Искусственные спутник земли их польза
Для чего нужен спутник? Спутником называется любое небесное тело, которое вращается вокруг другого тела.
Однако чаще всего имеется в виду искусственный спутник, который находится на орбите вокруг Земли и собирает и передает данные.
Искусственный спутник может служить многим целям. Спутники, исследующие из космоса облака, ветры и температуру атмосферы, используются метеорологами для прогнозов погоды.
Спутники используются в военных целях, чтобы следить за зонами боевых действий, отслеживать запуски ракет и ядерные испытания, производить разведывательную деятельность за другими странами и засекать приближающиеся объекты, например метеориты.
Спутники ретранслируют между континентами телевизионные программы и телефонные переговоры.
Первый спутник глобальной системы навигации и определения местоположения (GPS) был запущен 22 ноября 1978 г., и сегодня GPS является стандартным инструментом навигации, который применяется в военном деле, в науке и промышленности.
Спутники используются и в астрономических целях, например для изучения других планет и для исследования взаимодействий между Солнцем и Землей.
Без спутников – как без рук
С того дня, когда был запущен первый искусственный спутник Земли, на околоземные орбиты были выведены тысячи космических беспилотных аппаратов. И сегодня земляне без них уже не могут обойтись.
Спутники используются для научных исследований, осуществляют связь между разными континентами, помогают кораблям, самолетам и даже обычным автомобилям находить дорогу, ищут полезные ископаемые. Ими пользуются военные, астрономы, метеорологи, создатели новых лекарств и многие другие специалисты.
В наши дни с помощью навигационных спутников в любой точке земного шара корабли, самолеты, автомобили и даже отдельные люди могут в любое мгновение определять свое местоположение и даже скорость, с которой они двигаются. Для этого используются 24 спутника, вращающиеся вокруг Земли на высоте 20 тысяч километров.
Точнее не бывает
Другая задача у спутников, вращающихся на низких орбитах и оборудованных приборами для сверхточной фото- и видеосъемки земной поверхности.
За последние десятилетия они позволили создать самые точные и подробные карты поверхности Земли, на которых видны детали размером меньше одного метра. Стали ненужными длительные и дорогостоящие экспедиции картографов.
Погода на завтра
Метеорологические спутники бдительно следят из космоса за всеми изменениями погоды на планете. С их помощью составляют метеорологические карты, предсказывают погоду, предупреждают суда и самолеты о штормах и ураганах, изучают изменения климата.
Как «подвесить» спутник
Вращаться вокруг Земли спутники могут на разных высотах, но не ниже 150 км над поверхностью планеты. На такой высоте атмосфера тормозит движение космического аппарата, и срок его «жизни» сокращается.
Особое значение имеют спутники, которые выводят на очень высокие орбиты – так, что они совершают один оборот вокруг Земли за то же время, что и сама Земля.
Спутник при этом как бы постоянно «висит» на огромной высоте над одной точкой земной поверхности. Эти спутники называют «геостационарами».
Источник
Архив БРЭ
Макет первого искусственного спутника Земли.
ИСКУ́ССТВЕННЫЙ СПУ́ТНИК ЗЕМЛИ́ (ИСЗ), космич. аппарат, выведенный на орбиту вокруг Земли и совершивший не менее одного оборота. Запуск первого ИСЗ осуществлён 4.10.1957 в СССР; 1.2.1958 на орбиту выведен первый амер. ИСЗ «Эксплорер-1», позднее самостоятельные запуски ИСЗ произвели др. страны: 26.11.1965 – Франция (спутник «А-1»), 11.2.1970 – Япония («Осуми»), 24.4.1970 – КНР («Чайна-1»), 28.10.1971 – Великобритания («Просперо»), 18.7.1980 – Индия («Рохини»).
ИСЗ выводятся на орбиты с помощью ракет-носителей (РН). Путь от старта до некоторой расчётной точки в пространстве, который РН преодолевает благодаря тяге, развиваемой ракетными двигателями, называется траекторией выведения ИСЗ на орбиту или активным участком движения РН и составляет обычно от нескольких сотен до десятков тысяч км. После достижения РН в конце активного участка расчётной скорости (по значению и направлению) работа ракетных двигателей (РД) прекращается (т. н. точка выведения ИСЗ на орбиту). ИСЗ автоматически отделяется от последней ступени РН и начинает движение по некоторой орбите относительно Земли, становясь искусств. небесным телом. Его движение определяется пассивными (притяжение Земли, а также Луны, Солнца и др. планет, сопротивление земной атмосферы и др.) и активными (управляющими) силами, если на борту ИСЗ установлены РД. Вид начальной орбиты ИСЗ относительно Земли зависит целиком от его положения, значения и направления вектора скорости в момент выхода ИСЗ на орбиту и рассчитывается с помощью методов небесной механики.
В первом приближении орбита ИСЗ представляет собой эллипс с одним из фокусов в центре Земли (в частном случае – окружность), сохраняющий неизменную ориентацию в пространстве. Существует неск. классич. орбит, на которых функционируют спутники: полярные или приполярные (движение спутника происходит в плоскостях, проходящих по направлениям северный – южный полюсы Земли); высокоэллиптические (движение спутника происходит по эллипсу, в одном из фокусов которого расположен центр Земли; напр., орбиты ИСЗ серии «Молния» с высотой перигея 300-600 км, апогея – 42000 км); геостационарная, проходящая в плоскости экватора, высотой 35800 км от поверхности Земли (спутник на этой орбите «висит» неподвижно над одной точкой экватора; см. Стационарный искусственный спутник Земли); наклонные круговые (напр., орбиты навигационных спутников высотой 20000 км от поверхности Земли и наклоном к плоскости экватора 65°).
Орбита, на которую выводится ИСЗ ракетой-носителем, иногда бывает лишь промежуточной. В этом случае на борту ИСЗ имеются РД, которые включаются в определённые моменты на короткое время по команде с Земли, сообщая ИСЗ дополнит. скорость. В результате ИСЗ переходит на другую орбиту. Межпланетные космич. аппараты выводятся обычно сначала на орбиту спутника Земли, а затем переводятся непосредственно на траекторию полёта к планетам.
Контроль движения ИСЗ осуществляется путём наблюдения со спец. наземных станций. С кон. 20 в. отрабатываются алгоритмы и приборы, позволяющие с нужной точностью определять параметры орбиты по данным с космич. навигац. систем ГЛОНАСС (РФ) и GPS (США) (см. Спутниковая система позиционирования). По результатам таких наблюдений уточняются элементы орбит спутников и вычисляются эфемериды для предстоящих наблюдений, в т. ч. для решения разл. научно-прикладных задач.
ИСЗ состоит из двух типов оборудования: т. н. полезной нагрузки, включающей аппаратуру, разл. науч. приборы и др., которые предназначены для решения целевых задач спутника; т. н. платформы, обеспечивающие нормальное функционирование ИСЗ на орбите. В состав платформы входят: система энергоснабжения, состоящая из источника энергии (как правило, солнечных батарей, химич. источников тока, однако могут использоваться и изотопные генераторы, и ядерные энергетич. установки), стабилизаторов напряжения и др.; бортовой комплекс управления, обеспечивающий управление служебными системами и полезной нагрузкой, а также контроль их технич. состояния; система ориентации, стабилизации и управления движением, предназначенная для обеспечения ориентации спутника в пространстве (в состав которой могут входить звёздные и солнечные датчики, датчики ИК-излучения Земли, гироскопы, маховики, электромагнитные устройства и др.); система терморегулирования, обеспечивающая тепловой режим бортовой аппаратуры (включающая разл. терморегулирующие покрытия, тепловые трубы, жидкостные подсистемы и др.); двигательные установки, обеспечивающие коррекцию движения спутника и его ориентацию, а также коррекцию высоты орбиты; конструкция спутника (корпус, разл. фасонные опоры и перекладины для плоскостей антенн и др.), обеспечивающая размещение всей аппаратуры.
Передача науч. и др. информации с ИСЗ на Землю производится с помощью радиотелеметрич. систем (как правило, имеющих запоминающие бортовые устройства для регистрации информации в периоды полёта ИСЗ вне зон радиовидимости наземных станций). Некоторые ИСЗ имеют спускаемые аппараты для возвращения на Землю отд. приборов, фотоплёнок, подопытных животных и др.
В зависимости от задач, которые решаются с помощью ИСЗ, их подразделяют на научно-исследовательские и прикладные (на некоторых ИСЗ устанавливается аппаратура, позволяющая решать и н.-и., и прикладные задачи); кроме того, особо выделяют орбитальные космические корабли и обитаемые орбитальные станции.
Научно-исследовательские ИСЗ. Аппаратура, устанавливаемая на борту ИСЗ, а также наблюдения ИСЗ с наземных станций позволяют производить разнообразные геофизич., астрономич., геодезич., биологич. и др. исследования. Орбиты таких ИСЗ разнообразны – от почти круговых на выс. 200-300 км до вытянутых эллиптических с высотой в апогее до 500 тыс. км.
С помощью науч. приборов, установленных на ИСЗ, изучаются нейтральный и ионный состав верхней атмосферы, концентрация частиц и их темп-ра, а также изменения данных параметров. ИСЗ позволили исследовать структуру магнитосферы Земли и характер её обтекания солнечным ветром, а также характеристики самого солнечного ветра (плотность потока и энергию частиц, величину и характер «вмороженного» магнитного поля) и др. недоступные для наземных наблюдений излучения Солнца – УФ и рентгеновское. Ценные для науч. исследований данные доставляют также и некоторые прикладные ИСЗ. Так, результаты наблюдений, выполняемых на метеорологич. ИСЗ, широко используются для разл. геофизич. исследований.
Результаты наблюдений ИСЗ дают возможность с высокой точностью определять возмущения орбит ИСЗ, изменения плотности верхней атмосферы (в связи с разл. проявлением солнечной активности), законы циркуляции атмосферы, структуру гравитационного поля Земли и др. Специально организуемые позиционные и дальномерные синхронные наблюдения спутников (одновременно с нескольких станций) методами спутниковой геодезии позволяют осуществлять геодезич. привязку пунктов, удалённых на тысячи км друг от друга, изучать движение материков и т. п. Наиболее перспективными н.-и. ИСЗ являются космич. обсерватории, изучающие объекты Вселенной, природу и источники космич. вещества, звёзд, галактик и т. д.
Прикладные ИСЗ. К ним относятся спутники, запускаемые для решения тех или иных технич., хозяйственных, воен. задач, напр. ИСЗ связные, метеорологич., навигационные, ИСЗ для исследования земных ресурсов, спутники технич. назначения (для исследования воздействия космич. условий на материалы, для испытаний и отработки бортовых систем).
Связные ИСЗ (спутники связи) служат для обеспечения ТВ-передач, радиотелефонной, телеграфной и др. видов связи, между наземными станциями, расположенными друг от друга на расстояниях до 10-15 тыс. км. Бортовая радиоаппаратура таких ИСЗ принимает сигналы наземных радиостанций, усиливает их и ретранслирует на другие наземные радиостанции. В нач. 21 в. широкое применение находят ИСЗ, обеспечивающие предоставление информац. услуг (в т. ч. услуг Интернета, цифровое телерадиовещание) огромной сети простых приёмо-передающих устройств индивидуальных потребителей.
Метеорологические искусственные спутники Земли предназначены для регулярной передачи на наземные станции ТВ-изображений облачного, снегового и ледового покровов Земли, сведений о тепловом излучении земной поверхности и облаков и т. п. ИСЗ этого типа запускаются на орбиты, близкие к круговым, с высотой от 500-600 км до 1200-1500 км. Проводятся эксперименты по проведению глобальных метеорологич. наблюдений с высот, достигающих 40 тыс. км.
Навигационные ИСЗ (напр., системы ГЛОНАСС), функционирование которых поддерживается спец. наземной системой обеспечения, служат для навигации самолётов, кораблей, автотранспорта, туристов, геологов, контроля местоположения перевозимых грузов и др. Потребитель, принимая радиосигналы и определяя своё положение относительно ИСЗ (координаты которого на орбите в каждый момент известны с высокой точностью), устанавливает своё местоположение.
Широко применяются спутники для исследования природных ресурсов Земли (дистанционного зондирования Земли). Наряду с метеорологич., океанографич. и гидрологич. наблюдениями такие ИСЗ позволяют получать оперативную информацию, необходимую для геологии, с. х-ва, рыбного промысла, лесного хозяйства, контроля загрязнений природной среды, землепользования и землеустройства, контроля противоправных действий и др.
Источник
Определение понятия
Искусственными спутниками называют космические летательные устройства, вращающиеся вокруг планеты по геометрической орбите. Для стабильного движения такой объект должен иметь такую начальную скорость, чтобы она равнялась или была больше первой космической. Высота полёта может колебаться в пределах двух-трех сотен тысяч км. А ее нижняя граница обусловлена тем, что спутник не должен быстро тормозить при попадании в атмосферу.
Период его обращения по орбите связан со средней высотой полета. В разных случаях он может составлять от полутора часов до нескольких лет. Особое значение имеют объекты, находящиеся на геостационарной орбите. У них период обращения равен суткам. Но для наземного наблюдателя они выглядят так, словно неподвижно висят в небе. А это позволяет не устанавливать поворотное устройство в антеннах.
Кратко говоря, спутниками являются беспилотные космические аппараты. Но они бывают и пилотируемыми, и автоматическими грузовыми. А также к этому понятию относятся орбитальные станции. Всё зависит от того, как именно был запущен объект.
Автоматические межпланетные станции и космические корабли могут попадать в пространство, минуя некоторые стадии запуска. Но если аппарат предварительно выводят на опорную орбиту, то он уже считается спутником.
Естественные спутники
В отличие от искусственных, естественными спутниками называются космические тела природного происхождения, которые вращаются вокруг планет. Ученые долгое время исследовали эти объекты. В результате сформировались две разные теории:
- планетное происхождение;
- астероидное.
В первом варианте от планеты откалывались большие куски, которые затем вращались вокруг неё. Под воздействием внешних сил они постепенно приобретали форму шара. Согласно второй теории, планеты притягивали астероиды. Делали они это с помощью своей гравитационной силы. Постепенно объекты начинали двигаться по орбите этой планеты и также приобретали круглую форму.
У Земли есть только один естественный спутник – Луна. Об этом стоит рассказать в реферате или сообщении на тему космических объектов. Ученым удалось выяснить, что составы планеты и спутника имеют одинаковые химические соединения. На основе этого они выдвинули предположение, что Луна раньше была частью Земли. Хотя ещё в 19 и 20 веках астрономы считали, что у нашей планеты есть несколько спутников. Но затем им удалось установить, что Луна является единственной.
Варианты запуска
В самом начале освоения космоса спутники запускали только с помощью ракет-носителей. Но в конце ХХ века распространился и другой вариант, когда их отправляли в пространство с орбитальных станций или кораблей. Существуют и другие способы выведения устройств, но пока они развиты только в теории:
- МТКК-самолеты;
- лифты;
- пушки.
Спустя некоторое время люди научились запускать больше одного спутника с одной ракеты-носителя. А уже 2013 году они смогли вывести в космос одновременно три десятка объектов. В результате некоторых экспериментов последние ступени носителей также вышли на орбиту, на какое-то время и они стали спутниками.
Но у беспилотных объектов довольно разнообразная масса: от 3−5 кг до 20 т. Отличается и размер, он может колебаться от нескольких сантиметров до десятков метров. Космические корабли и космопланы считаются спутниками, они имеют большие габариты. Но самыми огромными являются сборные орбитальные станции.
В 21 веке благодаря развитию нанотехнологий специалисты смогли создать сверхмалые объекты нового формата – кубсат и покеткуб. Большинство аппаратов невозвратные, но некоторые из них могут частично опускаться на планету. Среди таких выделяют пилотируемые и грузовые корабли, спускаемые аппараты, космопланы. Все современные спутники Земли необходимы для научных исследований, а также для образования. В качестве хобби некоторые астрономы-любители запускают радиообъекты.
В начале космической эры этой работой занимались только государственные организации, но сегодня широкое распространение получили аппараты частных компаний.
Известные виды
Спутники делятся на группы в зависимости от их назначения. Некоторые используются для исследования планет, другие предназначены для проведения научных экспериментов. Существует довольно большой список искусственных спутников земли, их можно разделить на виды:
- астрономические;
- биологические;
- метеорологические;
- малые;
- прикладные;
- военные;
- навигационные;
- космические станции и корабли.
Астрономические аппараты предназначены для исследования галактик, планет и других объектов. Биологический тип необходим для изучения и проведения научных экспериментов над живыми организмами в космических условиях. Есть ещё спутники дистанционного зондирования земли – они позволяют ученым наблюдать за поверхностью планеты и делать её снимки.
С помощью метеорологических объектов можно предсказывать погоду и исследовать изменения климата. Военные аппараты используются в целях обеспечения разведывательной деятельности. А спутник связи позволяет реконструировать радиосигнал между разными точками на поверхности Земли. Прикладные помогают решать технические и хозяйственные задачи. Навигационный тип позволяет определить местоположение водных, наземных и воздушных объектов. Корабли и станции предназначены для выхода человека в открытое космическое пространство.
Исторические сведения
Искусственные спутники запускались более чем 70 разными государствами, их разрабатывали отдельные компании. Вылет осуществлялся с помощью собственных ракет-носителей и предоставляемых пусковых аппаратов из других стран. Финансированием этих экспериментов занимались государственные и частные организации.
Первый в мире искусственный объект был запущен в космос 4 октября 1957 года из СССР. А далее список искусственных спутников Земли только расширялся:
- советский Спутник-1;
- американский Explorer-1;
- французский Астерикс;
- британский Ариэль-1;
- японский Осуми;
- итальянский Сан-Марко-1.
Начиная с 1957 года и до сегодняшнего дня в космос было запущено около 17 000 устройств. Большая часть принадлежит бывшему Советскому Союзу. Но действующих аппаратов в настоящее время гораздо меньше. Хотя некоторые государства только планируют запустить свои первые объекты. К таким странам относятся Армения, Иордания, Демократическая Республика Конго, Молдавия, Парагвай, Сербия, Узбекистан, Хорватия и Эфиопия, а также небольшие государства Азии, Африки и Ближнего Востока.
Такое огромное количество спутников в космосе привело к некоторым проблемам. В 2009 году впервые в истории произошло столкновение объектов. В контакт вступили российский военный аппарат и американский связной. Проблема заключалась в том, что спутник РФ был выведен на орбиту в 1994 году, но в 1996 его списали. Столкновение произошло над северной частью Сибири. В результате образовалось два огромных облака из мелких фрагментов и обломков.
Интересные факты
В краткий реферат или рассказ о проекте искусственных спутников Земли можно включить интересные факты, связанные с космическими аппаратами. Все объекты программируют таким образом, чтобы избежать столкновения с метеоритами. В истории известен только один случай, когда устройство было уничтожено космическим телом.
Благодаря изображениям с высоким разрешением, полученным с помощью аппарата, исследовательница Сара Паркак вместе со своей командой смогла обнаружить в Египте 17 пирамид и тысячу гробниц. С тех пор ученые стараются привлечь больше сотрудников к космической археологии, чтобы предотвратить расхищение древних городов, которые еще не стали известными.
В 2007 году Китай проводил тестирование ракетного оружия. Случайно испытатели сбили собственный спутник, и он разлетелся более чем гп 2000 осколков космического мусора. Все фрагменты попали на непредсказуемые орбиты. Поэтому за ними приходится следить, в противном случае они могут столкнуться с действующими устройствами.
Первые американские разведывательные аппараты фотографировали Землю из космоса и сбрасывали кассеты в пленочных капсулах прямо в атмосферу. А в воздухе их подбирал самолёт и доставлял материалы в лаборатории.
Над Бразилией есть огромная территория с очень слабым магнитным полем. Из-за этого организации НАСА приходится выключать питание спутников, которые проходят над этой областью. Великобритания сегодня остается единственной страной, успешно разработавшей техническую возможность запуска аппаратов, но забросившей её.
Таким образом, искусственные устройства предназначены для решения технических и хозяйственных задач, исследования космоса и поверхности планеты, а также улучшения качества образования. Государственные и частные организации годами работают над созданием новых спутников, чтобы затем вывести их на орбиту.
Источник