Спътник: определение, видове (естествени и изкуствени) и история

Всичко за спътниците: определение, естествени и изкуствени видове, ключови исторически събития от Спутник до съвременни навигационни и комуникационни системи.

Спътникът е обект, който обикаля около друг обект. В космоса спътниците могат да бъдат естествени или създадени от човека. Луната е естествен спътник, който обикаля около Земята. Повечето изкуствени спътници също обикалят около Земята, но някои обикалят около други планети, Слънцето или Луната. Спътниците се използват за много цели. Съществуват метеорологични спътници, комуникационни спътници, навигационни спътници, разузнавателни спътници, астрономически спътници и много други видове. Артър Кларк популяризира идеята за комуникационен спътник.

Първият изкуствен спътник в света, Спутник 1, е изстрелян от Съветския съюз на 4 октомври 1957 г. Това изненада света и Съединените щати бързо започнаха да изстрелват свой собствен спътник, с което поставиха началото на космическата надпревара. Спутник 2 е изстрелян на 3 ноември 1957 г. и извежда в орбита първия жив пътник - куче на име Лайка. На 31 януари 1958 г. Съединените щати изстрелват първия си спътник, наречен Explorer 1. Обединеното кралство изстрелва първия си спътник през 1962 г.

Оттогава в орбита около Земята са изстреляни хиляди спътници. Някои спътници, по-специално космическите станции, са изстреляни на части и сглобени в орбита.

Какво означава „спътник“ и как се задържа в орбита

Спътникът е тяло, което остава в постоянно движение около по-масивен обект под действието на гравитацията. За да остане в орбита, спътникът трябва да има подходяща скорост по посока на движение: центробежната сила от движението му балансира гравитационното привличане. При по-ниски орбити (близо до Земята) спътниците се движат по-бързо; при по-високи орбити скоростта е по-ниска. Ако скоростта е недостатъчна, спътникът ще падне; ако е твърде висока, може да избяга от орбитата.

Видове спътници

• Естествени спътници — луни и малки тела, които обикалят планети и по-големи астероиди. Пример е Луната. Някои планети имат множество луни (напр. Юпитер и Сатурн), а други — нито една.
• Изкуствени спътници — човешки конструкции, пуснати в орбита за изпълнение на различни задачи. Тези спътници варират от миниатюрни CubeSat апарати до големи станции и космически телескопи.

Класификация по орбита

• LEO (Low Earth Orbit) — ниска околоземна орбита (до ~2 000 km). Използва се за наблюдение на Земята, много научни мисии и Международната космическа станция.
• MEO (Medium Earth Orbit) — средна височина; традиционно подходяща за навигационни системи (напр. GPS).
• GEO (Geostationary Orbit) — геостационарна орбита (~35 786 km), където спътникът се движи със същата ъглова скорост като Земята и остава над една и съща точка над екватора. Такива орбити са често използвани за комуникация и метеорология.
• Полярни и слънцесинхронни орбити — позволяват покритие на целия земен глобус и постоянно осветление за граждански и научни наблюдения.
• Високо елено и елиптични орбити — за специални мисионни нужди (напр. радиолокационно наблюдение от далечни точки или дълги видимостни прозорци).
• Точки на Лагранж (L1, L2 и др.) — стабилни или полустабилни точки в системи като Земя–Слънце, където някои наблюдателни и комуникационни спътници могат да се позиционират.

Основни приложения на спътниците

• Комуникация — предаване на глас, данни, телевизия и интернет.
• Навигация и позициониране — глобални системи като GPS, ГЛОНАСС, Galileo и др.
• Метеорология — наблюдение на климата, прогнози и мониторинг на екстремни явления.
• Дистанционно наблюдение и картография — следене на земята, селско стопанство, гори, водни ресурси и градско развитие.
• Наука и астрономия — космически телескопи и мисии за изучаване на Слънчевата система и Вселената.
• Разузнаване и сигурност — военни и правителствени наблюдения.
• Технологично развитие — изпитания на нови системи, спътници-демонстратори и малки сателити (CubeSat).

Кратка история и важни вехтори

Историческите събития, споменати по-горе, като изстрелването на Спутник 1 и следващите ранни мисии, поставят началото на ерата на изкуствените спътници. През следващите десетилетия се появяват основни постижения: първите спътници за комуникации и телевизионно предаване, навигационните системи, космическите станции и научните орбитални обсерватории. Някои спътници са изстреляни на части и сглобени в орбита, какъвто е примерът с космическите станции.

Животен цикъл и управление

Всеки изкуствен спътник има животин цикъл: проектиране, изстрелване, активна работа и окончателно извеждане от експлоатация. В края на своя живот спътникът може да бъде намерен в безопасна „гробищна“ орбита (за геостационарни апарати) или да бъде контролирано насочен към атмосферата за изгаряне. Тази практика помага да се намали рискът от сблъсъци и от космически отпадъци.

Съвременни предизвикателства и бъдещи тенденции

• Космически отпадъци — натрупването на неизползваеми обекти и фрагменти представлява сериозен риск за активните спътници и пилотираните мисии. Концепцията за Kessler syndrome описва потенциална каскада от сблъсъци, която може да направи определени орбити опасни.
• Мегаконстелации — компании изстрелват хиляди малки сателити за глобален интернет и други услуги. Това увеличава капацитета, но и натоварването в ниските орбити.
• Достъп до космоса — намаляването на разходите за изстрелване (рециклируеми носители, масови малки сателити) улеснява научни и търговски проекти.
• Международни регулации и координация — използването на радиочестоти, избягването на сблъсъци и отговорността за щети се уреджат от международни договори и организации, като договорите от 1960-те и организации за координация (напр. ITU за честоти).
• Изследване на Луната и планетите — все повече мисии включват орбитални апарати около други тела (лунни орбитери, марсиански орбитери и др.), което разширява ролята на спътниците извън околоземното пространство.

Заключение

Спътниците — естествени и изкуствени — са ключови за разбирането и използването на космоса. Те подпомагат комуникациите, науката, навигацията и наблюдението на Земята, но също така създават нови технически и регулаторни предизвикателства. С развитието на технологиите и увеличаването на броя на изстрелваните апарати ролята им ще става все по-значима за ежедневието и за научните изследвания.

Спътници в орбита сега

Изкуствените спътници идват от повече от 50 държави и използват възможностите за изстрелване на спътници на десет държави. Понастоящем работят няколкостотин сателита, но хиляди неизползвани сателити и фрагменти от сателити обикалят около Земята като космически отпадъци. Най-големият спътник е Международната космическа станция, която е сглобена от няколко различни държави (включително организациите НАСА, ЕКА, ДЖАКСА и РКА). Обикновено на борда ѝ живее екипаж от шестима астронавти или космонавти. Тя е постоянно заета, но екипажът се сменя. Космическият телескоп Хъбъл е ремонтиран и обновяван от астронавти в космоса няколко пъти.

Съществуват и изкуствени спътници, които обикалят около нещо различно от Земята. Mars Reconnaissance Orbiter е един от тези, които обикалят около Марс. Касини-Хюйгенс обикаля около Сатурн. Венера Експрес, управляван от ЕКА, обикаля около Венера. Два спътника GRAIL обикаляха около Луната до декември 2012 г. Няколко спътника обикалят около Слънцето от години, а през 2019 г. предстои да бъде добавен още един.

Произведените от човека спътници имат няколко основни приложения:

• Научно разследване
• Наблюдение на Земята - включително прогнозиране на времето и проследяване на бури и замърсяване
• Комуникации - включително сателитна телевизия и телефонни разговори
• Навигация - включително Глобалната система за позициониране (GPS)
• Военни - включително разузнавателна фотография и комуникации (ядрени оръжия не са разрешени в космоса).

Анимация, показваща орбитите на GPS спътниците в средна околоземна орбита.


ESTCube-1 е създаден за научни изследвания.

Орбити

Повечето от създадените от човека спътници се намират на ниска околоземна орбита (НОО) или на геостационарна орбита. За да остане в орбита, скоростта на спътника трябва да балансира силата на гравитацията. Спътниците в ниска орбита често са на по-малко от хиляда километра над земята. Близо до Земята, в LEO, спътниците трябва да се движат по-бързо, за да останат в орбита. Ниските орбити работят добре за спътници, които правят снимки на Земята. Много от тях вършат работа, която изисква висока орбитална инклинация (люлеят се над и под екватора), за да могат да комуникират или да наблюдават други области. По-лесно е да се постави спътник в ниска околоземна орбита, но спътникът изглежда, че се движи, когато се гледа от Земята. Това означава, че спътниковата чиния (вид антена) трябва да се движи постоянно, за да може да се изпращат или получават комуникации с този спътник.

Средната орбита работи добре за GPS спътниците - приемниците на Земята използват променящото се положение на спътника и точното време (и вид антена, която не трябва да бъде насочена), за да открият къде на Земята се намира приемникът. Но постоянно променящите се позиции не работят за сателитна телевизия и други видове спътници, които изпращат и получават много информация. Те трябва да са в геостационарна орбита.

Спътник в геостационарна орбита се движи около Земята толкова бързо, колкото се върти Земята, така че от земята изглежда, че е неподвижен (не се движи). За да се движи по този начин, спътникът трябва да се намира точно над екватора и на 35 786 км (22 236 мили) над земята.

Спътник в геостационарна орбита.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява сателитът?

В: За какво се използват спътниците?

В: Кога е изстрелян първият изкуствен спътник?

В: Кой е първият жив пътник, изпратен в орбита?

В: Кога Съединените щати изстрелват първия си сателит?

В: Кога Обединеното кралство изстрелва първия си спътник?

В: Колко сателита са изстреляни оттогава досега?

Търсене по буква