Супутникова ера

Освоєння космосу розпочалося 4 жовтня 1957 року запуском ще у Радянському Союзі “Супутника-1”, першого штучного тіла на навколоземній орбіті. Навіть якщо перший супутник був здатний лише передавати сигнали “біп-біп”, все ж саме він проклав шлях на орбіту Землі. Відтоді було запущено понад 4 тисячі супутників, які виконували чи виконують безліч завдань. Деякі з них збирають відомості про Землю для вивчення її ресурсів, метеорологічного прогнозування чи військової розвідки, ще деякі досліджують космос із допомогою спеціальних телескопів. Багато супутників використовується для передачі по всьому світі телефонних та телевізійних сигналів, трохи менше — з метою трансляції точних сигналів для потреб навігації. Серед найбільших супутників — орбітальні станції та космічні кораблі, які забезпечують зв’язок між цими станціями та Землею.

Залежно від свого різноманітного призначення супутники виводяться на різні орбіти. З найменшими зусиллями досягається та орбіта, яка лежить найближче до Землі й міститься у площині екватора при русі супутника в напрямку з заходу на схід. Що нижча орбіта, то менше енергії потрібно для виходу на неї. А при запуску супутника в напрямку на схід використовується додаткова швидкість від обертання планети з заходу на схід.

НИЗЬКООРБІТНІ СУПУТНИКИ ЗЕМЛІ

З огляду на велику вагу космічні кораблі з екіпажами чи з вантажами майже завжди виводяться на низькі навколоземні орбіти. Це стосується, зокрема, американських “шатлів”, які літають на висоті приблизно 200 км, та радянської, тепер вже російської космічної станції “Мир”, яка міститься на 100 км вище. Безпілотний важкий корабель із космічним телескопом “Hubble” перебуває на аналогічній орбіті. Він досліджує світло найвіддаленіших космічних об’єктів без перешкод, створюваних забрудненням земної атмосфери. Хоч, на жаль, основне дзеркало телескопа пошкоджене, він і далі надсилає на Землю зображення, далеко виразніші за зображення, що їх дають наземні телескопи.

Хоч вийти на низьку навколоземну орбіту досить легко, не обходиться без проблем. Земна атмосфера не уривається раптово на висоті 200 км, звідки, як часом помилково кажуть, “розпочинається космос”. Деякі розріджені гази досягають значно більшої висоти, з набором її стаючи ще більш розрідженими. Отож американські “шатли” та станція “Мир” мандрують у просторі серед решток земної атмосфери. Внаслідок цього вони помалу втрачають орбітальну енергію і поволі спускаються по спіралі на Землю.

У випадку з космічним “шатлом” це не має особливого значення, бо він перебуває на орбіті лише кілька днів. Зате космонавти на борту станції “Мир” мають час від часу вмикати ракетні двигуни, щоб компенсувати втрату орбітальної енергії. Американській космічній лабораторії “Скайлаб” випало стати однією з сенсаційних жертв атмосферного тертя. Її було виведено на орбіту заввишки 435 км у 1973 році. Незважаючи на відносно високу “низьку навколоземну орбіту”, протягом шести років корабель, на борту якого не було людей, так наблизився до Землі, що згорів у низьких шарах атмосфери, розсіявши палаючі уламки над Західною Австралією.

Один вид супутників регулярно грається з вогнем, обертаючись по дуже низькій орбіті. Це — “супутники-шпигуни”, які мають завдання вести військову розвідку. Загалом вони розміщуються на еліптичній орбіті з перигеєм у 200 км, а то й менше. На цій відносно невеликій висоті бортова апаратура для спостережень може розрізняти деталі й предмети завбільшки в кілька метрів. Супутники-шпигуни запускаються по орбіті “північ-південь” і літають майже над полюсами, що дозволяє їм стежити за всією планетою. Так само на “полярні” орбіти виводяться й супутники, які досліджують Землю, зокрема, її ресурси.

Першопрохідником у цій галузі був американський супутник “Лендсат-1”, запущений у 1972 році. Його апаратура для спостережень та датчики в інфрачервоному діапазоні відразу довели свою корисність у спостереженнях за сільськогосподарськими культурами, лісами, випадками природного лиха (такими, наприклад, як навали сарани) та зонами занечищення. Супутники цього типу також допомагають геологам, відкриваючи їм геологічні структури, які можуть містити в собі такі цінні ресурси, як нафта, мінерали або воду, цей неоціненний ресурс для пустель.

До працьовитої родини супутників серії “Лендсат” долучився ще й рід французьких супутників “СПОТ”, які мають зір ще гостріший. Аби уникнути тертя об атмосферу, їх виводять відповідно на орбіти заввишки 700 і 800 км. Високочутливі фотокамери супутників “СПОТ” можуть бачити навіть приватні будинки в межах смуги завширшки 117 км, яку вони покривають за один проліт. А за 26 днів із таких фрагментів утворюється картина поверхні всієї планети.

Спостережні супутники Землі можуть використовувати два види датчиків. Найпростіший — пасивні датчики; вони просто реєструють радіацію, що її випромінює Земля. Йдеться не тільки про видиме світло, а й, що головне, — про інфрачервоний діапазон, чиї промені несуть куди багатшу інформацію. Різні типи рослинності та скельної породи віддзеркалюють інфрачервоні промені по-різному, внаслідок чого “Лендсат” одержав разючі результати, особливо в царині сільського господарства та розвідок мінеральної сировини.

Деякі супутники мають на борту активні датчики. Вони випромінюють радіохвилі, загалом у короткохвильовому діапазоні, а потім вивчають спосіб, у який ті віддзеркалюються від поверхні Землі. Простий радар може прояснити обриси земної поверхні, над якою пролітає супутник, та навіть невидимі структури, скажімо, під піском у пустелі. Використовуючи активні датчики, супутник “Сісат” досліджує поверхню океану.

На полярних орбітах літають також супутники, призначені для спостережень за небом. Зорієнтовані в цьому напрямку, вони ловлять космічне випромінювання, неспроможне подолати екран атмосфери, а отже, недосяжне для телескопів , розміщених на рівні моря. Серед тих супутників, що зібрали найбагатший «урожай», можна назвати інфрачервоний Астрономічний супутник, який у 1983 році відкрив півмільйона нових зірок та галактик, а також відомий супутник “КОБЕ” (Cosmic Background Explorer), який дав підтвердження теорії початкового вибуху.

НА ВИСОКИХ ОРБІТАХ

Навігаційні супутники мають спостерігатися з найвіддаленіших точок земної поверхні, тож запускаються вони на досить високі орбіти. 24 супутники “Навстар”, які утворюють Global Positioning System (Всесвітня мережа місцезнаходження), обертаються по полярній орбіті заввишки 20200 км під кутом 55 градусів до екватора. Для будь-якої точки земної поверхні і в будь-який час над обрієм висять три чи більше супутників. Використовуючи сигнали супутника, приймач може автоматично визначити місце свого перебування з точністю до 30 метрів, а то й точніше. Ця система призначена як для цивільного, так і для військового використання; вона подає неоціненну допомогу як одинакам-мореплавцям на яхтах, так і військовим, як це було в іракській пустелі, де в 1991 році розгорнувся театр воєнних дій під час “війни в затоці”.

У 60-х роках тодішній Радянський Союз також розпочав програму супутників зв’язку, виведених на високі кутові орбіти. Однак замість круглих орбіт супутники серії “Молния” пересувалися по довгих вузьких овальних орбітах. У своєму перигеї (найнижча точка орбіти) супутник “Молния” пролітав на висоті 500 км над поверхнею, а в апогеї (найвища точка) віддалявся від землі на 40 тисяч кілометрів. На такій висоті супутник рухався дуже повільно, й наземні станції мали нагоду тримати його в полі зору протягом багатьох годин.

Час, що його витрачає супутник для оберту по своїй орбіті, залежить від єдиного чинника, а саме — від пересічної відстані супутника від Землі. Чим далі супутник від Землі, тим довше триває його повний оберт. Космічні “шатли” та станція “Мир”, як і всі інші об’єкти на низьких навколоземних орбітах, мають період обертання 90 хвилин. Пересічна відстань супутників “Навстар” та “Молния” від Землі — 20200 км, тож обидва типи супутників мають однаковий період обертання, що дорівнює 12 годинам.

АНТЕНА ЗАВВИШКИ 36 ТИСЯЧ КМ

Супутник, розміщений на висоті 35880 км, має період обертання 24 години. Якщо він обертається над Землею у площині екватора по коловій орбіті, то пересувається точнісінько з тією самою швидкістю, що й планета, яку він облітає. Внаслідок цього здається, ніби супутник нерухомо завис над однією й тією самою точкою екватора.

Ще у 1945 році письменник-фантаст Артур Кларк зазначив, що супутник на такій “геостаціонарній орбіті” матиме ідеальне положення для транслювання радіосигналів навколо світу, бо, розміщений на вершку невидимої антени заввишки 36 км, він стане видимим майже для половини Землі. Кларк зрозумів, що трьох супутників, розміщених на орбіті через рівні інтервали, досить для того, щоб передавати сигнали з будь-якої точки Землі до будь-якої іншої точки на земній поверхні.

Відтоді передача через супутники міжконтинентальних телефонних розмов та телевізійних програм стала звичайною річчю. Потреба в цьому велика, тож на геостаціонарній орбіті маємо нині багато десятків супутників, які уловлюють сигнали передавача з якогось континенту, посилюють їх і передають на потужну приймальну антену в будь-якій частині світу.

Протягом останніх років з’явився інший вид трансляцій із супутників на геостаціонарній орбіті, це — те, що ми вже звично називаємо “супутниковим телебаченням”. Супутник прямого телебачення також приймає сигнали з Землі й відсилає їх на Землю, та при цьому передає такий потужний сигнал, що його можна приймати з допомогою маленької параболічної антени, сполученої з телевізором. Передавачі на супутнику мають конструкцію, що дає їм змогу покривати якусь певну обмежену поверхню Землі, тоді телевізійні програми прийматимуться лише телевізорами в цій вузькій зоні.

Так само обертаються по замкненому уявному колу над екватором супутники, призначення яких — тримати в полі зору всю планету. Серед них — військові супутники, які підслуховують електронний зв’язок інших держав чи вишукують плями інфрачервоного випромінювання (тепло) від запуску ракет. З півдесятка інших супутників, у тому числі європейський “Метеосат”, спостерігають кліматичні умови по всій Землі, в такий спосіб доповнюючи метеорологічні відомості, одержані з супутників на низьких полярних орбітах, на кшталт американських супутників серії «Тірос».

Далі буде.

Автор: Найджел Хенбест.