Слайд 2За прошедшие более чем 50 лет с начала космической эры
число ИСЗ в околоземном пространстве огромно - десятки тысяч объектов
от более чем 100 метров в диаметре (МКС) до кусочков обшивки и т.п. размером 5-10 см. На следующих слайдах можно увидеть распределение ИСЗ на полночь 17 января 2011 г. для более чем 14000 ИСЗ
Искуственные спутники Земли
Слайд 5Рассмотрим типы орбит ИСЗ. Все ИСЗ движутся по эллипсам, в
одном из фокусов которых находится Земля.Следовательно, все типы орбит -
эллиптичные. Основное деление орбит производят по величине наклонения "i" орбиты и по значению большой полуоси "a". Кроме того, можно выделить деление по величине эксцентриситета "e" - малоэллиптичные и высокоэллиптичные орбиты. Наглядное представление об изменении вида орбиты при различных значениях эксцентриситета дано на следующем слайде .
Типы орбит спутника
Слайд 6Эксцентриситет орбиты спутника
Слайд 7Наклонение орбит ИСЗ лежит в диапазоне 0° < "i"
90° (см. следующий слайд). В зависимости от значение наклонения и
высоты ИСЗ над поверхностью Земли, положение областей его видимости имеют различные границы широты, а в зависимости от высоты над поверхностью - и различный радиус этих областей. Чем больше наклонение, тем на более северных широтах может быть виден спутник, а чем он выше - тем шире область видимости. Таким образом, наклонение "i" и большая полуось "a" определяют перемешение по поверхности Земли полосы видимости ИСЗ и её ширину.
Область видимости Земли с орбиты
Слайд 8Общий случай орбиты спутника с наклонением 0° < "i"
90°.
Слайд 9Экваториальная орбита
Экваториальная орбита - крайний случай орбиты, когда наклонение "i"
= 0° (см. следующий слайд). В этом случае прецессия и
поворот орбиты будут максимальны - до 10°/сутки и до 20°/сутки соответственно. Ширина полосы видимости спутника, которая расположена вдоль экватора, определяется его высотой над поверхностью Земли. Орбиты с малым наклонением "i" часто называют "около экваториальными".
Слайд 11Полярная орбита
Полярная орбита - второй крайний случай орбиты, когда наклонение
"i" = 90° (см. след слайд). В этом случае прецессия
орбиты отсутствует, а поворот орбиты происходит в сторону, обратную относительно вращения ИСЗ, и не превышает 5°/сутки. Подобный полярный ИСЗ последовательно проходит над всеми участками поверхности Земли. Ширина полосы видимости спутника определяется его высотой над поверхностью Земли, но спутник рано или поздно можно увидеть из любой точки. Орбиты с наклонением "i", близким к 90°, называют "приполярными".
Слайд 13Солнечно-синхронная орбита
Солнечно-синхронная орбита (ССО) - особый вид орбиты, часто используемый
спутникам, которые производят съёмку поверхности Земли. Представляет собой орбиту с
такими параметрами, что спутник проходит над любой точкой земной поверхности приблизительно в одно и то же местное солнечное время. Движение такого спутника синхронизировано с движением линии терминатора по поверхности Земли - за счёт этого спутник может лететь всегда над границей освещённой и неосвещённой солнцем территории, или всегда в освещённой области, или наоборот - всегда в ночной, причём условия освещённости при пролёте над одной и той же точкой Земли всегда одинаковые.
Слайд 15Низкоорбитальные спутники
Низкоорбитальными ИСЗ (НОС (рус.), см. след слайд) обычно считаются
спутники с высотами от 160 км до 2000 км над
поверхностью Земли. Такие орбиты (и спутники) в англоязычной литературе называют LEO (от англ. "Low Earth Orbit"). Орбиты LEO подвержены максимальным возмущениям со стороны гравитационного поля Земли и её верхней атмосферы. Угловая скорость спутников LEO максимальна - от 0,2°/с до 2,8°/с, периоды обращения от 87,6 минут до 127 минут.
Слайд 16Низко(а)- и средне(б)- орбитальные спутники
Слайд 17Среднеорбитальные спутники
Среднеорбитальными ИСЗ (СОС (рус.), или "MEO" - от англ.
"Medium Earth Orbit") обычно считаются спутники с высотами от 2000
км до 35786 км над поверхностью Земли. Нижний предел определяется границей LEO, а верхний - орбитой геостационарных спутников (см. ниже). Эту зону в основном "заселяют" спутники навигации (ИСЗ "NAVSTAR" системы "GPS" летают на высоте 20200 км, ИСЗ системы "ГЛОНАСС" - на высоте 19100 км) и связи, которые покрывают полюса Земли. Период обращения - от 127 минут до 24 часов. Угловая скорость - единицы и доли угловой минуты в секунду.
Слайд 18 Геостационарные и геосинхронные спутники
Геостационарные ИСЗ (ГСС (рус.), или "GSO"
- от англ. "Geosynchronous Orbit") считаются спутники, имеющие период обращение
вокруг Земли, равный звёздным (сидерическим) суткам - 23ч 56м 4,09с. Если наклонение "i" орбиты нулевое, то такие орбиты называют геостационарными (см. след слайд). Геостационарные ИСЗ летают на высоте 35786 км над поверхностью Земли.
Т.к. их период обращение совпадает с периодом обращения Земли вокруг своей оси, то такие ИСЗ "висят" в небе на одном месте.
Если наклонение "i" не равно нулю, то такие ИСЗ называются геосинхронными.
В реальности многие геостационарные спутники имеют небольшое наклонение и подвержены возмущениям со стороны Луны и Солнца, в связи с чем они описывают на небе фигуры в виде "восьмёрок", вытянутых в направлении север-юг.
Слайд 19 Геостационарные и геосинхронные спутники
Слайд 20 Геостационарные и геосинхронные спутники
Если говорить о виде траектории ГСС,
то он определяется значением наклонения наклонения "i", эксцентриситета "e" и
аргумента перигея "Wp орбиты спутника.
В самом общем случае при ненулевых "i" и "e" трек ГСС на поверхности Земли представляет собой "наклонённую восьмёрку", угловая высота 2Θ = i, максимальная ширина ΔLmax = 114.6°·e, причём "восьмёрка" получается только в том случае, если аргумент перигея "Wp" орбиты равен 0° и 180°, в остальных случаях получается более сложная фигура -- что-то среднее между овалом и "восьмёркой".
Слайд 21 Геостационарные и геосинхронные спутники
Как уже становится понятным, вопреки расхожему
мнению, ГСС не "висят" на небе точно в одной точке
- наклонение, эксцентриситет и аргумент перигея орбиты спутника определяют вид и размер довольно замысловатых фигур траектории ГСС на небе.
Более того - если спутник не активный, т.е. не корректирует свою орбиты, он начинает смещаться на фоне звёзд с довольно значительной скоростью. Необходимость в корректирующей двигательной установке на борту стационарных ИСЗ вызвана как задачами выведения на стационарную орбиту, так и тем, что, находясь на ней, он постоянно претерпевает ряд возмущений. К последним относятся возмущения за счёт неоднородности гравитационного поля Земли, возмущающее действие гравитационных полей Луны и Солнца и даже давление света.
Слайд 22 Геостационарные и геосинхронные спутники
Давление света вызывает долгопериодические движения ИС3
вдоль орбиты до 100 км и по высоте до нескольких
десятков километров для сравнительно лёгких, но крупных ИС3 (чем больше масса ИС3 и меньше его размеры, тем меньше воздействие давления света на его орбиту).
Сплюснутость Земли у полюсов вызывает перемещение ИС3 вдоль стационарной орбиты почти до 9,8о в год, приводит к периодическим возмущениям по высоте и наклонению с амплитудой до 3 км и к изменению других параметров орбиты.
Слайд 24 Геостационарные и геосинхронные спутники
В результате отклонений земного экватора от
идеальной окружности стационарный ИС3 лишь за 2 месяца смещается примерно
на 3,3о вдоль орбиты, а его положение по высоте колеблется более чем на 8 км.
Причём максимальное возмущение вследствие экваториального сжатия достигается вблизи точек "стояния" 30о и 20о в. д., 60о и 150о з. д. И наоборот, наиболее устойчивыми точками «стояния» стационарных ИС3 являются 75о в д. и 105о з. д.
Слайд 25 Геостационарные и геосинхронные спутники
Количество коррекций орбиты спутника на ГСО
зависит от допустимой величины смещения стационарного ИС3 по долготе за
год.
В общем случае если допустимое смещение ИС3 не должно превышать 1о-4о, то необходимо проводить до 6 коррекций за год. В точках устойчивого положения стационарных ИС3 потребуется не больше одной коррекции в год
Слайд 26 Геостационарные и геосинхронные спутники
Получается, что без обязательной коррекции орбиты
ГСС не сможет оставаться на геостационарной орбите - требуется периодическая
коррекция. Поэтому на каждом ГСС есть запас горючего для коррекции, а когда он подходит к концу, ГСС переводится на орбиту захоронения и отключается, чтобы освободить тесную орбиту для нового спутника, и не создавать опасность столкновения с действующими ГСС при дрейфе.
Слайд 27 Геостационарные и геосинхронные спутники
Слайд 28 Геостационарные и геосинхронные спутники
В настоящее время на околоземных и
геостационарных орбитах каталогизировано более 16000 космических объектов искусственного происхождения. Из
них только около 6% являются "активными", т.е. функционирующими. ГСО является наиболее привлекательной, выгодной для решения многих научных, народнохозяйственных, военных, навигационных, коммерческих и иных задач. Около 80% активных, функционирующих ИСЗ дислоцируются на ГСО.
Слайд 29 Геостационарные и геосинхронные спутники
Геостационарная орбита вокруг Земли одна. Запуски
спутников на ГСО начались с 1963 года. На начало 21
века более 40 стран планеты имеют свои геостационарные спутники. Ежегодно на ГСО запускается десятки спутников, орбита к тому же постепенно заполняется отработавшими спутниками. На ГСО постоянно происходят взрывы отработанных аппаратов и их ракет-носителей. Эти взрывы порождают десятки-сотни космических осколков, которые могут вывести из строя работающие аппараты.
Слайд 30 Геостационарные и геосинхронные спутники
Согласно международной конвенции по мирному использованию
космического пространства при ООН, и требованиям международного радиочастного комитета (во
избежании радиопомех на соседние ГСС), угловое расстояние между ГСС не должно быть менее 0.5°. Таким образом, теоретически количество ГСС, находящихся на безопасном расстоянии на ГСО, должно быть не более 720 штук. В последнее десятилетие это расстояние между ГСС не выдерживается. На 2011 год количество каталогизированных ГСС уже превысило более 1500.
Слайд 31 Высокоорбитальные спутники
Высокоорбитальными ИСЗ (ВОС (рус.), или "HEO" - от
англ. "High Earth Orbit") считаются спутники, достигающие высот более 35786
км над поверхностью Земли, т.е. залетающие выше геостационарных спутников.
Орбиты могут иметь значительный эксцентриситет (например, спутники серии "Меридиан", "Молния") - в этом случае они называются высокоэллиптичными (ВЭС), так и быть почти круговыми (пример - ИСЗ "Vela" (те самые ИСЗ, на которых в конце 60-х гг. ХХ в. были открыты гамма-всплески)).
Слайд 33 Орбиты захоронения
Орбиты захоронения - отдельный класс орбит ИСЗ, специально
предназначенный для увода на них спутников, вышедших из строя для
уменьшения вероятности столкновения с работающими спутниками и для освобождения места новым ИСЗ.
Для ГСС орбитой захоронения считается орбита, на 200 км выше самой орбиты ГСС
Слайд 35 Орбиты захоронения
Для каждого ГСС спутника орбита захоронения рассчитывается отдельно,
причём минимальный перигей ΔH равен:
Низкоорбитальные спутники с ядерными реакторами на
борту имеют высоту орбиты захоронения порядка 1000 км, куда переводится активная зона ядерного реактора после окончания ее работы.
,
Слайд 36Типы ИСЗ
Исследовательские спутники
Это спутники, предназначенные для исследования планет, галактик и
других космических объектов.
Примером таких аппаратов являются орбитальные телескопы ("AGILE"
(NORAD №31135), Италия, γ-телескоп; "AKARI" (NORAD №28939), Япония, ИК-телескоп; "Chandra" (NORAD №25867), США, рентгеновская обсерватория; "COROT" (NORAD №29678), ЕС, телескоп видимого диапазона длин волн; "Herschel Space Observatory" (ранее "FIRST", NORAD №34937), ЕС, ИК-телескоп; "Fermi Gamma-ray Space Telescope" (ранее "GLAST", NORAD №33053), США, ЕС, γ-телескоп; "Hubble Space Telescope" (NORAD №20580), США, ЕС, телескоп УФ, ИК и видимого диапазона и т.д.).
Слайд 37Типы ИСЗ
ИСЗ дистанционного зондирования Земли
Эти спутники осуществляют дистанционное зондирование Земли
(ДЗЗ) в различных спектральных диапазонах. Диапазон длин волн, принимаемых съёмочной
аппаратурой, составляет от УФ до ИК и радиоволн. Спутники служат для слежением за состоянием флоры и фауны, климата, морских и воздушных течений течений, разведки полезных ископаемых и т.д. Примером таких аппаратов мгут служить спутники серии "Landsat", ИСЗ "AQUA", "AURA" и т.д. Обычно подобные ИСЗ запускают на солнечно-синхронные орбиты.
Слайд 38Типы ИСЗ
Космические корабли
Пилотируемые космические аппараты. Примерами являются российские корабли серии
"Союз" и американские челноки "Space shuttle".
Слайд 39Типы ИСЗ
Космические станции
Долговременные космические корабли. В настоящее время на орбите
присутствует только один такой объект - "Международная космическая станция" (МКС).
Слайд 40Типы ИСЗ
Метеорологические спутники
Это спутники, предназначенные для передачи данных в целях
предсказания погоды, а также для наблюдения климата Земли.
Слайд 41Типы ИСЗ
Навигационные спутники
Это спутники, обеспечивающие решение задачи навигации на Земле.
В настоящее время глобальными системами навигации является GPS и ГЛОНАСС.
Слайд 42Типы ИСЗ
Разведывательные спутники
Это спутник для наблюдения Земли или спутник
связи, применяющийся для разведки
Слайд 43Типы ИСЗ
Спутники связи
Искусственный спутник Земли, специализированный для ретрансляции радиосигнала между
точками на поверхности земли, не имеющими прямой видимости
Слайд 44Типы ИСЗ
Микроспутники
Это малые космические аппараты (массой менее 500 кг), разрабатываемые
университетами, частными компаниями и даже любителями.
На данном этапе стали
весьма востребованными по причине своей относительно низкой стоимости и доступности. Многие университеты США, Европы, Японии запускают свои микроспутники, которые выполняют задачи ДЗЗ, связи между радиолюбителями, отработки новых технологий
Слайд 54История ОАО «ИСС»
Первые спутники
Низкая орбита
Стрела 1
1964год
Электронная почта и навигация
Стрела
2
1965 год
Электронная почта и навигация
Циклон
1967год
Электронная почта и навигация
Сфера
1968 год
Геодезия
Слайд 55История ОАО «ИСС»
Первые спутники
Высокоэллиптическая орбита
Молния 1
1967 год
Телевидение и связь
Молния
2
1971 год
Телевидение и связь
Молния 3
1874 год
Телевидение и связь
Слайд 56История ОАО «ИСС»
Первые спутники
Геостационарная орбита
Радуга
1975 год
Телевидение и связь
Экран
1976 год
Телевидение и
связь
Горизонт
1878 год
Телевидение и связь
Поток
1982
Связь
Слайд 57История ОАО «ИСС»
Первые спутники
Средняя орбита
Глонасс
1982 год
Навигация
Слайд 58Летающие спутники ОАО «ИСС»
ОАО «ИСС» созданы и успешно эксплуатировались более
1160 космических аппаратов на орбитах высотой от 500 до 40000
км - это две трети отечественных спутников. В отдельные годы на различных орбитах одновременно работало свыше 120 спутников ОАО «ИСС», которые составляли фундамент национальной орбитальной группировки.
