Искусственные спутники Земли и зачем они нужны

Луна — естественный спутник Земли, потому что она появилась в природе и обращается вокруг нашей планеты. Но вокруг Земли движутся и созданные человеком аппараты. Их называют искусственными спутниками. Они выполняют научные и практические задачи: наблюдают погоду, помогают определять местоположение, передают сигналы связи, следят за состоянием суши и океанов и проводят исследования.

Первым искусственным спутником Земли стал «Спутник-1», запущенный Советским Союзом 4 октября 1957 года. Старт состоялся с космодрома, расположенного на территории нынешнего Казахстана и известного сегодня как Байконур. Этот небольшой аппарат открыл космическую эру и показал, что созданный человеком объект может быть выведен на орбиту Земли.

Почему спутник не падает прямо на Землю

На любой спутник действует земное притяжение. Значит ли это, что он должен немедленно упасть? Нет, потому что при запуске ракета сообщает аппарату большую скорость в направлении вдоль поверхности Земли.

Можно представить, что спутник всё время «падает» к Земле под действием притяжения, но одновременно очень быстро движется вперёд. Поверхность планеты закругляется под ним, поэтому при подходящей скорости аппарат продолжает огибать Землю. Такой путь называется орбитой.

Если скорость, направление или высота будут неподходящими, орбита изменится. Поэтому инженеры заранее рассчитывают траекторию запуска и при необходимости корректируют движение спутника.

Из чего состоит искусственный спутник

Спутники бывают разными по размеру и назначению, но многим из них нужны одинаковые основные системы:

• корпус, который удерживает оборудование;
• источник энергии — часто солнечные панели и аккумуляторы;
• антенны для связи с наземными станциями;
• компьютер для управления работой аппарата;
• датчики и научные приборы — камеры, радиометры, радары и другое оборудование;
• система ориентации, которая помогает повернуть спутник нужной стороной;
• на некоторых аппаратах — двигатели для изменения орбиты или ориентации.

На Земле работают центры управления. Они получают данные, следят за состоянием аппарата и передают команды. Многие действия спутник может выполнять автоматически, но его работа заранее запрограммирована и контролируется специалистами.

Спутники погоды: взгляд сверху

Метеорологические спутники наблюдают облака, движение воздушных масс, температуру, влажность, поверхность океана и другие характеристики атмосферы и Земли. Их данные поступают в системы прогнозирования погоды.

Часть аппаратов движется по полярным орбитам и постепенно наблюдает разные участки всей планеты. Другие находятся на геостационарной орбите над экватором. Такой спутник обращается вокруг Земли с периодом, совпадающим с вращением планеты, поэтому с поверхности кажется почти неподвижным над одним районом. Это удобно для непрерывного наблюдения за развитием облачных систем, ураганов и других опасных явлений.

Геостационарная орбита расположена примерно в 35 800 километрах над экватором. На такой высоте метеорологический аппарат может постоянно видеть большую часть одного полушария.

Навигационные спутники: как телефон понимает, где мы

Системы спутниковой навигации позволяют определять местоположение и точное время. Спутники передают радиосигналы с информацией о своём положении и времени отправки. Приёмник в телефоне, автомобиле или навигаторе сравнивает сигналы от нескольких аппаратов и вычисляет своё местоположение.

Например, американская система GPS использует спутники на средней околоземной орбите примерно на высоте 20 200 километров. Для определения трёхмерного положения и времени приёмнику обычно нужны сигналы как минимум от четырёх спутников.

Важно различать понятия: GPS — название одной конкретной навигационной системы. Существуют и другие глобальные спутниковые навигационные системы.

Для чего ещё используются спутники

Как спутники помогают изучать нашу планету

С орбиты можно регулярно наблюдать большие территории, куда человеку трудно добраться. Спутники фиксируют изменения ледников и морского льда, следят за лесными пожарами, вулканическим пеплом, состоянием растительности, уровнем воды и температурой океанов. Одни приборы делают снимки в видимом свете, другие принимают инфракрасное или микроволновое излучение и поэтому получают информацию, которую человеческий глаз не видит.

Сравнивая данные, собранные месяцами и годами, учёные изучают долгосрочные изменения климата и окружающей среды. Для сельского хозяйства спутниковые снимки помогают оценивать состояние посевов и влажность почвы, а при стихийных бедствиях — быстрее оценивать затопленные или повреждённые районы.

Все ли спутники летают на одной высоте

Нет. Выбор орбиты зависит от задачи. Низкая околоземная орбита удобна для детальных наблюдений и научных аппаратов. Средние орбиты используются, в частности, навигационными системами. Геостационарная орбита удобна, когда нужно постоянно видеть одну и ту же большую область Земли.

Есть и спутники с другими траекториями. Поэтому выражение «спутник летает вокруг Земли» верно в общем смысле, но реальные орбиты могут сильно отличаться по высоте, форме и наклону к экватору.

Почему один спутник не может делать всё сразу

Разным задачам нужны разные приборы и разные орбиты. Аппарату для подробной съёмки поверхности выгодно находиться сравнительно близко к Земле, а спутнику постоянного наблюдения за большой областью — значительно выше. Навигационным аппаратам нужна своя тщательно рассчитанная система орбит. Поэтому вместо одного универсального спутника люди создают целые группы аппаратов, каждый из которых решает определённую задачу.

Что происходит со спутником после окончания работы

Космический аппарат не может служить бесконечно. У него стареет оборудование, заканчивается топливо для коррекций или прекращается работа отдельных систем. Для разных орбит существуют разные способы безопасного завершения миссии. Низко летящие аппараты могут быть направлены к входу в атмосферу, где большая часть конструкции сгорает. Для некоторых высоких спутников предусматривают перевод на специальные орбиты хранения.

Проблема неработающих аппаратов и обломков называется проблемой космического мусора. Даже небольшой объект на орбитальной скорости может повредить действующий спутник, поэтому инженеры стараются учитывать правила безопасной эксплуатации космического пространства.

Краткий план доклада

1. Что такое искусственный спутник Земли.
2. Первый спутник и начало космической эры.
3. Почему аппарат остаётся на орбите.
4. Основные части спутника.
5. Метеорологические и навигационные спутники.
6. Связь, наука и наблюдение Земли из космоса.
7. Что происходит со спутниками после завершения работы.

Вывод

Искусственные спутники — это созданные человеком аппараты, которые движутся по орбитам и выполняют полезную работу. Благодаря им мы точнее прогнозируем погоду, пользуемся навигацией, передаём сигналы на большие расстояния и наблюдаем изменения на всей планете. Спутник остаётся на орбите благодаря сочетанию движения вперёд и земного притяжения, а его возможности зависят от установленного оборудования и выбранной орбиты.