Человечество активно осваивает космическое пространство уже более 60 лет. За это время на околоземную орбиту были выведены тысячи разнообразных искусственных спутников. Эти аппараты сильно отличаются по своим размерам, форме, назначению. Но как же конкретно выглядят эти "небесные посланники" во время своего полета вокруг Земли?
История создания и запуска искусственных спутников
Все началось 4 октября 1957 года, когда Советский Союз успешно запустил первый в мире искусственный спутник Земли - "Спутник-1". Этот аппарат имел простую сферическую форму диаметром 58 см и массу 83,6 кг. Основное его назначение - продемонстрировать принципиальную возможность выведения объекта на орбиту вокруг Земли. "Спутник-1" проработал на орбите три месяца и сгорел в плотных слоях атмосферы.
Запуск первого спутника положил начало бурному развитию космонавтики. Уже через месяц СССР отправил на орбиту второй аппарат - "Спутник-2" с собакой Лайкой на борту. В 1958 году США вывели свой первый спутник "Эксплорер-1", а в 1959 году - зонд "Луна-1", впервые достигший окололунной орбиты.
В 1960-1970-е годы началось активное освоение Луны в рамках советской и американской лунных программ. Были запущены первые метеорологические, навигационные и связные спутники. В 1970-80-е на орбиту стали выводить крупные орбитальные станции: "Салют", "Скайлэб", "Мир".
С 1990-х годов к освоению космоса подключились Европейское космическое агентство, Китай, Индия, Япония и другие страны. Началась коммерциализация космонавтики с запуском частных спутников связи и наблюдения. В 1998 году на орбиту был выведен первый модуль Международной космической станции.
По состоянию на конец 2020 года, на орбите находилось около 3000 активных искусственных спутников Земли различного назначения.
Типы орбит искусственных спутников
Спутники могут выводиться на орбиты, существенно различающиеся по высоте, наклонению и форме. Выбор орбитальных параметров зависит от целей и задач спутника.
Низкие околоземные орбиты (высота 200-2000 км) используются для детальной съемки поверхности и метеорологии. Преимущество - близость к Земле, недостаток - небольшое время активного существования из-за торможения в атмосфере.
Средние орбиты (высота до 35000 км) подходят для навигации и связи. На таких высотах спутники могут проработать от 3 до 10 лет.
Высокоэллиптические орбиты используются для наблюдения больших территорий планеты. Спутник быстро пролетает над полярными районами на небольшой высоте, а над экватором удаляется на десятки тысяч километров.
Геостационарные орбиты (высота 35786 км) позволяют спутнику находиться над одной точкой экватора. Идеальны для спутниковой связи и телевидения.
За 60 лет космической эры человечество научилось эффективно выводить аппараты практически на любые орбиты в зависимости от решаемых задач.
Формы и конструкции спутников
Конструкции спутников весьма разнообразны. Во многом это зависит от их назначения и типа орбиты.
- Сферические спутники (например, Эхо-1, Эхо-2) использовались как пассивные ретрансляторы сигналов.
- Цилиндрическая форма часто применяется для корпусов спутников (например, серия спутников ДЗЗ "Ресурс").
- Многогранные спутники имеют корпус, собранный из отдельных плоских панелей.
- Развертывающиеся конструкции (солнечные батареи, антенны) позволяют увеличить размеры спутника в космосе.
- Отражающие поверхности нужны для отражения сигналов (спутники связи) или увеличения видимости с Земли.
Также на спутниках размещаются служебные элементы: двигатели, отсеки полезной нагрузки, навигационная аппаратура и др. Большинство современных спутников имеют сложную многофункциональную конструкцию.
Размеры и масса спутников
По размерам и массе спутники можно условно разделить на несколько классов:
- Сверхтяжелые - десятки тонн, десятки метров (станции "Мир", МКС)
- Тяжелые - до 10 тонн, до 10 м (спутники ДЗЗ, ретрансляторы)
- Средние - сотни кг, до 2-3 м (навигация, связь, наука)
- Малые - десятки кг, 0,5-1 м (спутники ДЗЗ, радиолюбительские)
- Сверхмалые - до 1 кг, до 10 см (чипсаты, спрайты)
От массы и размера спутника зависит стоимость его выведения на орбиту. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция к уменьшению массы и размеров аппаратов при сохранении полезной нагрузки.
| Тип спутника | Масса | Размеры |
| МКС | 450 т | 109x73x27 м |
| "Ресурс-П" | 6100 кг | 7,5x2,7 м |
| GPS Блок 2R | 970 кг | 2x2x3 м |
| Кубсат 3U | 4 кг | 10x10x30 см |
| Спрайт | 0,003 кг | 3,5x3,5 см |
Можно отметить большой разброс характеристик - от сотен тонн и десятков метров, до нескольких граммов и сантиметров. Развитие технологий позволяет постоянно создавать все более компактные и легкие спутники.
Спутники для решения прикладных задач
Основные области применения современных спутников:
- Связь и телевидение (ретрансляторы, транспондеры)
- Навигация (ГЛОНАСС, GPS, Galileo)
- Метеорология (получение изображений облачности)
- Дистанционное зондирование Земли (получение снимков подстилающей поверхности)
- Военные цели (разведка, связь)
- Научные исследования (астрофизика, космическая биология)
Для каждой из этих задач создаются специализированные спутники, оснащенные соответствующей полезной нагрузкой и оборудованием.
Например, для телекоммуникаций используются геостационарные спутники весом до 5 тонн с большими отражающими антеннами. Метеоспутники имеют телескопы и сканеры, чтобы собирать информацию об облачном покрове Земли. А навигационные аппараты оснащаются высокоточными часами и радиопередатчиками сигналов.
Таким образом, внешний вид и конструкция спутников напрямую зависят от их функционального предназначения.
За 60 лет освоения космоса создано много разных типов спутников для решения самых разнообразных задач человечества.
Особенности отдельных типов спутников
Рассмотрим более подробно, как выглядят некоторые наиболее распространенные типы спутников.
Спутники связи
Спутники связи предназначены для передачи различных данных между пунктами на Земле. Как правило, они имеют форму цилиндра или многогранника с размещенными на поверхности антеннами. Например, спутники серии "Ямал" имеют цилиндрическую форму с диаметром около 2 метров и высотой 10 метров. На их борту установлены антенны различных диапазонов.
Метеорологические спутники
Для получения изображений облачности и других метеоданных используются специализированные метеоспутники. Например, российские аппараты серии "Метеор-М" имеют кубическую форму размером 2,4 x 2,4 x 2,1 метра. На них установлены сканеры и телескопы, направленные на Землю.
Навигационные спутники
Спутниковые навигационные системы GPS, ГЛОНАСС и другие используют свои orbital groups спутников, расположенные на средних орбитах. Эти аппараты имеют угловатую форму с размахом солнечных батарей до нескольких метров. На их борту - высокоточные часы и радиопередатчики.
Спутники дистанционного зондирования
Эти спутники предназначены для получения изображений подстилающей поверхности. Как правило, они выглядят выглядит спутник как удлиненный цилиндр с выносными панелями солнечных батарей и телескопами, направленными на Землю. Пример - российские спутники серии "Ресурс".
Пилотируемые орбитальные станции
На низкой околоземной орбите функционирует Международная космическая станция (МКС). Она представляет собой комплекс из модулей различного назначения, соединенных между собой стыковочными узлами. МКС имеет длину около 70 метров и ширину до 90 метров с раскрытыми солнечными батареями.
Перспективы развития спутниковых технологий
Несмотря на 60-летнюю историю, использование искусственных спутников Земли продолжает активно развиваться.
В ближайшие годы ожидается запуск большого количества новых спутников связи для реализации глобальных сетей Интернета. Растет доля малых аппаратов в университетских и частных проектах.
Совершенствуются технические решения, позволяющие уменьшить стоимость выведения полезной нагрузки на орбиту. Это открывает путь к созданию больших орбитальных группировок из сотен и тысяч малых спутников.
Появляются новые перспективные типы космических аппаратов - многоразовые ракеты-носители, орбитальные самолеты, космические аппараты для сбора космического мусора.
Все эти инновации позволят увидеть на орбите Земли спутники еще более разных форм, размеров и назначения.
