DIRBTINIAI PALYDOVAI: KAM JIE SKIRTI, KAIP JIE VEIKIA, TIPAI, SVARBU - ARTE - 2025

Į palydovai yra transporto priemonės arba įrenginiai, specialiai sukonstruoti būti išleistas į erdvę be įgulos, siekiant orbitą aplink Žemę ar kitas dangaus kūnas.

Pirmosios idėjos apie dirbtinių palydovų kūrimą kilo iš mokslinės fantastikos autorių, pavyzdžiui, Jules'o Verne'o ir Arthuro C. Clarko. Pastarasis buvo Karališkųjų oro pajėgų radaro karininkas ir, pasibaigus Antrajam pasauliniam karui, sumanė panaudoti tris palydovus orbitoje aplink Žemę telekomunikacijų tinklui palaikyti.

1 paveikslas. Dirbtinis palydovas, skriejantis aplink Žemę. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Tuo metu dar nebuvo galimybių palydovą išdėstyti orbitoje. Praėjo dar keleri metai, kol JAV kariuomenė sukūrė pirmąjį palydovinį ryšį šeštojo dešimtmečio pradžioje.

Kosminės varžybos tarp JAV ir Sovietų Sąjungos paskatino dirbtinių palydovų pramonę. Pirmasis sėkmingai paleistas į orbitą buvo sovietinis „Sputnik“ palydovas 1957 m. Ir skleidė signalus 20–40 MHz diapazone.

Po to JAV pradėjo komunikacijos tikslais „Echo I“. Nuo to laiko abi pajėgos pakeitė daugybę paleidimų į orbitą ir vėliau daugelis šalių prisijungė prie naujos technologijos.

Kam skirti dirbtiniai palydovai?

-Telekomunikacijose, skirtas radijo, televizijos ir mobiliųjų telefonų pranešimų perdavimui.

-Moksliniuose ir meteorologiniuose tyrimuose, įskaitant kartografiją ir astronominius stebėjimus.

-Karinės žvalgybos tikslais.

- Naudojant navigaciją ir buvimo vietą, GPS yra viena iš geriausiai žinomų.

- Norėdami stebėti žemės paviršių.

- Kosminėse stotyse, skirtose pajusti gyvenimą už Žemės ribų.

Kaip jie veikia?

Savo principijoje Isaacas Newtonas (1643–1727) nustatė, kas reikalinga palydovo orbitoje išdėstymui, nors vietoj palydovo jis kaip pavyzdį naudojo patrankos sviedinį, paleistą iš kalvos viršaus.

Paleidžiama tam tikru horizontaliu greičiu, kulka eina įprasta parabolės trajektorija. Padidinus greitį, horizontalus atstumas tampa vis didesnis, ir tai buvo aišku. Bet ar dėl tam tikro greičio kulka pateks į orbitą aplink Žemę?

Žemė kreivė eina nuo paviršiaus liestinės linijos 4,9 m greičiu kas 8 km. Bet kuris iš poilsio paleistas objektas per pirmąją sekundę nukris 4,9 m. Todėl, šaunant kulka horizontaliai nuo 8 km / s greičio viršūnės, ji per pirmą sekundę kris 4,9 m.

Tačiau žemė per tą laiką taip pat bus nusileidusi 4,9 m, nes kreivė po patrankos sviediniu. Jis toliau juda horizontaliai, apimdamas 8 km, ir per tą sekundę išliktų tokio pat aukščio žemės atžvilgiu.

Natūralu, kad tas pats atsitinka po kitos sekundės ir per visas iš eilės einančias sekundes, kulką paverčiant dirbtiniu palydovu, be jokio papildomo varymo, jei nėra trinties.

Tačiau trintis, atsirandanti dėl oro pasipriešinimo, yra neišvengiama, todėl būtina pakelti raketą.

Raketa pakelia palydovą į didelį aukštį, kur plonesnė atmosfera pasižymi mažesniu pasipriešinimu ir suteikia jam reikiamą horizontalų greitį.

Toks greitis turi būti didesnis nei 8 km / s ir mažesnis nei 11 km / s. Pastarasis yra pabėgimo greitis. Projektuojamas tokiu greičiu, palydovas atsisakytų Žemės gravitacinės įtakos, eidamos į kosmosą.

Dirbtinė palydovo struktūra

Dirbtiniuose palydovuose yra įvairių sudėtingų mechanizmų savo funkcijoms atlikti, kurie apima įvairių tipų signalų priėmimą, apdorojimą ir siuntimą. Jie taip pat turi būti lengvi ir autonomiškai veikti.

Pagrindinės struktūros yra būdingos visiems dirbtiniams palydovams, kurie savo ruožtu turi keletą posistemių pagal paskirtį. Jie sumontuoti korpuse, pagamintame iš metalo ar kitų lengvų junginių, kuris tarnauja kaip atrama ir yra vadinamas autobusu.

Autobuse galite rasti:

- Centrinis valdymo modulis, kuriame yra kompiuteris, su kuriuo tvarkomi duomenys.

- antenų, skirtų ryšiui ir duomenų perdavimui radijo bangomis, taip pat teleskopų, fotoaparatų ir radarų, priėmimas ir perdavimas.

- Saulės kolektorių sistema ant sparnų, norint gauti reikiamą energiją ir įkraunamas baterijas, kai palydovas yra šešėlyje. Priklausomai nuo orbitos, palydovams reikia maždaug 60 minučių saulės spindulių, kad jie galėtų įkrauti savo baterijas, jei jų orbita yra žema. Atokesni palydovai daug daugiau laiko praleidžia saulės spinduliuotei.

Kadangi palydovai ilgą laiką yra veikiami šios radiacijos, reikalinga apsaugos sistema, kad būtų išvengta žalos kitoms sistemoms.

Apsaugotos dalys labai įkaista, o šešėlyje pasiekia ypač žemą temperatūrą, nes nėra pakankamai atmosferos pokyčiams reguliuoti. Dėl šios priežasties radiatoriai turi pašalinti šilumą ir aliuminio dangčius, kad prireikus būtų išsaugota šiluma.

Dirbtinių palydovų tipai

Priklausomai nuo jų trajektorijos, dirbtiniai palydovai gali būti elipsės formos arba apskritimo formos. Žinoma, kiekvienas palydovas turi priskirtą orbitą, kuri paprastai yra ta pačia kryptimi, kuria sukasi Žemė, vadinama asinchronine orbita. Jei dėl kokių nors priežasčių palydovas juda priešingu keliu, tada jo orbita grįžta atgal.

Veikiant gravitacijai, objektai juda elipsiniais keliais pagal Keplerio dėsnius. Dirbtiniai palydovai to neišvengia, tačiau kai kurios elipsės formos orbitos turi tokį mažą ekscentriškumą, kad jas galima laikyti žiedinėmis.

Orbita taip pat gali būti pasvirusi Žemės pusiaujo atžvilgiu. Esant 0º kampui, jos yra pusiaujo orbita, jei jos yra 90º, jos yra polinės.

Palydovo aukštis taip pat yra svarbus parametras, nes 1500–3000 km aukštyje yra pirmoji Van Allen juosta - regionas, kurio reikia vengti dėl jo aukšto radiacijos greičio.

2 pav. Dirbtinių palydovų orbitos, aukštis ir greitis. Panaudoti palydovai patenka į kapinių orbitą, nors visose orbitose yra likučių. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Palydovo orbitos

Palydovo orbita pasirenkama atsižvelgiant į atliktą misiją, nes skirtingoms operacijoms yra daugiau ar mažiau palankus aukštis. Pagal šį kriterijų palydovai klasifikuojami kaip:

- LEO (žemos žemės orbita) , jie yra nuo 500 iki 900 km aukščio ir apibūdina žiedinį kelią, kurio periodai yra maždaug pusantros valandos ir 90 ° pokrypis. Jie naudojami mobiliesiems telefonams, faksimilėms, asmeniniams ieškikliams, transporto priemonėms ir valtims.

- MEO (vidutinės žemės orbita) , jie yra 5000–12000 km aukštyje, pokrypis 50º, o maždaug 6 valandų periodas. Jie taip pat naudojami mobiliuosiuose telefonuose.

- GEO (geosinchroninė žemės orbita) arba geostacionari orbita, nors tarp šių dviejų sąvokų yra nedidelis skirtumas. Pirmieji gali būti kintamo polinkio, o antrieji visada yra 0 ° kampu.

Bet kokiu atveju jie yra dideliame aukštyje -36 000 km daugiau ar mažiau. Jie važiuoja žiedinėmis orbitomis 1 dienos periodu. Jų dėka, be kitų paslaugų, galima naudotis faksu, nuotoliniu ryšiu ir palydovine televizija.

3 pav. Dirbtinių palydovų orbitų diagrama. 1) Žemė. 2) LEO. 3) MEO, 4) Geosinchroninės orbitos. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Geostacionarūs palydovai

Iš pradžių ryšių palydovai turėjo skirtingus laikotarpius nei Žemės sukimasis, tačiau dėl to buvo sunku išdėstyti antenas ir ryšys nutrūko. Sprendimas buvo išdėstyti palydovą tokiame aukštyje, kad jo laikotarpis sutaptų su Žemės sukimosi periodu.

Tokiu būdu palydovas skrieja aplink Žemę ir atrodo, kad yra fiksuotas jo atžvilgiu. Palyginti palydovą į geosinchroninę orbitą reikalingas aukštis yra 35786,04 km ir yra žinomas kaip Clarke diržas.

Orbitos aukštį galima apskaičiuoti nustatant periodą, naudojant šią išraišką, išvestą iš Niutono Visuotinės gravitacijos dėsnio ir Keplerio dėsnių:

Kur P yra periodas, a yra elipsės orbitos pusiau pagrindinės ašies ilgis, G yra universali gravitacijos konstanta, o M yra žemės masė.

Kadangi tokiu būdu palydovo orientacija Žemės atžvilgiu nesikeičia, tai garantuoja, kad jis visada turės su juo kontaktą.

Svarbiausi dirbtiniai palydovai Žemėje

„Sputnik“

4 pav. „Sputnik“, pirmojo istorijoje orbitoje esančio dirbtinio palydovo, kopija. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Tai buvo pirmasis dirbtinis palydovas žmonijos istorijoje, kurį į orbitą išleido buvusi Sovietų Sąjunga 1957 m. Spalio mėn. Šį palydovą, kaip „Sputnik“ programos dalį, stebėjo dar 3.

Pirmasis „Sputnik“ buvo gana mažas ir lengvas: daugiausia 83 kg aliuminio. Jis galėjo skleisti dažnius nuo 20 iki 40 MHz. Orbitoje jis buvo tris savaites, po kurių nukrito į Žemę.

„Sputnik“ kopijas šiandien galima pamatyti daugelyje Rusijos Federacijos, Europos ir net Amerikos muziejų.

Kosminis aparatas

Kita gerai žinoma žmonių vadovaujama misija buvo kosminė transporto sistema STS arba „Space Shuttle“, kuri veikė nuo 1981 iki 2011 m. Ir, be kitų svarbių misijų, dalyvavo ir Hablo kosminio teleskopo bei Tarptautinės kosminės stoties paleidime. kitų palydovų remontas.

Kosminis lėktuvas turėjo asinchroninę orbitą ir buvo daugkartinio naudojimo, nes galėjo ateiti ir nuvykti į Žemę. Iš penkių keltų du buvo netyčia sunaikinti kartu su įgulomis: „Challenger“ ir Kolumbija.

GPS palydovai

Visuotinė padėties nustatymo sistema yra plačiai žinoma, kad tiksliai nustato žmones ir objektus bet kurioje pasaulio vietoje. GPS tinklą sudaro bent 24 palydovai dideliame aukštyje, iš kurių visada yra 4 palydovai, matomi iš Žemės.

Jie yra orbitoje 20 000 km aukštyje, o jų trukmė - 12 valandų. Objektų padėčiai įvertinti GPS naudoja matematinį metodą, panašų į trikampį, vadinamą trilatracija.

GPS neapsiriboja žmonių ar transporto priemonių nustatymu, bet taip pat naudingas kartografijos, geodezijos, geodezijos, gelbėjimo operacijų ir sporto praktikos srityse, be kitų svarbių programų.

Hablo kosminis teleskopas

Tai yra dirbtinis palydovas, siūlantis nepalyginamus dar niekad nematytus Saulės sistemos, žvaigždžių, galaktikų ir tolimosios visatos vaizdus, ​​be Žemės atmosferos ar šviesos užteršimo blokuojant ar iškraipant tolimą šviesą.

5 pav. Hablo kosminio teleskopo vaizdas. Šaltinis: NASA per „Wikimedia Commons“.

Taigi, jos paleidimas 1990 m. Buvo ryškiausias astronomijos progresas pastaruoju metu. Didžiulis Hablo 11 tonų cilindras yra 340 mylių (548 km) aukštyje, skriedamas aplink Žemę sukamaisiais judesiais ir trukdamas 96 minutes.

Tikimasi, kad jis bus išjungtas 2020–2025 m., Jį pakeis Jameso Webbo kosminis teleskopas.

Tarptautinė kosminė stotis

Žinoma kaip ISS (Tarptautinė kosminė stotis), ji yra orbitoje tiriama tyrimų laboratorija, valdoma penkių kosminių agentūrų visame pasaulyje. Iki šiol tai yra didžiausias dirbtinis palydovas.

Skirtingai nuo kitų palydovų, Kosminės stoties laive yra žmonės. Be fiksuoto bent dviejų astronautų įgulos, stotį netgi aplankė turistai.

Stoties paskirtis pirmiausia yra mokslinė. Jame yra 4 laboratorijos, kuriose tiriamas nulinio gravitacijos poveikis ir vykdomi astronominiai, kosmologiniai bei klimato stebėjimai, taip pat atlikti įvairūs biologijos, chemijos ir radiacijos įtakos įvairioms sistemoms eksperimentai.

Čandra

Šis dirbtinis palydovas yra observatorija, skirta aptikti rentgeno spindulius, kuriuos sugeria Žemės atmosfera, todėl jų negalima ištirti iš paviršiaus. NASA išleido jį į orbitą 1999 m. Per „Space Shuttle Columbia“.

Iridžio ryšio palydovai

Jie sudaro 66 palydovų tinklą, esantį 780 km aukštyje LEO tipo orbitose, per 100 minučių. Juos sukonstravo telefonų kompanija „Motorola“, kad telefoninis ryšys būtų pasiekiamas neprieinamose vietose. Tačiau tai labai brangi paslauga.

„Galileo“ palydovų sistema

Tai yra Europos Sąjungos sukurta padėties nustatymo sistema, lygiavertė GPS ir skirta civiliniam naudojimui. Šiuo metu jame veikia 22 palydovai, tačiau jis vis dar kuriamas. Jis atviroje versijoje sugeba surasti žmogų ar objektą 1 metro tikslumu ir yra suderinamas su GPS sistemos palydovais.

„Landsat“ serija

Tai yra palydovai, specialiai sukurti stebint žemės paviršių. Jie pradėjo savo darbą 1972 m. Be kita ko, jie atsakingi už reljefo žemėlapių sudarymą, informacijos apie ledo judėjimą poliais ir miškų plotą, taip pat kasybos žvalgymą.

„Glonass“ sistema

Tai yra Rusijos Federacijos geografinės padėties nustatymo sistema, lygiavertė GPS ir „Galileo“ tinklui.

Dirbtinių palydovų stebėjimas

Dirbtiniai palydovai gali būti matomi iš Žemės mėgėjų, nes jie atspindi saulės šviesą ir gali būti laikomi šviesos taškais, net jei saulė leido.

Norint juos rasti, patartina įdiegti vieną iš palydovų paieškos programų telefone arba ieškoti interneto svetainių, kurios seka palydovus.

Pvz., Hablo kosminis teleskopas gali būti matomas plika akimi arba, dar geriau, su gerais žiūronais, jei žinote, kur ieškoti.

Pasirengimas stebėti palydovus yra tas pats, kas stebėti meteorų lietų. Geriausi rezultatai gaunami labai tamsiomis ir giedromis naktimis, be debesų ir be mėnulio, arba esant mėnuliui žemai horizonte. Kuo toliau nuo šviesos taršos, tuo geriau atsinešti šiltų drabužių ir karštų gėrimų.

Nuorodos

1. Europos kosmoso agentūra. Palydovai. Atgauta iš: esa.int.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: principai su taikymu. 6-asis. Edas Prentice'o salė.
3. Maranas, S. Manekenų astronomija.
4. POT. Apie Hablo kosminį teleskopą. Atkurta iš: nasa.gov.
5. Kas yra dirbtiniai palydovai ir kaip jie veikia? Atkurta iš: youbioit.com
6. Vikižodynas. Dirbtiniai palydovai. Atkurta iš: es.wikiversity.org.