Главная страница >  Цитатник 

Советский искусственный спутник

Недавно весь мир стал очевидцем выдающегося , имеющего огромное историческое значение, характеризующего собой новый этап в развитии науки и техники, в практическом осуществлении дерзновеннейшей мечты человечества — покорении космоса. 4 октября 1957 года в Советском Союзе был осуществлен успешный запуск первого в мире искусственного спутника Земли (рис. 4).

Советский искусственный спутник

Создание советского искусственного спутника Земли потребовало решения целого ряда сложнейших технических задач. Наибольшие трудности встретились при разработке ракеты-носителя, примененной для вывода спутника на его орбиту. Ракета-носитель обладает высоким конструктивным совершенством. Созданы мощные двигатели, работающие в трудных тепловых условиях. Разработаны оптимальные режимы движения ракеты, обеспечивающие наиболее эффективное ее использование. Для обеспечения заданного закона движения ракеты, необходимого для выведения спутника на орбиту, разработана весьма точная и эффективная система автоматического управления ракетой.

Сообщение о запуске спутника молниеносно облетело весь земной шар. Прохождение спутника над различными пунктами было зарегистрировано многими наблюдателями на всех континентах буквально с первых же оборотов спутника вокруг Земли.

Запуску спутника предшествовала большая экспериментальная работа, связанная с созданием и отработкой как отдельных агрегатов, так и всей системы в комплексе. Успешный запуск спутника полностью подтвердил правильность расчетов и основных технических решений, принятых при создании ракеты-носителя и спутника.

Решение этих, а также многих других сложнейших задач оказалось возможным лишь в результате использования новейших достижений науки и техники в самых различных областях, и в первую очередь благодаря высокому, технически совершенному ракетостроению в СССР. Постройка искусственного спутника Земли в столь короткие сроки была обеспечена также высоким уровнем научно-технического потенциала и, в частности, машиностроения в нашей стране.

искусственных спутников, при создании которых предусматривается дальнейшее увеличение их веса и размеров. Создание спутника является первым шагом в завоевании межпланетного пространства и осуществлении космических полетов.

Запуск первого спутника открывает широкую программу научных исследований, которая будет продолжена в течение Международного геофизического года на ряде последующих

Спутник, имеющий форму шара, был размещен в передней части ракеты-носителя и закрыт защитным конусом. Ракета со спутником стартовала вертикально. Через небольшое время после старта при помощи программного устройства ось ракеты начала постепенно отклоняться от вертикали. В конце участка выведенная на орбиту ракета находилась на высоте нескольких сот километров и двигалась параллельно земной поверхности со скоростью около 8 000 метров в секунду. После окончания работы двигателя ракеты защитный конус был сброшен, спутник отделился от ракеты и начал двигаться самостоятельно.

Рис. Советский искусственный спутник

Рис. Схема орбиты искусственного спутника Земли

Так как скорость отделения конуса от спутника и спутника от последней ступени ракеты была невелика, то защитный конус и ракета-носитель сразу же после разделения находились от спутника на сравнительно небольшом расстоянии, двигаясь вокруг Земли по орбитам, близким к орбите спутника. Затем, вследствие разности периодов обращения, получающейся как за счет относительной скорости в момент их разделения, так и за счет различной степени торможения в атмосфере Земли, все три тела постепенно разойдутся и в процессе дальнейшего движения в один и тот же момент времени они будут находиться над совершенно различными точками земной поверхности.

Ориентация плоскости орбиты относительно неподвижных звезд остается почти постоянной. Так как Земля вращается вокруг своей оси, то на каждом следующем витке спутник оказывается над другим районом, смещаясь за один виток в западном направлении примерно на 24° (рис. 6). Фактическое смещение по долготе будет несколько больше, так как вследствие отклонения поля тяготения от центрального плоскость орбиты будет медленно поворачиваться вокруг оси Земли в направлении, противоположном ее вращению. Это движение плоскости орбиты невелико и составляет примерно четверть градуса по долготе за один оборот. В результате относительного движения Земли и плоскости орбиты каждый следующий виток будет проходить западнее предыдущего на широте Москвы примерно на 1 500 км. В экваториальной области смещение больше и будет составлять около 2500 км.

Орбита спутника представляет собой в первом приближении эллипс, один из фокусов которого находится в центре Земли. Высота полета спутника над поверхностью Земли не остается постоянной, а периодически изменяется, достигая наибольшего значения, примерно 900 километров. В настоящее время перигей орбиты (ее наинизшая точка) находится в северном полушарии Земли, а апогей (наивысшая точка орбиты) — в южном полушарии (рис. 5).

С течением времени, вследствие торможения спутника в верхних слоях атмосферы Земли, форма и размеры орбиты спутника будут постепенно изменяться. Так как на больших высотах, где происходит движение спутника, плотность атмосферы чрезвычайно мала, эволюция орбиты будет происходить вначале весьма медленно. Высота апогея будет убывать быстрее высоты перигея, и орбита будет все более приближаться к круговой. При вхождении спутника в более плотные слои атмосферы торможение спутника станет весьма сильным. Спутник раскалится и сгорит, подобно метеорам, приходящим из межпланетного пространства и сгорающим в атмосфере Земли.

Так как плоскость орбиты наклонена к плоскости земного экватора под углом 65°, то трасса спутника проходит над районами Земли, находящимися приблизительно между Северным и Южным полярными кругами. Вследствие вращения Земли вокруг оси угол наклона трассы к экватору отличается от угла наклонения плоскости орбиты. Приходя в северное полушарие, трасса пересекает экватор под углом 71,5° в направлении на северо-восток. Затем трасса постепенно поворачивает все больше на восток и, коснувшись параллели, отвечающей 65° северной широты, отклоняется к югу и пересекает экватор в направлении на юго-восток под углом 59°. В южном полушарии трасса касается параллели, отвечающей 65° южной широты, после чего отклоняется к северу и снова переходит в северное полушарие.

Рис. Развернутая проекция траектории полета спутника

В настоящее время плотность верхней атмосферы известна лишь приблизительно. Поэтому дать точный прогноз о времени существования спутника на орбите пока не представляется возможным. Имеющиеся данные о плотности верхней атмосферы, а также результаты проведенных траекторных измерений позволяют утверждать, что спутник будет двигаться вокруг Земли достаточно продолжительное время.

Параметры орбиты советского искусственного спутника позволяют наблюдать его на всех континентах в большом диапазоне широт. Это открывает широкие возможности для решения различных научных проблем. Можно указать, что запуск спутника на такую орбиту является более трудной задачей, чем запуск его на орбиту, близкую к экваториальной плоскости. При запуске на экваториальную орбиту имеется возможность в большей степени использовать для разгона ракеты скорость вращения Земли вокруг своей оси.

Период обращения спутника составлял в первые дни его жизни около 96 минут. По мере понижения орбиты период будет уменьшаться. Скорость изменения периода будет служить указанием на быстроту изменения формы орбиты. Поэтому точное измерение периода обращения спутника является чрезвычайно важной и ответственной задачей.

Научные станции ведут наблюдения с помощью радиолокаторов и радиопеленгаторов. Ведутся также наблюдения оптическими методами и фотографирование движения спутника.

Весьма важной составной частью исследований, проводимых с помощью искусственного спутника Земли, является наблюдение за его движением, обобщение наблюдений и предсказание по результатам обработки дальнейшего движения спутника. Наблюдение за спутником ведется с помощью радиотехнических средств, а также в обсерваториях с помощью оптических инструментов. Наряду со специалистами с их средствами к наблюдениям широко привлечены радиолюбители, а также группы астрономов-любителей, ведущих наблюдения на астрономических площадках с помощью специально изготовленных для этих целей оптических инструментов. В СССР наблюдения за спутником регулярно ведут 66 станций оптических наблюдений и 26 клубов ДОСААФ с большим количеством средств радионаблюдения. Кроме того, наблюдения за спутником ведут индивидуально тысячи радиолюбителей.

Имеющаяся аппаратура, с помощью которой оптическая станция отмечает положение спутника на небесной сфере, позволяет производить измерения с точностью до одного градуса, а момент времени, в который отмечается это положение, с погрешностью не более одной секунды. Оптическая станция наблюдает искусственный спутник в утреннее или вечернее время, когда поверхность Земли погружена в темноту, в то время как сам спутник, находясь на большой высоте, освещен Солнцем.

Остановимся на методах наблюдения астрономами-любителями и радиолюбителями, так как эти методы доступны широким кругам, интересующимся движением спутника. В распоряжении астрономов-любителей имеется большое количество специально изготовленных астрономических трубок, обладающих совершенной оптикой с широким углом зрения. На наблюдательных станциях имеются также комплекты оборудования, позволяющие определять положение спутника на небесной сфере в определенный момент времени.

Для обеспечения надежности наблюдений каждая оптическая станция устраивает один или два «оптических барьера» из трубок, расположенных в меридиане и по вертикальному кругу, перпендикулярному видимой орбите спутника. Кроме того, при поиске спутника применяется метод, основанный на так называемом «правиле местного времени». Этот метод использует то обстоятельство, что орбита спутника не участвует в суточном вращении Земли, а сам спутник будет проходить через заданную широту в местное звездное время, медленно меняющееся при вращении орбиты в абсолютном пространстве вокруг земной оси за счет отклонения поля тяготения от центрального. Благодаря этому для данной станции спутник в процессе своего движения будет проходить последовательно через ряд точек на небесной сфере, которые можно назвать точками ожидания. Если регулировать ось оптического прибора таким образом, чтобы она была направлена в заранее рассчитанную на небесной сфере очередную точку ожидания, то рано или поздно неизбежно произойдет обнаружение спутника.

Следует отметить, что наблюдения за спутником с помощью астрономических инструментов представляют известную трудность и не похожи на наблюдения обычных астрономических объектов, так как спутник движется по небу очень быстро, со скоростью в среднем около одного градуса в секунду.

Уже к настоящему времени имеется большое количество наблюдений спутника радиолюбителями. В ряде мест прохождение спутника зарегистрировано астрономами-любителями. В ряде других мест, к сожалению, облачность не дала возможности вести оптические наблюдения.

Наблюдения за спутником ведет большое число радиолюбителей с помощью специально для этой цели сконструированных радиоприемников. Схемы этих приемников, а также схемы пеленгационных приставок к ним были опубликованы в научно-популярном журнале «Радио» задолго до запуска спутника. Информацию о движении спутника, даваемую радиолюбителями, можно использовать не только для изучения законов прохождения радиоволн через атмосферы, но также, особенно в случае, если радиолюбитель использует пеленгационную приставку для грубого определения элементов орбиты спутника.

Первый советский искусственный спутник имеет форму шара. Диаметр его равен 58 см, вес — 83,6 кг. Герметичный корпус спутника изготовлен из алюминиевых сплавов. Поверхность его полирована и подвергнута специальной обработке. В корпусе размещается вся аппаратура спутника вместе с источниками энергопитания аппаратуры. Перед пуском спутник заполняется газообразным азотом.

Все данные научных станций, а также радио— и оптических наблюдений любителей собираются и обрабатываются. В результате обработки этих данных определяются как элементы орбиты, так и их вековые уходы. При обработке используются новейшие вычислительные средства, такие как электронные счетные машины. В результате обработки уточняются параметры орбиты и предсказывается движение спутника. Кроме того, данные, поступающие с наблюдательных станций, используются для ряда геофизических исследований, проводимых с помощью спутника, таких, например, как определение плотности атмосферы по эволюции параметров орбиты спутника и т.п.

Двигаясь по своей орбите, спутник периодически подвергается резко переменным тепловым воздействиям — нагреванию лучами Солнца в период нахождения его над освещенной стороной Земли, охлаждению при полете в тени Земли. Кроме того, при работе электроаппаратуры внутри спутника также выделяется известное количество тепла. Таким образом, в тепловом отношении искусственный спутник является самостоятельным небесным телом, находящимся в лучистом теплообмене с окружающим пространством. Поэтому обеспечение в течение длительного промежутка времени нормального температурного режима на спутнике, необходимого для успешной работы его аппаратуры, является принципиально новой и достаточно сложной технической задачей. Поддержание необходимого температурного режима на первом спутнике обеспечивается приданием его поверхности соответствующих значений коэффициентов излучения и поглощения солнечной радиации, а также регулированием теплового сопротивления между оболочкой спутника и размещаемой в нем аппаратурой за счет принудительной циркуляции азота внутри спутника.

На внешней поверхности корпуса установлены антенны в виде четырех стержней длиной от 2,4 до 2,9 м. Во время выведения спутника на орбиту стержни антенн прижаты к корпусу ракеты. После отделения спутника от ракеты-носителя антенны поворачиваются относительно своих шарниров и занимают положение, изображенное на рисунке 4.

Через некоторое время радиопередатчик спутника перестанет подавать сигналы. Это может, например, произойти, если метеорная частица пробьет корпус спутника или повредит антенну. Кроме того, спутник имеет ограниченный запас электроэнергии. После прекращения работы передатчиков наблюдение за спутником будет вестись оптическими методами и при помощи радиолокаторов.

На спутнике установлены два радиопередатчика, непрерывно излучающие сигналы длиной волн — 15 и 7,5 м. Следует отметить, что на созданном в СССР искусственном спутнике в связи с его относительно большим весом оказалось возможным установить радиопередатчики большой мощности. Это позволяет производить прием сигналов со спутника на весьма больших расстояниях и дает возможность включиться в наблюдения за спутником самым широким кругам радиолюбителей во всех частях земного шара. Первые сутки наблюдения за полетом спутника подтвердили возможность уверенного приема его сигналов обычными любительскими приемниками на расстояниях, достигающих нескольких тысяч километров. Зафиксированы отдельные случаи приема сигналов спутника на расстояниях до 10 000 км. Сигналы, изучаемые радиопередатчиками на каждой из частот, имеют вид телеграфных посылок. Посылка сигнала одной частоты производится во время паузы сигнала другой частоты. В среднем длительность сигналов на каждой из частот составляет около 0,3 секунды. Эти сигналы используются для наблюдения за орбитой спутника, а также для решения ряда научных задач. Для регистрации процессов, происходящих на спутнике, на нем установлены чувствительные элементы, меняющие частоты телеграфных посылок и соотношения между длительностью этих посылок и пауз при изменении некоторых параметров на спутнике (температуры и др.). При приеме сигналов со спутника производится их регистрация для последующей расшифровки и анализа.

Измерение уровней принимаемых сигналов и углов рефракции радиоволн с различными частотами позволяет получить данные о затухании радиоволн в ранее не исследованных областях ионосферы и некоторые сведения о структуре этих областей.

Большое значение имеют наблюдения за распространением радиоволн, излучаемых со спутника. До сих пор основные сведения об ионосфере были получены изучением радиоволн, посылаемых с Земли и отраженных от областей ионосферы, лежащих ниже максимальной ионизации ионосферных слоев. В настоящее время по существу не известно, на каких высотах лежит верхняя граница ионосферы. Запуск спутника создает возможность получать в течение длительного времени радиосигналы с двумя различными частотами из областей ионосферы, ранее недоступных для длительных наблюдений, лежащих выше максимума ионизации, а может быть, над ионосферой вообще.

К этим вопросам относится: изучение состояния ионосферы, ее химической структуры, измерения давления и плотности, магнитные измерения, опытная проверка общей теории относительности, изучение природы корпускулярного излучения Солнца, первичного состава и вариации космических лучей, ультрафиолетового и рентгеновского участка спектра Солнца, а также злектростатических полей верхних слоев атмосферы и микрочастиц. Уже первый спутник дает сведения по ряду этих вопросов.

Программа научных измерений на искусственных спутниках Земли весьма обширна и охватывает многие разделы физики верхних слоев атмосферы и включает изучение космического пространства около Земли.

Устанавливаемая на спутниках аппаратура позволяет также произвести изучение вариаций полного потока космических лучей, изучение которых затрудняет большая толща атмосферы, находящейся над аппаратурой при установке ее на Земле. Полученные данные позволят выявить суточные, полусуточные и двадцатисемисуточные вариации и изучить их связь с явлениями на Солнце. Спутник позволяет провести указанные измерения по всему земному шару.

В области изучения космических лучей программа предусматривает получение данных по относительному количеству в составе первичного космического изучения различных ядер. В частности, будет произведено определение относительного количества ядер лития, бериллия и бора, а также ядер с весьма большим зарядом. В этом отношении можно будет получить данные, недоступные для ранее применявшихся методов исследований.

Наряду с коротковолновой радиацией Солнца огромную роль в процессах, происходящих в верхних слоях атмосферы, играет корпускулярное излучение Солнца. С этой целью важно решить вопрос о природе корпускулярного излучения, его интенсивности, энергетическом спектре частиц, выбрасываемых Солнцем, и выяснить роль корпускулярного излучения Солнца в образовании полярных сияний. Эти вопросы также удастся решить с помощью созданной аппаратуры, устанавливаемой на искусственных спутниках Земли.

Вследствие поглощения атмосферой коротковолновой радиации Солнца она до сих пор еще не изучена. Большие высоты, на которых обращается спутник, позволят с помощью разработанной нашими физиками аппаратуры изучить ультрафиолетовый и рентгеновские участки спектра Солнца и выявить вариации интенсивности излучения. Это важно, так как по современным представлениям коротковолновое излучение Солнца вызывает ионизацию верхних слоев атмосферы. Следовательно, эти результаты прольют новый свет на процессы образования ионосферы. Поскольку коротковолновое излучение Солнца вызывается солнечной короной, данные о нем позволят получить новые результаты о структуре солнечной короны.

Представляет значительный интерес изучение на больших высотах (порядка, 1 000 км) электростатических полей и решение вопроса — является ли Земля вместе со своей атмосферой заряженной или нейтральной системой. Наряду с изучением ионосферы косвенными методами путем наблюдения за прохождением радиоволн программа исследований на спутниках предусматривает непосредственные замеры ионной концентрации на различных высотах, а в дальнейшем также химического состава масс ионосферы спектрометрическими методами. Если справедливы современные представления о том, что на больших высотах отсутствуют отрицательные ионы, эти опыты дадут полные сведения о составе ионосферы.

Полет спутника над ионизированными слоями атмосферы позволяет проверить ряд выводов, сделанных на основании тех или иных гипотез, относительно круговых токов, существующих в верхних слоях атмосферы. Искусственные спутники позволяют также произвести изучение быстрых вариаций магнитного поля Земли.

Искусственный спутник есть первый шаг в завоевании космического пространства. Для перехода к осуществлению космических полетов с человеком необходимо изучить влияние условий космического полета на живые организмы. В первую очередь это изучение должно быть проведено на животных. Так же, как это было на высотных ракетах, в Советском Союзе будет запущен спутник, имеющий на борту животных в качестве пассажиров, и будут проведены детальные наблюдения за их поведением и протеканием физиологических процессов.

Не останавливаясь на всех научных наблюдениях, которые производятся и будут произведены на спутниках в течение Международного геофизического года, следует упомянуть еще об исследованиях метеорной материи. Намечено получение спектра масс и скоростей микрочастиц, попадающих в атмосферу из космического пространства.

С успешным запуском искусственного спутника Земли наука и техника делают новый качественный скачок, перенося прямые методы научных измерений в недоступное до настоящего времени космическое пространство и прокладывая широкие пути будущим межпланетным путешествиям.

Можно с уверенностью сказать, что осуществление намеченной программы научных исследований с помощью искусственных спутников Земли сыграет революционизирующую роль во многих вопросах физики, геофизики и астрофизики.





Далее:
Ремонт на орбите.
РЯДОМ С ГАГАРИНЫМ.
Защита экипажей от ионизирующей радиации.
ГАГАРИН Юрий Алексеевич.
3. ЙЕГЕР.
Гольдовский Д.Ю., Назаров Г.А. «Первые полеты в космос».
Подразделение РНИИ по разработке ракетных двигателей на высококипящем жидком топливе.
Пролог.
«Жертвенный» слой.


Главная страница >  Цитатник