Искусственный спутник земли

Стабилизация всех спутников, снабженных приборами, необходима, так как неизменность положения их (например, относительно Солнца, звезд, направления к центру Земли или другого определенного направления) облегчает получение и раскрытие смысла результатов измерений.

9. Стабилизирующие элементы спутника

Для продления активного срока жизни ИСЗ необходимы более долговечные источники электроэнергии. Надо полагать, что в ближайшие годы наиболее перспективными источниками питания на спутниках будут солнечные батареи, собранные на кремниевых фотоэлементах, с помощью которых будут подзаряжаться специальные малогабаритные аккумуляторы. Естественно, эта батарея должна быть ориентирована в направлении на Солнце во время движения ИСЗ. При этом, как уже упоминалось, сама солнечная батарея может быть жестко связана с корпусом ИСЗ или не связана с ним. В первом случае одновременно с ориентацией солнечной батареи возможна ориентация на Солнце или другие светила и ряда научных приборов, жестко связанных с корпусом ИСЗ.

Для угловой ориентации осей спутника относительно различных опорных тел (Земли, Солнца, Луны, звезд и т. п.) могут быть использованы только два способа:

1) с помощью реактивных микродвигателей;

2) с помощью вращающихся инерционных масс.

Следует учитывать, что первый способ может оказаться малоприемлемым, так как при его применении происходит загрязнение окружающего пространства продуктами рабочего вещества, отбрасываемого соплами реактивных микродвигателей.

Очевидно, более рациональным будет второй способ, предложенный еще К. Э. Циолковским[35]. Этот способ основан на законе сохранения главного момента количества движения, открытого 200 лет назад Ньютоном. Закон весьма прост.

Поместим в теле ИСЗ инерционную массу в виде диска или кольца, которую можно приводить во вращение относительно тела ИСЗ двигателем. Если эту массу привести во вращение, то реактивная сила ее будет стремиться вращать тело ИСЗ в противоположную сторону.

Таким способом можно остановить в пространстве вращение оболочки спутника, если оно имеется, и повернуть тело спутника на желаемый угол, то есть осуществить угловую ориентацию спутника относительно опорного тела. Таким образом, в качестве стабилизирующих элементов могут быть использованы инерционные массы или специальные двигатели с инерционным ротором, а также реактивные микродвигатели, которые играют роль управляющих органов в условиях спутника (то есть в условиях невесомости и безвоздушного пространства).

Очевидно, что реальная система стабилизации спутников предполагает сочетание этих двух методов, так как система реактивных сопел способна устранять большие возмущающие моменты, но не дает необходимой точности стабилизации, в то время как инерционные массы способны осуществить весьма точную стабилизацию, но возможности их в смысле отработки внешних возмущений ограничены.

Глава Ⅵ. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СУЩЕСТВОВАНИЯ ИСЗ И НАБЛЮДЕНИЕ ЗА НИМ

1. Три орбиты ИСЗ

Мы уже говорили, что искусственные спутники Земли будут выполнять самые разнообразные задачи. В зависимости от задач будет избираться и соответствующая орбита, зависящая в свою очередь от того, каким образом и где будет осуществлен запуск ИСЗ.

Мы уже знаем, что расстояние орбиты до Земли определяет скорость спутника (круговую скорость) и количество оборотов, совершаемых им вокруг Земли в сутки. Например, первый советский ИСЗ обходил вокруг Земли в сутки 15 раз (один полный оборот его, таким образом, занимает 96 минут).

За те же 96 минут Земля повернется вокруг своей собственной оси на 24° так, что спутник, сделавший один полный оборот, уже окажется над другими странами и с каждым новым оборотом будет пролетать над все новыми точками Земли. Это справедливо для любой орбиты за исключением одной: если плоскость орбиты будет совпадать с плоскостью экватора, то спутник будет пролетать всегда над одними и теми же странами, расположенными на экваторе. Если плоскость орбиты спутника пройдет через полюса, то в течение суток он побывает в разное время над различными странами мира.

В любом промежуточном положении, т. е. если плоскость орбиты будет составлять любой угол с плоскостью экватора, спутник, вращаясь вокруг Земли, будет проходить над различными земными географическими точками, заключенными в пределах удвоенного такого угла.

Указанные три положения орбиты искусственного спутника Земли (полярная, экваториальная и наклонная) представлены на рис. 57.

Рис. 57. Некоторые положения плоскости орбит ИСЗ

Частота прохождения ИСЗ над одной и той же точкой на Земле будет зависеть как от числа оборотов, совершаемых ИСЗ вокруг Земли в сутки, так и от географической широты, на которой расположена данная точка.