ИСКУ́ССТВЕННЫЙ СПУ́ТНИК ЗЕМЛИ́

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.