом спектре и радиодиапазоне, но также и фиксировать инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Самыми известными космическими телескопами являются «Хаббл» и «Джеймс Уэбб», названные в честь великих астрономов прошлого. Телескопы оснащены зеркалами диаметром 2,4 и 6,5 метров соответственно и позволяют наблюдать за самыми отдаленными уголками космоса — видеть процессы зарождения галактик и формирования звезд в ранней Вселенной.
- Спутники связи. Данные объекты выполняют функцию ретрансляторов, которые позволяют почти мгновенно обмениваться сигналами между разными частями планеты. Как правило, спутники связи находятся на геостационарной орбите. Так как они синхронизируются с вращением Земли, у антенн на нашей планете отсутствует необходимость длительного поиска сигнала, что упрощает процесс наведения. Спутники связи используют в сферах интернета, телевидения, телефонии и зашифрованной радиосвязи. По состоянию на декабрь 2024-го года больше всего спутников связи (6 800) относятся к орбитальной группе «Starlink» — проекту компании «SpaceX» по обеспечению глобального интернета. В будущем их количество должно превысить 30 000.
- Метеорологические спутники. Эти спутники передают на Землю бо́льшую часть информации, необходимой для прогнозов погоды. Значительная часть из них находится на низкой околоземной полярной орбите, то есть совершает облеты нашей планеты между Северным и Южным полюсами. Благодаря вращению Земли группировки спутников поочередно сканируют ее разные области и предоставляют комплексную информацию. Метеорологические спутники следят за перемещением атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов, а также определяют уровень снежного покрова, параметры океанских течений и степень загрязнения окружающей среды.
- Спутники дистанционного зондирования. В данную группу входит порядка 1 000 спутников, которые осуществляют постоянное наблюдение за Землей. Они оснащены многочисленными датчиками, позволяющими создавать подробные карты рельефа местности, в том числе и океанического дна. Кроме того, с помощью спутников дистанционного зондирования можно изучать состав разных слоев атмосферы, оценивать масштаб экологических катастроф (лесных пожаров, разливов нефти и т.д.), а также измерять показатели гравитационного и магнитного полей Земли.
- Малые спутники. В эту категорию входят все выведенные на орбиту устройства, масса которых не превышает 600 килограммов. Среди них выделяют миниспутники (200 – 600 кг), микроспутники (10 – 200 кг), наноспутники (1 – 10 кг), пикоспутники (0,1 – 1 кг) и фемтоспутники (менее 0,1 кг). Главным достоинством малых спутников является снижение затрат на разработку и запуск. При этом они могут быть оснащены множеством функциональных научных приборов и входить в различные из описанных выше категорий, кроме ОКС и космических телескопов. Зачастую запуск малых спутников осуществляют частные космические компании из России, США, Европы, Китая и Индии.
Топ-5 интересных фактов об искусственных спутниках
- Несмотря на практическую пользу спутников, они оказывают негативное воздействие на окружающую среду. При каждом запуске в атмосферу выбрасывается множество загрязняющих веществ: углекислый газ, оксиды азота NOx, сажа и частицы алюминия. Значительная часть выбросов происходит в стратосфере, где расположен озоновый слой, защищающий нашу планету от солнечной радиации и ультрафиолетового излучения.
- Самыми маленькими спутниками, когда-либо выведенными на земную орбиту, являются «ChipSats», концепцию которых разработали американские ученые Зак Манчестер и Джастин Атчинсон. В 2019-м году на высоте около 300 километров были одновременно выпущены 105 фемтоспутников размером 3,5 x 3,5 сантиметра и весом всего в 4 грамма. Устройства стоимостью менее $100 были оснащены магнитометрами, гироскопами и приборами для радиосвязи.
- Старейшим искусственным спутником, который уже более 60 лет не покидает своей орбиты, является «Авангард-1», запущенный лабораторией ВМС США в 1958-м году. И хотя прямая связь с аппаратом была прекращена еще в 1964-м году, по прогнозам ученых, его сильно вытянутая эллиптическая орбита не претерпит существенных изменений в течение как минимум 240 лет.
- К искусственным спутникам Земли также относят космический мусор — заброшенные орбитальные аппараты и их обломки. Исследование 2020-го года показало, что на земной орбите находится более 128 млн подобных объектов общей массой свыше 8 000 тонн. Космический мусор представляет угрозу для действующих спутников — столкновение может повредить важные системы и полностью вывести их из строя. Если космический мусор будет накапливаться текущими темпами, к началу 2060-х запуск аппаратов в космос станет невозможен.
- Наиболее отдаленным от Земли искусственным спутником является «Кассини», выведенный на орбиту Сатурна в 2004-м году. За 13 лет работы зонд открыл несколько естественных спутников газового гиганта, уточнил структуру его колец и период вращения вокруг своей оси, а также передал на Землю множество удивительных по красоте снимков Сатурна.
Вопрос-ответ
Зачем в космос запускают спутники?
Спутники запускают в космос для проведения исследований в условиях микрогравитации, обеспечения связи, навигации и всестороннего зондирования Земли.
Какой спутник запустили первым?
Первым искусственным спутником Земли стал советский «Спутник-1», запущенный в 1957-м году и совершавший облеты нашей планеты в течение трех месяцев.
На какой высоте летают спутники?
Искусственные спутники Земли летают на высоте от 100 до приблизительно 40 000 километров над уровнем моря.
Изображение на обложке: Freepik
