Зоны видимости

"С экипажем поддерживается устойчивая радио- и телевизионная связь.

Во время полета с борта корабля проводилась телепередача.

С 22 часов 11 октября до 7 часов 40 минут 12 октября космический корабль "Союз-6" будет совершать полет вне зоны радиовидимости с территории Советского Союза.

12 октября космический корабль "Союз-6" на 13-м витке вокруг Земли вошел в зону радиовидимости дальневосточных измерительных пунктов Советского Союза.

Выполнялись наблюдения и фотографирование геолого-географических объектов Земли.

Экипажи кораблей "Союз-6" и "Союз-7" установили между собой надежную двустороннюю связь".

Это отрывки из сообщений ТАСС о полете космических кораблей "Союз-6" и "Союз-7". В них идет речь о радиотехнической связи кораблей с отдельными пунктами на территории Советского Союза, между кораблями и оптической видимостью поверхности Земли. Радиосвязь и передача телевизионных изображений производится на коротких или ультракоротких волнах. Как известно, эти волны распространяются прямолинейно и не могут огибать встречающиеся на их пути препятствия. В связи с этим перед баллистиками при всех пусках космических объектов возникает задача определения начала и конца видимости летящего космического аппарата с заданных точек на Земле (измерительных пунктов), либо совместной видимости кораблей. Интервал времени беспрерывной видимости космического аппарата с данного пункта, расположенного на поверхности Земли, либо двигающегося в космосе, называется зоной видимости.

Непосредственно из геометрических соображений ясно, что чем выше высота полета спутника, тем больше будет зона его видимости. Это объясняется, с одной стороны, более ранним выходом спутника из-за горизонта и более поздним заходом его, и, с другой стороны, уменьшением скорости полета по орбите. Когда трасса полета спутника будет проходить непосредственно над измерительным пунктом, то зона видимости его будет еще больше. При высоте помета 200 км наибольшая зона видимости будет составлять 7, мин и при высоте полета 600 км - 12,3 мин. В случае прохождения спутника в стороне oот пункта зона видимости его сокращается.

Теперь вы можете понять, почему телевизионные репортажи с борта кораблей-спутников "Союз-6", "Союз-7", "Союз-8" были столь кратковременными. При высоте орбиты 200 км каждый из них находился в зоне видимости приемного пункта в лучшем случае не более 7 мин. При этом следует учесть, что вся зона отсчитывается от момента появления спутника из-за горизонта и захода его за горизонт. Но вблизи этих моментов будут очень плохими условия распространения радиоволн, которые улучшаются по мере увеличения высоты спутника над горизонтом. Практически обычно считают, что устойчивая связь со спутником может быть в тех случаях, если он расположен над горизонтом на угловом расстоянии 5ч-10 градусов. Кроме того, необходимо отвести еще какую-то часть времени на вхождение наземного пункта в связь с кораблем. Все это, разумеется, сокращает зону видимости и усложняет работу средств наземного комплекса управления полетом.

В ясную ночь спутники Земли бывают хорошо видны даже невооруженным глазом. Если вы желаете удивить своего приятеля знанием космической баллистики, то с помощью полученной формулы можете в уме легко рассчитать приближенную высоту полета спутника. Для этого вам достаточно измерить время полета спутника над вами от момента восхода до захода его, выразив измеренное время в минутах, а затем с помощью формулы

легко вычислить высоту его полета.

По единодушному утверждению космонавтов, совершавших полеты на кораблях "Восток", "Восход" и "Союз", Земля очень красивая, если на нее смотреть с орбиты спутника Земли. А как далеко видит космонавт? Может ли он, находясь на высоте 200 км, охватить единым взглядом, скажем, всю Африку, Северную Америку или Австралию? Граница видимости Земли с корабля - ее горизонт. Находясь на высоте h над Землей, космонавт будет видеть горизонт ("край Земли") на расстоянии

от корабля. Здесь высота полета должна быть подставлена в километрах. Формула справедлива для высот полета от 200 до 600 км. При высоте полета 200 км космонавт видит горизонт на расстоянии 1600 км от корабля, а при высоте полета 600 км - 2780 км. Следовательно, экипаж корабля "Союз-6", пролетая на высоте 200 км, в каждый момент времени видел участок земной поверхности радиусом 1600 км. Разумеется, с такой высоты не будет видна даже вся Австралия, не говоря уже о Северной Америке или Африке. Однако экипаж может одновременно любоваться Москвой, Черным и Каспийским морями или всеми государствами, расположенными в четырехугольнике Англия - Франция - Италия - Польша.

Таким образом, совершая орбитальный полет, космонавты могли наблюдать за Землею в полосе 1600 км по обе стороны относительно трассы. Правда, участки земной поверхности, расположенные вблизи горизонта, будут плохо просматриваться и поэтому хорошо различаемая полоса Земли сократится.

Прочтите внимательно отрывок из сообщения ТАСС:

"6 октября 1969 года в Советском Союзе осуществлен запуск метеорологического спутника Земли "Метеор". Основной задачей запуска спутника является обеспечение получения метеорологической информации, необходимой для использования в оперативной службе погоды. Спутник выведен на орбиту с параметрами:

максимальное расстояние от поверхности Земли (в апогее) - 690 км; минимальное расстояние от поверхности Земли (в перигее) - 630 км; наклонение орбиты - 81,2°; начальный период обращения - 97,7 минуты...".

Совершая полет над Землей, спутник "Метеор" может "осматривать" полосу земной поверхности шириной 5600 км и, конечно, в эту полосу уместится любой из циклонов или антициклонов. Кроме того, имея большое наклонение плоскости орбиты, спутник в состоянии "осмотреть" всю поверхность Земли, чего невозможно было выполнить при малом значении наклонения.

Теперь остается рассмотреть последний вопрос: а на каком расстоянии могли видеть друг друга экипажи кораблей "Союз-6" и "Союз-7"? Если высоты полета их над Землей составляли h1 и h2 соответственно, то наибольшее расстояние прямой видимости между ними определится с помощью следующей приближенной формулы

Если, в частности, высоты полета их равны, то

где h, h₁, h2 должны быть взяты в километрах. При h = 200 км получаем наибольшее расстояние совместной видимости, равное 3200 км. Если расстояние между кораблями превышает эту величину, то поверхность Земли станет препятствовать их прямой видимости.

Вам известна старая пословица: рыбак рыбака видит издалека. Если предположить, что головы рыбаков расположены на высоте 1 м от поверхности воды, то они могут видеть макушки голов друг друга на расстоянии 7 км. В этом смысле космонавты далеко опередили рыбаков!

Предсказание, прогноз движения космического аппарата относительно наземного пункта является чрезвычайно важной задачей, решение которой возлагается на баллистиков. На рисунках или фотоснимках вы наверняка видели антенны, установленные на пунктах управления полетом космических аппаратов. Эти антенны представляют собой громадные чаши (параболоиды), которые с легкостью игрушки поворачиваются во все стороны, несмотря на свой колоссальный вес. Для установления 'Связи с летящим аппаратом ось симметрии антенны должна с высокой точностью совпадать с направлением на космический аппарат. Если ошибки выставления оси антенны превысят некоторую малую заданную величину, то пункт "не будет "слышать" аппарата и он будет потерян. Нацелить антенны - задача баллистиков. Не случайно свои результаты расчетов, используемые для наведения антенн, они называют целеуказаниями.

Расчет целеуказаний - далеко не простое дело. Главная трудность состоит в том, что необходимо орбиту полета космического аппарата знать с очень высокой точностью, т. е. хорошо знать прогноз его движения, а эта часть работы баллистиков относится к упомянутой ранее области определения орбит.