Как выглядит спутник в космосе: Искусственные спутники Земли

Содержание

Семь услуг, которые нам оказывают спутники – DW – 10.03.2016

Европейский радиолокационный спутник Sentinel-1AФото: picture-alliance/dpa

Йохан Йенс Беньямин Мирбах, Наталия Королева

10 марта 2016 г.

Космические аппараты стоят огромных денег. Один только старт «съедает» минимум 100 миллионов евро. Но эти инвестиции оправдываются. Без спутников наша жизнь в корне бы изменилась.

https://p.dw.com/p/1HwNN

Значение искусственных спутников Земли в нашей жизни огромно. Не будь их, мы не могли бы смотреть передачи целого ряда телеканалов, лишились бы подробной информации о прогнозе погоды, а также множества других удобств. Свыше 1200 космических летательных аппаратов вращаются сейчас на разных орбитах вокруг Земли. Все они сильно отличаются друг от друга — в том числе, и по своему назначению.

Первый сигнал со спутника

Сигналы, раздающиеся от смартфонов, планшетов или других прочно вошедших в нашу жизнь «навороченных» электроприборов, сегодня не удивят никого. А вот 58 лет назад радиосигнал, посланный с советского искусственного спутника Земли «Спутник-1», первого посланца человечества в космосе, произвел ошеломляющий эффект на Западе, поскольку продемонстрировал всему миру первенство СССР в освоении космоса. США не хотели отставать от своего главного конкурента и взялись за реализацию программы, нацеленной на достижение человеком Луны. Американцы своего добились: 12 лет спустя их астронавт первым ступил на поверхность этой планеты. «Космические гонки» СССР и США, пришедшиеся на период с 1957 по 1975 годы, были тогда в самом разгаре.

Шпионаж

Тот, кому хоть раз доводилось посмотреть какой-нибудь голливудский триллер, знает: с американских разведывательных спутников, способных получить «картинку» в режиме реального времени из любой точки мира, с давних пор ведется постоянное наблюдение за Землей. Конечно, в кино многое приукрашено. Но как бы то ни было, в число лучших «космических шпионов» входят именно американские военные спутники видовой разведки серии KeyHole (в буквальном переводе с английского — «замочная скважина»).

Их телескопы способны фотографировать Землю с разрешением до 10 сантиметров на пиксель. То есть, вопреки утверждениям авторов некоторых кинолент, номерные знаки автомашин они считывать из космоса не могут. Зато идентифицировать номерные знаки, а также людей, находящихся в данный момент в автомобиле, можно с помощью дронов, но лишь в том случае, если расстояние от такого аппарата до объекта составляет не более 25 километров.

За вами следят!Фото: Colourbox/Korionov Igor

Телевидение и коммуникация

Около четырех десятилетий назад спутниковое телевидение впервые появилось в США, а десять лет спустя оно пришло и в Европу. Сегодня спутниковыми антеннами уже никого не удивишь: к «тарелкам» подключено более половины телевизоров. Через спутник также осуществляется передача электронной почты и SMS-сообщений, обеспечивается телефонная связь и доступ к интернету. В качестве телеретрансляторов используется около четверти искусственных спутников Земли.

Навигация

Спутниковая система навигации GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) стала большим подспорьем для водителей автомобилей, велосипедистов, пешеходов. Она при любой погоде определит ваше местонахождение и не даст сбиться в пути. GPS разработана, реализована и эксплуатируется в США. Но 20 лет спустя после ее запуска американцам стали наступать на пятки конкуренты. Альтернативные варианты спутниковых навигационных систем теперь есть в Европейском Союзе, а также в России и Китае. Это Galileo, ГЛОНАСС и «Бэйдоу».

Навигаторы встраиваются и в современные смартфоны. Вообще специальных приложений для смартфонов существует множество. С их помощью можно подыскать поблизости подходящий ресторан, найти новых друзей и даже спутника жизни. Бесперебойную работу подобных программ обеспечивают пять процентов искусственных спутников.

Прогнозы погоды

«Пророчествовать очень трудно, особенно если дело касается будущего», — сказал как-то Марк Твен. Особенно нелегко предсказывать погоду. Ошибки в прогнозах метеорологов давно уже стали притчей во языцех, и у многих людей они кроме легкой насмешки иных эмоций не вызывают. Однако с приходом на помощь наземным службам погоды искусственных метеорологических спутников, точность метеоинформации улучшилась в 15 раз.

Сегодня спутники обеспечивают возможность 14-дневного прогноза погоды, их радары фиксируют зарождение дождя и снега, а их датчики дают возможность с большой точностью вычислить температуру океанов, участков суши и облаков.

Снимок, сделанный из космосаФото: Copernicus data/ESA

Наблюдение Земли

Наблюдение Земли в режиме реального времени пока под силу только американцам. Программа Copernicus, осуществляемая ЕС совместно с Европейским космическим агентством, тоже обеспечивает непрерывный глобальный мониторинг, но изображение со спутников передается с ее помощью спустя 20 минут с момента начала съемки. Разрешение фотоснимков — менее одного метра.

Благодаря таким спутникам можно отследить, например, развитие ситуации в зоне бедствия в Непале и на основе полученной информации определять места, пригодные для посадки вертолетов с гуманитарной помощью для пострадавших от землетрясения.

Научные исследования

Благодаря искусственным спутникам Земли выведены на новый уровень научные исследования. С их помощью определяются зоны повышенной гравитации, ежегодный подъем уровня моря, контролируются солнечные вспышки, проводятся наблюдения других планет и галактик. Для научных исследований предназначены десять процентов искусственных спутников Земли.

Космические станции — это долговременно обитаемые летательные аппараты, главным образом предназначенные для научных исследований. По сравнению с космическими капсулами, они гораздо более комфортабельны. К слову, около года назад на международной космической станции МКС появился первый кофейный автомат ISSpresso. Он способен работать в условиях невесомости. Так что астронавты теперь могут позволить себе по утрам чашечку кофе.

В Европейском космическом агентствеФото: DW/Z.Abbany

Смотрите также:

Написать в редакцию

Пропустить раздел Еще по теме

Еще по теме

Пропустить раздел Близкие темы

Близкие темы

Немецкие СМИМеждународная космическая станция (МКС)СпутникРакета-носитель «Союз»Наука и инновацииВсероссийская государственная телевизионная и радиовещательная компания (ВГТРК)КосмосПропустить раздел Топ-тема

1 стр. из 3

Пропустить раздел Другие публикации DW

На главную страницу

Что такое спутник и для чего они нам нужны? — Популярная наука — 7 канал Красноярск

Что такое спутник и для чего они нам нужны?

Вообще, сначала нужно определиться с тем, что такое спутник, что под ним подразумевает любой человек, который о нем говорит. Под спутником подразумевается беспилотный космический аппарат. То есть это тот космический аппарат, который ракетоносителем выводится на орбиту Земли. Орбиты Земли бывают разными и квалифицируются, главным образом, по высоте. Есть низкие орбиты, околоземные, их высоты от 200 км до 2000, средние околоземные орбиты, высота свыше 2000 км. И самая широко известная для обывателя — это геостационарная орбита. На геостационарной орбите у нас находятся связные или телекоммуникационные спутники, которые размещены ровно над экватором земли. И поскольку эти спутники делают оборот вокруг Земли ровно за сутки, для наземных наблюдателей они остаются неподвижными. Поэтому все связи, построенные на спутниках, размещенных на геостационарной орбите, не нуждаются в поворотных устройствах на антеннах базовых станций.

Спутники бывают различного назначения. Это и научно-исследовательские спутники, и спутники прикладного назначения, навигационные, например GPS, телекоммуникационные связные, спутники дистанционного зондирования земли, метеорологические спутники, военные спутники (разведывательные). Их масса. И различаются они не только по тому, на какой орбите находятся, но и с какой скоростью двигаются, какой они массы, какой у них конструктив. Это беспилотный космический аппарат. Хотя даже пилотируемые космические станции выводятся на орбиту по такому же принципу. И также находятся в космосе.

Как осуществляется прием и передача сигнала?

Спутниковую связь мы рассматриваем в следующих случаях… Зайду немного издалека, чтобы был понятен процесс приема и передачи сигнала. Спутниковая связь нужна тогда, когда у нас речь идет об обеспечение связью. А связь — это интернет, телефон, телевидение, то есть телекоммуникация. Чтобы обеспечить всю территорию земного шара, необходимо использование спутниковой связи. Потому что мы живем в городе Красноярске, где, при общей удаленности от больших городов, есть наземные станции, мобильные связи, вышки, оптоволокно, заведенное в каждую квартиру. Но, мы же понимаем, что даже если мы говорим о территории Российской Федерации, то более половины территории — это, либо очень удаленные районы, где невыгодно заводить эти наземные станции. Например, если рассматривать север края, Норильский промышленный район, там же были очень большие проблемы с обеспечением постоянного доступа в интернет. То, что нам сейчас доступно, у них было проблематично, как раз из-за удаленности территории в том числе. И они хотели завезти туда линии связи, но это крайне не рентабельно и очень невыгодно. Поэтому сейчас они развивают именно спутниковую связь и различные методики работы, построенные именно на спутниковой телекоммуникации. Поэтому, когда речь идет об обеспечении связи на всей территории земного шара, то спутниковая связь осуществляется следующим образом. У нас есть базовая станция на Земле, установлена антенна. Эта антенна на определенной частоте излучает сигнал, радиоволну, электромагнитную волну, направленную на космический аппарат, на спутник. На спутнике этот сигнал принимается и обрабатывается нужным образом. Происходит конвертирование и мультиплексирование. Потом он посредством той же антенны, если идет речь о приёмопередающей антенне или другой антенне, он передается обратно на базовую станцию. Таким образом, у нас есть базовый земной терминал спутниковой связи и сам спутник. И там, и там у нас антенны. И они взаимно ретранслируют друг другу ту информацию, которую необходимо передавать. Так осуществляется прием и передача сигнала. А остальные наземные станции, мобильные в том числе, там плюс-минус тот же самый процесс. Принцип действия приема и передачи, за некоторым исключением, один и тот же.

Сейчас основное требование сведено к тому, что необходимо минимизировать задержки, обусловленные тем, что наземный терминал и космический аппарат находятся далеко друг от друга. Это расстояние, к тому же скорость волны конечна, пока волна дойдет до спутника — это задержка. Мультиплексирование, конвертирование, обработка — это еще задержка. И тогда получается, что когда вы разговариваете, используя WhatsApp и другие мессенджеры, возникают голосовые задержки. Иногда достигают от 300 до 500 миллисекунд. Это существенно. И одна из задач сейчас: минимизировать эту задержку и сделать непрерывную приемопередачу, мгновенную. Одномоментную работу.

Что сейчас мешает создавать мгновенную передачу?

Мгновенную передачу мешают создавать конечные скорости, большое расстояние для преодоления сигнала от антенны, установленной на базовом наземном терминале до антенны, которая находится на спутнике. Также это обработка сигнала, мультиплексирование, конвертирование и усиление сигнала. Все эти функциональные узлы, через которые должен пройти приемный и передающий сигнал. Поэтому возникают задержки. Ну и плюс, помимо задержки сигнала, существует проблема того, что у нас плохая помехозащищённость. То есть плохое соотношение сигнала и шума. Также существует проблема зависимости приема и передачи сигнала от погоды. То есть дождь, снег и слякоть существенно увеличивают время прохождения, задержку и потерю сигнала. Магнитные бури и другие условия — ландшафт, через который сигнал будет проходить. Это все существенно влияет на то, как мы можем организовать непрерывную приемопередачу сигнала. Есть множество критериев, которые нужно улучшить, чтобы сократить время передачи сигнала.

Сейчас нам известны основные источники этих помех и задержки. И мы придумываем, как с этим бороться. Мы придумываем алгоритмы, которые более скоростные при обработке сигналов, мы придумываем различные шумоподавляющие функциональные узлы наших антенных устройств, мы придумываем различные устройства, которые это устраняют. Над этим сейчас ведется работа.

От чего зависит качество сигнала?

Качество сигнала, главным образом зависит у нас от того, что мы минимизируем эту задержку. То есть, когда мы минимизировали задержку, тогда у нас есть картинка. Мы видим, как нам подмигивает экран телефона, голос, и у нас все замечательно. К этому, в принципе, и стремятся. Чем минимальнее задержка, чем более пропускная способность каналов связи, тогда мы можем голосовые сообщения в одномоментном режиме, мы еще можем установить full hd видео в непрерывном режиме работы. И увеличивать потребности по объему данных и по скорости передачи. То есть, если мы минимизируем наши задержки и потери, все остальное, что мешает нам жить.

Возможно ли замаскировать спутниковую антенну под рекламный баннер?

Это разработка СФУ плоских отражательных антенных решеток. Что такое отражательная антенная решетка? Вот мы сейчас с вами говорили о наземных терминалах спутниковой связи. Если мы поедем по городу, то увидим параболы — зеркальные антенны, они имеют достаточно большой профиль и тяжелые. Они нам нужны, чтобы осуществлять приемопередачу между нами наземными наблюдателями, и антенной, которая установлена у нас на спутнике. В некоторых случаях, когда речь идет о наших рефлекторах — зеркальных антеннах. Помимо того, что они тяжелые, выпуклые и не привлекательные, они могут устанавливаться на стационарных объектах, когда наземный объект стоит на земле. Когда речь идет о том, что нужно антенну поставить на мобильный объект, например, транспортное средство, и осуществлять в движении приемопередачу сигнала, где неповоротливое зеркало работает с небольшим быстродействием. Мы еще и скорость на этом транспортном средстве не можем разогнать, потому что, представьте зеркало 2 метра в диаметре у вас на машине, если вы увеличиваете скорость на автомобиле, то у вас крыша с этим зеркалом отлетает. Поэтому острая необходимость состоит в том, чтобы разработать аналог зеркальных антенн, а именно это разработка плоских отражательных антенных решеток СФУ. Эта такая плоскость, может быть, даже баннер или тоненькая ткань в один сантиметр или даже меньше и вот на такой плоской поверхности у нас расположено много маленьких излучающих элементов. Они расположены также как зеркало и излучают эту волну на спутник, только зеркало у нас большое, а здесь у нас баннер. То есть в место того, чтобы вешать на стенку такое зеркало с вынесенным облучателем, который является важной системы работы, мы просто клеим баннер. Наш облучатель маскируем под осветительный прибор и у нас прекрасная картина, рекламирующая что-то, работает как спутниковая антенна. Это у нас достаточно известная разработка, мы развиваем ее и сейчас, и на нее имеется очень большой спрос как в городах с развитой инфраструктурой, потому что даже в центре города нельзя установить такие большие зеркала в большом количестве, поэтому есть аналог в виде баннера. В удаленных районах нужны метровые зеркала, в Красноярске это от 0,6 до 1 м 20 см, там огромная машина несколько солдат, которые собирают рефлектор. В этом случае, для того, чтобы собрать наземный терминал спутниковой связи и начинать ретрансляцию со спутником туда обратно, а здесь развернул и красота, не нужны ни солдаты, ни большие машины. Это очень интересно. У нас есть разработка в виде баннера, в виде просто плоскости, которые являются аналогами отражательных антенных решеток. Зеркальные антенны у нас используются для спутниковой связи. В удаленной деревне, в тундре или тайге, даже частный потребитель может купить себе «ресивер», антенну и у него свой Интернет, своя связь, независимо от провайдера или кого-то еще. То есть это актуально для всех, для обычного пользователя, для военных, геологов и пограничников

Мы сейчас почти добились того, что у нас отражательные характеристики антенных решёток почти идентичны зеркальным антеннам. Это очень хороший результат, он соответствует мировому уровню исследованию этой проблематики. Это нужно всем. Кто использует у нас спутниковую связь, тот может быть заинтересован в этом.

Как обеспечить связь на транспортном средстве в любой точке мира?

Когда мы говорили о том, что основная масса связных спутников, то есть те спутники, которые обеспечивают нам связь в любой точке, они находятся ровно над экватором. Для нас они висят неподвижно на этой орбите. Когда нам нужно стационарно, то есть возле дома установить анкету: на крыше, на стенке — приходишь, включаешь и всё. Но когда, едешь на транспорте, то спутниковая антенна должна быть строго сонаправлена антенне, которая обеспечивает эту связь. Когда она стоит стационарно, вопросов нет. А тут, когда она на транспортном средстве или на любом другом мобильном устройстве, нам нужно, чтобы она поворачивалась, чтобы следила за этим спутником, не теряла его. И вот тут у нас начинаются большие проблемы, потому что широка и необъятна наша родина. У нас очень много северных территорий. И если у нас еще тут на мобильных средствах возможно использование плоских антенн, имеющихся сейчас на рынке (мы выяснили, что на транспортном средстве надо использовать плоскую антенну, большую не поставишь), и когда плоскую антенну используешь в наших географических широтах, еще как-то можно использовать. Они подходят нам, осуществляют необходимую приёмопередачу, хотя там проблемы со скоростями, но самый главный недостаток, что стоят они ужасно дорого, около нескольких десятков тысяч долларов. А на севере они перестают вообще работать. Вот о чем мы говорили, физический принцип, на котором построены эти плоские антенны, не предполагает того, что они подлежат эксплуатации на географических широтах, которые у нас там 70-80 градусов, там они не работают. И зеркало туда не поставить, потому что оно большое. Вот тогда надо разрабатывать уже другие антенны, которые будут осуществлять слежение за спутником по всей полусфере. Которые будут небольшими по своим размерам, чтобы их можно было спокойно использовать. И которые будут не такими дорогими, как сейчас. Поэтому там тоже у нас тоже есть ряд исследований в СФУ по разработке сканирующих антенн, сканирование — это слежение за спутниками (так называется процесс). И борьба с этими ограничениями в виде физики процессов, которые обусловливают невозможность работы того типа антенны или того типа антенны. Вот здесь нужно находить то, чем мы может пожертвовать: характеристикой или размерами. И у нас вот так происходит, это еще одна сфера, в которой сейчас происходят очень большие изменения. Там много разработок, и у нас в СФУ тоже они ведутся, мы уже закончили работу по гранту, как раз про развитие сканирующих антенных систем. Именно для того чтобы везде (на любой машине, в любой точке земли) у нас тоже была связь.

У нас разные направления, но у нас и большой коллектив. У нас вообще все вот эти разработки — это лаборатория антенных устройств СВЧ под руководством несменяемого Саламатова Юрия Петровича, это наш наставник, идейный вдохновитель. И у нас коллектив насчитывает, наверное, около пятнадцати человек, причем это все молодые люди, до 40 лет (плюс-минус). То есть это молодой интересный коллектив. И у нас несколько сфер, помимо спутниковой сферы. Я просто говорю о спутниковой связи, потому что я ей занимаюсь. У нас есть и навигационщики, которые занимаются навигацией, антеннами для навигации, сверхширокополосными антеннами, определенными локационными антеннами для военных. То есть у нас достаточно широкий спектр, и мы стараемся соответствовать мировому уровню стандартов в антенной тематике.

В чем преимущества широкополосного интернета?

Преимущества сверхширокополосного интернета, для чего он вам нужен, когда провайдер вам его предлагает. Я вам сейчас скажу, а вы уже решайте надо вам оно или нет. Сверхширокополосность заключается в том, что полоса пропускания канала связи увеличивается, причем увеличивается во много раз, полоса сверхширокополосного канала более 500 МГц. Что дает это увеличение пропускной способности канала? Это дает следующее: вы можете увеличивать скорость передачи данных, а главным образом, скорость беспроводной передачи данных. Если у вас дома стоит беспроводной роутер, то у вас скорость беспроводной передачи данных может достигать более полутора-двух гигабит, это хорошие цифры. Вы можете организовать сразу несколько сетей, используя этот сверхширокополосный интернет, у вас будет повышенная помехоустойчивость. Уменьшается стоимость и сложность реализации сети, скорее всего, это больше уже не для потребителя, а для разработчика. Поэтому, исходя из своих потребностей, вы и решайте, надо оно вам или не надо. Раз увеличивается скорость передачи данных, то увеличиваются и объемы передаваемой информации. Большие объемы информации нужны для сложных онлайн-игр или фильмов в Full HD, 4k и так далее. Если это вам надо, или нужна организация нескольких сетей, то берите, не надо, не берите.

Что такое 5G?

Кто-то придумал это, мы очень долго смеялись. Это прямо как сказать, что COVID и все остальные несчастия Земли вообще происходят из-за вышек 5g. На самом деле, это не так.

Чем отличаются сети 5g от 4g? Они отличаются, безусловно, мощностью передачи сигнала. Не так, конечно, что ворона подлетает к этой вышке и падает замертво обожжённая. Там излучение сигнала происходит на других частотах, поэтому никак не влияет ни на человека, ни на животных. Когда повышаются поколения, то есть сменяются поколения сетей связи, они отличаются и рабочими полосами частот (становятся выше), увеличивается пропускная способность каналов, скорость передачи, мощность передачи.

Мощность передачи увеличивается — это значит увеличивается дальность связи.

Увеличивается своими характеристиками. Мощностными характеристиками, частотными характеристиками. Принцип действия тот же. Сейчас в Китае активно разрабатывается данная система, мы тоже подключаемся. Но как-то наши мобильные операторы еще пока исследуют вопрос. При переходе на новое поколение будет возникать ряд трудностей именно для операторов связи. Надо будет менять базовые станции и много-много чего еще. Сейчас надо понять, насколько это необходимо, насколько это рентабельно и насколько это будет давать улучшение и преимущество при использовании. На самом деле, разница не такая уж и значительная, потому что принцип действия один и тот же, только количественные характеристики другие.

Но от этого не умирают, сразу скажу. Все хорошо.

Для чего Space X под руководством Илона Маска запускает новые спутники Starlink?

Надо сразу начать с идеи Илона Маска. Нельзя, конечно, называть только его, потому что в Space X работает большой коллектив. Последние два десятилетия коммерческие организации стали широко осуществлять запуск спутников. Если раньше это были научно-исследовательские спутники, государственные спутники, то последние два и даже, скорее, три десятилетия эту область осваивают коммерческие организации. Space X запускает свои спутники, разработанные ими же, на ракетоносителе Falcon 9 на низкие околоземные орбиты — это те орбиты, которые находятся на высоте от 300 км над поверхностью Земли. Это не геостационарная орбита, это ниже. Для чего они это делают? Они планируют запустить группировку спутников, их должно быть достаточно много, для того, чтобы наш Земной шарик был окутан ими на низко-околоземных орбитах. Сейчас порядка 800 с чем-то запущенно, а их должно быть намного больше — десятки тысяч. Это необходимо для того, чтобы человек купивший у Space X наземный терминал (он будет небольшого размера, с антеннами и ресивером) смог принимать и передавать сигналы в любой точке Земли. Он может быть в лесах Амазонки, на Северном полюсе и при этом смотреть что-нибудь в Интернете, слушать, использовать все коммуникационные инструменты. Сейчас, насколько мне известно, тестовые испытания прошли уже в США и Канаде. Они успешны. Это не просто доступ в Интернет. Это доступ с высоким разрешением, доступ с высокой скоростью, с высокой полосой пропускания.

Раньше такая идея использовалась, главным образом, военными. У нас на таких же низких орбитах используется система «Гонец». Но там скорость передачи примерно 10 килобит. «Стрелять туда» — это максимум, что вы сможете передать через приемный или передающий сигнал. А здесь будет осуществляться сверхширокополосный доступ. Это полноценный Интернет с минимальными задержками. И самое главное, имея наземный терминал, ты можешь находиться везде. И даже если правительство страны решит — не быть интернету, у тебя есть наземный терминал Space X. Это очень амбициозная идея, которую компания успешно реализует. Хотя у них есть конкуренты в Америке — это Telesat, но Space X обходит их по основополагающим моментам. Очень интересно за этим наблюдать.

Как обнаружить спутники | Космос

Полоса в ночном небе на этой фотографии на самом деле является Международной космической станцией, парящей над головой со скоростью 5 миль в секунду. Фотограф НАСА Билл Ингаллс сделал это фото с 30-секундной экспозицией в субботу, 1 августа 2015 года, в Элктоне, штат Вирджиния.
(Изображение предоставлено НАСА/Билл Ингаллс)

Если вы выйдете и внимательно изучите небо в сумерках или на рассвете, и у вас относительно темное небо, скорее всего, вам не придется ждать более 15 минут, прежде чем вы увидите один из более чем 35 000 спутников, находящихся сейчас на орбите вокруг Земля.

Большинство этих «спутников» на самом деле просто «космический мусор» размером от 30 футов до размера мяча для софтбола. Объединенный центр космических операций (JSpOC) со штаб-квартирой на авиабазе Ванденберг в Калифорнии постоянно следит за всем орбитальным мусором. Попробуйте наш спутниковый трекер от N2Y0. com и найдите Международную космическую станцию и многое другое!

И действительно, большинство спутников, особенно обломки, слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Но в зависимости от того, кто считает, невооруженным глазом можно заметить несколько сотен. Это спутники, которые достаточно велики (обычно более 20 футов в длину) и достаточно низки (от 100 до 400 миль над Землей), чтобы их было легко увидеть, когда солнечный свет отражается от них.

Самый большой

Международная космическая станция (МКС) — самый большой и яркий из всех искусственных объектов на орбите Земли.

Строительство станции на орбите началось в 1998 году и должно быть завершено к 2011 году, эксплуатация продлится примерно до 2015 года. Завершенная Международная космическая станция, более чем в четыре раза превышающая по размеру несуществующую российскую космическую станцию »Мир», в конечном итоге имеют массу около 1 040 000 фунтов (520 тонн) и будут иметь размеры 356 футов в поперечнике и 290 футов в длину, с солнечными панелями площадью почти акр для обеспечения электроэнергией шести современных лабораторий.

В настоящее время он вращается вокруг Земли на средней высоте 216 миль (348 км) и со скоростью 17 200 миль (27 700 км) в час, совершает 15,7 оборота в день, и может показаться, что он движется со скоростью высоко летящего реактивный авиалайнер, которому иногда требуется от четырех до пяти минут, чтобы пересечь небо. Из-за своего размера и конфигурации солнечных панелей с высокой отражающей способностью космическая станция на сегодняшний день является самым ярким рукотворным объектом, находящимся в настоящее время на орбите вокруг Земли.

При благоприятных проходах космическая станция может казаться такой же яркой, как планета Венера, с величиной -4,5 и примерно в 16 раз ярче Сириуса, самой яркой звезды в ночном небе. Некоторые сделали оценки яркости станции до -5 или -6 (меньшие числа представляют более яркие объекты по этой астрономической шкале).

И в качестве бонуса, солнечный свет, отражающийся прямо от солнечных панелей, может иногда создавать впечатление, что МКС ненадолго «вспыхивает» яркостью до -8; более чем в 16 раз ярче Венеры!

Что еще посмотреть

Наряду с МКС вы также можете посетить китайскую космическую лабораторию Tiangong-1, которая в последние годы принимала экипажи космического корабля Shenzhou. Также невооруженным глазом виден космический телескоп Хаббл.

Российские космические корабли «Союз» и «Прогресс», а также капсулы Dragon компании SPaceX и капсулы Cygnus компании Orbital ATK намного меньше, чем космические челноки НАСА (которые также были видны невооруженным глазом, пока не были выведены из эксплуатации в 2011 году). Но потенциально они могут быть видны при наилучших условиях наблюдения.

Несколько изображений Международной космической станции, пролетающей над районом Хьюстона, были объединены в одно составное изображение, чтобы показать движение станции, когда она пересекала поверхность Луны ранним вечером 4 января 2012 года. (Изображение кредит: НАСА)

Возможности просмотра

Летом на севере, когда ночи самые короткие, время, в течение которого спутник на низкой околоземной орбите (например, МКС) может оставаться освещенным солнцем, может длиться всю ночь — ситуация, которая никогда не может быть достигнута в другое время года. Потому что МКС делает оборот вокруг Земли примерно каждые 90 минут в среднем, это означает, что его можно увидеть не за один проход, а за несколько проходов подряд.

Более того, поскольку МКС вращается вокруг Земли по орбите, наклоненной к экватору на 51,6 градуса, видны два типа проходов.

В первом случае (назовем его проходом «Тип I») МКС сначала появляется в юго-западной части неба, а затем перемещается в северо-восточном направлении.

Примерно через семь или восемь часов становится возможным увидеть второй тип прохода (мы назовем его «Тип II»), но на этот раз с МКС, первоначально появляющейся в северо-западной части неба и проносящейся над в сторону юго-востока.

Проходы типа I сначала будут видны в утренние часы, до восхода солнца. К началу июля проходы Типа I будут видны в вечерние часы, сразу после захода солнца, а проходы Типа II будут происходить рано утром. К концу июля видимость перевалов Типа II сместится в вечерние часы.

Когда и где смотреть

Итак, каков график просмотра в вашем родном городе? Вы можете легко узнать это, посетив один из этих четырех популярных веб-сайтов:

Chris Peat’s Heavens Above
Science@NASA’s J-Pass
NASA’s SkyWatch
Spaceweather. com

Каждый запросит ваш почтовый индекс или город и ответит списком рекомендуемого времени наблюдения. Прогнозы, рассчитанные на несколько дней раньше, обычно точны в течение нескольких минут. Однако они могут меняться из-за медленного затухания орбиты космической станции и периодических перезапусков на более высокие высоты. Часто проверяйте наличие обновлений.

Некоторые проходы лучше других. Если по прогнозам МКС не поднимется намного выше, чем на 20 градусов над вашим местным горизонтом, есть вероятность, что она не станет намного ярче второй или третьей звездной величины (10 градусов примерно равны ширине вашего кулака на вытянутой руке). длина). Кроме того, при таких низких проходах МКС, скорее всего, будет видна всего минуту-две. И наоборот, те проходы, которые выше в небе — особенно выше 45 градусов — будут длиться дольше и будут заметно ярче.

Наилучшие условия для просмотра — это когда МКС летит по высокой дуге неба примерно через 45-60 минут после захода солнца или за 45-60 минут до восхода солнца. В таких случаях вы будете иметь его в своем небе вверх до четырех или пяти минут; он, вероятно, станет очень ярким, и у него будет мало или совсем нет шансов столкнуться с тенью Земли.

В то время как МКС выглядит как движущаяся звезда невооруженным глазом, те, кто смог направить на нее телескоп, действительно смогли обнаружить ее Т-образную форму, когда она пронеслась по их полю зрения. Некоторым действительно удалось отследить МКС своим прицелом, перемещая ее по предполагаемому пути. Те, кому удалось его разглядеть, описывают корпус космической станции как блестяще-белый, в то время как солнечные панели кажутся медно-красными.

Для вечерних пролётов МКС обычно сначала довольно тусклая, а затем имеет тенденцию к увеличению яркости по мере движения по небу. Напротив, для утренних проходов МКС уже будет довольно яркой, когда она впервые появится, и будет иметь тенденцию к некоторому исчезновению к концу своего предсказанного прохода. Это связано с изменением угла падения солнечных лучей на автомобиль.

Наконец, помните, что в некоторых случаях МКС либо быстро исчезает, когда уходит в тень Земли (во время вечерних прохождений), либо совершенно неожиданно появляется, когда выходит из тени Земли (во время утренних прохождений). Это становится все более вероятным для пасов, которые происходят более 9 раз.0 минут после захода солнца или более 90 минут до восхода солнца.

Примечание редактора: Если у вас есть удивительная фотография Международной космической станции, спутника или любого другого объекта ночного неба, которым вы хотели бы поделиться для возможного рассказа или галереи изображений, отправьте изображения и комментарии главному редактору. Тарик Малик, электронная почта [email protected].

Эта статья была обновлена 18 марта 2016 г., чтобы включить новые сведения о виджетах слежения за спутниками и других космических аппаратах, которые могут быть видны с Земли невооруженным глазом. Исправление: эта статья была обновлена 20.06.09.назвать Объединенный центр космических операций организацией, занимающейся мониторингом космического мусора.

Джо Рао работает инструктором и приглашенным лектором в планетарии Хейдена в Нью-Йорке. Он пишет об астрономии для журнала Natural History, Farmer’s Almanac и других изданий, а также работает метеорологом на камеру для News 12 Westchester, NY Google+ . Первоначально опубликовано на Space.com .

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Джо Рао — обозреватель Space.com, наблюдающий за небом, а также опытный метеоролог и охотник за затмениями, который также работает инструктором и приглашенным лектором в планетарии Хейдена в Нью-Йорке. Он пишет об астрономии для журнала «Естественная история», «Фермерского альманаха» и других изданий. Джо — восьмикратный номинант на премию «Эмми» метеоролог, работавший в районе Патнэм-Вэлли в Нью-Йорке более 21 года. Вы можете найти его в Твиттере и на YouTube, отслеживая лунные и солнечные затмения, метеоритные дожди и многое другое. Чтобы узнать о последнем проекте Джо, посетите его Twitter.

Что такое спутник? | Космос

Крупнейший спутник на орбите вокруг Земли — Международная космическая станция. Эта архивная фотография МКС была сделана с корабля SpaceX Crew Dragon Endeavour 8 ноября 2021 года.
(Изображение предоставлено НАСА)

Спутник — это объект в космосе, который вращается вокруг более крупного объекта. Существует два вида спутников: естественные (например, Луна, вращающаяся вокруг Земли) и искусственные (например, Международная космическая станция, вращающаяся вокруг Земли).

В Солнечной системе есть десятки и десятки естественных спутников, и почти у каждой планеты есть хотя бы одна луна. Сатурн, например, имеет не менее 53 естественных спутников, а в период с 2004 по 2017 год у него был еще и искусственный — космический аппарат «Кассини», который исследовал окруженную кольцом планету и ее спутники.

Однако искусственные спутники стали реальностью только в середине 20 века. Первым искусственным спутником был «Спутник», российский космический зонд размером с пляжный мяч, который стартовал 4 октября 19 года.57. Этот поступок потряс большую часть западного мира, поскольку считалось, что у Советов нет возможности отправлять спутники в космос.

Краткая история искусственных спутников

После этого подвига 3 ноября 1957 года Советы запустили еще более массивный спутник — «Спутник-2», на борту которого находилась собака Лайка. Первым спутником Соединенных Штатов был «Эксплорер-1» 31 января 1958 года. Масса спутника составляла всего 2 процента от массы «Спутника-2» и весила 30 фунтов (13 кг).

Спутники и Explorer 1 стали первыми выстрелами в космической гонке между Соединенными Штатами и Советским Союзом, которая длилась как минимум до конца 19 века.60-е годы. Акцент на спутниках как на политическом инструменте начал уступать место людям, когда обе страны отправили людей в космос в 1961 году. Однако позже в том же десятилетии цели обеих стран начали расходиться. В то время как Соединенные Штаты продолжали высаживать людей на Луну и создавать космические челноки, Советский Союз построил первую в мире космическую станцию «Салют-1», которая была запущена в 1971 году. «Мир» Советского Союза)

Explorer 1 был первым спутником США и первым спутником с научными приборами. (Изображение предоставлено НАСА/Лабораторией реактивного движения)

Другие страны начали отправлять свои собственные спутники в космос по мере того, как выгоды распространялись по всему обществу. Метеоспутники улучшали прогнозы даже для отдаленных районов. Спутники для наблюдения за землей, такие как серия Landsat (уже девятого поколения), отслеживали изменения в лесах, воде и других частях земной поверхности с течением времени. Телекоммуникационные спутники сделали междугородние телефонные звонки и, в конечном итоге, прямые телетрансляции со всего мира стали нормальной частью жизни. Более поздние поколения помогли с подключением к Интернету.

С миниатюризацией компьютеров и другого оборудования теперь стало возможным отправлять на орбиту спутники гораздо меньшего размера, которые могут выполнять научные, телекоммуникационные или другие функции. В настоящее время компании и университеты обычно создают «CubeSats» или спутники в форме куба, которые часто находятся на низкой околоземной орбите.

Их можно поднять на ракете вместе с большей полезной нагрузкой или отправить с мобильной пусковой установки на Международной космической станции (МКС). В настоящее время НАСА рассматривает возможность отправки CubeSats на Марс или на Луну Европу (рядом с Юпитером) для будущих миссий, хотя CubeSats не подтверждены для включения.

МКС — самый большой спутник на орбите, на его создание ушло более десяти лет. Постепенно 15 стран предоставили финансовую и физическую инфраструктуру орбитальному комплексу, который был создан в период с 1998 по 2011 год. Руководители программы ожидают, что МКС будет работать как минимум до 2024 года.

Части спутника

Каждый пригодный для использования искусственный спутник — будь то человек или робот — состоит из четырех основных частей: энергосистема (например, солнечная или ядерная), способ управления ее положением, антенна для передачи и приема информации и полезная нагрузка для собирать информацию (например, камера или детектор частиц).

Однако, как будет показано ниже, не все искусственные спутники обязательно работоспособны. Даже винтик или кусочек краски считаются «искусственными» спутниками, даже если в них отсутствуют эти детали.

Что удерживает спутник от падения на Землю?

Спутник лучше всего понимать как снаряд или объект, на который действует только одна сила — гравитация. С технической точки зрения все, что пересекает линию Кармана на высоте 100 километров (62 мили), считается космическим. Однако спутник должен двигаться быстро — не менее 8 км (5 миль) в секунду — чтобы немедленно не упасть обратно на Землю.

Если спутник движется достаточно быстро, он будет постоянно «падать» на Землю, но кривизна Земли означает, что спутник будет падать вокруг нашей планеты, а не падать обратно на поверхность. Спутники, которые летят ближе к Земле, рискуют упасть, потому что сопротивление атмосферных молекул замедляет спутники. У тех, кто вращается дальше от Земли, меньше молекул, с которыми нужно бороться.

Статьи по теме

Существует несколько общепринятых «зон» орбит вокруг Земли. Одна из них называется низкой околоземной орбитой и простирается примерно от 160 до 2000 км (от 100 до 1250 миль). Это зона, где вращается МКС и где раньше выполняли свою работу космические челноки. По сути, все миссии человека, кроме полетов «Аполлона» на Луну, проходили в этой зоне. Большинство спутников также работают в этой зоне.

Геостационарная или геостационарная орбита — лучшее место для использования спутников связи. Это зона над экватором Земли на высоте 35 786 км (22 236 миль). На этой высоте скорость «падения» вокруг Земли примерно равна скорости вращения Земли, что позволяет спутнику почти постоянно оставаться над одним и тем же местом на Земле. Таким образом, спутник поддерживает постоянную связь со стационарной антенной на земле, что обеспечивает надежную связь. Когда срок службы геостационарных спутников подходит к концу, протокол требует, чтобы они убирались с пути, чтобы их место занял новый спутник. Это потому, что на этой орбите достаточно места или так много «слотов», чтобы спутники могли работать без помех.

В то время как некоторые спутники лучше всего использовать вокруг экватора, другие лучше подходят для более полярных орбит — тех, которые вращаются вокруг Земли от полюса до полюса, так что их зоны охвата включают северный и южный полюса. Примеры полярно-орбитальных спутников включают метеорологические спутники и разведывательные спутники.

Три небольших спутника CubeSat парят над Землей после запуска с Международной космической станции. Астронавт Рик Мастраккио опубликовал в Твиттере фотографию со станции 19 ноября., 2013. (Изображение предоставлено Риком Мастраккио ‏(через Твиттер как @AstroRM))

Что мешает спутнику врезаться в другой спутник?

Сегодня на околоземной орбите находится примерно полмиллиона искусственных объектов, размер которых варьируется от пятен краски до полноценных спутников, каждый из которых движется со скоростью тысячи миль в час. Только часть этих спутников пригодна для использования, а это означает, что вокруг них плавает много «космического мусора». Со всем, что выбрасывается на орбиту, увеличивается вероятность столкновения.

Космические агентства должны тщательно учитывать орбитальные траектории при запуске чего-либо в космос. Такие агентства, как Сеть космического наблюдения США, следят за орбитальным мусором с земли и предупреждают НАСА и другие организации, если заблудившийся предмет может столкнуться с чем-то жизненно важным. Это означает, что время от времени МКС необходимо выполнять маневры уклонения, чтобы уйти с дороги.

Однако столкновения по-прежнему происходят. Одним из главных виновников космического мусора были остатки противоспутникового испытания, проведенного китайцами в 2007 году, в результате которого в 2013 году образовался мусор, уничтоживший российский спутник. В том же году спутники Iridium 33 и Cosmos 2251 столкнулись друг с другом. создание облака обломков.

НАСА, Европейское космическое агентство и многие другие организации рассматривают меры по уменьшению количества орбитального мусора. Некоторые предлагают каким-то образом сбивать мертвые спутники, возможно, используя сеть или воздушные взрывы, чтобы сбить обломки с их орбиты и приблизить их к Земле. Другие думают о заправке мертвых спутников для повторного использования — технология, которая была продемонстрирована роботами на МКС.

Луны вокруг других миров

Большинство планет в нашей Солнечной системе имеют естественные спутники, которые мы также называем лунами. Для внутренних планет: Меркурий и Венера не имеют спутников. У Земли есть одна относительно большая луна, а у Марса есть две маленькие луны размером с астероид, называемые Фобос и Деймос. (Фобос медленно движется по спирали к Марсу и, вероятно, развалится на части или упадет на поверхность через несколько тысяч лет.)

За поясом астероидов находятся четыре газовых гиганта, у каждой из которых есть свой пантеон лун. По состоянию на конец 2018 года у Юпитера было 79 подтвержденных спутников, у Сатурна — 53, у Урана — 27, а у Нептуна — 14. Время от времени обнаруживаются новые спутники — в основном с помощью миссий (либо прошлых, либо настоящих, поскольку мы можем анализировать старые изображения) или путем проведения новых наблюдений. по телескопу.

Сатурн — особый пример, поскольку он окружен тысячами мелких объектов, образующих кольцо, видимое даже в небольшие телескопы с Земли. Ученые, наблюдавшие за кольцами крупным планом в течение 13 лет во время миссии «Кассини», увидели условия, при которых могут родиться новые луны. Ученых особенно интересовали пропеллеры, которые представляют собой следы в кольцах, созданные осколками в кольцах. Сразу после завершения миссии «Кассини» в 2017 году НАСА заявило, что, возможно, пропеллеры имеют общие элементы формирования планет, происходящего вокруг газовых дисков молодых звезд.

Однако спутники есть и у меньших объектов. Плутон технически карликовая планета. Тем не менее, люди, стоящие за миссией New Horizons, которая пролетела мимо Плутона в 2015 году, утверждают, что ее разнообразная география делает ее более похожей на планету. Однако одна вещь, которая не оспаривается, — это количество лун вокруг Плутона. Плутон имеет пять известных спутников, большинство из которых были обнаружены, когда «Новые горизонты» находились в разработке или находились на пути к карликовой планете.

У многих астероидов тоже есть спутники. Эти маленькие миры иногда подлетают близко к Земле, а луны выскакивают при наблюдениях с помощью радара. Несколько известных примеров астероидов со спутниками включают 4 Весты (которую посетила миссия НАСА «Рассвет»), 243 Ида, 433 Эрос и 951 Гаспра. Есть также примеры астероидов с кольцами, такие как 10199 Харикло и 2060 Хирон.

У многих планет и миров в нашей Солнечной системе также есть искусственные «луны», особенно вокруг Марса, где несколько зондов вращаются вокруг планеты, наблюдая за ее поверхностью и окружающей средой. За планетами Меркурием, Венерой, Марсом, Юпитером и Сатурном в какой-то момент истории наблюдали искусственные спутники. У других объектов также были искусственные спутники, такие как комета 67P/Чурюмова-Герасименко (которую посетила миссия Европейского космического агентства «Розетта») или Веста и Церера (обе посетила миссия НАСА «Рассвет»). Строго говоря, во время миссий «Аполлон» люди летали в искусственные «луны» (космические корабли) вокруг нашей Луны между 1968 и 1972. НАСА может даже построить около Луны космическую станцию «Врата глубокого космоса» в ближайшие десятилетия в качестве отправной точки для пилотируемых миссий на Марс.

Поклонники фильма «Аватар» (2009) помнят, что люди посетили Пандору, обитаемый спутник газового гиганта по имени Полифем. Мы еще не знаем, есть ли спутники у экзопланет, но мы подозреваем, учитывая, что у планет Солнечной системы так много спутников, что у экзопланет тоже есть спутники. В 2014 году ученые наблюдали за объектом, который можно интерпретировать как экзолуну, вращающуюся вокруг экзопланеты, но наблюдение невозможно повторить, поскольку оно происходило, когда объект двигался перед звездой. Однако вторая экзолуна могла быть обнаружена совсем недавно.

Дополнительные ресурсы

Прочитайте о некоторых спутниках НАСА на орбите вокруг Земли.
Узнайте о типах орбит, на которые мы выводим спутники.
Узнайте, как спутники могут подготовить нас к все более частым наводнениям по всему миру.

Библиография

Институт Жуковского, Университет Брауна, «13 вещей — космос»

Аманда Барнетт, Лаборатория реактивного движения НАСА для Управления научной миссии НАСА, «Основы космических полетов — Раздел 1: Окружающая среда, Глава 5: Планетарные орбиты»

Астроматериальные исследования и разведка, НАСА, «Проблема орбитального мусора»

Бен провел много-много лет в научных и технических публикациях, поскольку задолго до того, как Curiosity был всего лишь блеском в глазах НАСА. Он также потрудился в криминальной журналистике, но это уже другая история. Он ОЧЕНЬ любит космос — в основном, читать или писать о том, что может произойти, когда безумно умные люди с высокими амбициями получают миллиардные бюджеты, чтобы играть с ними.