Ученые говорят, что над землей летает уже около 100 тыс рукотворных космических объектов. Но сколько точно — не знает никто. Ведь большинство из этих объектов — так называемый космический мусор: обломки ракет, навсегда умолкшие старые спутники, оброненный космонавтами инструмент… Исправных аппаратов на орбите сегодня около 700.
Формально космос начинается на высоте 100 км. Но, двигаясь от Земли вертикально вверх, на этой высоте мы не встретим ни одного космического аппарата. Первый рукотворный объект попадется нам на 370-м километре. Он будет и самым крупным: это МКС, Международная космическая станция. Поднимать ее выше слишком дорого: вывод на орбиту одного килограмма груза стоит десятки тысяч долларов, а станция весит сотни тонн. И опускать ниже тоже нерационально: с уменьшением высоты возрастает сила торможения.
Орбиту МКС, если нужно, можно периодически поднимать с помощью грузовых кораблей но со спутником так не выйдет. Поэтому, чтобы они дольше летали, их обычно забрасывают выше 500 км. Орбиты, по которым летают спутники, простираются от 500 до 100 тыс. км от Земли. А дальше начинается космическая пустыня — открытый космос, холодный и бездонный.
Космический телескоп Hubble.
590 км. Орбита знаменитого космического телескопа Hubble. Это самый большой орбитальный телескоп, диаметр его зеркала 2,4 м. Для наземных аппаратов это не очень много, но на орбите наблюдениям не мешает атмосфера, поэтому изображения с телескопа поступают исключительно четкие. Hubble был запущен американским NASA в 1990 году, с его помощью сделано множество научных открытий. Так, именно Hubble помог точно установить возраст нашей Вселенной. Он открыл неизвестные ранее галактики, нашел свидетельства существования массивных черных дыр в центрах галактик и даже несколько планетарных систем, похожих на Солнечную.
650 км. Орбита запущенного NASA спутника SORCE, который изучает влияние солнечного излучения на климат Земли. Для этого у аппарата есть спектрометр и фотометр.
750 км. На этой высоте обитает французский аппарат SARA — 11-метровая радиоастрономическая обсерватория, направленная на Юпитер.
800 км. Спутник RADARSAT-2 занимается сбором информации для океанографов, климатологов и геологов, следит за косяками рыбы в южных морях и проводит разведку нефти.
820 км. Здесь находится американский спутник QuickSCAT, который специализируется на измерении скорости ветра вблизи поверхности океана. Это очень важно и для климатологов, и для метеорологов.
1340 км. Здесь некогда расположился аппарат Poseidon, миссия которого заключалась в точнейших измерениях уровня моря. Объектом его наблюдений было гигантское океанское течение Эль-Ниньо, а основная задача американо-французского проекта ТОРЕХ, в рамках которого он был запущен,- изучать влияние глобального потепления на климат. Вместо потепления спутник, как ни странно, зафиксировал очень слабое похолодание. Аппарат покрывал 90% площади мирового океана за 11 дней. Миссия прекратилась в 2006 году.
4619 км. Это высота орбиты американского спутника EXOS D, который занят изучением космических частиц, вызывающих магнитные бури и северные сияния.
14.000 км. Тут работает еще один рентгеновский телескоп, запущенный Европейским космическим агентством,- он называется Newton и занят массой дел: слежением за двойными звездами, скоплениями межзвездного газа и изучением сверхновых, то есть взорвавшихся звезд в ближних галактиках. Высшая точка у Newton — 107 тыс. км.
20.000 км. Здесь расположены спутники американской системы GPS и отечественной ГЛОНАСС (читайте подробнее о данной системе ТУТ ), без которых не будет работать ни один электронным навигатор ни в самолете, ни на корабле, ни в вашем автомобиле. На каждом спутнике установлены две пары суперточных атомных часов. Благодаря им сегодня можно определить свое местоположение с точностью до одного-двух метров.
Исследования космоса, планет и Солнца, изучение Мирового океана и поверхности Земли, радионавигация, контроль за посевами и изучение эрозии почв, наблюдение за состоянием лесов и загрязнением воды, разведка косяков рыбы, полезных ископаемых, прогнозирование погоды, топосъемка, связь и телевещание — вот что делают для нас спутники.
Граница между атмосферой Земли и космосом проходит по линии Кармана, на высоте 100 км над уровнем моря.
Космос совсем рядом, осознаете?
Итак, атмосфера. Воздушный океан, который плещется у нас над головой, а мы живем на самом его дне. Иначе говоря, газовая оболочка, вращающаяся вместе с Землей, наша колыбель и защита от разрушительного ультрафиолетового излучения. Вот как это выглядит схематично:
Тропосфера. Простирается до высоты 6-10 км в полярных широтах, и 16-20 км в тропиках. Зимой граница ниже, чем летом. Температура с высотой падает на 0.65°C каждые 100 метров. В тропосфере находится 80% общей массы атмосферного воздуха. Здесь, на высоте 9-12 км, летают пассажирские самолеты. Тропосфера отделена от стратосферы озоновым слоем, который служит щитом, защищающим Землю от разрушительного ультрафиолетового излучения Солнца (поглощает 98% УФ-лучей). За озоновым слоем жизни нет.
Стратосфера. От озонового слоя до высоты 50 км. Температура продолжает падать, и, на высоте 40 км, достигает 0°C. Следующие 15 км температура не меняется (стратопауза). Здесь могут летать метеозонды и стратостаты*.
Мезосфера. Простирается до высоты 80-90 км. Температура падает до -70°C. В мезосфере сгорают метеоры, на несколько секунд оставляя светящийся след на ночном небе. Мезосфера слишком разрежена для самолетов, но, в то же время, слишком плотна для полетов искусственных спутников. Из всех слоев атмосферы она самая недоступная и малоизученная, поэтому ее называют “мертвой зоной”. На высоте 100 км проходит линия Кармана, за которой начинается открытый космос. На этом официально заканчивается авиация и начинается космонавтика. Кстати, линия Кармана юридически считается верхней границей расположенных внизу стран.
Термосфера. Оставив позади условно проведенную линию Кармана выходим в космос. Воздух становится еще более разреженным, поэтому полеты тут возможны только по баллистическим траекториям. Температура колеблется от -70 до 1500°C, солнечная радиация и космическое излучение ионизируют воздух. На северном и южном полюсах планеты частицы солнечного ветра, попадая в этот слой, вызывают полярные сияния, видимые в низких широтах Земли. Здесь же, на высоте 150-500 км летают наши спутники и космические корабли, а чуть выше (550 км над Землей) – прекрасный и неподражаемый телескоп Хаббл (кстати, люди поднимались к нему пять раз, т.к. телескоп периодически требовал ремонта и технического обслуживания).
| Аппарат | Высота над поверхностью Земли, км |
| корабль Восток-1 с Юрием Гагариным на борту (12 апреля 1961 года) | перигей** – 175
апогей*** – 302 |
| корабль Восход-2 с Алексеем Леоновым и Павлом Беляевым на борту (18-19 марта 1965 года) | перигей – 167
апогей – 475 |
| Спутник-1 (первый в мире спутник, запущенный СССР в 1957 году) | перигей – 228
апогей – 947 |
| станция Мир (упокоилась в Тихом океане в 2001 году); китайская станция Тянгун-1 | 350 |
| Международная Космическая Станция (МКС) | 400 |
| космический телескоп Хаббл | 550 |
| спутники GPS и ГЛОНАСС | 20 000, впрочем, это уже экзосфера… |
Термосфера простирается до высоты 690 км, дальше начинается экзосфера.
Экзосфера. Это внешняя, рассеянная часть термосферы. Состоит из ионов газа, улетающих в космическое пространство, т.к. сила притяжения Земли больше на них не действует. Экзосферу планеты также называют “короной”. “Корона” Земли имеет высоту до 200 000 км, это примерно половина расстояния от Земли до Луны. В экзосфере могут летать только беспилотные спутники.
*Стратостат – аэростат для полетов в стратосферу. Рекордная высота подъема стратостата с экипажем на борту на сегодня составляет 19 км. Полет стратостата “СССР” с экипажем из 3-х человек состоялся 30 сентября 1933 года.
Стратостат
**Перигей – ближайшая к Земле точка орбиты небесного тела (естественного или искусственного спутника)
***Апогей – наиболее отдаленная от Земли точка орбиты небесного тела
Орбиты спутников Земли
Первый искусственный спутник Земли был запущен в 1957 году. С тех пор человечество сделало огромный технологический прорыв. На данный момент на околоземной орбите находится несколько десятков тысяч спутников. Они обеспечивают жителей планеты сотовой связью, интернетом, GPS-данными, телевидением, принимают активное участие в научно-исследовательской работе. Также они используются для военных целей. В зависимости от целевого назначения выбирается, на какой высоте летают спутники. Все это значительно облегчило жизнь, позволило поднять уровень связи. Наибольший вклад они внесли в науку – изучение строение атмосферы Земли, погодных изменений, космоса, небесных тел.
Спутники выполняют свои функции автономно, не используют топливо. Мониторинг состояния и необходимое маневрирование выполняется из командных центров на Земле. В зависимости от своего назначения, спутники снабжаются необходимым оборудованием и системой связи.
Объем аппарата напрямую зависит от его функциональности и назначения. Встречаются спутники с массой от 20 кг до нескольких сотен тонн. Первый аппарат, запущенный СССР весил всего 28 килограмм и нес на борту только систему радиопередачи.
Движение осуществляется на заданной орбите. Удаленность от планеты зависит от назначения аппарата, заданной траектории. Используется несколько видов орбит:
- Околоземная или низкая. Обеспечивает наиболее приближенное расположение. Высота составляет 300-500 км над уровнем моря. Использовалась для работы первых космических аппаратов, сейчас там находятся аппараты для дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы;
- Полярная. Расположена в плоскости полярных полюсов Земли. Угол наклона близок к 90 градусам. Из-за сплюснутости планеты, можно добиться различной скорости вращения, которая позволит проходить спутнику одну и ту же широту в одинаковое время;
- Геостационарная. Высота на ней составляет от 35 000 км, расположена в плоскости экватора. Устойчивых точек всего две, на остальном пути необходимо поддерживать траекторию искусственно;
- Сильноэллиптическая. Контур орбиты представляет собой эллипс. Высота меняется в зависимости от точки траектории. Благодаря большому размеру, позволяет поддерживать необходимое количество спутников одновременно над одной страной. Используется преимущественно в телекоммуникационных целях. Также здесь работают аппараты с телескопами для изучения отдаленных объектов;
- Круглая. Сечение орбиты представляет собой круг. Показатель высоты близок к постоянному в любой момент времени.
Высота полета спутников над Землей задается на основании их целевого назначения и выбранной орбиты. Геостационарная орбита является наиболее важной и дорогой. Поэтому аппараты, выработавшие свой ресурс, удаляются с нее. Используется в основном в научных целях.
Для систем глобального позиционирования используются круглые орбиты с постоянной высотой. Такая траектория является оптимальной для передачи сигнала. Высота орбиты спутников GPS составляет 20 тысяч километров. Один аппарат за сутки совершает два витка вокруг планеты. Скорость позволяет использовать 4 спутника в одной плоскости для обеспечения постоянной передачи данных.
Первый пилотируемый космический корабль был запущен в 1961 году. Движение осуществлялось по эллиптической орбите. Перигей составлял 175 км, а апогей – 320 км над уровнем моря. За прошедшие полвека исследований высота значительно увеличилась из-за присутствия большого количества космического мусора на околоземной орбите. На данный момент используется орбита с перигеем в 400 км. Обусловлено это также и отсутствием влияния атмосферы на траекторию движения.
Загрузка...