Космічні зонди

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Деякі автоматичні космічні кораблі вирушили чимдалі від Місяця для дослідження того, що за термінологією NASA називається “глибоким космосом”. Подолавши межі земного тяжіння, вони перестають бути супутниками нашої планети. І тоді їх іменують космічними зондами.

Тільки-но вони полишають нашу планету, як на них починає впливати переважно сила гравітаційного поля Сонця. Космічні зонди стають крихітними планетами, які на кшталт Землі чи Юпітера обертаються навколо Сонця. Засаднича відмінність полягає в тому, що вони пересуваються по дуже видовженій траєкторії, яка дозволяє їм прямувати від Землі до іншої планети чи, як це було із зондом “Джіото” в 1986 році, перехоплювати траєкторію якоїсь комети. Новочасні космічні кораблі пролітали поблизу всіх планет, за винятком Плутона, а деякі навіть “приземлилися” на Венері та Марсі. Четверо з них («Пайонір» 10 та 11, «Вояджер»-1 та 2) нині віддаляються від Сонця на такій швидкості, що зможуть подолати гравітаційне тяжіння цієї зірки і вийдуть за межі сонячної системи.

Всі космічні кораблі — як супутники, так і зонди — потребують певного обов’язкового обладнання. Насамперед ідеться про систему стабілізації, оскільки без неї корабель найчастіше рухається безладно. Найпростіший спосіб стабілізувати космічний корабель — це зробити його у формі циліндра і примусити обертатися навколо вісі цього циліндра. Так само, як і в гіроскопі, вісь буде завжди скерована в одному й тому самому напрямку. Більшість супутників — гіроскопів мають на борту камеру (або антену зв’язку), націлену в якомусь напрямку (найчастіше — в бік Землі) чи навіть на якусь певну наземну станцію. Аби ці інструменти не крутилися вкупі з супутником, їх встановлюють на платформі, яка з допомогою мотора обертається в бік, протилежний напрямкові обертання всього супутника, внаслідок чого “протиобертова” платформа займає в просторі постійну позицію.

Та найчастіше складні космічні кораблі не обертаються навколо своєї вісі. Їх утримує у правильному положенні система “тривісьової стабілізації”, яка корегує небажані відхилення різними засобами.

У більшості супутників використовується комбінація з малих ракетних двигунів, гіроскопічних пристроїв всередині корабля та великих електромагнітів, які відштовхуються від магнітного поля Землі. Всі ці пристрої можуть також повертати космічний корабель у потрібному напрямку залежно від обставин, як, наприклад, у випадку з космічним телескопом “Hubble”, який має змінювати свою орієнтацію для спостережень за різними космічними тілами.

Не менш важливим є енергопостачання. Майже всі космічні кораблі живляться від сонячної енергії, перетвореної на електроенергію з допомогою фотоелементів. На супутниках у формі циліндра, що обертається навколо своєї вісі, фотоелементи вкривають всю їхню поверхню. На супутниках із тривісьовою стабілізацією фотоелементи найчастіше розміщуються на широких пласких панелях, припасованих до корпуса. Ці панелі під час запуску супутника згорнеш в сувій, вони розгортаються лише після виведення на орбіту.

Космічні пілотовані кораблі споживають більше електрики, тож частенько тут використовуються паливні батареї, де кисень та водень у газоподібному стані вступають між собою в реакцію і виділяють електрику та ще й воду, що також корисно. У супутниках-шпигунах із радарними системами, ласими до електрики, використовуються малі ядерні реактори, хоч вони й становлять певний ризик у разі падіння супутника на Землю. Космічні зонди, що летять до Юпітера чи ще далі, також мають на борту малі ядерні реактори, оскільки в цих відлеглих краях сонячне світло надто слабке для фотоелементів.

Творці космічної техніки знають, що кожен додатковий кілограм ваги, який треба заслати в космос, обходиться дуже дорого — приблизно у 20 тисяч доларів на геостаціонарній орбіті. Тож вони використовують такі міцні й легкі матеріали, як вуглецеві волокна та титан. Конструктори мають також вважати на те, що бортове обладнання має зберігатися при потрібній температурі, навіть коли один бік супутника розпечений Сонцем, а другий — крижаний від космічної холоднечі.

Освоєння космосу за наведеним зразком триватиме й далі. Дедалі зростатиме кількість і потужність супутників зв’язку (от компанія Гугл навіть хоче запускати через супутники безкоштовний інтернет). У рямках амбіційної програми “Місія до планети Земля” нашу планету та її атмосферу вивчатимуть американські, європейські, російські та японські супутники. Вони спостерігатимуть природний стан Землі і матимуть завдання визначити, як людська діяльність породжує парниковий ефект та і озонові дірки, а також іншу шкоду для довкілля.

Автор: Найджел Хенбест.