Искусственные спутники

4 октября 1957 г. в СССР с космодрома Байконур был осуществлен запуск первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Это всемирно-историческое событие стало началом новой эры в истории человечества - эры изучения и освоения космического пространства.

ИСЗ выводятся на орбиты с помощью многоступенчатых ракет-носителей, которые поднимают их на определенную 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 СССР, США, Франция, Япония, КНР, Великобритания и Индия. Некоторые ИСЗ, изготовленные в Канаде, Италии, ФРГ, Индии, Нидерландах, Франции и других странах, запускаются с помощью советских и американских ракет-носителей. Ряд ИСЗ выводится на орбиты в рамках международного сотрудничества. Таковы, например, спутники "Интеркосмос". Исследования на этих спутниках осуществляются совместно учеными социалистических стран.

С 1982 г. некоторые ИСЗ выводятся на орбиту транспортными космическими кораблями многоразового использования.

По состоянию на 1 января 1986 г. запущено около 3200 ИСЗ различных типов, в том числе примерно 2000 СССР и около 1200 США и другими странами.

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.

Классифицировать ИСЗ можно по различным признакам. Основной же принцип классификации - по целям запуска и задачам, решаемым с помощью ИСЗ. Кроме того, ИСЗ различаются по орбитам, на которые они выводятся, типам некоторого бортового оборудования и т. д.

По целям и задачам ИСЗ подразделяются на две большие группы - научно-исследовательские и прикладные. Научно-исследовательские спутники предназначены для получения новой научной информации о Земле и околоземном космическом пространстве, для проведения астрономических исследований, исследований в области биологии и медицины и других областях науки. Прикладные спутники служат для удовлетворения практических нужд человека, получения информации в интересах народного хозяйства, проведения технических экспериментов, а также для испытания и отработки нового оборудования.

По орбитам, на которые ИСЗ выводятся, спутники Земли делятся на круговые, эллиптические, экваториальные (плоскость орбиты ИСЗ лежит в плоскости экватора), полярные (плоскость орбиты ИСЗ составляет с плоскостью экватора 90°), стационарные. Последние особенно интересны. Если ИСЗ вывести на круговую экваториальную орбиту высотой над поверхностью Земли 35 860 км и направить его движение в сторону направления вращения Земли, то такой ИСЗ будет находиться на стационарной орбите и казаться "висящим" неподвижно над одной точкой земного экватора. Стационарные орбиты особенно удобны для спутников связи.

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 всего 700 г. Масса советского ИСЗ "Протон-4" около 17 т.

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

Первый искусственный спутник Земли

Научно-исследовательский спутник серии 'Электрон'

Оборудование ИСЗ очень разнообразно. Это, во-первых, аппаратура, с помощью которой обеспечивается выполнение поставленных перед спутником задач, - научно-исследовательская, навигационная, метеорологическая и т. п. Во-вторых, так называемое служебное оборудование, призванное обеспечить необходимые условия для работы основной аппаратуры и связь между ИСЗ и наземным пунктом. К служебному оборудованию относятся системы энергопитания (солнечные батареи, электрохимические источники тока, радиоизотопные электрогенераторы), радиотелеметрическая система для передачи на Землю информации и приема на спутнике командных сигналов, система терморегулирования для создания и поддержания необходимого теплового режима работы аппаратуры. 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. Иногда на ИСЗ устанавливается спускаемый аппарат для возвращения на Землю приборов, материалов эксперимента, подопытных животных.

Научно-исследовательские ИСЗ решают самые разнообразные задачи по исследованию Земли, земной атмосферы и околоземного пространства, небесных тел. С помощью этих спутников были сделаны важные и крупные открытия, обнаружены радиационные поясе Земли, магнитосфера Земли, солнечный ветер Интересные исследования ведутся с помощью специализированных биологических спутников: изучается влияние космического пространства на развитие и состояние животных, высших растений, микроорганизмов, клеток.

Все большее значение приобретают астрономические ИСЗ. Аппаратура, установленная на этих спутниках, находится вне плотных слоев земной атмосферы и позволяет исследовать излучение от небесных объектов в ультрафиолетовом, рентгеновском, инфракрасном и гамма-диапазонах спектра (см. Электромагнитное излучение небесных тел). Так, американский астрономический ИСЗ "Эксплорер-42" зарегистрировал около 150 источников ультрафиолетового излучения, а американские спутники "Вела" обнаружили загадочные гамма-всплески, происхождение которых до сих пор не объяснено (см. Гамма-астрономия).

Спутник серии 'Интеркосмос'

В последние годы быстро растет специализация научно-исследовательских ИСЗ. Если в первое десятилетие космической эры запускались спутники с широкими научными программами, то сейчас появились ИСЗ для углубленного изучения отдельных проблем и решения "узких" задач. Таковы спутники для получения тепловой карты Земли, для океанографических исследований, регистрации гамма-лучей, изучения Солнца. К научно-исследовательским ИСЗ относятся советские спутники серий "Электрон", "Протон", "Прогноз", "Космос", американские - серий "Эксплорер", OSO, OGO, ОАО, НЕАО (орбитальные геофизические, солнечные и астрономические обсерватории), французские - "Диадем", "Снег-3".

Прикладные ИСЗ предназначены для получения данных, нужных народному хозяйству, а также для испытаний новой ракетно-космической техники.

Спутники связи служат для передачи телевизионных программ, обеспечения радиотелефонной и телеграфной и других видов связи между наземными пунктами, расположенными на больших расстояниях друг от друга. Так, с помощью советских ИСЗ "Молния" обеспечивается передача программ Центрального телевидения СССР на пункты сети "Орбита", расположенные в районах Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии, а также связь между различными районами нашей огромной страны. К спутникам связи кроме "Молнии" относятся советские ИСЗ серий "Радуга", "Экран", "Горизонт", американские "Синком", "Уэстар", "Комсат", "Сатком", канадские "Аник" и др.

Метеорологические ИСЗ регулярно передают на наземные станции изображения облачного, снегового и ледового покровов Земли; сведения о температуре земной поверхности и различных слоев атмосферы и т. п. Эти данные используются для уточнения прогнозов погоды, своевременно предупреждают о надвигающихся ураганах, штормах, тайфунах. К метеорологическим ИСЗ относятся советские спутники "Метеор", американские "Тирос", "Итос", "Нимбус".

Спутник связи серии 'Молния'

Большое значение приобрели специализированные ИСЗ для изучения природных ресурсов Земли. Аппаратура таких ИСЗ передает информацию, важную для различных отраслей народного хозяйства. Ее можно использовать для прогнозирования урожаев сельскохозяйственных культур, определения районов, перспективных с точки зрения поиска полезных ископаемых, для определения зараженных вредителями участков леса, для контроля загрязнения природной среды. К таким ИСЗ относятся некоторые советские спутники "Космос", американские "Лэндсат".

Навигационные ИСЗ позволяют быстро и точно определить местонахождения морских кораблей в любой точке Мирового океана, независимо от погодных условий. К навигационным ИСЗ относятся такие советские спутники, как "Космос-1000", американские "Транзит", "Навсат".

В последние годы появились специализированные океанографические ИСЗ для комплексных и детальных исследований водных поверхностей океанов, морей и т. д. К океанографическим спутникам относится, например, советский ИСЗ "Космос-1500".

Высокогуманную миссию выполняют ИСЗ, входящие в экспериментальную международную систему КОСПАС - САРСАТ, создаваемую СССР, США, Францией и Канадой. На околоземные, близкие к полярным орбиты высотой 800-1000 км выводится ряд ИСЗ, которые смогут "прослушивать" поверхность практически всей планеты. Все суда и самолеты стран-участниц системы КОСПАС - САРСАТ будут оснащены аварийными радиобуями, которые в случае катастрофы через каждые 50 с будут передавать кодированный сигнал бедствия. Этот сигнал должен содержать также сведения о судне или самолете, его национальной принадлежности. Спутник-спасатель, принявший сигнал бедствия, ретранслирует его ближайшей наземной станции аварийной информации, а также с точностью 2- 4 км сообщит координаты терпящего бедствие транспорта. В рамках КОСПАС - САРСАТ запущены советские спутники "Космос-1383", "Космос-1447" и "Космос-1574"; на американских метеоспутниках НОАА-8, 9 установлено оборудование этой системы. С помощью спутников-спасателей с 1982 г. были спасены жизни более 400 человек, попавших в аварии.

Искусственные спутники Луны и планет запускаются пока только с научно-исследовательскими целями - для изучения атмосфер, поверхности и строения этих небесных тел, а также близлежащего космического пространства.

Луна стала первым после Земли небесным телом, на орбиты вокруг которого были выведены искусственные спутники. Первым искусственным спутником Луны (ИСЛ) стала советская автоматическая станция "Луна-10", запущенная 31 марта 1966 г. и выведенная на орбиту вокруг Луны через 3,5 сут после старта с Земли. Всего до 1985 г. было запущено 14 спутников Луны, в том числе 7 советских автоматических станций "Луна", 5 американских аппаратов типа "Лунар орбитер" и 2 типа "Эксплорер". В это число не входят оставшиеся на орбитах вокруг Луны некоторые станции "Луна", от которых отделялись спускаемые аппараты, а также американские космические корабли "Аполлон", осуществлявшие мягкую посадку на Луну и первоначально также выводившиеся на орбиты ИСЛ.

Марс - первая планета Солнечной системы, вокруг которой стали обращаться искусственные спутники. Всего таких спутников пять. В мае 1971 г. с Земли были запущены две советские автоматические межпланетные станции - "Марс-2" и "Марс-3" - и американский космический аппарат "Маринер-9". В ноябре - декабре 1971 г. они были переведены на орбиты вокруг Марса и стали его первыми искусственными спутниками. Искусственными спутниками Марса стали также орбитальные отсеки американских космических аппаратов "Викинг- 1" и "Викинг-2".

В октябре 1975 г. обрела свои первые искусственные спутники планета Венера. Это советские автоматические станции "Венера-9" и "Венера-10". Третий искусственный спутник Венеры - американский космический аппарат "Пионер-Венера-1" был выведен на орбиту вокруг планеты в декабре 1978 г.

В октябре 1983 г. на орбиты искусственных спутников этой планеты были выведены советские автоматические станции "Венера-15" и "Венера-16".