Космические аппараты во всем своем многообразии - одновременно гордость и забота человечества. Их созданию предшествовала многовековая история развития науки и техники. Космическая эра, позволившая людям со стороны взглянуть на мир, в котором они живут, вознесла нас на новую ступень развития. Ракета в космосе сегодня - это не мечта, а предмет забот высококлассных специалистов, перед которыми стоят задачи по усовершенствованию существующих технологий. О том, какие виды космических аппаратов выделяют и чем они друг от друга отличаются, пойдет речь в статье.

Определение

Космические аппараты - обобщенное название для любых устройств, предназначенных для работы в условиях космоса. Есть несколько вариантов их классификации. В самом простом случае выделяют космические аппараты пилотируемые и автоматические. Первые, в свою очередь, подразделяются на космические корабли и станции. Различные по своим возможностям и назначению, они сходны во многом по строению и используемому оборудованию.

Особенности полета

Любой космический аппарат после старта проходит через три основных стадии: выведение на орбиту, собственно полет и посадка. Первый этап предполагает развитие аппаратом скорости, необходимой для выхода в космическое пространство. Для того чтобы попасть на орбиту, ее значение должно быть 7,9 км/с. Полное преодоление земного притяжения предполагает развитие второй равной 11,2 км/с. Именно так движется ракета в космосе, когда ее целью являются удаленные участки пространства Вселенной.

После освобождения от притяжения следует второй этап. В процессе орбитального полета движение космических аппаратов происходит по инерции, за счет приданного им ускорения. Наконец, стадия посадки предполагает снижение скорости корабля, спутника или станции практически до нуля.

«Начинка»

Каждый космический аппарат оснащается оборудованием под стать тем задачам, которые он призван решить. Однако основное расхождение связано с так называемым целевым оборудованием, необходимым как раз для получения данных и различных научных исследований. В остальном оснащение у космических аппаратов схоже. В него входят следующие системы:

• энергообеспечение - чаще всего снабжают космические аппараты необходимой энергией солнечные или радиоизотопные батареи, химические аккумуляторы, ядерные реакторы;
• связь - осуществляется при использовании радиоволнового сигнала, при существенном удалении от Земли особенно важным становится точное наведение антенны;
• жизнеобеспечение - система характерна для пилотируемых космических аппаратов, благодаря ей становится возможным пребывание людей на борту;
• ориентация - как и любые другие корабли, космические оснащены оборудованием для постоянного определения собственного положения в пространстве;
• движение - двигатели космических аппаратов позволяют вносить изменения в скорость полета, а также в его направление.

Классификация

Один из основных критериев для разделения космических аппаратов на типы - это режим работы, определяющий их возможности. По данному признаку выделяют аппараты:

• размещающиеся на геоцентрической орбите, или искусственные спутники Земли;
• те, целью которых является изучение удаленных участков космоса, - автоматические межпланетные станции;
• используемые для доставки людей или необходимого груза на орбиту нашей планеты, называются они космическими кораблями, могут быть автоматическими или же пилотируемыми;
• созданные для пребывания людей в космосе на протяжении длительного периода, - это ;
• занимающиеся доставкой людей и грузов с орбиты на поверхность планеты, они называются спускаемыми;
• способные исследовать планету, непосредственно располагаясь на ее поверхности, и передвигаться по ней, - это планетоходы.

Остановимся подробнее на некоторых типах.

ИСЗ (искусственные спутники Земли)

Первыми аппаратами, запущенными в космос, были искусственные спутники Земли. Физика и ее законы делают выведение любого подобного устройства на орбиту непростой задачей. Любой аппарат должен преодолеть притяжение планеты и затем не упасть на нее. Для этого спутнику необходимо двигаться с или чуть быстрее. Над нашей планетой выделяют условную нижнюю границу возможного расположения ИСЗ (проходит на высоте 300 км). Более близкое размещение приведет к достаточно быстрому торможению аппарата в условиях атмосферы.

Первоначально только ракеты-носители могли доставлять на орбиту искусственные спутники Земли. Физика, однако, не стоит на месте, и сегодня разрабатываются новые способы. Так, один из часто используемых в последнее время методов - запуск с борта другого спутника. В планах применение и других вариантов.

Орбиты космических аппаратов, вращающихся вокруг Земли, могут пролегать на разной высоте. Естественно, от этого зависит и время, требуемое на один круг. Спутники, период обращения которых равен суткам, размещаются на так называемой Она считается наиболее ценной, поскольку аппараты, находящиеся на ней, для земного наблюдателя кажутся неподвижными, а значит, отсутствует необходимость создания механизмов поворота антенн.

АМС (автоматические межпланетные станции)

Огромное число сведений о различных объектах Солнечной системы ученые получают при помощи космических аппаратов, направляемых за пределы геоцентрической орбиты. Объекты АМС - это и планеты, и астероиды, и кометы, и даже галактики, доступные для наблюдения. Задачи, которые ставятся перед такими аппаратами, требуют огромных знаний и сил от инженеров и исследователей. Миссии АМС представляют собой воплощение технического прогресса и являются одновременно его стимулом.

Пилотируемый космический корабль

Аппараты, созданные для доставки людей к назначенной цели и возвращения их обратно, в технологическом плане ничуть не уступают описанным видам. Именно к этому типу относится «Восток-1», на котором совершил свой полет Юрий Гагарин.

Самая сложная задача для создателей пилотируемого космического корабля - обеспечение безопасности экипажа во время возвращения на Землю. Также значимой частью таких аппаратов является система аварийного спасения, в которой может возникнуть необходимость во время выведения корабля в космос при помощи ракеты-носителя.

Космические аппараты, как и вся космонавтика, непрестанно совершенствуются. В последнее время в СМИ можно было часто видеть сообщения о деятельности зонда «Розетта» и спускаемого аппарата «Филы». Они воплощают все последние достижения в области космического кораблестроения, расчета движения аппарата и так далее. Посадка зонда «Филы» на комету считается событием, сравнимым с полетом Гагарина. Самое интересное, что это не венец возможностей человечества. Нас еще ожидают новые открытия и достижения в плане как освоения космического пространства, так и строения

Искусственные спутники Земли - это летательные космические аппараты, которые выведены на и вращаются вокруг нее по геоцентрической орбите. Они предназначаются для решения прикладных и научных задач. Впервые запуск искусственного спутника Земли произошел 4 октября 1957 года в СССР. Это было первое искусственное небесное тело, которое создали люди. Событие стало возможным благодаря результатам достижений во многих областях ракетной, вычислительной техники, электроники, небесной механики, автоматического управления и прочих разделов науки. Первый ИСЗ дал возможность измерить плотность верхних слоев атмосферы, проверить достоверность теоретических расчетов и основных технических решений, которые применились для вывода ИСЗ на орбиту, исследовать особенности передачи радиосигнала в ионосфере.

Америка запустила свой первый ИСЗ "Эксплорер-1" 1 февраля 1958 года, а затем, чуть позже, произвели запуски и другие страны: Франция, Австралия, Япония, КНР, Великобритания. В области получило широкое распространение сотрудничество между странами всего мира.

Космический аппарат может называться спутником только после совершения им более одного оборота вокруг Земли. А иначе он не регистрируется как спутник и будет именоваться ракетным зондом, который проводил измерения по баллистической траектории.

Спутник считается активным, если на нем установлены радиопередатчики, импульсные лампы, подающие световые сигналы, измерительная аппаратура. Пассивные искусственные спутники Земли зачастую служат для наблюдений с поверхности планеты при выполнении некоторых научных заданий. К ним относятся спутники-баллоны диаметром до нескольких десятков метров.

Искусственные спутники Земли разделяют на прикладные и научно-исследовательские, в зависимости от выполняемых ими задач. Научно-исследовательские предназначены для проведения исследований Земли, космического пространства. Таковыми являются геодезические и геофизические спутники, астрономические орбитальные обсерватории и т.д. Прикладные ИСЗ - это спутники связи, навигационные для исследования ресурсов Земли, технические и др.

Искусственные спутники Земли, созданные для полета человека, носят название «пилотируемые корабли-спутники». ИСЗ на приполярной либо полярной орбите называются полярными, а на экваториальной орбите - экваториальными. Стационарные спутники - это запущенные на экваториальную круговую орбиту ИСЗ, направление движения которых совпадает с вращением Земли, они неподвижно висят над конкретной точкой планеты. Отделяемые от спутников при выводе на орбиту детали, как, например головные обтекатели, являются вторичными орбитальными объектами. Зачастую их называют спутниками, хоть они и движутся вдоль околоземных орбит, и служат преимущественно объектами для наблюдений в научных целях.

С 1957 по 1962 гг. в названии космических объектов указывался год запуска и буква греческого алфавита, соответствующая порядковому номеру запуска в конкретном году, а также арабская цифра - номер объекта, зависящий от его научной значимости или яркости. Но количество запускаемых ИСЗ стремительно росло, потому с 1 января 1963 года они стали обозначаться годом запуска, номером запуска в том же году и буквой латинского алфавита.

Спутники могут быть различными по размерам, конструктивным схемам, массе, составу бортового оборудования, в зависимости от выполняемых задач. Энергопитание аппаратуры почти всех ИСЗ производится посредством солнечных батарей, установленных на внешней части корпуса.

На орбиту ИСЗ выводятся при помощи управляемых автоматически многоступенчатых ракет-носителей. Движение искусственных спутников Земли подчинено пассивным (притяжение планет, сопротивление и т.д.) и активным (в случае, если на спутнике установлен силам.

Вулканическая цепь (снимок из космоса)

Гора Фудзияма в Японии (снимок из космоса)

Олимпийская деревня в Ванкувере (снимок из космоса)

Тайфун (снимок из космоса)

Если ты долго любовался звёздным небом, то, конечно, видел движущуюся яркую звёздочку. Но на самом деле это был спутник - космический корабль, который люди специально вывели на космическую орбиту.

Первый искусственный спутник Земли был запущен Советским Союзом в 1957 году. Это было огромное событие для всего мира, и этот день считают началом космической эры человечества. Сейчас вокруг Земли вращаются около шести тысяч спутников, самых разных по весу и форме. За 56 лет они научились многому.

Например, спутник-связист помогает смотреть телепередачи. Как это происходит? Спутник летает над телестанцией. Начинается передача, и телестанция передает «картинку» спутнику, а тот, как в эстафете, передает её другому спутнику, который летит уже над другим местом земного шара. Второй спутник транслирует изображение третьему, который возвращает «картинку» снова на Землю, на телевизионную станцию, находящуюся за тысячи километров от первой. Таким образом, телепередачи могут смотреть одновременно жители Москвы и Владивостока. По такому же принципу спутники-связисты помогают вести телефонные разговоры, связывают между собой компьютеры.

Спутники также следят за погодой . Летит такой спутник высоко, бури, штормы, грозы, все атмосферные возмущения замечает и передает на Землю. А на Земле синоптики сведения обрабатывают и знают, какая погода ожидается.

Спутники-навигаторы помогают кораблям совершать плавания, ведь система навигации GPS помогает при любой погоде определять,
где они находятся. С помощью GPS-навигаторов, встроенных в мобильные телефоны и автомобильные компьютеры, можно определить своё местонахождение, находить на карте нужные дома и улицы.

Есть также спутники-разведчики . Они фотографируют Землю, а геологи по фотографиям определяют, в каком месте нашей планеты находятся богатые залежи нефти, газа, иных полезных ископаемых.

Научно-исследовательские спутники помогают в проведении научных исследований. Астрономические - исследуют планеты Солнечной системы, галактики и другие космические объекты.

Почему спутники не падают?

Если ты бросишь камень, он полетит, постепенно опускаясь всё ниже, пока не упадет на землю. Если бросить камень сильнее - он упадёт дальше. Как вы знаете, Земля круглая. Можно ли бросить камень так сильно, чтобы он облетел вокруг Земли? Оказывается, можно. Только нужна большая скорость - почти восемь километров в секунду - это в тридцать раз быстрее самолёта. И делать это надо за пределами атмосферы, иначе трение о воздух будет сильно мешать. Зато, если получится это сделать, камень будет летать вокруг Земли сам по себе без остановки.

Спутники запускают на ракетах , которые летят вверх от поверхности Земли. Поднявшись, ракета поворачивает и начинает разгон по боковой орбите. Именно боковое движение удерживает спутники от падения на Землю. Они летают вокруг неё , как и наш придуманный камень!

В современном мире жители нашей планеты уже активно пользуются достижениями космических технологий. Научные спутники , такие, как космический телескоп , демонстрируют нам все величие и необъятность окружающего нас пространства, чудеса, происходящие как в отдаленных уголках Вселенной, так и в ближайшем космосе. Активное использование получили спутники связи , подобные, например, "Гэлакси XI" . С их участием обеспечивается международная и мобильная телефонная связь и, конечно, спутниковое телевидение . Спутники связи играют огромную роль в распространении интернета . Это благодаря им мы имеем возможность с огромной скоростью получить доступ к информации, которая физически расположена на другом конце света, на другом континенте. Спутники наблюдения , один из них "Спот" , передают информацию, важную для различных отраслей промышленности и отдельных организаций, помогая, например, геологам искать месторождения полезных ископаемых, администрациям крупных городов - планировать застройку, экологам - оценивать уровень загрязнения рек и морей. Самолеты, корабли и автомобили ориентируются, используя спутники Глобальной системы ориентирования (GPS) , а управление морскими коммуникациями осуществляется с использованием навигационных спутников и спутников связи. Мы уже привыкли видеть в прогнозах погоды снимки, сделанные такими спутниками, как "Метеосат" . Другие спутники помогают ученым следить за состоянием окружающей среды, передавая такую информацию, как высота волн и температура морской воды. Военные спутники обеспечивают армии и органы безопасности самой различной информацией, в том числе данными радиоэлектронной разведки, выполняемой, например, спутниками "Магнум" , а также снимками с очень высоким разрешением, которые выполняют секретные спутники оптической и радиолокационной разведки . В этом разделе сайта мы познакомимся со многими спутниковыми системами, принципами их работы и устройством спутников.

Для начала, чтобы сразу иметь представление о сложности спутниковых систем и коммуникаций, рассмотрим более "приближенный к действительности" один из первых спутников связи - спутник «Комстар» .

Спутник связи «Комстар 1»

Конструкция спутника связи «Комстар-1»

Одним из первых геостационарных спутников, применявшихся для повседневных нужд людей, стал спутник «Комстар» . Спутники «Комстар 1» управляются оператором «Комсат» и арендуются AT&T. Их срок службы рассчитан на семь лет. Они ретранслируют сигналы телефонии и телевизионные сигналы в пределах территории США, а также Пуэрто-Рико. Через них может одновременно ретранслироваться до 6000 телефонных разговоров и до 12 телевизионных каналов. Геометрические размеры спутника «Комстар 1» : высота: 5,2 м (17 футов), диаметр: 2,3 м (7,5 фута). Стартовый вес составляет 1410 кг (3109 фунтов).

Приемопередающая антенна связи с вертикальной и горизонтальной поляризационными решетками, позволяет вести и прием, и передачу на одной частоте, но с перпендикулярной поляризацией. За счет этого пропускная способность радиочастотных каналов спутника удваивается. Забегая вперед, можно сказать, что поляризация радиосигнала используется сейчас практически во всех спутниковых системах, особенно это знакомо владельцам спутниковых приемных телевизионных систем, где при настройке на высокочастотные телеканалы приходится устанавливать либо вертикальную, либо горизонтальную поляризацию.

Еще одна интересная конструктивная особенность состоит в том, что цилиндрический корпус спутника вращается со скоростью около одного оборота в секунду, чтобы обеспечить эффект гироскопической стабилизации спутника в пространстве. Если учесть немалую массу спутника - около полутора тонн - то эффект действительно имеет место. И при этом антенны спутника остаются направленными в определенную точку пространства на Земле, чтобы излучать туда полезный радиосигнал.

Одновременно спутник должен находиться на геостационарной орбите, т.е. "висеть" над Землей "неподвижно", точнее, лететь вокруг планеты со скоростью её вращения вокруг собственной оси в направлении её вращения. Уход с точки позиционирования вследствие влияния различных факторов, самыми значительными из которых являются мешающее притяжение Луны, встреча с космической пылью и другими объектами космоса, отслеживается системой управления и периодически корректируется двигателями системы ориентации спутника.

Интересные факты об искусственных спутниках Земли привлекают внимание практически каждого человека, так как эта тема очень интересная. Космическая эра наступила уже больше полувека назад, и за все это время скопилось большое количество любопытной информации.

1. Первый спутник, который отправился во внеземные просторы, назывался ПС-1 или простейший спутник . Его вывел на орбиту ракетоноситель, запуск производился из полигона СССР, теперь он называется Байконур. Это событие положило начало освоению космоса.

   

2. Вес ПС-1 приблизительно 83 кг . Он имел вид шара с диаметром 58 см. На нем были четыре антенны длиной около трех метров, они использовались для передачи сигналов. На 315 секунде после старта ПС-1 выдал первые позывные, которые с нетерпением ждал весь мир.

   

3. Первопроходец пребывал на орбите 92 дня . За это время успел преодолеть 60 млн км, что равняется 1440 оборотам вокруг земного шара. Радиопередатчик его смог продержаться две недели после запуска.

   

4. Создатель первопроходца Сергей Королев мог получить Нобелевскую премию , но так как в советское время все было общее, то и достижение великого ученого стало «победой всего советского народа». Долгие девять лет не было даже известно, кто смог подарить миру такое достижение.

   

5. Благодаря первому ИС, удалось изучить поверхностные слои ионосферы . Также он помог получить информацию об условиях работы аппаратуры, они очень пригодились при следующих запусках последователей ПС-1.

   

6. Газеты того времени писали, что спутник можно увидеть на небе без использования специальных приспособлений, но это было не так . То, что все принимали за ПС-1, было центральным блоком ракеты. Он весил около семи тонн, его нахождение на орбиту было произведено одновременно со спутником, точнее, он вывел туда ПС-1. Блок «плавал» в небе, пока не сгорел.

   

7. На сегодня просторы вокруг земного шара бороздят приблизительно 13 тысяч искусственных спутников . Они очень полезны, так как «умеют делать» много важных вещей. Благодаря им могут работать спутниковые телефоны в любой точке нашей планеты, так же, как и спутниковые навигационные системы; корабли приходят в порт; работает спутниковое телевидение. Часто мы сталкиваемся при просматривании карты самых известных поисковых систем с вкладкой «вид из спутника», что дает возможность увидеть фото любой части планеты с огромной высоты.

   

8. Схема запуска сродни вбрасыванию камня . Если точнее, то спутник нужно закинуть с такой скоростью, чтобы он мог вращаться вокруг планеты самостоятельно. Параметры такого вброса: 8 км/с, и делать это нужно за пределами атмосферы. Иначе трение о воздух станет помехой. Если все получилось, то спутник будет обитать на околоземной орбите, без посторонней помощи и без остановок.

   

9. В начале 2000-х на знаменитом аукционе еВау продавали копию ПС-1 . Как утверждают некоторые эксперты, во времена СССР было создано около 20 идентичных моделей, на которых проводилось тестирование и демонстрация. Точное количество копий до сих пор неизвестно, так как информация была секретная, но по сей день много музеев утверждает, что в их коллекции присутствует аналог ПС-1.

   

10. За историю запусков спутников был единственный случай уничтожения его метеоритом . Зарегистрирован он в 1993 году. Это был ИС Европейского космического агентства «Олимпус».

    

11. В 1978 году был проведен первый запуск спутника GPS .