Супутники Землі

Шильников Е. Н.

Сьогодні запуску чергового супутника землі, навіть з космонавтами на борту ніхто не дивується, та й газети не стали приділяти цьому особливу увагу.

Якщо запуск був успішним, йому присвячується, у кращому випадку, один рядок у новинний стрічці. І ми з працею можемо назвати імена тих, хто зараз літає над нами.

Супутники Землі1 стали повсякденним явищем, як літаки, і їх "розвелося" стільки, що якщо подивитися на схеми, де вони всі відзначені, то стає дивним, чому через них ми ще бачимо сонце і зірки. І для чого їх стільки?

Але тепер, на відміну від перших років розвитку космічної техніки, коли супутники запускали більше для політики і у військових цілях, а сурми про те, на весь світ, зараз це - "небесні трудяги", які, в більшій чи меншій мірі обслуговують кожного з нас.

Одних - Безпосередньо, наприклад, тих, у кого на балконах або на стіні біля вікон ви можете помітити невеликі (як правило, зелені) Лопушка супутникових антен, з допомогою яких їм доставляються ТБ програми, або допомагає не бути самотнім тим, хто пливе по океанах на маленьких яхтах або лізе по кручах Гімалаїв.

Інших людей, яких більше, супутники обслуговують колективно, передаючи та приймаючи групові сигнали на великі антени, які ви теж можете помітити в місті на високих будівлях - білі Параболоїд, постійно, непомітно для очей описують за супутником "вісімки". І маленькі зелені, і великі білі дивляться на південь на одні й ті самі супутники.

Чому у південному напрямку - це можуть пояснити багато хто, особливо ті, яким відмовили поставити антену супутникового ТБ, так як їх вікна виходять на північ. А ось чому рухаються великі антени і навіщо вони роблять "вісімки" -- можуть розповісти тільки фахівці або вже дуже "допитливі" люди. Тепер і Ви зможете знати про це і ще трошки про інше, якщо прочитаєте цю статтю до кінця.

Супутники повідомляють нам прогноз погоди, дозволяють подивитися на Землю зверху, визначають зародження ураганів або місця лісових пожеж тощо, дозволяють робити точні карти місцевості і будувати будинки. Тепер землевпорядники за допомогою супутників можуть нанести на карту розташування будиночка на вашому садовій ділянці з точністю до 10 см щодо світових координат. Точно також, отримуючи сигнал з супутника, сучасний Іван-царевич, який мчить на своєму Лендровере - коні, може з точністю до півметра відзначати стрімко скорочувалося відстань до своєї Царівни-жаби, що сидить на болоті, сиріч в котеджі, із стрілою, то Тобто, з мобільником у руці ...

Я вже не кажу про наукові або оборонних призначеннях супутників. Можна навести ще багато прикладів повсякденного використання їх можливостей, але спільним для всіх них є те, що вони передають нам інформацію2, яку вони збирають самі або яку їм передають із Землі.

Супутники прийнято ділити на чотири родини, залежно від параметрів їх орбіт:

- геостаціонарні (GEO - Geostationary Earth Orbit Satellites),

- (високо) еліптичні (HEO - High Elliptic Orbit Satellites),

- середньовисотні (MEO - Medium Earth Orbit чи ICO - Intermediate Circular Orbit Satellites),

- низькоорбітальних (LEO - Low Earth Orbit Satellites).

Таке чіткий розподіл визначається, в основному, фізикою Землі та навколишнього її простору. Почнемо з того, можливо, всім відомого у наш космічний вік факту, що знаходження супутника на орбіті Землі без того, щоб швидко впасти на землю або, навпаки, відірватися від земного тяжіння і полетіти в космос, визначається швидкістю його польоту - 7,9 км/сек (так званої першої космічної швидкістю). Для будь-якого класу супутників ця швидкість однакова, ось тому так відрізняються переміщення супутників до числа дітей для спостерігача із Землі.

геостаціонарні супутники (геостаціонари)

Головною особливістю геостаціонарних супутників є те, що їх кутова швидкість збігається з кутовою швидкістю обертання Землі і тому для спостерігача із Землі їх положення на небі залишається постійним (3).

Для того щоб супутник постійно "висів" в одній точці над горизонтом, його закидають на орбіту висотою близько 36 тис. км в площині екватора. Саме на такій відстані період його обертання навколо Землі збігається з періодом її обертання навколо своєї осі. Звідти супутник може бачити до третини території Землі в межах від 760 північній до 760 південної широти. Таким чином, всього три супутника, рознесені на 1200 екваторіальній геостаціонарній орбіти, можуть "висвітлювати" всю земну кулю за винятком полярних зон.

геостаціонарні супутники запускаються на орбіту, яка лежить в площині екватора Землі4. Але ця площину не збігається з площиною обертання Землі навколо Сонця і з площиною орбіти Місяця (Див. Рис.2). Сонце і Місяць, кожні по-своєму впливають своїм тяжінням на супутник, який починає зміщуватися з екваторіальній площині. Тут в силу вступає ще асиметрія гравітаційного поля самої Землі (з-за її відмінності від кулі), сили радіації сонячного вітру, який "підганяє" супутник, коли він рухається від Сонця (до Сходу) і гальмує, при русі супутника в напрямку Сонця (від Заходу).

В Загалом, супутника багато сили намагаються звести з призначеної орбіти. І незважаючи на встановлені на ньому коригувальні двигуни, він хоча і на небагато, але відхиляється від заданої орбіти, що з Землі бачиться як ніби він подібно кривому велосипедного колеса виписує "вісімки". Маленькі, в межах 2-3-х кутових градусів, але з часом, якщо не коригувати його політ розмір вісімки може досягти і 10 градусів (орієнтовно - градус на рік).

Ось тому і рухається велика наземна антена, викреслюючи слідом за супутником вісімки, оскільки діаметр променя великої наземної антени не перевищує одного градуси.

Властивість супутників бути постійно в одній точці і бачити великі території дозволяє з їх допомогою поєднувати лініями зв'язку віддалені пункти, наприклад, супутники, що висять над Атлантичним океаном, бачать і Америку і Європу, а супутник, що знаходиться над Індією, забезпечує з'єднання лініями зв'язку Москви з Далеким Сходом. Таким же чином Японія з'єднується з Америкою. Три супутника ІНМАРСАТ забезпечують зв'язком всі кораблі, що борознять Атлантичний, Тихий і Індійський океани.

Якщо ми подивимося, чим займаються геостаціонари, з'ясується, що, вони забезпечують, як правило, "прозору" ретрансляцію приходить сигналу: прийняв що прийшов із Землі сигнал, перетягнув в інше частотний діапазон, і після посилення "скинув" його вниз у тому самому або іншому антеною промені. Це може бути сигналом телевізійної ретрансляції, чи груповим каналом зв'язку та передачі даних. І ніякої складної обробки, комутації або маршрутизації -- ускладнення електронної системи веде до меншої надійності супутника, що повинна працювати багато років в дуже важких навколишніх умовах.

Звичайно, кількість діючих геостаціонаров набагато більше теоретично необхідних трьох. По-перше, для збільшення потужності сигналу діаграмі спрямованості супутникових антен надають обриси материка або беруть участь у проекті держав. Тобто їх випромінювання потрапляє тільки на обрані території на Землі. Фахівці з антен навчилися робити такі антенні системи, які можуть на відстанях у 40 тисяч кілометрів викреслювати, наприклад, контур Японських островів.

По-друге, супутникові ретранслятори мають обмежені смуги пропускання, тому загальна число каналів зв'язку одного супутника не така велика. Навіть при повному завантаженні приймально-передавальних пар (інакше - стовбурів або транспондерів, яких зазвичай буває від 6 до 64 зі смугою пропускання від 32 МГц до 72 МГц кожен) самий сучасний супутник зв'язку може потенційно забезпечити не більше 8 тис. стандартних телефонних каналів по 64 кбіт/с, а при максимально допустимому стисканні до 2,4 кбіт/с - близько 200 тис. каналів. Частина з них, як правило, зайнята службовими завданнями, тому сучасний геостаціонар може забезпечити лише 10-15 тис.телефонних каналів загального користування, що з урахуванням стандартів на якість зв'язку відповідає 40-60 тисячам абонентів. Щось подібне до однієї районної АТС в Москві. Малувато. У результаті число геостаціонаров зараз таке, що кожне вільне місце на орбіті стало предметом великої торгівлі та квотування.

1. Супутники - космічні рукотворні об'єкти, що обертаються навколо Землі, не відриваючись від неї на відміну від космічних апаратів, що відлітає від Землі до інших небесних тіл Галактики.

2. Система дистанційного православної освіти в Росії побудована на геостаціонарній супутнику зв'язку.

3. Для порівняння можна згадати руху метальника молота, коли він розкручує його перед кидком. Спортсмен обертається сам і молот закручується з такою ж кутовою швидкістю і тому молот перебуває ніби постійно перед ним на витягнутих руках.

4. Оскільки для нас екватор - на Півдні, тому й наші антени дивляться на Південь. А в Австралії ці антени дивляться на Північ.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.portal-slovo.ru/