Высота орбиты спутников: Высота полета спутников и космических кораблей над землей

Высота полета спутников и космических кораблей над землей

27 февраля 2018, Максим Ситников,

11

Первый искусственный спутник Земли был запущен в 1957 году. С тех пор человечество сделало огромный технологический прорыв. На данный момент на околоземной орбите находится несколько десятков тысяч спутников. Они обеспечивают жителей планеты сотовой связью, интернетом, GPS-данными, телевидением, принимают активное участие в научно-исследовательской работе. Также они используются для военных целей. В зависимости от целевого назначения выбирается, на какой высоте летают спутники. Все это значительно облегчило жизнь, позволило поднять уровень связи. Наибольший вклад они внесли в науку – изучение строение атмосферы Земли, погодных изменений, космоса, небесных тел.

Какие виды спутников встречаются на орбите?

К искусственным спутникам Земли относятся все тела, которые были выведены на орбиту при помощи ракеты носителя. Сюда можно отнести шаттлы, космические станции, исследовательские лаборатории, автономные аппараты. Именно непилотируемые спутники являются главными поставщиками связи и научных данных. Такие аппараты не требуют наличия экипажа, обслуживания, специальных отсеков для обеспечения жизнедеятельности. Классифицируются искусственные спутники Земли по своему прямому назначению:

  • Научно-исследовательские. Применяются в целях изучения строения атмосферы, космоса. Могут нести на своем борту телескоп для изучения удаленных планет;
  • Прикладные. Предназначены для удовлетворения нужд населения, испытания оборудования, систем связи.

Спутники выполняют свои функции автономно, не используют топливо. Мониторинг состояния и необходимое маневрирование выполняется из командных центров на Земле. В зависимости от своего назначения, спутники снабжаются необходимым оборудованием и системой связи.

Объем аппарата напрямую зависит от его функциональности и назначения. Встречаются спутники с массой от 20 кг до нескольких сотен тонн. Первый аппарат, запущенный СССР весил всего 28 килограмм и нес на борту только систему радиопередачи.

На какой высоте летают спутники?

Выведение на орбиту спутника осуществляется при помощи многоступенчатой ракеты. Принцип действия прост – аппарат выталкивается из атмосферы с такой силой, которой хватит для задания траектории полета. Движется вокруг планеты он за счет силы притяжения. Комплектацией предусмотрена установка маневровых двигателей для корректировки траектории. Они позволяют избегать столкновения с космическим мусором, другими спутниками.

Движение осуществляется на заданной орбите. Удаленность от планеты зависит от назначения аппарата, заданной траектории. Используется несколько видов орбит:

  • Околоземная или низкая. Обеспечивает наиболее приближенное расположение. Высота составляет 300-500 км над уровнем моря. Использовалась для работы первых космических аппаратов, сейчас там находятся аппараты для дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы;
  • Полярная. Расположена в плоскости полярных полюсов Земли. Угол наклона близок к 90 градусам. Из-за сплюснутости планеты, можно добиться различной скорости вращения, которая позволит проходить спутнику одну и ту же широту в одинаковое время;
  • Геостационарная. Высота на ней составляет от 35 000 км, расположена в плоскости экватора. Устойчивых точек всего две, на остальном пути необходимо поддерживать траекторию искусственно;
  • Сильноэллиптическая. Контур орбиты представляет собой эллипс. Высота меняется в зависимости от точки траектории. Благодаря большому размеру, позволяет поддерживать необходимое количество спутников одновременно над одной страной. Используется преимущественно в телекоммуникационных целях. Также здесь работают аппараты с телескопами для изучения отдаленных объектов;
  • Круглая. Сечение орбиты представляет собой круг. Показатель высоты близок к постоянному в любой момент времени.

Высота полета спутников над Землей задается на основании их целевого назначения и выбранной орбиты. Геостационарная орбита является наиболее важной и дорогой. Поэтому аппараты, выработавшие свой ресурс, удаляются с нее. Используется в основном в научных целях.

Для систем глобального позиционирования используются круглые орбиты с постоянной высотой. Такая траектория является оптимальной для передачи сигнала. Высота орбиты спутников GPS составляет 20 тысяч километров. Один аппарат за сутки совершает два витка вокруг планеты. Скорость позволяет использовать 4 спутника в одной плоскости для обеспечения постоянной передачи данных.

На какой высоте летают космические корабли?

Главное отличие пилотируемых аппаратов – необходимость поддержание жизнедеятельности и возвращения экипажа. Поэтому высота полета кораблей значительно ниже. Пилотируемые станции используются для проведения научных исследований, изучения влияния невесомости, открытого космоса, наблюдения за космическими телами.

Первый пилотируемый космический корабль был запущен в 1961 году. Движение осуществлялось по эллиптической орбите. Перигей составлял 175 км, а апогей – 320 км над уровнем моря. За прошедшие полвека исследований высота значительно увеличилась из-за присутствия большого количества космического мусора на околоземной орбите. На данный момент используется орбита с перигеем в 400 км. Обусловлено это также и отсутствием влияния атмосферы на траекторию движения.

Понравился пост? Есть что сказать? Присоединяйтесь:

Поделиться
Вконтакте

спутники

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Добавить комментарий

Добавить комментарий

почему над Землей летают тысячи никому не нужных спутников

Святослав
Иванов

Новостной редактор

На разных орбитах Земли, по предварительным данным, находятся более 750 тыс. объектов, которые можно назвать космическим мусором. В основном это различные гайки, болты и частицы фюзеляжа, движущиеся со скоростью более 28 тыс. км/час. Однако среди них есть и огромные старые спутники с ядерными элементами, разгонные блоки и шаттлы: их, как правило, отправляют на специальную орбиту захоронения. «Хайтек» разобрался, что находится на орбите захоронения и почему человечество не может утилизировать эти космические объекты.

Читайте «Хайтек» в

Существует несколько официальных орбит захоронения. «Классическая» располагается на высоте 35 986 км от уровня моря — ровно на 200 км выше геостационарной орбиты, где находятся тысячи околоземных спутников. На эту орбиту отправляются все отработанные орбитальные аппараты для уменьшения вероятности их столкновения с другими — уже рабочими — объектами.

В конце срока эксплуатации каждого геостационарного спутника он отправляется на такую орбиту, при этом для каждого она рассчитывается отдельно по специальной формуле.

Так Земля выглядит на фоне всех объектов, вращающихся на ее орбите

Геостационарная орбита — круговая орбита, которая расположена ровно над экватором Земли. Искусственные спутники, которые находятся на ней, абсолютно не движутся по отношению к спутниковым антеннам, расположенным на Земле. Поэтому для взаимодействия спутника с антенной необходимо просто один раз запустить его, после чего ученые будут всегда знать, где находится космический аппарат даже без специальных настроек для антенн. Как правило, на геостационарную орбиту запускают коммуникационные и телетрансляционные спутники.

Высота 35 786 км над уровнем моря выбрана из-за того, что она обеспечивает спутникам период обращения, равный периоду вращения Земли относительно всех звезд — 23 часа 56 минут 4,091 секунды.

Еще одна крупнейшая мусорная орбита для крупных спутников находится на высоте от 600 до 1 000 км. На эту орбиту отправляются военные разведывательные спутники с ядерной энергетической установкой. На этих высотах находятся десятки активных зон реакторов у таких спутников. Считается, что части спутников смогут находиться на низкой мусорной орбите более 2 тыс. лет, после чего гравитация Земли постепенно притянет активные реакторы.

Советский спутник с ядерной энергетической установкой

Такая опасная «Легенда»

Впервые низкую мусорную орбиту для отработанных ядерных установок использовал Советский Союз в программе «Легенда» в 1978 году. За десять лет СССР запустил более 30 спутников-разведчиков с ядерными силовыми установками малой мощности типа БЭС-5 «Бук» и «Топаз» для обеспечения этой системы. С ее помощью советские, а потом и российские военные, поскольку программа существовала до 2006 года, могли отслеживать и прогнозировать тактическую обстановку в Мировом океане, передавать в режиме реального времени информацию о кораблях и подводных лодках, как отечественных, так и иностранных.

В январе 1978 года — практически сразу же после запуска — военный советский спутник «Космос-954» с ядерным реактором вышел из строя и стал полностью неуправляемым. Даже попытки вывести его на орбиту захоронения оказались неэффективными, поэтому спутник с действующим ядерным реактором вошел в атмосферу Земли, разрушился там на тысячи частей и рухнул на северную часть Канады и США. Тогда Советскому Союзу пришлось выплатить несколько миллионов долларов компенсации, поскольку местные жители нашли более 65 кг стержней от топливных элементов реактора.

Участники операции ищут обломки спутника с помощью ручных детекторов радиоактивности

После этого случилось еще несколько подобных инцидентов, когда ядерные реакторы от советской программы «Легенда» падали на Землю либо частично сгорали в атмосфере Земли, оставляя за собой длительный шлейф из урана-235.

В итоге в 1988 году после очередной аварии был принят всемирный запрет на применение спутников с ядерной энергетической установкой на низких околоземных орбитах, вследствие чего строительство и запуски спутников УС-А были прекращены. Кроме того, СССР уже было невыгодно поддерживать программу, поскольку один спутник мог работать всего 120 дней, а его запуск и разработка обходились в миллионы долларов.

Сейчас у человечества пока нет технологий, которые бы позволили уничтожить оставшиеся ядерные реакторы от «Легенды» без нанесения вреда окружающей среде. При этом время распада урана-235, на которых работают эти спутники, составляет около 700 млн лет.

Опасность орбит захоронения мусора

Разговоры о возможной экологической катастрофе в околоземном космическом пространстве возникли практически сразу после запуска первых спутников Земли еще в 50-х годах прошлого века. Но впервые в официальном дискурсе тема появилась только в докладе ООН «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» в конце 1993 года.

В докладе отмечалось, что эта проблема — глобальная, а не национальная, поскольку касается абсолютно каждой страны. Кроме того, космический мусор — как тот, что находится на орбитах захоронения, так и обычный, может негативно сказаться на освоении человечеством космоса.

Сейчас только 10% всех объектов космического мусора фиксируются наземными станциями, а траектория их движения известна. Ученые считают, что в будущем, если человечество продолжит с такой скоростью выводить объекты в космос, в том числе на геостационарную орбиту, рано или поздно произойдет каскадный эффект. При нем один космический объект столкнется с другим, после чего он достаточно сильно меняет орбиту и сталкивается с другими искусственными объектами, которые находится на своих орбитах. Гипотетически это может буквально за несколько дней оставить человечество полностью без связи.

Сейчас на орбитах существует не менее 20 тыс. объектов крупного космического мусора, столкновение с которым приведет к полному разрушению спутника и любого космического аппарата.

Еще одной опасностью эксперты считают развитие проектов по покрытию интернетом всей Земли. Например, проект Starlink Илона Маска подразумевает запуск 12 тыс. новых спутников для раздачи интернета по всей Земле. Сейчас компания уже запустила 60 тестовых устройств. Запущенные аппараты будут работать на высоте 550 км. Каждый спутник оснащен собственным двигателем, который позволит им корректировать орбиту в случае необходимости.

Даже если в течение десяти лет хотя бы 30% этих спутников придут в негодность, на орбите появятся еще 4 тыс. объектов космического мусора.

Важно, что на околоземных орбитах также постоянно происходит так называемый эффект Кесслера, когда одни кусочки мусора постоянно сталкиваются с другими, что приводит к абсолютно неконтролируемому делению этих объектов. Согласно математическим расчетам, столкновение двух космических частей мусора приводит в среднем к появлению еще шести-семи небольших объектов.

Кроме того, некоторые крупные космические объекты, у которых полностью истекает срок эксплуатации, взрываются с надеждой, что в дальнейшем эти небольшие обломки притянутся атмосферой Земли и сгорят в ней. Однако существуют десятки примеров, когда куски мусора оставались на орбитах, как в случае столкновения двух искусственных спутников «Космос-2251» и Iridium 339 в феврале 2009 года или тестирования Индией своих противоспутниковых пушек в марте 2019 года.

Столкновение спутников «Космос-2251» и Iridium 339

На сегодняшний день пока не существует действующих технологий для борьбы с космическим мусором, кроме отправки спутников на орбиты захоронений, где бы они фиксировано вращались вокруг Земли.

Множество стартапов и национальных космических агентств разрабатывают собственные системы для уничтожения космического мусора. Инженеры из Университета Карлоса III в Мадриде недавно предложили новый способ деорбитальной работы спутников. Ученые предлагают оборудовать их лентами, которые будут отражать солнечный свет и позволят вырабатывать электричество для питания резервных двигателей. Это, в свою очередь, позволит бороться с космическим мусором и увеличить срок их эксплуатации. Хотя бы в качестве устройств для отталкивания мусора от орбиты Земли.

В феврале 2019 года британский спутник RemoveDEBRIS впервые в истории с помощью гарпуна и сети поймал искусственный космический мусор на низкой околоземной орбите.