Історія космічних досліджень

Вступ

Освоєння космосу, космічні дослідження відносяться до одного з основних напрямків науково-технічної революції. Розгляд цього напряму в техніко-економічному аспекті представить певний інтерес для фахівців, розробляють міжнародні програми співробітництва в галузі економіки, науки і техніки.

У цій роботі показані деякі техніко-економічні та наукові передумови створення низки космічних систем. Розглядаються умови спостереження природних утворень з космосу, обговорюються методи і засоби дистанційного зондування при дослідженні природних ресурсів і навколишнього середовища. Крім того, наводяться відомості про рішення ряду інших завдань (зв'язок, геодезія і т. д.) за допомогою космічних систем.

Штучні супутники Землі, володіючи такими особливостями, як можливістю знаходитися в зоні прямої видимості зі значних територій поверхні Землі, високою швидкістю переміщення і регулярністю руху, дозволяють ефективно вирішувати важливі народногосподарські завдання: визначення координат (геодезія і навігація), передача інформації (телебачення, радіомовлення, телефонний і телеграфний зв'язок), спостереження за Землею (дослідження природних ресурсів і навколишнього середовища), вивчення і контроль процесів в атмосфері.

Великий практичний інтерес, зокрема, представляє винесення в космос, наприклад на орбіти штучних супутників Землі або на Місяць, частини виробничо-технічних комплексів. На Місяць можуть бути винесені шкідливі, гірничодобувні, енергоємні види виробництва. В умовах космічного польоту (невагомість, вакуум) можуть проводитися великі кристали, композитні матеріали, унікальна оптика, надчисті хімічні та лікарські препарати і багато іншого. Особливе значення в найближчому майбутньому буде мати винесення за межі Землі шкідливих, ще не перероблених відходів виробництва.

Технічні характеристики ракетно-космічних систем, а також успіхи у створенні радіоелектронної та оптико-механічної апаратури дозволили розпочати вже в наші дні до вирішення конкретних завдань. Серед них особливо важливе значення мають завдання, пов'язані з різнобічним і комплексним дослідженням природних ресурсів Землі і навколишнього середовища. Це пояснюється принаймні двома головними обставинами. Перше з них пов'язано з дедалі розширюється (причому за останні роки темпи ростуть лавиноподібно) господарською діяльністю людини на нашій планеті, що вимагає форсованої розробки природних ресурсів, друга - з усе більш істотним впливом людини і його виробничої діяльності на природне середовище. Якщо у попередні роки питання стояв про те, щоб у мінімальному ступені впливати на екологічну систему планети, іншими словами, не порушувати рівноваги в природі, то тепер ми змушені на підставі глибокого вивчення біосфери змінювати ці умови, але таким чином, щоб зберегти природне середовище в стані, придатному для комфортного життя людини. Вирішувати такі глобальні завдання можливе лише з допомогою космонавтики.

Космічні системи зв'язку

Використання космічної техніки істотно підвищило ефективність системи зв'язку, дозволило пов'язати між собою всі куточки земної кулі, дало можливість широко використовувати найбільш інформативні, короткі хвилі, на яких працює телебачення. Дальня радіозв'язок з допомогою звичайних радіостанцій здійсненна на порівняно малоінформативною діапазоні радіохвиль довжиною від 200 до 10 м. У цьому діапазоні, наприклад, можна одночасно здійснювати приблизно кілька тисяч розмов. Це мало. Більш короткі радіохвилі - від 10 м до 2 см - істотно більш інформативні, але прямолінійність розповсюдження цих хвиль (вони не затримуються іоносферою) робить неможливим їх використання для глобальної радіозв'язку за допомогою звичайних наземних радіопередавальних коштів. Більше того, навіть в тому діапазоні, яким користуються наземні засобу, що не вдається створити високоякісного зв'язку, так як радіосигналів, багато разів відбиваючись від іоносфери і Землі, зазнають помітні зміни в залежності від стану атмосфери. Досить частою ситуацією є повне порушення зв'язку на кілька діб при так званих магнітних бурях, викликаних сонячної активністю. Все це обмежує якість і надійність глобальної радіозв'язку.

Нові можливості для підвищення якості, оперативності та надійності зв'язку відкрилися із запуском штучних супутників Землі. У полі прямий радіовидимості великої кількості віддалених один від одного наземних пунктів, супутник дозволяє об'єднати їх мережею космічного зв'язку. У цьому випадку завдяки прямої видимості супутника з наземних пунктів використовуються інформативні, короткі хвилі, що забезпечує надійну і високоекономічних передачу великого обсягу інформації на далекі відстані.

Використання штучних супутників Землі в системі зв'язку грунтується на ретрансляції відбиває поверхнею або апаратурою супутника сигналів від передавальних наземних станцій до прийомних. У першому випадку ретрансляція називається пасивною, в другому - активною. При пасивної ретрансляції використовується велика площа поверхні, що відбиває супутника, яка розсіює що падає на нього частину енергії радіохвиль, а наземна приймальня радіостанція приймає частина розсіяною супутником енергії. Пасивні супутники передають сигнали без затримки (в реальному масштабі часу), т. тобто забезпечують миттєву ретрансляцію.

Такі супутники відрізняються простотою і малою вартістю. Це можуть бути надувні тонкостінні оболонки, що не містять складної спеціальної апаратури. Вони надійні в роботі і можуть служити досить тривалий час. Керувати їх роботою гранично просто. Ще одним їх перевагою є можливість одночасної і незалежної ретрансляції через один супутник практично необмеженого числа сигналів абсолютно різних систем зв'язку, що з'єднують різні пункти (за умови, що системи працюють на різних частотах).

За схемою Тонкостінна оболонка з металізованих синтетичних плівок мала сферичну форму діаметром 30 м у "Ехо-1" і 40 м - у "Луна-2". Експериментальна експлуатація цих супутників показала, що зв'язок на їх основі недостатньо ефективна. Це пояснюється перш за все занадто великим загасанням сигналу. У зв'язку з цим потрібні великі потужності (близько 10 МВт) передавальних станцій і дуже високі чутливості прийомних наземних пристроїв. Це визначає складність і високу вартість наземних станцій і, отже, всієї системи космічного зв'язку в цілому, не дивлячись на відносно невелику вартість самих супутників. Крім того, слабкість відображених до Землі сигналів обумовлює великі шуми і перешкоди, а отже, низька якість зв'язку. Все це змусило відмовитися від створення в даний час експлуатаційних систем зв'язку на основі використання пасивних космічних ретрансляторів.

Набагато перспективним виявився принцип побудови космічних систем зв'язку на основі активної ретрансляції сигналів. У цьому випадку апаратура супутника приймає радіосигналів з Землі, підсилює і потім знову передає (ретранслює) їх на Землю. Наявність на супутнику спеціальної приемопередающее апаратури дозволяє істотно знизити потужність передавальної і чутливість приймальні станції, що працюють на Землі. Викликана цим зниження вартості наземних станцій настільки велика, що цілком окупаються витрати на створення досить складного супутника, його запуск і подальшу експлуатацію. Така система космічного зв'язку рентабельніше системи на основі пасивних ретрансляторів і більш рентабельна, ніж звичайні наземні системи зв'язку. Оцінки показують, що, наприклад, у ряді випадків подібна космічна система зв'язку стає економічно більш ефективною в порівнянні зі звичайною наземної вже при дальності зв'язку більш 200 км. Високий рівень потужності що приходить до Землі сигналу при його активної ретрансляції супутником обумовлює високу якість зв'язку. Ці фактори визначили використання для космічної системи зв'язку принципу активної ретрансляції сигналів.

Великими достоїнствами має космічна система зв'язку з супутниками на так званої стаціонарної орбіті, що представляє собою кругову екваторіальну орбіту висотою близько 30 тис. км. Така орбіта характерна тим, що супутник на ній знаходиться в нерухомому щодо поверхні Землі положенні (у зв'язку з рівністю їх кутових швидкостей обертання). Зі стаціонарної орбіти забезпечується більша зона охоплення поверхні. Один стаціонарний супутник може забезпечити цілодобовий зв'язок між пунктами, віддаленими один від одного на відстань близько 17 тис. км, причому для зменшення втрат сигналів приймається, що супутник а крайніх точках видно під кутом 7,5 °.

Весь діапазон частот, ретрансльованих супутником зв'язку, ділиться на Піддіапазони, звані стовбурами, причому кожен стовбур займає смугу частот, необхідну для передачі однієї телевізійної програми. Однак через нього може передаватися не тільки телевізійна інформація, але і, якщо необхідно, телефонний, телеграфний, фототелеграфная, радіомовна. Так, наприклад, через один ствол можна передавати одночасно до 600 телефонних розмов. Чим більша кількість стовбурів має зв'язковий супутник, тим більш інформативну зв'язок він може забезпечити, тому більш "продуктивної" буде космічна система зв'язку.

Загальний охоплення населення великій території телебаченням за допомогою наземних засобів хоча в принципі і можливий, але пов'язаний з великими матеріальними витратами, необхідними для спорудження унікальних телевізійних веж і ліній радіорелейного зв'язку. При цьому при використанні кабельних ліній доводиться підсилювати сигнали зв'язку через кожні 6-10 км, а для зв'язку з радіорелейним лініях необхідно через кожні 40-60 км встановлювати складні ретрансляційні станції. Для їх створення потрібні дефіцитні будівельні матеріали і велика армія будівельників, які могли б бути використані на інших роботах. Час, необхідне для введення в дію таких унікальних наземних споруд, буде обчислюватися десятиріччями. Крім того, багатоелементного такої системи робить її малонадійною, неоперативно та низькоякісної. Що ж стосується організації міжконтинентальних передач, то наземними засобами реалізувати їх через океан практично не представляється можливим. Таке завдання під силу тільки супутникових систем зв'язку.

У 1973 р. в СРСР почав експлуатуватися новий супутник зв'язку "Блискавка-2" з діапазоном частот 4-6 ГГц. Він призначений для організації багатоканального телефонно-телеграфного зв'язку, передачі програм чорно-білого або кольорового телебачення на мережу системи "Орбіта", а також для забезпечення міжнародного співробітництва в галузі космічного зв'язку. У наступні роки удосконалювалися як супутники, так і приймальні станції. У Радянському Союзі були запущені супутники "Молния-3", "Веселка" і "Екран", які мають увійти до постійну експлуатацію в 1975-1980 рр.., причому супутник "Екран", розташовуючись на стаціонарній орбіті, дозволяє приймати сигнали на недорогі малогабаритні наземні антени колективного користування.

Системи космічного зв'язку забезпечують вирішення національних завдань по задоволенню внутрішніх потреб кожної країни і одночасно розширюють можливості міжнародного обміну інформацією.

Сьогодні космічні системи зв'язку міцно увійшли в життя. Десятки країн широко використовують можливості систем космічного зв'язку і телебачення, які створили передумови для узагальнення і розповсюдження інформації в глобальному масштабі.

Метеорологічні системи

Безліч причин ускладнює точне передбачення погоди. У кінцевому рахунку практично всі явища в атмосфері пов'язані з перетвореннями отриманої Землею сонячної енергії, але ці перетворення настільки різноманітні і складні, що їх вивчення, облік, а тим більше прогнозування представляють великі труднощі. Пов'язано це з неоднорідністю атмосфери, її рухливістю, різноманітністю рельєфу і фізичних властивостей поверхні Землі, її обертанням, випромінюванням тепла від Землі і атмосфери в космос. До кордону земної атмосфери на кожен її квадратний метр приходить від Сонця протягом хвилини 20 ккал енергії. Близько 35% її відбивається назад у космос, 15% поглинається атмосферою і 50% - поверхнею Землі.

Різноманітний характер сонячного випромінювання. Воно проявляється у вигляді радіовипромінювання, інфрачервоного, світлового, ультрафіолетового, рентгенівського випромінювання, а також у вигляді потоку заряджених частинок - електронів, протонів. Кожне з перерахованих випромінювань Сонця по-різному вплив на різні шари атмосфери. При цьому до поверхні Землі приходить в основному видима частина випромінювань Сонця.

Нагріваючись, Земля віддає тепло атмосфері. Тепловіддача відбувається як при контакті з повітря поверхнею суші і води, так і шляхом теплового випромінювання Землі. Атмосфера дуже добре поглинає випромінюється Землею тепло. Велика рухливість атмосфери веде до швидких переміщень теплих мас повітря вгору, а холодних вниз. Цією ж причиною викликаються вельми значні переміщення холодних мас з охолоджених районів Землі і теплих з районів з високою температурою. Обертання Землі змушує виникають у північній півкулі потоки повітря відхилятися нерухомості земної кулі. Це призводить до розвитку гігантських вихрових атмосферних утворень-циклонів і антициклонів.

Внаслідок тертя між земною поверхнею і що переміщається повітряної масою і між окремими шарами повітря відхиляючої вплив обертання Землі на різних висотах позначається по-різному. Воно зростає із збільшенням висоти. Наприклад, безпосередньо над поверхнею суші напрям вітру змінюється до 45-55 °, а на рівні 50 м - до 90 °. У результаті спільної дії всіх факторів виходить дуже складна картина розподілу повітряних течій в атмосфері.

Таким чином, для вивчення погодообразующіх процесів і прогнозування погоди необхідно всебічне вивчення найрізноманітніших явищ в атмосфері Землі і на її поверхні, а також у космосі (в навколоземному і далекому, включаючи Сонце).

Річ у те, що під дією короткохвильової радіації "спокійного" Сонця утворюється земна іоносфера. Це випромінювання також безпосередньо вплив на молекулярний склад і щільність верхніх шарів атмосфери, що в свою чергу визначає тепловий баланс нижніх її шарів. Не менш важливо вплив різних активних процесів в сонячній короні, найбільш відомими з яких є сонячні спалахи.

Проблеми сонячно-земних зв'язків ще багато в чому чекають свого рішення. Але вже сьогодні зрозуміло, що багато хто "спускові механізми" погодних явищ, що відбуваються на Землі, ініційовані космічними причинами. Різноманітні супутники й міжпланетні станції приступили до систематичного вивчення проблем сонячно-земної фізики.

Подальше розвиток техніки та економіки висуває нові вимоги до метеорології. Ще недавно прогнози погоди становили для забезпечення господарської діяльності відносно невеликих районів. Тепер же зі створенням регулярних авіаліній в найвіддаленіші пункти нашої планети, з організацією міжконтинентальних перельотів до Антарктиди, з розвитком морського транспорту і розповсюдженням рибальства на весь Світовий океан найбільш необхідна повна інформація про гідрометеорологічної обстановки та її майбутні зміни в масштабі всієї Землі.

Впевнене прогнозування погоди на тривалий термін вимагає створення теорії загальної циркуляції атмосфери, що неможливо без систематичних метеорологічних спостережень на всій поверхні планети. Однак існують у цей час близько 10 тис. метеостанцій на Землі не дозволяють вирішити цю задачу. Вони не можуть дати інформацію з величезних просторів океанів, їх мало у важкодоступних районах суші, на крижаних просторах Арктики і Антарктики. Майже 80% планети залишається "білою плямою" для метеорології.Неконтрольована частину атмосфери не тільки велика за розмірами, але і розташована над районами, які відіграють найважливішу роль у формуванні погодних явищ.

По-справжньому широко вдалося поглянути на атмосферу тільки за допомогою космічних апаратів: тільки метеорологічний супутник, озброєний спеціальною апаратурою, безперервно переміщаючись над Землею, може дати інформацію про погоду на всій планеті.

Вимірюючи з допомогою бортової апаратури супутника параметри випромінювання тепла різних верств атмосфери, можна отримати багатий матеріал для вивчення відбуваються в ній процесів. Крім того, супутник може служити гарним засобом для збору інформації з наземних метеорологічних пунктів, розкиданих по всій земній кулі. За час одного обороту навколо Землі супутник збирає дані, які в 100 разів перевищують інформацію, що надходить з усіх метеорологічних станцій, і, крім того, дає відомості про погоду на тій частині поверхні земної кулі, яка є "білою плямою" для метеорологів.

Таким чином, космічна техніка стане одним з найефективніших засобів у метеорології, мають величезне економічне значення. Вже перші метеорологічні супутники дали багато цінного для господарської практики інформації. Так, наприклад, "Космос-144", що входив в експериментальну метеорологічну систему "Метеор", виявив, що від о. Врангеля до Берингової протоки океан очистився від льоду. Це дозволило розпочати навігацію по Північному морському шляху на місяць раніше наміченого терміну.

Виявлення тайфунів та ураганів за допомогою супутників стало звичайним явищем. Так були виявлені урагани "Бетсі", "Естер", тайфуни "Ненсі", "Памела", які завдають величезних збитків господарству. Наприклад, ураган "Агнес", що обрушився на східну частина США 20-23 червня 1972, забрав 118 життів, а заподіяну ним матеріал збиток оцінюється в три з зайвим мільярда доларів. Об'єм опадів, що випали на сушу під час урагану, склав близько 100 куб. км.

Вже сьогодні експлуатація метеорологічних космічних систем вносить серйозний внесок у економіку, а в найближчі роки він зростає в багато разів. Так, наприклад, якщо метеорологічні супутники дозволять складати надійний прогноз погоди на п'ять діб вперед, то (за оцінками ради економічних експертів при президентові США) щорічно буде забезпечений такий економічний ефект: у сільському господарстві-2500 млн. дол, в наземному транспорті-100 млн.; в лісовій промисловості-45 млн.; в водному господарстві-3000 млн. дол Таким чином, сумарний ефект у господарських галузях Сполучених Штатів від такої системи становитиме близько 6 млрд. дол Для всього світу ця цифра зросте у багато разів.

На думку зарубіжних вчених, прогнози погоди з вірогідністю 90-95% для всієї земної кулі на троє діб вперед за допомогою космічної метеорологічної системи забезпечать щорічну економію близько 60 млрд. дол

Для складання прогнозів Гідрометеослужби СРСР широко використовуються супутники "Метеор", на основі яких в 1967 р. була створена метеорологічна космічна система. Вона, за далеко не повними даними, дозволяє зберегти щорічно матеріальні цінності на суму близько 700 млн. руб.

Метеорологічна система "Метеор" складається з метеорологічних супутників, що знаходяться на орбітах, наземного комплексу приймання, обробки і розповсюдження інформації, а також служби контролю стану бортових систем супутників і управління ними.

Метеорологічний супутник складається з двох герметичних відсіків: приладового, що перебуває в його нижній частині і містить наукову апаратуру, і енергоаппаратурного, в якому розміщуються основні службові системи. З цим відсіком конструктивно пов'язаний механізм електроприводу панелей сонячних батарей. Продольная ось супутника постійно спрямована до центру Землі. Супутник орієнтований також за двома іншими осях, направленим вздовж траєкторії і перпендикулярно до площини орбіти. Стабілізується він за допомогою електро-маховічной системи. Сонячні батареї з допомогою спеціальної системи орієнтації та стабілізації постійно розташовуються площинами панелей перпендикулярно до сонячних променів. Напрямок осі супутника контролюється датчиками теплового випромінювання Землі, а для орієнтації сонячних батарей використовуються спеціальні фотоелементи. Система терморегулювання забезпечує необхідний режим роботи всередині супутника.

Метеорологічна апаратура супутника складається в основному з телевізійної (ТВ), інфрачервоного (ІЧ) і актінометріческой (АК) систем. Вона може працювати циклами різної тривалості і включається за заданою програмою або за командами із Землі. ТБ і ІК знімки дозволяють виявити особливості структури полів хмарності, не доступні спостереженню з наземної мережі станцій, і зробити висновки не тільки про положенні, а й про еволюцію відповідних синоптичних об'єктів і повітряних мас. Спільна ТБ і ІК інформація дозволяє зробити більш надійну оцінку синоптичної обстановки і характеру розвитку атмосферних процесів.

АК апаратура призначена для вимірювання радіації, що йде від Землі. У її складі є два скануючих вузько-секторальних приладу, один - для діапазону 0,3-3 мкм, а інший для діапазону 3-30 і 8-12 мкм. Це дозволяє досліджувати відбивні і випромінювальних властивості хмар і відкритих ділянок земної поверхні, а також радіаційний баланс системи Земля-атмосфера.

За один оборот навколо Землі супутник "Метеор" отримує ТБ і ІК інформацію з території близько 8% і про радіаційні потоках-з 20% площі земної кулі. Система з двох супутників, що знаходяться на кругових околополярних орбітах заввишки близько 630 км, площини яких перетинаються під кутом 95 °, дає протягом доби інформацію з половини поверхні Землі. При цьому кожен з районів планети спостерігається з інтервалом 6 ч.

У СРСР створена також наземна система збору, обробки та розповсюдження метеоінформації, побудована на використанні електронно-обчислювальних машин. Отримувана інформація оформляється у вигляді знімків, на які наноситься сітка географічних координат, вільних від перспективних спотворень, приведених до одному масштабі і зручних для порівняння з синоптичних картами. Результати обробки даних АК апаратури представляються у вигляді цифрових карт з автоматично нанесеною на них сіткою координат і ізолініями. Отримана інформація використовується для міжнародного обміну. Вже протягом ряду років учені соціалістичних країн ведуть в рамках програми "Інтеркосмос" дослідження хмарності, радіаційного та теплового балансу системи Земля -- атмосфера за супутниковими даними. В результаті цієї роботи фахівці Болгарії, Угорщини, НДР, Румунії та Радянського Союзу створили спільну книгу "Використання даних про мезомасштабних особливості хмарності в аналізі погоди ". Це видання має практичне значення для оперативної роботи синоптиків-прогнозистів. Великий практичний інтерес представляє також спільна робота вчених цих країн над вдосконаленням методів отримання полів метеорологічних елементів на основі супутникової інформації. У ряді соціалістичних країн створюються бортові прилади, що встановлюються на радянських метеорологічних супутників, а також наземна апаратура для прийому інформації із супутників в режимі безпосередньої передачі.

Великі можливості для оперативного спостереження погодних явищ мають пілотовані космічні кораблі й станції, так як космонавт може негайно дати відомості про ті чи інші погодні явища, не чекаючи спеціальної обробки метеоінформації в наземному центрі. У процесі польоту космічних кораблів "Союз" і орбітальних станцій "Салют" було отримано ряд цінних відомостей, що використовуються у роботі Гідрометцентру СРСР.

Метеорологічні системи як в СРСР, так і в інших країнах безперервно вдосконалюються. Можна припускати, що в майбутньому в метеорологічну систему увійдуть космічні апарати, розташовані на трьох ярусах. Перший ярус складає довготривалі населені орбітальні станції. Вони забезпечать візуальні спостереження геосфери і бистропротекающіх метеорологічних явищ, а також, припливів, обвалів, пилових та піщаних бур, цунамі, ураганів, землетрусів. Другий ярус - це автоматичні супутники типу "Метеор" на полярних і приполярних орбітах заввишки 1-1,5 тис. км. Основне їхнє призначення - постачати інформацію, необхідну для чисельних методів прогнозування погоди в глобальному та локальному масштабах, забезпечити спостереження середньо-і дрібномасштабних процесів в атмосфері. Нарешті, третій ярус - метеорологічні супутники на орбітах висотою до 36 тис. км для безперервного спостереження динамічних процесів в атмосфері Землі. Вони дадуть картину загальної циркуляції атмосфери. Крім того, така триярусна метеосістема буде отримувати додаткову інформацію про "погоду" в космосі від космічної служби Сонця і космосу. Підсумовуючи всю цю інформацію, учені зможуть точніше передбачати хід подій в атмосфері, пізнати закономірності погодообразованія, що дозволить впритул підійти до управління погодою на нашій планеті і створить передумови для перетворення природи на Землі в потрібному для людства напрямку.

Використання супутників в геодезії і навігації

Штучні супутники відкрили нову еру в науці про вимір Землі - еру космічної геодезії. Вони внесли до геодезію нове якість - глобальність; завдяки великим розмірам зони видимості поверхні Землі із супутника значно спростилося створення геодезичної основи для великих територій, тому що істотно скоротилося необхідну кількість проміжних етапів вимірювань. Так, якщо в класичній геодезії середнє відстань між визначеними пунктами становить 10-30 км, то в космічній геодезії ці відстані можуть бути на два порядки більше (1-3 тис. км). Тим самим спрощується передача геодезичних даних через водні простори. Між материком та островами, рифами, архіпелагами геодезична зв'язок може бути встановлена при прямій їх видимості з супутника безпосередньо через нього, без будь-яких проміжних етапів, що сприяє більш високої точності побудови геодезичної мережі.

Основним методом космічної геодезії є одночасне спостереження супутника з наземних пунктів. При цьому вимірюються найрізноманітніші параметри щодо положення пунктів і супутників. Параметрами можуть служити дальність, швидкість зміни дальності (або радіальна швидкість), кутова орієнтація лінії візування пункт-супутник в будь-якій системі координат, швидкість зміни кутів і т. д. Вимірювальні засоби розташовуються на наземних пунктах. На супутнику ж розміщується апаратура, що забезпечує роботу цих вимірювальних засобів. Супутник - це допоміжний маяк для проведення вимірювань щодо положення опорних пунктів, причому цей маяк може бути як пасивним, так і активним. У першому випадку супутник, освітлений сонцем або що має спеціальну лампу-спалах, фотографується з наземних пунктів на тлі зоряного неба.

Одночасність спостережень супутника з декількох пунктів забезпечується спеціальним синхронізуючим пристроєм, який за сигналами єдиного часу виробляє одночасне відкривання та закривання затворів фотокамер. Наявність на фотографії зображень зірок (у вигляді точок) і сліду супутника у вигляді пунктирною лінії дозволяє шляхом графічних вимірювань визначити взаємне положення штрихів пунктирною лінії, що відповідають положенням супутника, і найближчих до них точок, відповідних зіркам. Це дає можливість, знаючи положення зірок за зоряного каталогу, визначити координати штрихів супутника або, точніше, кутову орієнтацію ліній візування спостережний пункт-супутник. Сукупність кутових координат лінії візування пункт-супутник дозволяє визначити взаємну кутову орієнтацію геодезичних пунктів. Орієнтація всієї мережі на поверхні Землі вимагає знання координат хоча б одного пункту, що визначаються класичними методами, і дальності до іншого або координат двох пунктів, які називаються базисними. - Для подолання несприятливих метеорологічних умов при оптичних спостереженнях супутника використовуються радіотехнічні засоби. У цьому випадку супутник є як би активним маяком. Застосовуються різні принципи вимірів: ефект Доплера, зсув фаз радіосигналів супутника, які приймаються у різних точках пункту, час поширення сигналу пункт-супутник-пункт і т. д.

Великі перспективи в вимірювальній техніці космічної геодезії мають оптичні квантові генератори (лазери). Вони дозволяють вимірювати дальність і радіальну швидкість зі значно більш високою точністю, ніж за допомогою радіотехнічних коштів. Таким чином, космічна геодезія дозволить уточнити форму Землі -- геоїд, точно визначити координати будь-яких пунктів на поверхні нашої планети, створити топографічні карти на будь-які райони земної поверхні і визначити параметри поля тяжіння Землі.

Все це дасть можливість морському флоту визначати обриси материків і отримувати точні координати островів, рифів, маяків та інших морських об'єктів, авіації -- визначати координати аеропортів, наземних орієнтирів і станцій наведення. Ці дані дозволять вибирати найкращі маршрути руху і забезпечать надійність і безпеку роботи морського і повітряного транспорту.

Як відомо, для прокладки курсу корабля або літака в кожний момент часу необхідно точно знати їх місце розташування. Для цих цілей служать різні навігаційні системи, які забезпечують водіння за визначеними маршрутами. З давніх часів у навігації використовувалися природні орієнтири або поля: небесні світила, магнітне поле Землі та ін Останнім часом велике поширення одержали радіонавігаційні системи, серед яких найбільш сучасними є системи, що використовують штучні супутники Землі.

Супутники забезпечують навігаційній системі глобальність. Всепогодність навігації в цьому випадку досягається завдяки використанню радіозасобів надвисокочастотного діапазону.

Навігація з використанням супутників заснована на вимірюванні параметрів відносного положення та утворення навігіруемого об'єкта і супутника. Такими параметрами можуть служити: відстань (дальність), швидкість зміни цієї відстані (радіальна швидкість), кутова орієнтація лінії об'єкт-супутник (лінії візування) у будь-якій системі координат, швидкість зміни цих кутів і ін

Координати супутника в моменти навігаційних визначень можуть повідомлятися кораблям (або літакам) при кожній навігації. Крім того, на супутнику може встановлюватися запам'ятовуючий пристрій, в який закладаються дані про його прогнозованому русі. Ця інформація "скидається" із супутника в процесі польоту (періодично або за запитом з навігіруемого об'єкта). Для спрощення процесу визначення координат об'єкту може бути складений каталог ефемерід (параметрів орбіт) навігаційних супутників на кілька місяців або років вперед.

Великий вплив на прогнозування руху супутника роблять помилки визначення елементів орбіти, які залежать насамперед від точності роботи наземних вимірювальних коштів. Ці кошти повинні бути добре "прив'язані" до геодезичної системі координат. Якщо цього не буде, то може відбутися "зсув" координатної системи навігаційного супутника щодо геодезичної. А це призведе до зрушення в визначенні положення навігіруемого об'єкту відносно геодезичної системи, а отже, і до зрушення щодо земних орієнтирів, що може викликати катастрофічні наслідки. Геодезичні супутники дозволяють з високою точністю здійснити прив'язку координат вимірювальних пунктів до геодезичної системі.

Для успішної роботи навігаційних супутників має значення правильний вибір параметрів їх орбіт. Необхідно забезпечити достатню частоту видимості супутника з навігіруемих об'єктів. З цієї точки зору різні орбіти сильно відрізняються один від одного. Так, супутник, що летить за низькою полярної орбіті "оглядає" всю Землю двічі на добу, один раз на прямих, інший-на зворотних витках. Точніше кажучи, Земля щодо рухається по орбіті супутника переміщається так, що с любой її точки він може бути видно 2 рази на добу. Щоб забезпечити безперервний огляд поверхні Землі з супутників, які працюють на полярні орбіти, тобто для забезпечення видимості одного або більше супутників з корабля або літака, що знаходиться в будь-якій точці нашої планети, необхідно на орбітах висотою 200 км мати 160 супутників, а заввишки 1 тис. км - 36 супутників.

Створення систем космічної навігації дозволяє значно поліпшити безпеку руху транспорту. Подібні системи міцно входять в практику кораблі і літаководіння, тому що дозволяють з високою точністю визначати місце розташування кораблів і літаків у будь-який час доби, при будь-якому стані погоди.

Вплив космічних досліджень на розвиток науки і виробництва

Створення найскладніших ракетно-космічних систем, виникнення космічної індустрії та вирішення фундаментальних проблем науки і техніки, пов'язаних з польотами в космос, дали масу ідей, технічних засобів і принципово нових конструктивно-технологічних рішень, впровадження яких у традиційне виробництво та використання в різних сферах діяльності людини дасть колосальні економічні вигоди. Опосередковані вигоди, які приносить людству космонавтика, досить важко піддаються кількісним оцінкам. Тим не менше спроби таких розрахунків робляться. Так, наприклад, згідно з підрахунками ряду зарубіжних фахівців, прибуток, зумовлений науковими дослідженнями і розробками в галузі космосу, сягає 207 млрд. дол

Завдяки розвитку космонавтики фізична наука збагатилася фундаментальними відкриттями в області астрофізики, космічного випромінювання, вивчення радіаційних поясів Землі, сонячно-земної фізики, рентгенівської астрономії та ін Потреби космічної техніки стимулювали дослідження в галузі фізики електронних і іонних пучків і спрямованих плазмових потоків. Застосування низькотемпературних (кріогенних) ракетних палив, створення бортових електрогенераторів надвеликої потужності, технічно досконалих, що призвело до необхідності глибокого вивчення фізики низькотемпературних рідин, поведінки їх в умовах невагомості, розробки нових методів кріостатірованія легких надійних магнітних систем з малим енергоспоживанням, стимулювало розвиток фізики надпровідності і гелієвої кріогеніки.

Розвиток космічної енергетики дозволило значно удосконалити існуючі джерела струму. Так, наприклад, паливні елементи, що виробляють електричний струм в результаті електрохімічних процесів, що застосовуються в космічних кораблях, в майбутньому можуть знайти широке використання в автомобілях, що дозволить ліквідувати одне з основних джерел забруднення атмосфери, яким є двигун внутрішнього згоряння. Паливні елементи, очевидно, будуть широко впроваджені в промисловість і сільське господарство як зручний і ефективний джерело електроенергії. Те ж можна сказати про радіоізотопних і ядерних джерелах струму. Поряд з е.