Содержание
Все что вы хотели знать о спутниках, но боялись спросить
Мы редко задумываемся о том, как сильно наша жизнь зависит от спутников. А ведь без них многие давно вошедшие в повседневный обиход вещи, начиная от долгосрочных прогнозов погоды и заканчивая навигаторами, были бы невозможны. Спутники также навсегда изменили картину современной войны. Они позволяют заглянуть за линию фронта и отследить перемещения вражеской техники, обеспечивают доступ к Интернету в зоне боевых действий, а также дают возможность задокументировать следы военных преступлений.
Источник: Geospatial World
Но при всей важности спутников среднестатистический обыватель зачастую слабо разбирается даже в базовых вещах, связанных с ними. Поэтому мы подготовили материал, посвященный ответам на самые часто задаваемые вопросы о спутниках.
Что такое спутник?
Спутником называют искусственный объект, запущенный в космос с достаточной скоростью, чтобы он мог оставаться на постоянной орбите вокруг небесного тела.
В случае с Землей эта скорость (также называемая первой космической) составляет примерно 7,8 км/с.
Копия «Спутника-1» — первого в истории космического аппарата, вышедшего на околоземную орбиту в 1957 году. Источник: NSSDC
Сколько действующих спутников находится в космосе?
По последним оценкам, на начало 2022 года в космосе находилось порядка пяти тысяч действующих космических аппаратов. Примерно половина из них — это спутники Starlink и OneWeb, предназначенные для предоставления услуг глобального интернета.
Спутники Starlink в представлении художника. Источник: SpaceX
На каких высотах летают спутники?
В зависимости от предназначения, спутники могут находиться на орбитах высотой от нескольких сотен км до сотен тысяч км. Нижняя граница высоты полета спутников определяется земной атмосферой. Чем она ближе к поверхности Земли, тем сильнее будет тормозить аппарат.
Шаттл Endeavour на фоне «среза» земной атмосферы. Источник: NASA
На практике, находящиеся на высоте 200 км аппараты без постоянных коррекций курса сойдут с орбиты всего за несколько дней.
Средняя продолжительность существования объектов на 400-километровой орбите (на такой высоте летает МКС) составляет примерно один год. Спутники, находящиеся на орбитах, высота которых превышает 800 км, практически не подвергаются воздействию земной атмосферы и потому смогут оставаться в космосе в течение многих тысяч лет.
Каковы размеры спутников?
Размеры спутников определяются грузоподъемностью ракет-носителей и габаритами их грузового отсека. На сегодняшний день масса наиболее тяжелых коммерческих аппаратов на околоземной орбите составляет порядка 7—8 тонн (без учета МКС и китайской орбитальной станции). Как правило, это коммуникационные спутники и космические телескопы. По некоторым данным, масса последних модификаций американских спутников оптической разведки KH-11 может достигать 17—19 тонн.
Envisat — один из крупнейших в истории спутников, чья масса превышала 8 тонн. Источник: ESA
В то же время на каждый подобный «гигант» приходится куда большее количество меньших по размерам аппаратов.
Например, спутники системы Starlink (наиболее массовые серийные космические аппараты в истории) имеют массу 260—300 кг в зависимости от модификации.
Фемтоспутник Sprite. Источник: NASA
Но это далеко не предел. Последние достижения в области миниатюризации и электроники позволили серьезно уменьшить габариты спутников, сделав возможным создание работоспособных аппаратов размером с печатную плату. В качестве примера можно привести фемтоспутники Sprite. Их масса составляет 4 грамма при диаметре 3,5 см и стоимости менее 100 долларов.
Почему у спутников разные орбиты?
Орбита спутника определяется его функциональным предназначением. Например, аппараты, предназначенные для съемки земной поверхности, располагаются на низких орбитах, что позволяет добиться наиболее высокого разрешения снимков. Для спутников систем глобального позиционирования обычно выбираются орбиты высотой порядка 19—21 тыс. км. Коммуникационные спутники и аппараты, предназначенные для мониторинга погоды, как правило, размещают на геостационарных орбитах.
Более подробно о существующих видах околоземных орбит вы можете прочитать здесь.
Различные виды орбит. Источник: Wikipedia.org
Почему геостационарная орбита так важна?
Геостационарной называют круговую орбиту над земным экватором, пролегающую на высоте примерно 35 тыс. км. Расположенный на ней спутник обращается вокруг Земли со скоростью, равной ее скорости вращения вокруг своей оси. То есть с точки зрения наземного наблюдателя он всегда находится в одной и той же точке неба, что позволяет направить на него фиксированную антенну наземной станции. Благодаря этому геостационарная орбита идеальна для размещения аппаратов, предназначенных для ретрансляции телевизионных и радиосигналов, мониторинга погоды, а также солнечной активности.
Находящийся на геостационарной орбите спутник Intelsat-901 (фото сделано космическим буксиром MEV-1). Источник: Northrop Grumman
В то же время, в отличие от большинства других орбит, «ресурс» геостационарной орбиты ограничен.
Спутники, использующие сходные или близкие частотные диапазоны, должны находиться на значительном удалении друг от друга, иначе их сигналы могут наложиться. Согласно международным нормам, каждое государство на Земле имеет собственный участок геостационарной орбиты. При этом оно может как самостоятельно использовать его, так и продать или сдать в аренду. Многие страны так и поступают, используя его в качестве источника пополнения бюджета.
Как спутники получают энергию?
Ранние спутники оснащались химическими аккумуляторами. Но вскоре инженеры перешли на использование солнечных батарей. Сейчас практически все космические аппараты оснащены ими. Также стоить сказать, что в прошлом некоторые советские разведывательные аппараты оборудовались ядерными реакторами, но позже эта практика была прекращена.
Одна из панелей солнечных батарей МКС. Источник: NASA
Что происходит с прекратившими работу спутниками?
Они становятся космическим мусором, создающим потенциальную опасность для других космических аппаратов.
Это не так страшно в случае со спутниками на низких орбитах, ибо со временем они сгорят в атмосфере. Однако если речь идет об аппаратах на высоких орбитах, все значительно усложняется.
Космический мусор в представлении художника. Источник: Intelligent Living
В случае с геостационарной орбитой существующие правила предписывают спутниковым операторам по завершению срока эксплуатации уводить старые аппараты на более высокую орбиту (она называется орбитой захоронения), где они не будут создавать угрозу для своих соседей.
С каким разрешением могут снимать спутники?
Разрешение спутниковых снимков зависит от множества факторов, начиная от высоты орбиты и заканчивая возможностями камеры. В настоящее время наибольшее разрешение, обеспечиваемое коммерческими спутниками, составляет порядка 25—30 см. Но этот предел связан не с техническими, а с законодательными ограничениями. Например, в США установлен запрет на публикацию спутниковых снимков с разрешением больше 25 см.
Фотография места взрыва иранской ракеты, сделанная американским спутником-шпионом. Источник: Donald Trump
Что касается военных аппаратов, то максимально возможное разрешение их камер является тайной. Но, по некоторым оценкам, американские разведывательные спутники серии KH-11 могут делать снимки с разрешением как минимум 10 см.
Как долго может работать спутник?
Все зависит от его орбиты, предназначения и количества топлива на борту. Но в целом современные спутники отличаются высоким уровнем надежности. Зачастую их эксплуатацию приходится прекратить не из-за отказов оборудования, а по причине исчерпания запасов топлива, необходимого для удержания рабочей орбиты. Именно поэтому многие компании сейчас работают над созданием специализированных космических заправщиков, способных продлить срок службы старых аппаратов.
Космический буксир MEV-1, предназначенный для продления срока службы старых спутников. Источник: Northrop Grumman
Можно ли сбить спутник?
Да, его можно сбить с помощью противоспутниковой ракеты.
За последние годы четыре страны (россия, США, Китай и Индия) провели испытания такого оружия, закончившиеся поражением цели на орбите.
Пуск ракеты SM-3, способной поражать цели на орбите. Источник: U.S. Navy
Для уничтожения спутников могут использоваться и иные методы. Например, в СССР существовала программа «Истребитель спутников», в рамках которой в космос выводились аппараты-«камикадзе». В случае получения соответствующего приказа они должны были вплотную сблизиться с вражеским спутником и взорваться, поразив его осколками.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
На какой высоте летают спутники, расчет орбиты, скорость и направление движения
Подобно тому, как места в театре позволяют по-разному взглянуть на представление, различные орбиты спутников дают перспективу, каждая из которых имеет свое назначение. Одни кажутся висящими над точкой поверхности, они обеспечивают постоянный обзор одной стороны Земли, в то время как другие кружат вокруг нашей планеты, за день проносясь над множеством мест.
Типы орбит
На какой высоте летают спутники? Различают 3 типа околоземных орбит: высокие, средние и низкие. На высокой, наиболее удаленной от поверхности, как правило, находятся многие погодные и некоторые спутники связи. Сателлиты, вращающиеся на средней околоземной орбите, включают навигационные и специальные, предназначенные для мониторинга конкретного региона. Большинство научных космических аппаратов, в том числе флот системы наблюдения за поверхностью Земли НАСА, находится на низкой орбите.
От того, на какой высоте летают спутники, зависит скорость их движения. По мере приближения к Земле гравитация становится все сильнее, и движение ускоряется. Например, спутнику НАСА Aqua требуется около 99 минут, чтобы облететь вокруг нашей планеты на высоте около 705 км, а метеорологическому аппарату, удаленному на 35 786 км от поверхности, для этого потребуется 23 часа, 56 минут и 4 секунды. На расстоянии 384 403 км от центра Земли Луна завершает один оборот за 28 дней.
Аэродинамический парадокс
Изменение высоты спутника также изменяет его скорость движения по орбите.
Здесь наблюдается парадокс. Если оператор спутника хочет повысить его скорость, он не может просто запустить двигатели для ускорения. Это увеличит орбиту (и высоту), что приведет к уменьшению скорости. Вместо этого следует запустить двигатели в направлении, противоположном направлению движения спутника, т. е. совершить действие, которое на Земле бы замедлило движущееся транспортное средство. Такое действие переместит его ниже, что позволит увеличить скорость.
Характеристики орбит
В дополнение к высоте, путь движения спутника характеризуется эксцентриситетом и наклонением. Первый относится к форме орбиты. Спутник с низким эксцентриситетом движется по траектории, близкой к круговой. Эксцентричная орбита имеет форму эллипса. Расстояние от космического аппарата до Земли зависит от его положения.
Наклонение – это угол орбиты по отношению к экватору. Спутник, который вращается непосредственно над экватором, имеет нулевой наклон. Если космический аппарат проходит над северным и южным полюсами (географическими, а не магнитными), его наклон составляет 90°.
Все вместе – высота, эксцентриситет и наклонение – определяют движение сателлита и то, как с его точки зрения будет выглядеть Земля.
Высокая околоземная
Когда спутник достигает ровно 42164 км от центра Земли (около 36 тыс. км от поверхности), он входит в зону, где его орбита соответствует вращению нашей планеты. Поскольку аппарат движется с той же скоростью, что и Земля, т. е. его период обращения равен 24 ч, кажется, что он остается на месте над единственной долготой, хотя и может дрейфовать с севера на юг. Эта специальная высокая орбита называется геосинхронной.
Спутник движется по круговой орбите прямо над экватором (эксцентриситет и наклонение равны нулю) и относительно Земли стоит на месте. Он всегда расположен над одной и той же точкой на ее поверхности.
Геостационарная орбита чрезвычайно ценна для мониторинга погоды, так как спутники на ней обеспечивают постоянный обзор одного и того же участка поверхности. Каждые несколько минут метеорологические аппараты, такие как GOES, предоставляют информацию об облаках, водяном паре и ветрах, и этот постоянный поток информации служит основой для мониторинга и прогнозирования погоды.
Кроме того, геостационарные аппараты могут быть полезны для коммуникации (телефонии, телевидения, радио). Спутники GOES обеспечивают работу поисково-спасательного радиомаяка, используемого для помощи в поиске кораблей и самолетов, терпящих бедствие.
Наконец, многие высокоорбитальные сателлиты Земли занимаются мониторингом солнечной активности и отслеживают уровни магнитного поля и радиации.
Вычисление высоты ГСО
На спутник действует центростремительная сила Fц=(M1v2)/R и сила тяжести Fт=(GM1M2)/R2. Так как эти силы одинаковы, можно уравнять правые части и сократить их на массу M1. В результате получится равенство v2=(GM2)/R. Отсюда скорость движения v=((GM2)/R)1/2
Так как геостационарная орбита представляет собой окружность длиной 2πr, орбитальная скорость равна v=2πR/T.
Отсюда R3=T2GM/(4π2).
Так как T=8,64×104с, G=6,673×10-11 Н·м2/кг2, M=5,98×1024кг, то R=4,23×107 м. Если вычесть из R радиус Земли, равный 6,38×106 м, можно узнать, на какой высоте летают спутники, висящие над одной точкой поверхности – 3,59×107м.
Точки Лагранжа
Другими замечательными орбитами являются точки Лагранжа, где сила притяжения Земли компенсируется силой тяжести Солнца. Все, что там находится, в равной степени притягивается к этим небесным телам и вращается с нашей планетой вокруг светила.
Из пяти точек Лагранжа в системе Солнце-Земля только две последних, называемых L4 и L5, являются стабильными. В остальных спутник подобен мячу, балансирующему на вершине крутого холма: любое незначительное возмущение будет выталкивать его. Чтобы оставаться в сбалансированном состоянии, космические аппараты здесь нуждаются в постоянной корректировке. В последних двух точках Лагранжа спутники уподобляются шару в шаре: даже после сильного возмущения они вернутся обратно.
L1 расположена между Землей и Солнцем, позволяет сателлитам, находящимся в ней, иметь постоянный обзор нашего светила. Солнечная обсерватория SOHO, спутник НАСА и Европейского космического агентства следят за Солнцем из первой точки Лагранжа, в 1,5 млн км от нашей планеты.
L2 расположена на том же расстоянии от Земли, но находится позади нее. Спутникам в этом месте требуется только один тепловой экран, чтобы защититься от света и тепла Солнца. Это хорошее место для космических телескопов, используемых для изучения природы Вселенной путем наблюдения фона микроволнового излучения.
Третья точка Лагранжа расположена напротив Земли с другой стороны Солнца, так что светило всегда находится между ним и нашей планетой. Спутник в этом положении не будет иметь возможность общаться с Землей.
Чрезвычайно стабильны четвертая и пятая точки Лагранжа в орбитальной траектории нашей планеты в 60° впереди и позади Земли.
Средняя околоземная орбита
Находясь ближе к Земле, спутники двигаются быстрее.
Различают две средние околоземные орбиты: полусинхронную и «Молнию».
На какой высоте летают спутники, находящиеся на полусинхронной орбите? Она почти круглая (низкий эксцентриситет) и удалена на расстояние 26560 км от центра Земли (около 20200 км над поверхностью). Сателлит на этой высоте совершает полный оборот за 12 ч. По мере его движения Земля вращается под ним. За 24 ч он пересекает 2 одинаковые точки на экваторе. Эта орбита последовательна и весьма предсказуема. Используется системой глобального позиционирования GPS.
Орбита «Молния» (наклонение 63,4°) используется для наблюдения в высоких широтах. Геостационарные спутники привязаны к экватору, поэтому они не подходят для дальних северных или южных регионов. Эта орбита весьма эксцентрична: космический аппарат движется по вытянутому эллипсу с Землей, расположенной близко к одному краю. Так как спутник ускоряется под действием силы тяжести, он движется очень быстро, когда находится близко к нашей планете. При удалении его скорость замедляется, поэтому он больше времени проводит на вершине орбиты в самом дальнем от Земли краю, расстояние до которого может достигать 40 тыс.
км. Период обращения составляет 12 ч, но около двух третей этого времени спутник проводит над одним полушарием. Подобно полусинхронной орбите сателлит проходит по одному и тому же пути через каждые 24 ч. Используется для связи на крайнем севере или юге.
Низкая околоземная
Большинство научных спутников, многие метеорологические и космическая станция находятся на почти круговой низкой околоземной орбите. Их наклон зависит от того, мониторингом чего они занимаются. TRMM был запущен для мониторинга осадков в тропиках, поэтому имеет относительно низкое наклонение (35°), оставаясь вблизи экватора.
Многие из спутников системы наблюдения НАСА имеют почти полярную высоконаклонную орбиту. Космический аппарат движется вокруг Земли от полюса до полюса с периодом 99 мин. Половину времени он проходит над дневной стороной нашей планеты, а на полюсе переходит на ночную.
По мере движения спутника под ним вращается Земля. К тому времени, когда аппарат переходит на освещенный участок, он находится над областью, прилегающей к зоне прохождения своей последней орбиты.
За 24-часовой период полярные спутники покрывают большую часть Земли дважды: один раз днем и один раз ночью.
Солнечно-синхронная орбита
Подобно тому как геосинхронные спутники должны находиться над экватором, что позволяет им оставаться над одной точкой, полярно-орбитальные имеют способность оставаться в одном времени. Их орбита является солнечно-синхронной – при пересечении космическим аппаратом экватора местное солнечное время всегда одно и то же. Например, спутник Terra пересекает его над Бразилией всегда в 10:30 утра. Следующее пересечение через 99 мин над Эквадором или Колумбией происходит также в 10:30 по местному времени.
Солнечно-синхронная орбита необходима для науки, так как позволяет сохранять угол падения солнечного света на поверхность Земли, хотя он будет меняться в зависимости от сезона. Такое постоянство означает, что ученые могут сравнивать изображения нашей планеты одного времени года в течение нескольких лет, не беспокоясь о слишком больших скачках в освещении, которые могут создать иллюзию изменений.
Без солнечно-синхронной орбиты было бы сложно отслеживать их с течением времени и собирать информацию, необходимую для изучения изменений климата.
Путь спутника здесь очень ограничен. Если он находится на высоте 100 км, орбита должна иметь наклон 96°. Любое отклонение будет недопустимым. Поскольку сопротивление атмосферы и сила притяжения Солнца и Луны изменяют орбиту аппарата, ее необходимо регулярно корректировать.
Выведение на орбиту: запуск
Запуск спутника требует энергии, количество которой зависит от расположения места старта, высоты и наклона будущей траектории его движения. Чтобы добраться до удаленной орбиты, требуется затратить больше энергии. Спутники со значительным наклоном (например, полярные) более энергозатратны, чем те, которые кружат над экватором. Выведению на орбиту с низким наклоном помогает вращение Земли. Международная космическая станция движется под углом 51,6397°. Это необходимо для того, чтобы космическим челнокам и российским ракетам было легче добраться до нее.
Высота МКС – 337–430 км. Полярные спутники, с другой стороны, от импульса Земли помощи не получают, поэтому им требуется больше энергии, чтобы подняться на такое же расстояние.
Корректировка
После запуска спутника необходимо приложить усилия, чтобы удержать его на определенной орбите. Поскольку Земля не является идеальной сферой, ее гравитация в некоторых местах сильнее. Эта неравномерность, наряду с притяжением Солнца, Луны и Юпитера (самой массивной планеты Солнечной системы), изменяет наклон орбиты. На протяжении всего своего срока службы положение спутников GOES корректировалось три или четыре раза. Низкоорбитальные аппараты НАСА должны регулировать свой наклон ежегодно.
Кроме того, на околоземные спутники оказывает воздействие атмосфера. Самые верхние слои, хотя и достаточно разрежены, оказывают достаточно сильное сопротивление, чтобы притягивать их ближе к Земле. Действие силы тяжести приводит к ускорению спутников. Со временем они сгорают, по спирали опускаясь все ниже и быстрее в атмосферу, или падают на Землю.
Атмосферное сопротивление сильнее, когда Солнце активно. Так же, как воздух в воздушном шаре расширяется и поднимается при нагревании, атмосфера поднимается и расширяется, когда Солнце дает ей дополнительную энергию. Разреженные слои атмосферы поднимаются, а их место занимают более плотные. Поэтому спутники на орбите Земли должны изменять свое положение примерно четыре раза в год, чтобы компенсировать сопротивление атмосферы. Когда солнечная активность максимальна, положение аппарата приходится корректировать каждые 2-3 недели.
Космический мусор
Третья причина, вынуждающая менять орбиту – космический мусор. Один из коммуникационных спутников Iridium столкнулся с нефункционирующим российским космическим аппаратом. Они разбились, образовав облако мусора, состоящее из более чем 2500 частей. Каждый элемент был добавлен в базу данных, которая сегодня насчитывает свыше 18000 объектов техногенного происхождения.
НАСА тщательно отслеживает все, что может оказаться на пути спутников, т.
к. из-за космического мусора уже несколько раз приходилось менять орбиты.
Инженеры центра управления полетами отслеживают положение космического мусора и сателлитов, которые могут помешать движению и по мере необходимости тщательно планируют маневры уклонения. Эта же команда планирует и выполняет маневры по регулировке наклона и высоты спутника.
Насколько высоко космос? — Universe Today
Посмотрите на ночное небо, и что вы видите? Космос, сверкающий и сияющий во всей своей красе. Говоря астрономическим языком, космос действительно очень близок, задерживаясь по другую сторону того тонкого слоя, который мы называем атмосферой. И если подумать, Земля — это не более чем крошечный остров в космическом море. Так что это буквально все вокруг нас.
По определению, пространство определяется как точка, в которой заканчивается земная атмосфера и начинается космический вакуум. Но точно, как далеко это? Как высоко вам нужно подняться, прежде чем вы действительно сможете коснуться космоса? Как вы, наверное, понимаете, при таком субъективном определении люди склонны расходиться во мнениях относительно того, где именно начинается пространство.
Определение:
Первое официальное определение космоса было дано Национальным консультативным комитетом по аэронавтике (предшественником НАСА), который определил точку, в которой атмосферное давление было меньше одного фунта на квадратный фут. Это была высота, на которой больше нельзя было использовать управляющие поверхности самолета, и она соответствовала примерно 81 километру (50 миль) над поверхностью Земли.
Bell X-1, на котором Чак Йегер «преодолел» звуковой барьер в 1947 году. Фото: NASA
Любой летчик-испытатель или астронавт НАСА, преодолевший эту высоту, получает крылья астронавта. Вскоре после того, как это определение было принято, аэрокосмический инженер Теодор фон Карман подсчитал, что на высоте более 100 км атмосфера будет настолько разреженной, что самолет должен будет двигаться с орбитальной скоростью, чтобы получить подъемную силу.
Эта высота была позже принята Всемирной федерацией воздушного спорта (Fédération Aéronautique Internationale, FAI) как линия Кармана.
А в 2012 году, когда Феликс Баумгартнер побил рекорд самого высокого свободного падения, он прыгнул с высоты 39километров (24,23 мили), менее чем на полпути к космосу (согласно определению НАСА).
По тому же принципу пространство часто определяется как начинающееся с самой низкой высоты, на которой спутники могут поддерживать орбиты в течение разумного времени, то есть примерно в 160 километрах (100 миль) над поверхностью. Эти различные определения усложняются, если принять во внимание определение слова «атмосфера».
Атмосфера Земли:
Когда мы говорим об атмосфере Земли, мы склонны думать об области, где атмосферное давление все еще достаточно велико, чтобы вызвать сопротивление воздуха, или где воздух достаточно плотный, чтобы дышать. Но на самом деле атмосфера Земли состоит из пяти основных слоев — тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы, причем последний простирается довольно далеко в космос.
Силуэт космического корабля «Индевор» на фоне атмосферы Земли.
Оранжевый слой — тропосфера, белый — стратосфера, синий — мезосфера. Фото: НАСА Термосфера, второй по высоте слой атмосферы, простирается от высоты около 80 км (50 миль) до термопаузы, которая находится на высоте 500–1000 км (310–620 миль). Нижняя часть термосферы — от 80 до 550 километров (от 50 до 342 миль) — содержит ионосферу, названную так потому, что именно здесь, в атмосфере, частицы ионизируются солнечным излучением.
Следовательно, известно, что именно здесь происходят явления, известные как Aurora Borealis и Aurara Australis. Международная космическая станция также вращается в этом слое на высоте от 320 до 380 км (от 200 до 240 миль), и ее необходимо постоянно ускорять, потому что все еще происходит трение с атмосферой.
Самый внешний слой, известный как экзосфера, простирается на высоту 10 000 км (6214 миль) над планетой. Этот слой в основном состоит из чрезвычайно низких плотностей водорода, гелия и нескольких более тяжелых молекул (азота, кислорода, CO²).
Атомы и молекулы находятся так далеко друг от друга, что экзосфера больше не ведет себя как газ, и частицы постоянно улетают в космос.
Именно здесь атмосфера Земли по-настоящему сливается с пустотой космического пространства, где атмосферы нет. Вот почему большинство спутников Земли вращаются в этом регионе. Иногда Aurora Borealis и Aurora Australis встречаются в нижней части экзосферы, где они накладываются на термосферу. Но помимо этого метеорологических явлений в этом регионе нет.
Межпланетное и межзвездное:
Другим важным различием при обсуждении пространства является различие между тем, что лежит между планетами (межпланетное пространство), и тем, что находится между звездными системами (межзвездное пространство) в нашей галактике.
Но, конечно, это только верхушка айсберга, когда речь идет о космосе.
Если раскинуть сеть шире, то есть и пространство, лежащее между галактиками во Вселенной (межгалактическое пространство). Во всех случаях определение включает области, где концентрация вещества значительно ниже, чем в других местах, т. е. область, занятую в центре планетой, звездой или галактикой.
Кроме того, во всех трех определениях задействованные измерения выходят за рамки всего того, с чем мы, люди, привыкли иметь дело на регулярной основе. Одни ученые считают, что пространство бесконечно простирается во всех направлениях, другие считают, что пространство конечно, но безгранично и непрерывно (т.
е. не имеет начала и конца).
Другими словами, есть причина, по которой его называют пространством — его так много!
Исследование:
Исследование космоса (то есть того, что находится непосредственно за пределами атмосферы Земли) началось всерьез с того, что известно как «космическая эра». Эта новая эра исследований началась с Соединенных Штатов и Советского Союза. Союз нацелился на вывод спутников и пилотируемых модулей на орбиту.
Первое крупное событие космической эры произошло 4 октября 1957, с запуском Советским Союзом спутника 1 — первого искусственного спутника, выведенного на орбиту. В ответ на это тогдашний президент Дуайт Д. Эйзенхауэр подписал 29 июля 1958 года Национальный закон об аэронавтике и космосе, официально учредив НАСА.
Фотография российского техника, заканчивающего работу над первым искусственным спутником человечества «Спутник-1». Фото: НАСА/Асиф А.
Немедленно НАСА и советская космическая программа начали предпринимать необходимые шаги по созданию пилотируемых космических кораблей.
К 1959, результатом этого конкурса стало создание советской программы «Восток» и проекта НАСА «Меркурий». В случае с «Востоком» это заключалось в разработке космической капсулы, которую можно было бы запустить на борту одноразовой ракеты-носителя.
Наряду с многочисленными беспилотными испытаниями и несколькими испытаниями с использованием собак к 1960 году шесть советских летчиков были отобраны, чтобы стать первыми людьми, отправившимися в космос. 12 апреля 1961 года советский космонавт Юрий Гагарин был запущен на борту космического корабля Восток-1 с космодрома Байконур и, таким образом, стал первым человеком, отправившимся в космос (опередив американца Алана Шепарда всего на несколько недель).
16 июня 1963 года Валентина Терешкова была отправлена на орбиту на корабле Восток-6 (последняя миссия Востока) и стала первой женщиной, отправившейся в космос. Тем временем НАСА приняло проект «Меркурий» от ВВС США и начало разработку собственной концепции миссии с экипажем.
Юрий Гагарин перед полетом в космос на корабле «Восток». 12 апреля 1961 г. Фото: РИА Новости
Программа, предназначенная для отправки человека в космос с помощью существующих ракет, быстро приняла концепцию запуска баллистических капсул на орбиту. Первые семь астронавтов по прозвищу «Меркурийная семерка» были отобраны из программ летчиков-испытателей ВМФ, ВВС и морской пехоты.
5 мая 1961 года астронавт Алан Шепард стал первым американцем в космосе на борту миссии Freedom 7 . Затем, 20 февраля 1962 года, астронавт Джон Гленн стал первым американцем, выведенным на орбиту ракетой-носителем Atlas в составе Friendship 7 . Гленн совершил три витка вокруг планеты Земля, и были совершены еще три орбитальных полета, кульминацией которых стал 22-витковый полет Л. Гордона Купера на борту Faith 7 , который совершил полет 15 и 16 мая 1963.
В последующие десятилетия и НАСА, и Советы начали разрабатывать более сложные пилотируемые космические корабли большой дальности.
После того, как «Гонка на Луну» закончилась успешной посадкой «Аполлона-11» (за которым последовало еще несколько миссий «Аполлон»), акцент начал смещаться на установление постоянного присутствия в космосе.
Для русских это привело к продолжению развития технологий космических станций в рамках программы «Салют». В период с 1972 по 1991 год они пытались вывести на орбиту семь отдельных станций. Однако технические неполадки и отказ ускорителей второй ступени одной из ракет привели к тому, что первые три попытки после Салют 1 , чтобы выйти из строя или привести к затуханию орбиты станции после короткого периода времени.
Skylab, первая в Америке пилотируемая космическая станция. Фотография сделана вылетающим экипажем «Скайлэб-4» в феврале 1974 года. Фото: НАСА
Однако к 1974 году русским удалось успешно развернуть «Салют-4 », а затем еще три станции, которые оставались на орбите в течение периода времени от одного до девяти. годы. В то время как все «Салюты» представлялись публике как невоенные научные лаборатории, некоторые из них фактически являлись прикрытием для военных Алмаз разведывательные станции.
НАСА также занималось разработкой технологии космической станции, кульминацией которой стал запуск Skylab в мае 1973 года, которая останется первой и единственной независимо построенной космической станцией в Америке. Во время развертывания Skylab получил серьезные повреждения, потеряв тепловую защиту и одну из своих солнечных панелей.
Это требовало от первого экипажа встречи со станцией и проведения ремонта. Затем последовали еще два экипажа, и за всю историю эксплуатации станция была занята в общей сложности 171 день. Это закончилось в 1979 со сбитием станции над Индийским океаном и частями южной Австралии.
К 1986 году Советы снова взяли на себя инициативу в создании космических станций с развертыванием Мир . Утвержденная в феврале 1976 года постановлением правительства, станция изначально задумывалась как усовершенствованная модель космических станций «Салют». Со временем он превратился в станцию, состоящую из нескольких модулей и нескольких портов для пилотируемых кораблей «Союз» и грузовых кораблей «Прогресс ».
Космическая станция «Мир» и земная конечность, наблюдаемые с орбитального корабля «Индевор» во время миссии НАСА STS-89 в 1998 году. Фото: НАСА
Основной модуль был выведен на орбиту 19 февраля 1986 года; а в период с 1987 по 1996 год все остальные модули будут развернуты и прикреплены. Всего за 15 лет эксплуатации «Мир» посетило 28 долговременных экипажей. В рамках серии совместных программ с другими странами станцию также посетят экипажи из других стран Восточного блока, Европейского космического агентства (ЕКА) и НАСА.
После ряда технических и структурных проблем, связанных со станцией, российское правительство объявило в 2000 году, что оно выводит космическую станцию из эксплуатации. Это началось 24 января 2001 года, когда российский грузовой корабль проекта «Прогресс » состыковался со станцией и столкнул ее с орбиты. Затем станция вошла в атмосферу и рухнула в южную часть Тихого океана.
К 1993 году НАСА начало сотрудничество с русскими, ЕКА и Японским агентством аэрокосмических исследований (ДЖАКСА) по созданию Международной космической станции (МКС).
Объединение НАСА 9Проект космической станции 0010 Freedom с советско-российской станцией Мир-2 , европейской станцией Columbus и японским лабораторным модулем Кибо, проект также построен на основе российско-американских миссий «Шаттл-Мир» (1995-1998) .
После закрытия программы «Спейс шаттл» в 2011 году члены экипажа в последние годы доставлялись исключительно космическими кораблями «Союз». С 2014 года сотрудничество между НАСА и Роскосмосом приостановлено по большей части деятельности, не связанной с МКС, из-за напряженности, вызванной ситуацией на Украине.
Однако за последние несколько лет в США были восстановлены местные возможности запуска благодаря таким компаниям, как SpaceX, United Launch Alliance и Blue Origin, которые вмешались, чтобы заполнить пустоту своим частным парком ракет.
На протяжении последних 15 лет на МКС постоянно находились люди, превзойдя предыдущий рекорд, установленный «Миром»; и его посетили астронавты и космонавты из 15 разных стран. Ожидается, что программа ISS продлится как минимум до 2020 года, но может быть продлена до 2028 года или, возможно, дольше, в зависимости от бюджетной среды.
Как вы можете ясно видеть, вопрос о том, где заканчивается наша атмосфера и начинается космос, является предметом споров. Но благодаря десятилетиям исследования космоса и запусков нам удалось выработать рабочее определение. Но каково бы ни было точное определение, если вы сможете подняться выше 100 километров, вы определенно заслужили свои крылья космонавта!
Мы написали много интересных статей о космосе здесь, на Universe Today. Вот почему космос черный? Насколько холоден космос? Иллюстрированный космический мусор: проблема в картинках, Что такое межпланетное пространство? Что такое межзвездное пространство? И Что такое межгалактическое пространство?
Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с «НАСА раскрывает тайны межзвездного пространства» и этим списком миссий в дальний космос.
В Astronomy Cast есть эпизоды на эту тему, такие как сериал «Космические станции», эпизод 82: космический мусор, эпизод 281: взрывы в космосе, эпизод 303: равновесие в космосе и эпизод 311: звук в космосе.
Источники:
- НАСА – Эра космических челноков
- НАСА – Международная космическая станция
- Википедия – космическая эра
- Whatis – Что такое космос?
Подкаст (аудио): Скачать (Продолжительность: 2:29 — 2,3 МБ)
Подписаться: Apple Podcasts |
Подкаст (видео): Скачать (48,3 МБ)
Подписаться: Подкасты Apple |
Нравится:
Нравится Загрузка…
терминология — Как далеко нужно находиться от Земли, чтобы оказаться «в космосе»?
Начало космическое пространство и космический полет трудно классифицировать, потому что граница между атмосферой и космическим вакуумом очень подвижна.
Космическая граница должна быть определена в зависимости от того, что человек считает воздухом и пространством / что он считает важным в этих вопросах. Космическая граница может быть границей давления воздуха, а не границей высоты, и должна применяться ко всем небесным телам.
В качестве границы между атмосферой и космическим пространством/между воздушным и космическим полетом можно установить одну из следующих высот и давлений (некоторые из них основаны на моем личном опыте космических полетов на Орбитере 2016):
60 000 футов (18,3 км) Предел Армстронга, выше которого давление наружного воздуха настолько низкое, что вам нужен скафандр (например, скафандр). Вода закипит при температуре вашего тела. Таким образом, ваше тело считает пространство над линией Армстронга вакуумом, и вы уже не можете выжить без скафандра или кабины. 90% массы атмосферы Земли находится под вами. Законодательство FAA о воздушном пространстве заканчивается на пределе Армстронга.
Небо становится очень темным уже выше 60 000 футов, и вы увидите самые яркие звезды и планеты в полдень. Предел Армстронга отмечает начало ближний космос , переходная зона между воздушным пространством и космическим пространством. Если считать его уже космической границей, то следующие небесные тела будут считаться телами с атмосферой: Венера, Земля, Титан и четыре газовых гиганта.
115 000 футов (35 км) Тройная точка воды. Выше этой высоты вода уже не может существовать в жидком состоянии снаружи. Водяной лед будет сублимировать (испаряться), а не таять. Тройная точка воды находится под давлением около 611,7 Па (0,088 фунта на кв. дюйм). На этой высоте находится и верхняя граница озонового слоя, над которой находится небольшой блок УФ-излучения. Выше этой высоты небо абсолютно черное и чернее уже не будет. В полдень вы увидите все достаточно яркие звезды и планеты (например, Орион летом). Реактивный самолет больше не может летать горизонтально, а рекорд высоты для реактивного самолета — МиГ-25М на высоте около 8000 футов (2,5 км) над этой высотой.
Если вы считаете давлением тройной точки воды границу пространства, то вы должны добавить Марс в список тел со значительной атмосферой.
32 мили (51,5 км) Стратопауза (граница стратосферы и мезосферы). Температура перестает расти и начинает снижаться с высотой. На высоте более 32 миль давление воздуха падает ниже 0,01 фунта на кв. дюйм. Если вы считаете эту или более низкую высоту космической границей, то учтите, что Юрий Гагарин не был для вас первым человеком в космосе. Первым человеком в космосе будет американский пилот Джозеф Уокер, который 30 марта 1961 года, за несколько дней до космического полета Гагарина, преодолел на Х-15 немногим более 32 миль.
200 000 футов (61 км) Как я понял из полета на Orbiter 2016, примерно на этой высоте давление падает ниже 0,003 фунта на квадратный дюйм. Там так низко, что уже не слышно, нет звука и на такой высоте практически глухой. Только снаружи, поскольку звук, конечно же, все равно будет проходить через ваш космический корабль.
Также выше примерно 200 000 футов начинается ионосфера. Полет на воздушном шаре больше невозможен. Самый высокий беспилотный воздушный шар достиг высоты 173 900 футов (53 км), а самый высокий пилотируемый (пилотируемый Аланом Юстасом) — около 136 000 футов (41,5 км). На высоте более 200 000 футов вы можете стать невесомыми в своем космоплане без необходимости толкать штурвал. См. этот ответ для уточнения.
71 км (230 000 футов) Это примерно самый низкий перигей, которого я достиг в Орбитере 2016 и продолжил движение по орбите вокруг Земли. Орбита не сильно изменилась, она оставалась довольно стабильной.
50 миль (80,47 км) Это космическая граница, определенная НАСА, ВВС США и ФАУ. Это мезопауза (граница между мезосферой и термосферой): температура перестает снижаться и снова начинает расти. Давление падает ниже 1 Па / 0,00015 фунтов на квадратный дюйм выше этой высоты. Это определяется как то, что вам нужно приложить больше усилий для полета на ракете, чем для плавучести в воздухе.
На этой высоте астродинамика заменяет аэродинамику. Если рассматривать здесь космическую границу, то к небесным телам, обладающим значительной атмосферой, необходимо добавить Плутон, Эриду и Тритон.
83,6 км (51,9 миль) Теодор фон Карман подсчитал, что на такой высоте атмосфера становится слишком тонкой, чтобы поддерживать полет на воздушном транспорте.
53 мили (85,3 км) Примерно здесь в Orbiter2016 мой космический корабль начинает светиться при выходе с орбиты. Я полагаю, что космический шаттл тоже начал светиться на этой высоте. Я восстанавливаю контроль над рулем примерно на этой высоте.
57 миль (91,5 км) Исходная линия Кармана: скорость транспортного средства для создания подъемной силы должна быть орбитальной скоростью. Аэродинамическая подъемная сила составляет 2%, а 98% веса автомобиля приходится на центробежную силу. В то время как круговые орбиты на такой высоте невозможны, космический корабль на эллиптической орбите может достичь перигея на высоте 230 000 футов и оставаться на нем достаточно стабильно.
100 км (62,14 миль) То, что в настоящее время называется линией Кармана и установлено FAI в качестве космической границы. Это просто следующее по величине значение с двойным 0 в метрических единицах, чтобы сделать «линию Кармана» «более запоминающейся», не имея какой-либо физической основы.
65 миль (105 км) В Orbiter2016 гравиметр моего космического корабля начинает показывать более значительную перегрузку на этой высоте при выходе с орбиты (или при движении по эллиптической орбите с перигеем, достигающим такого минимума).
118 км (73 мили) Цитата из Википедии 1: «В 2009 году ученые сообщили о подробных измерениях с помощью сверхтеплового ионного тепловизора (прибор, который измеряет направление и скорость ионов), что позволило им установить границу на высоте 118 км (73 мили) над Землей Граница представляет собой середину постепенного перехода на протяжении десятков километров от относительно мягких ветров земной атмосферы к более сильным потокам заряженных частиц в космосе, которые могут достигать скорости более 268 м/с (600 миль в час)».
120 км (75 миль) Здесь в Orbiter2016 мой космический корабль начинает испытывать значительное атмосферное сопротивление при выходе с орбиты. Если установить границу пространства на этой высоте или выше, то необходимо включить Ио в список тел со значительной атмосферой.
400 000 футов (122 км) Высота повторного входа космического корабля «Шаттл» НАСА, определенная как начало более значительного атмосферного сопротивления.
93 мили (150 км) Выше этой высоты возможна стабильная круговая орбита.
450 миль (700 км) Термопауза/экзобаза (конец столкновительной атмосферы). Выше примерно этой высоты атмосфера становится экзосферой, которая больше не ведет себя как газ. Молекулы не сталкиваются друг с другом и рассеиваются солнечным ветром, достигая космической скорости. Если считать это космической границей, то Каллисто необходимо отнести к группе тел со значительными атмосферами. Вы также должны были бы классифицировать как космические полеты только следующие полеты: Близнецы-10, Близнецы-11, Аполлон-8 и Аполлон-10-17.