Конференция "Искусственные спутники Земли" (9 класс)

История спутниковой связи.

    В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи.

    Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству.
 Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.                               

Первый ИСЗ

    Уже первый искусственный спутник Земли (ИСЗ), выведенный на орбиту Советским Союзом в 1957 году, имел на борту радиопередатчик.

советский ИСЗ находился в момент выхода на орбиту на высоте около 228 км надповерхностью Земли и имел почти горизонтальную скорость около 

7,97 км/сек. Большая полуось его эллиптической орбиты

(т. е. среднее расстояние от центра Земли) составляла около 6950 км, периодобращения 96,17 мин, а наименее и наиболее удалённые точки орбиты (перигей и апогей) располагалисьна высотах около 228 и 947 км соответственно.

Спутник существовал до 4 января 1958, когда он, вследствие возмущений его орбиты

вошёл в плотные слои атмосферы.

Спутник, СССР, 1957 г.

  Вполне логичным в этом свете выглядело желание строить на основе спутников системы связи.

    Первые опыты по связи через специальные ИСЗ начали в 1960 году американцы.

13 мая 1960 года они вывели в космос для пассивной ретрансляции надувной ИСЗ «Эхо-1» диаметром 30 метров. Металлизированная поверхность служила отражателем радиосигналов, посылаемых с одного наземного пункта на другой.

    Орбита спутника «Эхо-1» имела высоту немногим более 1500 км. Исследования, проведенные с помощью пассивного спутника, позволили углубить знания в области распространения радиоволн в околоземном космосе. Первыми американскими спутниками с активными ретрансляторами были «Телстар», запущенный 10 июля 1962 года, и «Реле», запущенный 13 декабря 1962 года. Оба спутника выводились на низкие околоземные орбиты и стабилизировались вращением вокруг своей продольной оси.

Спутник "Эхо-1" (Echo-1), США, 1960 г.

В СССР начало развития спутниковой связи было сложным. В начале шестидесятых годов большинство ученых космической отрасли еще недооценивали перспектив систем спутниковой связи. Как во многих других проектах, так и в этом инициатором был С. П. Королев. Он был первым, кто открыто в печати и «закрыто» в виде писем в ЦК КПСС и правительство (тогда, при Хрущеве, это было почти одно и то же) поставил вопрос о создании системы спутниковой связи.

Спутник связи "Молния-1", СССР, 1965 г.

   31 декабря 1961 года «Правда» опубликовала статью «Советская земля стала берегом Вселенной».

   Как обычно, Королев был закрыт псевдонимом «проф. К. Сергеев».Подводя итоги столь богатому космическими свершениями 1961 году, он, отдав должное полетам Гагарина и Титова, писал:

«Еще мало изученные пространства космоса, несомненно, представляют большой практический интерес для решения целого ряда прикладных задач народного, хозяйственного и научного значения. 
Можно ожидать в ближайший период времени создания системы спутников-станций для целей связи и ретрансляции радио — и телевизионных передач, для навигации судов и самолетов, для систематического наблюдения за погодой, а в будущем, быть может, и для некоторого активного воздействия на формирование погоды...»

    «Проф. К. Сергеев» не имел права разглашать сведения о начале работ по спутникам связи и о том, что ЦК КПСС и Совет Министров по инициативе автора этой самой статьи уже приняли постановление от 30 октября 1961 года о создании опытного ИСЗ для связи.
Проектные проработки начались в том же 1961 году.

     Сегодня привычна ситуация, когда спутник связи находится на геостационарной орбите. Впрочем, эта ситуация настолько привычна, что в связи с теснотой в космосе были приняты строгие международные правила, согласно которым разрешение, дающее право пребывания на стационарной орбите, выдается после длительных дорогостоящих хлопот Международным союзом электросвязи, постоянно пребывающим в Женеве. Для проектируемых спутников "Молния-1" была выбрана другая орбита. Правда, причина была в том, что имеющиеся на тот момент ракеты-носители и географическое положение советских космодромов не позволяли вывести на стационарную орбиту спутник достаточной массы.

    Эскизная проработка проекта была закончена в 1962 году, а первый запуск "Молнии" состоялся 4 июня 1964 года. Запуск был неудачным. Второй спутник серии "Молния-1" был запущен 22 августа 1964 года. Он вышел на расчётную орбиту, но не раскрылись антенны. Первый удачный запуск третьего по счёту спутника состоялся 23 апреля 1965 года. Уже 1 Мая демонстрация в Москве и парад по случаю 20-летия Великой Победы 9 мая транслировалась во Владивосток, а в Москве был показан морской парад Тихоокеанского флота во Владивостоке. Сразу же начались эксперименты по передаче цветного телевидения. И также удачные.

    Следующая "Молния" стартовала 14 октября 1965 года. 27 ноября начались эксперименты с передачей цветного изображения во Францию. Французские специалисты дали высокую оценку качеству изображения и предложили готовить прием цветной программы из Парижа.

    Для создания круглосуточно действующей системы вещания требовалось одновременная работа минимум трёх спутников. До конца 60-х годов количество запусков перевалило за десяток.

    В середине 60-х началась разработка проекта "Молния-2". Основным отличием новой серии была работа в сантиметровом диапазоне. Разумеется, охват территории телевизионным вещанием определялся и наличием наземных станций приёма. Они получили название "Орбита". До 1967 года было построено 20 таких станций, а к 1984 году этих сооружений с характерной двенадцатиметровой параболической антенной насчитывалось больше сотни. Всего же спутников типа "Молния" было запущено более полутора сотен

Движение ИСЗ.

       ИСЗ выводятся на орбиты с помощью автоматических управляемых многоступенчатых ра-

кет-носителей, которые от старта до некоторой расчётной точки в пространстве движутся благодаря тяге, развиваемой реактивными двигателями.

       Этот путь, называемый траекторией выведения ИСЗ на орбиту, или активным участком  движения ракеты, составляя от нескольких сотен до двух, трёх тыс. км.

       Ракета стартует, двигаясь вертикально вверх, и проходит сквозь наиболее плотные слои земной 

атмосферы на сравнительно малой скорости (что сокращает энергетические затраты на преодоление сопротивления атмосферы).

      При подъёме ракета постепенно разворачивается, и направление её движения становится

близким к горизонтальному.

      На этом почти горизонтальном отрезке сила тяги ракеты расходуется не на преодоление 

тормозящего действия сил притяжения Земли и сопротивления атмосферы, а главным образом

на увеличение скорости.

      После достижения ракетой в концеактивного участка расчётной скорости (по величине и

направлению) работа реактивных двигателей прекращается; это  так называемая точка 

выведения ИСЗ на орбиту. 

     Запускаемый космический аппарат, который несёт последняя ступень ракеты, автоматически 

отделяется от неё и  начинает своё движение по некоторой орбите относительно Земли,

 становясь искусственным небесным телом.

                Его движениеподчинено пассивным силам (притяжение Земли, а также Луны, Солнца и др. планет, сопротивлениеземной атмосферы и т. д.) и активным (управляющим) силам, если на борту 

космического аппарата установлены специальные реактивные двигатели.

     Вид начальной орбиты ИСЗ относительно Земли зависит целиком от его положения и скорости

 в конце активного участка движения (в момент выхода ИСЗ на орбиту) и математически рассчитыва-ется с помощью методов небесной механики.

ИСЗ, движущиеся по орбитам  постепенно снижаются и, попадая в сравнительно плотные слои атмосферы на  высоте 120- 130 км и ниже, разрушаются и сгорают; они имеют, таким образом,

ограниченный срок существования.

     Орбита, на которую выводится ИСЗ сразу после участка разгона ракеты-носителя, бывает иногда 

лишь промежуточной. В этом случае на борту ИСЗ имеются реактивные двигатели, которые 

включаются в определённые моменты на короткое время по команде с Земли, сообщая ИСЗ 

дополнительную скорость. В результате ИСЗ переходит на другую орбиту.

     Автоматические межпланетные станции выводятся обычносначала на орбиту спутника 

Земли, а затем переводятся непосредственно на траекторию полёта к Луне или планетам.

Наблюдения ИСЗ.

     Контроль движения ИСЗ и вторичных орбитальных объектов осуществляется путём наблюдений их со специальных наземных станций. По результатам таких  наблюдений уточняются элементы орбит спутников. 

По используемой аппаратуре наблюдения ИСЗ разделяются на оптические, радиотехнические, 

лазерные; по их конечной цели — на позиционные(определение направлений на ИСЗ) и 

дальномерные наблюдения,  измерения угловой и пространственной скорости.

         Наиболее простыми позиционными наблюдениями являются визуальные (оптические), 

выполняемые с помощью визуальных оптических инструментов и  позволяющие определять 

небесные координаты ИСЗ.

 Для решения научных задач ведутся  фотографические наблюдения с помощью спутниковых 

фотокамер.

 Оптические наблюдения возможны лишь в том случае, когда ИСЗ освещен солнечными лучами 

(исключение составляют геодезические спутники, оборудованные импульсными источниками света; 

они могут наблюдаться и находясь в земной тени),  радиотехнические методы наблюдений ИСЗ, 

являющиеся основными методами наблюдений спутников в период функционирования установленных на них специальных радиосистем.  Такие наблюдения заключаются в приёме и анализе радиосигналов, которые либо генерируются бортовыми радиопередатчиками спутника, либо посылаются 

с Земли и ретранслируются спутником.

         Дальномерные наблюдения осуществляются путём измерения промежутка  времени между 

посылкой радиосигнала с Земли и приёмом после ретрансляции его бортовым  радиоответчиком

ИСЗ. Наиболее точные измерения расстояний до ИСЗ обеспечивают лазерные дальномеры 

(точность до 1—2 м и выше). 

Всемирная сеть

В современном мире сеть опоясывает весь мир. В России возможность принимать качественные телевизионные сигналы обеспечивает Федеральное государственное унитарное предприятие «Космическая связь». Это одно из десяти самых крупных спутниковых операторов в мире, с собственным центром компрессии телепрограмм. Кроме того, оно обеспечивает мультиплексирование цифровых потоков, формирует пакеты федеральных программ теле- и радиовещания.

 Космическая составляющая Предприятие состоит из орбитальной группировки из 12 спутников всех диапазонов. Зоной обслуживания спутников является вся территория России, СНГ, Европы, Африки и Ближнего Востока, Австралия, Северная и Южная Америки, а также Азиатско-Тихоокеанского региона. Орбитальное расположение космических аппаратов на дуге орбиты – от 14° западной долготы до 145° восточной долготы.

Земная компонента Инфраструктура, которая находится на земле, - это пять центров космической связи. Расположены они по всей территории России. В своей деятельности предприятие руководствуется Федеральной целевой программой развития телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2018 годы. Спектр предоставляемых услуг очень широк: управление, космическая связь и мониторинг космических структур и аппаратов; связь и вещание (теле- и радиовещание, цифровое и спутниковое телевидение) для 52 стран; правительственная и президентская связь; магистральная и морская связь

• 1 слайд

• 2 слайд

• 3 слайд

• 4 слайд

• 5 слайд

• 6 слайд

• 7 слайд

  Сегодня уже никого не удивляет множество спутниковых тарелок на крышах жилых домов. Космическая связь прочно вошла в жизнь обычного обывателя. Даже в отдаленных районах теперь есть возможность смотреть телепередачи и пользоваться услугами интернета, при этом имея высокий уровень сигнала. Но все это стало возможным благодаря работе центров космической связи.
  

• 8 слайд

• 9 слайд

• 10 слайд

• 11 слайд

• 12 слайд

• 13 слайд

• 14 слайд