MĀKSLĪGIE PAVADOŅI: KAM TIE PAREDZĒTI, KĀ TIE DARBOJAS, VEIDI, SVARĪGI - ARTE - 2025

Par satelīti ir transportlīdzekļi vai ierīces būvēti speciāli tiks izlaists telpā bez apkalpes, lai orbītā ap Zemi vai cita debess ķermeņa.

Pirmās idejas par mākslīgo pavadoņu veidošanu nāca no zinātniskās fantastikas autoriem, piemēram, Jules Verne un Arthur C. Clark. Pēdējais bija Karalisko gaisa spēku radaru virsnieks un Otrā pasaules kara beigās izdomāja izmantot trīs satelītus orbītā ap Zemi, lai uzturētu telekomunikāciju tīklu.

1. attēls. Mākslīgais satelīts, kas riņķo ap Zemi. Avots: Wikimedia Commons.

Tajā laikā satelīta novietošanai orbītā vēl nebija pieejami līdzekļi. Pagāja vēl daži gadi, līdz Amerikas Savienoto Valstu militārpersonas izveidoja pirmos satelīta sakarus 1950. gadu sākumā.

Kosmosa sacensības starp Amerikas Savienotajām Valstīm un Padomju Savienību sekmēja mākslīgo satelītu industriju. Pirmais veiksmīgi ievietotais orbītā bija padomju Sputnik satelīts 1957. gadā, un tas izstaroja signālus 20–40 MHz diapazonā.

Pēc tam Amerikas Savienotās Valstis uzsāka Echo I komunikācijas nolūkos. Kopš tā laika abas lielvaras ir veikušas neskaitāmas palaišanas orbītā, un pēc tam daudzas valstis pievienojās jaunajai tehnoloģijai.

Kam domāti mākslīgie pavadoņi?

-Telekomunikācijā radio, televīzijas un mobilo tālruņu ziņojumu retranslācijai.

-Zinātniskos un meteoroloģiskos pētījumos, ieskaitot kartogrāfiju un astronomiskos novērojumus.

-Militāras izlūkošanas vajadzībām.

-Navigācijas un atrašanās vietas izmantošanai, tā kā GPS (globālā pozicionēšanas sistēma) ir viena no pazīstamākajām.

-Uzraudzīt zemes virsmu.

Kosmosa stacijās, kas paredzētas, lai piedzīvotu dzīvi ārpus Zemes.

Kā viņi strādā?

Savā Principiālē Īzaks Ņūtons (1643-1727) noteica nepieciešamo satelīta novietošanai orbītā, lai gan satelīta vietā viņš kā piemēru izmantoja lielgabala lodes šautu no kalna virsotnes.

Izšaujot ar noteiktu horizontālo ātrumu, lode seko parastajai paraboliskajai trajektorijai. Palielinot ātrumu, horizontālā sasniedzamība kļūst arvien lielāka, un tas bija skaidrs. Bet vai noteikts ātrums izraisīs lodes nonākšanu orbītā ap Zemi?

Zeme izliekas no līnijas, kas pieskaras virsmai, ar ātrumu 4,9 m uz katriem 8 km. Jebkurš no atpūtas atbrīvots objekts pirmās sekundes laikā nokrīt par 4,9 m. Tāpēc, izšaujot lodi horizontāli no virsotnes ar ātrumu 8 km / s, tā pirmās sekundes laikā samazināsies par 4,9 m.

Bet arī Zeme šajā laikā būs nolaidusies 4,9 m attālumā, jo tā izliekas zem lielgabala lodes. Tas turpina virzīties horizontāli, nosedzot 8 km un šajā sekundē būtu vienā augstumā attiecībā pret Zemi.

Dabiski, ka tas pats notiek pēc nākamās sekundes un visās secīgās sekundēs, pārvēršot lodi mākslīgā pavadoņā bez papildu piedziņas, ja vien nav berzes.

Tomēr gaisa pretestības radītā berze ir neizbēgama, tāpēc ir nepieciešama pastiprinoša raķete.

Raķete paceļ satelītu lielā augstumā, kur plānāka atmosfēra piedāvā mazāku pretestību un nodrošina tai nepieciešamo horizontālo ātrumu.

Šim ātrumam jābūt lielākam par 8 km / s un mazākam par 11 km / s. Pēdējais ir bēgšanas ātrums. Paredzēts šādā ātrumā, satelīts atteiksies no Zemes gravitācijas ietekmes, nonākot kosmosā.

Mākslīgā satelīta struktūra

Mākslīgie satelīti satur dažādus sarežģītus mehānismus savu funkciju veikšanai, kas ietver dažāda veida signālu uztveršanu, apstrādi un nosūtīšanu. Viņiem jābūt arī viegliem un ar darbības autonomiju.

Galvenās struktūras ir kopīgas visiem mākslīgajiem satelītiem, kuriem savukārt ir vairākas apakšsistēmas atbilstoši mērķim. Tie ir uzstādīti korpusā, kas izgatavots no metāla vai citiem viegliem savienojumiem, kas kalpo kā balsts un tiek saukts par kopni.

Autobusā var atrast:

- Centrālais vadības modulis, kurā atrodas dators, ar kuru tiek apstrādāti dati.

- antenu uztveršana un pārraidīšana komunikācijai un datu pārraidei pa radioviļņiem, kā arī teleskopi, kameras un radari.

- Saules paneļu sistēma uz spārniem, lai iegūtu nepieciešamo enerģiju un uzlādējamās baterijas, kad satelīts atrodas ēnā. Atkarībā no orbītas, satelītiem ir nepieciešamas apmēram 60 minūtes saules gaismas, lai uzlādētu akumulatorus, ja tie atrodas zemā orbītā. Attālākie pavadoņi daudz vairāk laika pavada saules starojuma iedarbībā.

Tā kā satelīti ilgu laiku pavada šī starojuma iedarbībai, ir nepieciešama aizsardzības sistēma, lai izvairītos no citu sistēmu bojājumiem.

Pakļautās daļas sakarst, savukārt ēnā tās sasniedz ārkārtīgi zemu temperatūru, jo nav pietiekami daudz atmosfēras, lai regulētu izmaiņas. Šī iemesla dēļ ir nepieciešami radiatori, lai novērstu siltumu, un alumīnija pārsegi, lai vajadzības gadījumā saglabātu siltumu.

Mākslīgo pavadoņu veidi

Atkarībā no trajektorijas mākslīgie pavadoņi var būt elipsi vai apļveida. Protams, katram satelītam ir piešķirta orbīta, kas parasti atrodas tajā pašā virzienā, kurā Zeme griežas, to sauc par asinhrono orbītu. Ja kāda iemesla dēļ satelīts pārvietojas pretēji, tad tam ir retrogrāda orbīta.

Gravitācijas ietekmē objekti pārvietojas elipses ceļos saskaņā ar Keplera likumiem. Mākslīgie pavadoņi no tā neizbēg, tomēr dažām elipsveida orbītām ir tik maza ekscentriskums, ka tās var uzskatīt par apļveida.

Orbītas var būt arī slīpas attiecībā pret Zemes ekvatoru. Ar slīpumu 0 ° tās ir ekvatoriālas orbītas, ja tās ir 90 °, tās ir polārās orbītas.

Satelīta augstums ir arī svarīgs parametrs, jo no 1500 līdz 3000 km augsta ir pirmā Van Allena josta, reģions, no kura jāizvairās tā lielā starojuma līmeņa dēļ.

2. attēls. Mākslīgo pavadoņu orbītas, augstums un ātrums. Neizmantotie pavadoņi nonāk kapsētas orbītā, kaut arī visās orbītās ir paliekas. Avots: Wikimedia Commons.

Satelīta orbītas

Satelīta orbīta tiek izvēlēta atbilstoši tai piešķirtajai misijai, jo dažādām operācijām ir vairāk vai mazāk labvēlīgi augstumi. Saskaņā ar šo kritēriju satelītus klasificē šādi:

- LEO (Low Earth Orbit) , kuru augstums ir no 500 līdz 900 km, un apraksta apļveida ceļu ar aptuveni pusotras stundas periodu un 90 ° slīpumu. Tos izmanto mobilajiem tālruņiem, faksiem, personīgajiem peidžeriem, transporta līdzekļiem un laivām.

- MEO (Medium Earth Orbit) , tie atrodas augstumā starp 5000–12000 km, slīpums ir 50 ° un aptuveni 6 stundas. Tie tiek nodarbināti arī mobilajos tālruņos.

- GEO (Ģeosinhronā Zemes Orbīta) vai ģeostacionārā orbīta, kaut arī starp šiem diviem terminiem ir neliela atšķirība. Pirmajiem var būt mainīgs slīpums, savukārt pēdējiem vienmēr ir 0 ° leņķis.

Jebkurā gadījumā tie ir lielā vai augstumā -36 000 km. Viņi pārvietojas riņķveida orbītās 1 dienas periodos. Pateicoties viņiem, starp citiem pakalpojumiem ir pieejama arī faksa, tālsatiksmes telefonija un satelīta televīzija.

3. attēls. Mākslīgo pavadoņu orbītu diagramma. 1) Zeme. 2) LEO. 3) MEO, 4) ģeosinhronās orbītas. Avots: Wikimedia Commons.

Ģeostacionārie satelīti

Sākumā sakaru satelītiem bija atšķirīgi periodi nekā Zemes rotācijai, taču tas apgrūtināja antenu novietošanu un sakari tika zaudēti. Risinājums bija novietot satelītu tādā augstumā, lai tā periods sakristu ar Zemes rotācijas periodu.

Tādā veidā satelīts riņķo kopā ar Zemi un, šķiet, ir fiksēts attiecībā pret to. Satelīta novietošanai ģeosinhronajā orbītā nepieciešamais augstums ir 35786,04 km, un tas ir pazīstams kā Clarke josta.

Orbītas augstumu var aprēķināt, nosakot periodu, izmantojot šādu izteiksmi, kas iegūta no Ņūtona Universālās gravitācijas likuma un Keplera likumiem:

Kur P ir periods, a ir elipses orbītas pusautomātiskās ass garums, G ir gravitācijas universālā konstante un M ir Zemes masa.

Tā kā šādā veidā satelīta orientācija attiecībā pret Zemi nemainās, tas garantē, ka tam vienmēr būs saskare.

Svarīgākie Zemes mākslīgie pavadoņi

Sputnik

Sputnik, pirmā mākslīgā pavadoņa orbītā vēsturē, kopija. Avots: Wikimedia Commons.

Tas bija pirmais mākslīgais satelīts cilvēces vēsturē, kuru bijušās Padomju Savienības 1957. gada oktobrī izvirzīja orbītā. Šim satelītam Sputnik programmas ietvaros sekoja vēl 3.

Pirmais Sputnik bija diezgan mazs un viegls: galvenokārt 83 kg alumīnija. Tas spēja izstarot frekvences no 20 līdz 40 MHz .Tas bija orbītā trīs nedēļas, pēc tam tas nokrita uz Zemi.

Sputnik kopijas šodien var redzēt daudzos Krievijas Federācijas, Eiropas un pat Amerikas muzejos.

Kosmosa atspole

Cita plaši pazīstama vadīta misija bija Kosmosa transporta sistēma STS jeb Space Shuttle, kas darbojās no 1981. līdz 2011. gadam un, citu svarīgu misiju starpā, līdztekus citām misijām piedalījās arī Habla kosmiskā teleskopa un Starptautiskās kosmosa stacijas atklāšanā. citu satelītu remonts.

Kosmosa kuģim bija asinhrona orbīta un tas bija atkārtoti lietojams, jo tas varēja nākt un aiziet uz Zemi. No pieciem prāmjiem divi tika nejauši iznīcināti kopā ar viņu apkalpēm: Challenger un Columbia.

GPS satelīti

Globālā pozicionēšanas sistēma ir plaši pazīstama ar precīzu cilvēku un priekšmetu atrašanu jebkur pasaulē. GPS tīklu veido vismaz 24 satelīti augstkalnā, no kuriem vienmēr ir 4 satelīti, kas redzami no Zemes.

Viņi atrodas orbītā 20 000 km augstumā, un to periods ir 12 stundas. Objektu novietojuma novērtēšanai GPS izmanto matemātisku metodi, kas līdzīga triangulācijai, ko sauc par trilatāciju.

GPS neaprobežojas tikai ar cilvēku vai transportlīdzekļu atrašanās vietas noteikšanu, tā ir noderīga arī kartogrāfijā, ģeodēzijā, ģeodēzijā, glābšanas darbos un sporta nodarbībās, kā arī citās svarīgās lietojumprogrammās.

Habla kosmiskais teleskops

Tas ir mākslīgs satelīts, kas nodrošina nepārspējamus, nekad iepriekš neredzētus Saules sistēmas, zvaigžņu, galaktiku un tālā Visuma attēlus, bez Zemes atmosfēras vai gaismas piesārņojuma, kas bloķē vai izkropļo tālu gaismu.

5. attēls. Habla kosmiskā teleskopa skats. Avots: NASA, izmantojot Wikimedia Commons.

Tādējādi tās atklāšana 1990. gadā bija ievērojamākais astronomijas sasniegums pēdējā laikā. Habla milzīgais 11 tonnu balons atrodas 340 jūdžu (548 km) augstumā un riņķo ap Zemi apļveida kustībā ar 96 minūšu periodu.

Paredzams, ka tas tiks deaktivizēts no 2020. līdz 2025. gadam, to aizstājot ar Džeimsa Veba kosmisko teleskopu.

Starptautiskā kosmosa stacija

Pazīstama kā ISS (Starptautiskā kosmosa stacija), tā ir riņķošanas pētījumu laboratorija, kuru pārvalda piecas kosmosa aģentūras visā pasaulē. Līdz šim tas ir lielākais mākslīgais satelīts, kas pastāv.

Atšķirībā no pārējiem satelītiem, Kosmosa stacijā uz klāja ir cilvēki. Papildus stacionārai vismaz divu astronautu apkalpei staciju ir apmeklējuši pat tūristi.

Stacijas mērķis galvenokārt ir zinātnisks. Tai ir 4 laboratorijas, kurās tiek pētīta nulles gravitācijas ietekme un veikti astronomiskie, kosmoloģiskie un klimata novērojumi, kā arī dažādi eksperimenti bioloģijā, ķīmijā un radiācijas ietekme uz dažādām sistēmām.

Čandra

Šis mākslīgais satelīts ir observatorija rentgena staru noteikšanai, kurus absorbē Zemes atmosfēra un kurus tāpēc nevar izpētīt no virsmas. NASA to orbītā ievietoja 1999. gadā caur Kosmosa kuģi Space Shuttle.

Iridija sakaru satelīti

Tie veido 66 satelītu tīklu 780 km augstumā LEO tipa orbītā ar 100 minūšu periodu. Tos izstrādāja Motorola telefona uzņēmums, lai nodrošinātu telefona sakarus nepieejamās vietās. Tomēr tas ir ļoti dārgs pakalpojums.

Galileo satelītu sistēma

Tā ir Eiropas Savienības izstrādāta pozicionēšanas sistēma, kas līdzvērtīga GPS un paredzēta civilām vajadzībām. Pašlaik tajā darbojas 22 satelīti, taču tas joprojām tiek izstrādāts. Tas atvērtajā versijā spēj noteikt cilvēka vai objekta precizitāti ar 1 metru precizitāti, un tas ir savietojams ar GPS sistēmas satelītiem.

Landsat sērija

Tie ir satelīti, kas īpaši izstrādāti zemes virsmas novērošanai. Viņi sāka savu darbu 1972. gadā. Cita starpā viņi ir atbildīgi par reljefa kartēšanu, informācijas reģistrēšanu par ledus pārvietošanos pie poliem un mežu platību, kā arī kalnrūpniecības izpēti.

Glonass sistēma

Tā ir Krievijas Federācijas ģeogrāfiskās atrašanās vietas noteikšanas sistēma, kas ir ekvivalenta GPS un Galileo tīklam.

Mākslīgo pavadoņu novērošana

Mākslīgos satelītus no Zemes var redzēt amatieri, jo tie atspoguļo saules gaismu, un tos var uzskatīt par gaismas punktiem, pat ja Saule ir iestatījusi.

Lai tos atrastu, ieteicams tālrunī instalēt kādu no satelīta meklēšanas lietojumprogrammām vai meklēt vietnes, kas izseko satelītus.

Piemēram, Habla kosmiskais teleskops var būt redzams ar neapbruņotu aci vai, vēl labāk, ar labu binokli, ja zināt, kur meklēt.

Gatavošanās satelītu novērošanai ir tāda pati kā meteoru dušu novērošanai. Vislabākos rezultātus var iegūt ļoti tumšās un skaidrās naktīs, bez mākoņiem un bez mēness, vai ar mēness zemu pie horizonta. Jo tālāk no gaismas piesārņojuma, jo labāk, jums līdzi jāņem arī siltas drēbes un karsti dzērieni.

Atsauces

1. Eiropas Kosmosa aģentūra. Satelīti. Atgūts no: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: principi un pielietojumi. 6. Eds Prentice Hall.
3. Marāns, S. Manekenu astronomija.
4. POT. Par Habla kosmisko teleskopu. Atgūts no: nasa.gov.
5. Kas ir mākslīgie pavadoņi un kā tie darbojas? Atgūts no: youbioit.com
6. Wikiversity. Mākslīgie pavadoņi. Atgūts no: es.wikiversity.org.