Современные спутники и спутниковые системы. ИСЗ — искусственные спутники планеты Земля

Вулканическая цепь (снимок из космоса)

Гора Фудзияма в Японии (снимок из космоса)

Олимпийская деревня в Ванкувере (снимок из космоса)

Тайфун (снимок из космоса)

Если ты долго любовался звёздным небом, то, конечно, видел движущуюся яркую звёздочку. Но на самом деле это был спутник - космический корабль, который люди специально вывели на космическую орбиту.

Первый искусственный спутник Земли был запущен Советским Союзом в 1957 году. Это было огромное событие для всего мира, и этот день считают началом космической эры человечества. Сейчас вокруг Земли вращаются около шести тысяч спутников, самых разных по весу и форме. За 56 лет они научились многому.

Например, спутник-связист помогает смотреть телепередачи. Как это происходит? Спутник летает над телестанцией. Начинается передача, и телестанция передает «картинку» спутнику, а тот, как в эстафете, передает её другому спутнику, который летит уже над другим местом земного шара. Второй спутник транслирует изображение третьему, который возвращает «картинку» снова на Землю, на телевизионную станцию, находящуюся за тысячи километров от первой. Таким образом, телепередачи могут смотреть одновременно жители Москвы и Владивостока. По такому же принципу спутники-связисты помогают вести телефонные разговоры, связывают между собой компьютеры.

Спутники также следят за погодой . Летит такой спутник высоко, бури, штормы, грозы, все атмосферные возмущения замечает и передает на Землю. А на Земле синоптики сведения обрабатывают и знают, какая погода ожидается.

Спутники-навигаторы помогают кораблям совершать плавания, ведь система навигации GPS помогает при любой погоде определять,
где они находятся. С помощью GPS-навигаторов, встроенных в мобильные телефоны и автомобильные компьютеры, можно определить своё местонахождение, находить на карте нужные дома и улицы.

Есть также спутники-разведчики . Они фотографируют Землю, а геологи по фотографиям определяют, в каком месте нашей планеты находятся богатые залежи нефти, газа, иных полезных ископаемых.

Научно-исследовательские спутники помогают в проведении научных исследований. Астрономические - исследуют планеты Солнечной системы, галактики и другие космические объекты.

Почему спутники не падают?

Если ты бросишь камень, он полетит, постепенно опускаясь всё ниже, пока не упадет на землю. Если бросить камень сильнее - он упадёт дальше. Как вы знаете, Земля круглая. Можно ли бросить камень так сильно, чтобы он облетел вокруг Земли? Оказывается, можно. Только нужна большая скорость - почти восемь километров в секунду - это в тридцать раз быстрее самолёта. И делать это надо за пределами атмосферы, иначе трение о воздух будет сильно мешать. Зато, если получится это сделать, камень будет летать вокруг Земли сам по себе без остановки.

Спутники запускают на ракетах , которые летят вверх от поверхности Земли. Поднявшись, ракета поворачивает и начинает разгон по боковой орбите. Именно боковое движение удерживает спутники от падения на Землю. Они летают вокруг неё , как и наш придуманный камень!

Впервые искусственный спутник Земли запустили в 1957 году. С этого времени слово «спутник» появилось во всех мировых языках. Сегодня их насчитывается не один десяток, и каждый имеет свое название.

Искусственными спутниками нашей планеты именуют летательные космические аппараты. Они выводятся на орбиту и вращаются по геоцентрической орбите. ИСЗ создаются в прикладных и научных целях.

Первый запуск такого аппарата - 4.10.1957 года. Именно он является первым небесным телом, созданным искусственно людьми. Для его создания использовались достижения советской вычислительной техники, ракетной техники, а также небесной механики. С помощью первого ИСЗ ученые получили возможность измерить плотность всех атмосферных слоев, узнать особенности передачи радиосигналов в иносфере, проверить точность и достоверность технических решений и теоретических расчетов, которые были использованы для вывода ИСЗ.

Какие бывают земные спутники? Виды

Все они подразделяются на:

научно-исследовательские аппараты.,
прикладные.

Это зависит от того, какие задачи они решают. С помощью научно-исследовательских аппаратов возможно исследовать поведение небесных объектов Вселенной и значительного объема космического пространства. К научно-исследовательским устройствам относят: орбитальные астрономические обсерватории, геодезические, геофизические спутники. К прикладным относят: метеорологические, навигационные и технические, спутники связи и спутники для исследования земельных ресурсов. Существуют также искусственно созданные спутники Земли, предназначенные для полета людей в космос, их называют «пилотируемые».

На каких орбитах летают спутники Земли? На какой высоте?

Те ИСЗ, что находятся на экваториальной орбите называют экваториальными, а те, что на полярной орбите – полярными. Существуют также стационарные модели, которые были запущены на круговую экваториальную орбиту, и их движение совпадает с вращением нашей планеты. Такие стационарные аппараты висят неподвижно над какой-либо конкретной точкой Земли.

Отделяемые ИСЗ детали в процессе вывода на орбиту нередко также называют спутниками Земли. Они относятся к вторичным орбитальным объектам и служат для проведения наблюдений в научных целях.

Первые пять лет после первого запуска ИСЗ (1957-1962) назывались научным образом. Для их названия брали год запуска и одну греческую букву, соответствующую номеру по порядку в каждом конкретном году. С увеличением числа запускаемых искусственных аппаратов с начала 1963 года они стали именоваться годом запуска и всего одной латинской буквой. ИСЗ могут иметь разные конструктивные схемы, разные размеры, отличаться массой, составом бортового оборудования. Энергопитание ИСЗ происходит за счет солнечных батарей, которые стоят на внешней части корпуса.

По достижении спутником высоты 42164 километра от центра нашей планеты (от поверхности земли 35786 км) он начинает входить в зону, где орбита будет соответствовать вращению планеты. Ввиду того, что движение аппарата происходит с такой же скоростью, как движение Земли (этот период равен 24-м часам), кажется, что он стоит на месте только над одной долготой. Такую орбиту называют геосинхронной.

Задачи и программы полетов вокруг Земли

Метеорологическая система «Метеор» была создана еще в 1968 году. В нее входит не один, а несколько спутников, которые одновременно находятся на разных орбитах. Они наблюдают за облачным покровом планеты, фиксируют контуры морей и материков, о чем передают сведения в Гидрометеоцентр.

Данные спутников важны и в процессе проведения космофотосъемки, используемой в геологии. С ее помощью возможно обнаружить крупные геологические структуры, связанные с месторождениями полезных ископаемых. Они помогают четко фиксировать лесные пожары, что актуально для таёжных просторов, где невозможно быстро заметить большой пожар. С помощью космических снимков можно рассмотреть особенности почв и рельефа, ландшафтов, распределении подземных и наземных вод. С помощью спутников можно следить за переменами в растительном покрове, что особенно важно для специалистов сельского хозяйства.

Интересные факты о земных спутниках

Первым ИСЗ, отправившимся на околоземную орбиту был ПС-1. Его запуск осуществлялся с полигона СССР.
Создателем ПС-1 был конструктор Королёв, который мог бы получить нобелевскую премию. Но в СССР не принято было присваивать достижения кому-то одному, все было общее. Поэтому создание ИСЗ было достижением всего народа СССР.
В 1978 году СССР запустил спутник-шпион, но запуск прошел неудачно. Аппарат включал в себя ядерный реактор. Когда он упал, - заразил территорию более 100 000 квадратных километров.
Схема запуска ИЗС напоминает вбрасывание камня. Его нужно «выкинуть» с полигона с такой скоростью, чтобы он сам мог вращаться вокруг планеты. Скорость запуска спутника должна быть равна 8 километров в секунду.
Копию ПС-1 можно было приобрести на аукционе Ebay в начале 21 века.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Сатинская средняя общеобразовательная школа

Реферат

Искусственные

Спутники

Земли

Работу выполнила Сатинской средней школы

Сампурского района

Илясова Екатерина

Искусственные спутники.

Вселенная – это весь окружающий нас бесконечный и вечный мир. Часто вместо слова «вселенная» употребляют равнозначное ему слово «космос». Правда, иногда из понятия «космос», исключают Землю с её атмосферой.

Когда я была маленькой, то часто любовалась звёздным небом. Мне казалось, что за этими горящими лампочками скрывается целый мир со своими жителями и законами. Но в школе я узнала,что мои представления о космосе не соответствуют действительности, и вскоре мечты о знакомстве с жителями того мира быстро рассеялись.

Однако, этот мир оказался не менее интересным и загадочным, чем я его представляла. Теперь я знаю, что некоторые из звёзд, гуляющие по небу, за которыми я наблюдала, - это блестящие тела разных размеров и форм с антеннами снаружи и радиопередатчиками внутри – искусственные спутники Земли – космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты и предназначенные для решения научных и прикладных задач.
Человечество всегда стремилось к звёздам, они манили к себе, как магнит и ни что не могло удержать человека на Земле. Смотря трансляцию футбольного матча по телевизору, у меня часто появляется вопрос: как человеку удаётся передавать события, происходящие за пределами нашего материка. В Югославии идёт война. Натовские войска способны поражать цели на огромном расстоянии. Как же им это удаётся? Какую технику они используют? Когда я смотрю фантастику, то задумываюсь о том, сможет ли человек осуществить свои фантазии: летать с огромными скоростями на манёвренных космических объектах, встретиться с внеземными цивилизациями. Думая о своём будущем, мне бы хотелось, чтобы наше государство не прекращало тенденции к развитию космической деятельности, чтобы наша страна не сдавала лидирующей позиции в области космических научных исследований. Ведь мы первыми смогли запустить искусственный спутник Земли, первым полетел в космос гражданин нашей страны, мы единственные смогли установить космическую станцию на околоземной орбите.
Целью своей работы я поставила – ознакомиться с физическими основами полёта космических объектов. Только после этого можно найти ответы на поставленные мной вопросы. Из моего реферата вы узнаете о движении искусственных спутников Земли, их оборудовании, предназначении, классификации, истории и др.

Оборудование ИСЗ.

ИСЗ выводятся на орбиты с помощью ступенчатых ракет – носителей, которые поднимают их на определённую высоту над поверхностью Земли и разгоняют до скорости, равной или превышающей (но не более чем в 1,4 раза) первую космическую скорость. Запуски ИСЗ с помощью собственных ракет – носителей производят Россия, США, Франция, Япония, КНР И Великобритания. Ряд ИСЗ выводятся на орбиты в рамках международного сотрудничества. Таковы, например, спутники «Интеркосмос».

Искусственными спутниками, по существу, являются все летательные космические аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли, включая космические корабли и орбитальные станции с экипажами. Однако к ИСЗ принято относить главным образом автоматические спутники, не предназначенные для работы на них человека – космонавта. Это вызвано тем, что пилотируемые космические корабли существенно отличаются по своим конструктивным особенностям от автоматических спутников. Так, космические корабли должны иметь системы жизнеобеспечения, специальные отсеки – спускаемые аппараты, в которых космонавты возвращаются на Землю. Для автоматических ИСЗ такого рода оборудование не обязательно или вовсе излишне.

Размеры, масса, оборудование ИСЗ зависят от задач, которые спутники решают. Первый в мире советский ИСЗ имел массу 83,6 кг, корпус в виде шара диаметром 0,58 м. масса наименьшего ИСЗ составляла 700 г.

Размеры корпуса ИСЗ ограничиваются размерами головного обтекателя ракеты – носителя, защищающего спутник от неблагоприятного воздействия атмосферы на участке выведения ИСЗ на орбиту. Поэтому диаметр цилиндрического корпуса ИСЗ не превышает 3 – 4 м. на орбите размеры ИСЗ могут значительно увеличиться за счёт развертываемых элементов спутника – панелей солнечных батарей, штанг с приборами, антенн.

Оборудование ИСЗ очень разнообразно. Это, во – первых, аппаратура, с помощью которой обеспечивается выполнение поставленных перед спутником задач, - научно – исследовательская, навигационная, метеорологическая и др. во – вторых, так называемое служебное оборудование, призванное обеспечить необходимые условия для работы основной аппаратуры и связь между ИСЗ и Землей. К служебному оборудованию относятся системы энергопитания, система терморегулирования для создания и поддержки необходимого теплового режима работы аппаратуры и др. служебные системы обязательны для подавляющего большинства ИСЗ. Кроме того, как правило, ИСЗ снабжается системой ориентации в пространстве, тип которой зависит от назначения спутника(ориентация по небесным телам, по магнитному полю Земли и т. п.), и бортовой электронной вычислительной машиной для управления работой приборов и служебных систем.

Энергопитание бортовой аппаратуры большинства ИСЗ осуществляется от солнечных батарей, панели которых ориентируются перпендикулярно направлению солнечных лучей или расположены так, чтобы часть из них освещалась Солнцем при любом его положении относительно ИСЗ (так называемые всенаправленные солнечные батареи). Солнечные батареи обеспечивают длительную работу бортовой аппаратуры (до нескольких лет). На ИСЗ, рассчитанных на ограниченные сроки работы (до 2-3 недель), используются электрохимические источники тока – аккумуляторы, топливные элементы.

Передача научной и другой информации с ИСЗ на Землю производится с помощью радиотелеметрических систем (часто имеющих запоминающие бортовые устройства для регистрации информации в периоды полёта ИСЗ вне зон радиовидимости наземных пунктов).

Три космические скорости.

В первое время после запуска искусственного спутника Земли часто можно было слышать вопрос: "Почему спутник после выключения двигателей продолжает обращаться вокруг Земли, не падая на Землю?". Так ли это? В действительности спутник "падает" – он притягивается к Земле под действием силы тяжести. Если бы не было притяжения, то спутник улетел бы по инерции от Земли в направлении приобретённой им скорости. Земной наблюдатель воспринял бы такое движение спутника как движение вверх. Как известно из курса физики, для движения по кругу радиуса R тело должно обладать центростремительным ускорением a=V2/R, где а – ускорение, V – скорость. Поскольку в данном случае роль центростремительного ускорения играет ускорение силы тяжести, то можно написать: g=V2/R. Отсюда нетрудно определить скорость Vкр, необходимую для кругового движения на расстоянии R от центра Земли: Vкр2=gR. В приближённых расчётах принимается, что ускорение силы тяжести постоянно и равно 9,81 м/сек2. Эта формула справедлива и в более общем случае, только ускорение силы тяжести следует считать переменной величиной. Таким образом, мы нашли скорость кругового движения. Какова же та начальная скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно двигалось вокруг Земли по окружности? Нам уже известно, что чем большую скорость сообщить телу, тем на большее расстояние оно улетит. Траектории полёта будут эллипсами (мы пренебрегаем влиянием сопротивления земной атмосферы и рассматриваем полёт тела в пустоте). При некоторой достаточно большой скорости тело не успеет упасть на Землю и, сделав полный оборот вокруг Земли, возвратится в начальную точку, чтобы вновь начать движение по окружности. Скорость спутника, движущегося по круговой орбите вблизи земной поверхности, называется круговой или первой космической скоростью и представляет собой ту скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы оно стало спутником Земли. Первая космическая скорость у поверхности Земли может быть вычислена по приведенной выше формуле для скорости кругового движения, если подставить вместо R величину радиуса Земли (6400 км), а вместо g – ускорение свободного падения тела, равное 9,81 м/сек. В результате найдём, что первая космическая скорость равна Vкр=7,9 км/сек.

Познакомимся теперь со второй космической или параболической скоростью, под которой понимают скорость, необходимую для того, чтобы тело преодолело земное тяготение. Если тело достигнет второй космической скорости, то оно может удалиться от Земли на любое сколь угодно большое расстояние (предполагается, что на тело не будут действовать никакие другие силы, кроме сил земного тяготения).

Проще всего для получения величины второй космической скорости воспользоваться законом сохранения энергии. Совершенно очевидно, что после выключения двигателей сумма кинетической и потенциальной энергии ракеты должна оставаться постоянной. Пусть в момент выключения двигателей ракета находилась на расстоянии R от центра Земли и имела начальную скорость V (для простоты рассмотрим вертикальный полёт ракеты). Тогда по мере удаления ракеты от Земли скорость её будет уменьшаться. На некотором расстоянии rmax ракета остановится, так как её скорость обратится в ноль, и начнёт свободно падать на Землю. Если в начальный момент ракета обладала наибольшей кинетической энергией mV2/2, а потенциальная энергия была равна нулю, то в наивысшей точке, где скорость равна нулю, кинетическая энергия обращается в ноль, переходя целиком в потенциальную. Согласно закону сохранения энергии, находим:

mV2/2=fmM(1/R-1/rmax) или V2=2fM(1/R-1/rmax).

Искусственный спутник Земли - космический аппарат, который вращается вокруг Земли, находясь на геоцентрической орбите. Изначально слово «спутник» использовалось для обозначения советских космических аппаратов, но в 1968-1969 гг. была реализована идея по созданию международного многоязычного космического словаря, в котором по обоюдной договоренности стран-участниц термин «спутник» стал применяться к искусственным спутникам Земли, запущенным в любой стране мира.
В соответствии с международной договоренностью космический аппарат считается спутником, если он совершил не менее одного оборота вокруг Земли. Для того чтобы вывести спутник на орбиту, необходимо сообщить ему скорость, равную или большую первой космической скорости. Высота полета спутника может быть различной и колеблется от нескольких сот до сотен тысяч километров.

Наименьшая высота определяется наличием процесса быстрого торможения в верхних слоях атмосферы. От высоты зависит также период обращения спутника по орбите, который варьируется от
нескольких часов до нескольких суток. Применяются в научных исследованиях и для решения прикладных задач. Подразделяются на военные, метеорологические, навигационные, спутники связи и др. Существуют также спутники радиолюбительские.

Если спутник на борту имеет передающую радиоаппаратуру, какие-либо измерительные приборы, импульсные лампы, используемые для подачи сигналов, то он считается активным. Пассивные искусственные спутники Земли используются для реализации ряда научных задач и в качестве объектов наблюдения с земной поверхности.

Масса спутника напрямую зависит от задач, которые предстоит реализовать объекту запуска в околоземном пространстве, и может составлять от сотен граммов до сотен тонн.

Искусственные спутники имеют определенную ориентацию в пространстве в зависимости от поставленных задач. Так, например, вертикальная ориентация используется для спутников, основной задачей которых является наблюдение объектов на поверхности Земли и в ее атмосфере.

Для астрономических исследований спутники ориентируются на исследуемые небесные тела. Возможна ориентация отдельных элементов спутника, например антенн, на земные станции приема, а солнечных батарей - в сторону Солнца.

Системы ориентации спутников делятся на пассивные (магнитные, аэродинамические, гравитационные) и активные (системы, снабженные управляющими органами).

Последние применяются в основном на технически сложных искусственных спутниках и космических кораблях.

Первым в мире искусственным спутником Земли стал «Спутник-1». Он был запущен 4 октября 1957 г. с космодрома Байконур.

Над созданием этого космического аппарата работали ведущие ученые СССР того времени, среди которых основоположник практической космонавтики С. П. Королев, М. К. Тихонравов, М. В. Келдыш и многие другие. Спутник представлял собой алюминиевую сферу, которая имела 58 см в диаметре, массу 83,6 кг. В верхней части располагались две антенны, каждая из которых состояла из двух штырей и четырех антенн. Спутник был оснащен двумя радиопередатчиками с источниками питания. Диапазон передатчиков был таким, чтобы его передвижения могли отслеживать и радиолюбители. Он совершил 1440 оборотов вокруг Земли за 92 дня. Во время полета стало возможным по изменению орбиты спутника впервые определить плотность верхней атмосферы, помимо этого были получены первые данные по распространению радиосигналов в ионосфере. Уже 3 ноября был запущен второй, биологический, спутник Земли, который на борту, помимо улучшенной научной аппаратуры, доставил на орбиту живое существо - собаку Лайку. Общий вес спутника составил 508,3 кг. Спутник был оборудован системами терморегулирования и регенерации для поддержания условий, необходимых для жизни животного.

Первым искусственным спутником СССР разведывательного назначения стал «Зенит-2», который был выведен на орбиту 26 апреля 1962 г. В комплект оборудования входила капсула для сброса фотоматериала и различная фото- и радиоразведывательная аппаратура.

США стали второй мировой державой, открывшей для себя космическое пространство, запустив свой спутник, «Эксплорер-1» 1 февраля 1958 г. (по некоторым данным, 31 января 1958 г.). Запуск и разработку спутника осуществляла бригада специалистов под командованием бывшего немецкого инженера Вернера фон Брауна, создателя «оружия возмездия» - ракеты, известной под названием «Фау-2». Запуск спутника осуществлялся при помощи баллистической ракеты «Редстоун», использовавшей в качестве топлива смесь этилового спирта и гидразина (N,H4). Масса спутника составляла 8,3 кг, что в 10 раз меньше советского спутника, тем не менее «Эксплорер-1» на борту имел счетчик Гейгера и датчик атмосферных частиц.
Третьей космической державой стала Франция, запустив спутник «Астерикс-1» 26 ноября 1965 г. Австралия была следующей державой, которая заслужила право называться космической, это случилось 29 ноября 1967 г., спутник назывался «ВРЕСАТ-1». В 1970 г. сразу две державы пополнили список искусственных спутников Земли - Япония (спутник «Осуми») и Китай (спутник «Китай-1»).

> 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.