Спутниковая система gps

Ответы

1. Такое явление наблюдается, когда на орбитальное движение тела влияет сопротивление разреженного атмосферного воздуха. Суть дела в том, что, двигаясь в разреженном газе, компактный спутник, укомплектованный научными приборами или другим оборудованием, испытывает меньшее сопротивление, чем сравнительно большая по размерам пустотелая ракета с отработанными двигателями. У ракеты больший баллистический коэффициент С, или, как иногда говорят, большая парусность, чем у спутника. Вот почему аэродинамический парадокс выражен более ярко для ракеты, нежели для спутника, который падает на Землю в разреженной атмосфере медленнее и по более пологой траектории. Таким образом, спутник заметно отстает от ракеты, хотя последняя испытывает большее торможение в разреженной атмосфере, чем спутник.
2. Движение спутника по эллиптической орбите, пересекающей верхние разреженные слои атмосферы, имеет интересную особенность. В перигее спутник, испытывая максимальное сопротивление, теряет в скорости на каждом витке, и, тем самым, его апогей уменьшается. В апогее торможение спутника меньше, чем в перигее, особенно если орбита заметно вытянута. Поэтому перигей не снижается так сильно, как апогей, т.е. орбита действительно стремится к круговой. (Точное решение задачи о движении спутника достаточно сложное, так как требуется учитывать еще изменение скорости спутника на каждом витке вследствие его падения в поле тяжести Земли.)
3. Указание. Воспользуйтесь уравнением моментов (7).
4. Допустим, что сила притяжения спутника к планете определяется выражением \(~F = \frac{A}{R^n}\), где А — постоянная. Из уравнения \(~\frac{m \upsilon^2}{R} = \frac{A}{R^n}\) найдем выражение для кинетической энергии спутника:

   
   \(~W_k = \frac{m \upsilon^2}{2} = \frac{A}{2R^{n — 1}}.\)
   

   Для заданного поля сил потенциальная энергия спутника равна

   
   \(~W_p = — \frac{A(n — 1)}{R^{n — 1}},\)
   

   а полная энергия составляет

   
   \(~W_0 = \frac{A}{2R^{n — 1}} (3 — 2n) = W_k (3 — 2n).\)
   

   Баланс полной энергии спутника в начале и в конце витка с учетом работы силы сопротивления F_sopr приводит к такому выражению для тангенциального ускорения пролетающего в разреженной атмосфере спутника:

   
   \(~a_t = \frac{F_{sopr}}{m (2n — 3)}.\)
   

   Отсюда очевидно, что при n > 1,5 можно говорить об аналоге аэродинамического парадокса спутника в гравитационном поле.

5. Так как орбитальная скорость спутника во много раз превышает среднюю тепловую скорость молекул, находящихся в верхних слоях атмосферы, при расчетах сил торможения спутника мы не учитывали собственное движение частиц среды. Казалось бы, торможение спутника на больших высотах не должно зависеть от температуры воздуха Т. Однако это не так. Дело в том, что при изменении температуры изменяется плотность газа — с ростом температуры плотность возрастает. Увеличивается также характерная толщина атмосферы \(~\Delta h \approx \frac{RT}{Mg}\), на которой давление газа изменяется в е раз (здесь R — универсальная газовая постоянная, М — молярная масса воздуха, g — ускорение свободного падения). Вариации плотности газа из-за изменения температуры сказываются на торможении спутника.
6. Мы знаем, что если бы на Земле не было гор и впадин, а вода всего мирового океана равномерно покрывала земной шар, то глубина этого океана была бы около 2 км. Давление на дне достигало бы величины 200 атм. Чтобы при таком давлении превратить воду в пар, требуется ее нагреть до температуры чуть больше 600 К — именно такой должна быть минимальная температура атмосферы Земли, чтобы вся свободная вода на Земле существовала в виде пара. В этом случае Земля будет окружена толстой и плотной атмосферой водяного пара высотой в сотни километров. Для такой атмосферы характерный перепад высот, на котором атмосферное давление уменьшается в е раз, будет около 30 км (т.е. в 3 раза больше). Из-за плотного атмосферного «хвоста» водяного пара станет невозможным полет спутников на сравнительно низких орбитах, на которых они сейчас летают. В то же время для таких удаленных объектов, как Луна, влияние земной атмосферы из водяного пара на орбитальные движения будет все же пренебрежимо малым.

Ссылки

: 23 часа 56 минут 4,091 секунды).

Идея использования геостационарных спутников для целей связи высказывалась ещё словенским теоретиком космонавтики Германом Поточником в 1928 году .

Преимущества геостационарной орбиты получили широкую известность после выхода в свет научно-популярной статьи Артура Кларка в журнале «Wireless World» в 1945 году , поэтому на Западе геостационарная и геосинхронные орбиты иногда называются «орбитами Кларка
», а «поясом Кларка
» называют область космического пространства на расстоянии 36000 км над уровнем моря в плоскости земного экватора, где параметры орбит близки к геостационарной. Первым спутником, успешно выведенным на ГСО, был Syncom-3
, запущенный NASA в августе 1964 года .

Энциклопедичный YouTube

1
/
5

Урок 64. Искусственные спутники Земли. Первая космическая скорость. Геостационарная орбита

Спутниковая связь. Геостационарная орбита

Стрим с проектировщиком геостационарных спутников связи

Геостационарные спутники / Geostationary Satellites

Расчёт параметров геостационарной орбиты

Размещение спутников на орбите

Геостационарная орбита может быть точно обеспечена только на окружности, расположенной прямо над экватором, с высотой, очень близкой к 35 786 км.

Если бы геостационарные спутники были видны на небе невооружённым глазом, то линия, на которой они были бы видны, совпадала бы с «поясом Кларка» для данной местности. Геостационарные спутники, благодаря имеющимся точкам стояния, удобно использовать для спутниковой связи: единожды сориентированная антенна всегда будет направлена на выбранный спутник (если он не сменит позицию).

Для перевода спутников с низковысотной орбиты на геостационарную используются переходные геостационарные (геопереходные) орбиты (ГПО) — эллиптические орбиты с перигеем на низкой высоте и апогеем на высоте, близкой к геостационарной орбите.

После завершения активной эксплуатации на остатках топлива спутник должен быть переведён на орбиту захоронения, расположенную на 200—300 км выше ГСО.

Общие положения

Слово «орбита» в переводе с латинского означает «дорога», «колея». Этим термином великий немецкий ученый Иоганн Кеплер в начале XVII в. назвал траекторию движения небесных тел в космическом пространстве. Им были открыты и сформулированы основные законы их движения. После запуска в октябре 1957 г. первого в мире советского спутника Земли «Спутник-1» такие понятия, как «искусственное небесное тело» или «искусственный спутник Земли» стали реальностью. Их движение подчиняется тем же эмпирическим законам Кеплера.

Первый закон Кеплера гласит, что траектория движения планет является эллипсом, в одном из фокусов которого находится Солнце. Частный случай движения планеты − движение по круговой орбите (при этом эксцентриситет эллипса, т. е. отношение расстояния между фокусами к большой оси, будет равен нулю или мало отличаться от нуля). В соответствии с первым законом Кеплера один из фокусов эллипса, по которому движется искусственное небесное тело в поле тяготения Земли, должен находиться в центре Земли. Отсюда следует, что искусственный спутник Земли не может двигаться вдоль ее параллели, за исключением экваториальной плоскости. Второй фокус будет расположен на таком же расстоянии от апогея орбиты спутника, на каком центр Земли находится от ее перигея (рис. 1).

Рис. 1. Геометрическая иллюстрация к первому закону Кеплера, где: a – большая полуось эллипса; b – малая полуось эллипса; O (центр Земли) и O` – фокусы; c – расстояние между фокусами

Согласно второму закону Кеплера радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равные площади (рис. 2). Из второго закона Кеплера вытекает, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея около перигея более высокую линейную скорость, чем около апогея.

Рис. 2. Геометрическая иллюстрация ко второму закону Кеплера, где: O – центр Земли; Rc – радиус-вектор спутника

Третий закон гласит: квадраты времени обращения планеты вокруг Солнца пропорциональны кубу большой полуоси эллипса a (см. рис. 1):

где: T_c – период обращения планеты на орбите; a – величина большой полуоси эллипса;

k – постоянная.

То есть чем меньше высота орбиты, тем меньше период обращения.

В общем случае любая спутниковая орбита описывается рядом параметров, из которых основными являются:

геометрическая форма орбиты;

• высота орбиты спутника, определяемая как наименьшее расстояние до земной поверхности в километрах;
• наклонение орбиты – угол между плоскостью экватора и плоскостью орбиты.

По геометрической форме орбиты делятся на круговые и эллиптические и отличаются по наклонению к плоскости экватора. При совпадении с плоскостью экватора они называются экваториальными. Орбиты, перпендикулярные к плоскости экватора, называются полярными. По высоте орбиты над земной поверхностью (Н) они условно делятся на низкие (Н ≤ 2000 км), средние (Н = 2000…20000 км) и высокие (Н ≥ 20000 км). Особое место среди разнообразных орбит занимают высокоэллиптические орбиты с большим отношением между высотами апогея и перигея.

Точку пересечения с поверхностью Земли радиуса-вектора, соединяющего спутник с центром Земли, называют подспутниковой точкой. В этой точке наблюдатель видит спутник в зените. При отклонении от подспутниковой точки увеличивается расстояние от наблюдателя до спутника, а отклонение от зенита можно описать двумя угловыми величинами: азимутом и углом места .

Длина орбиты

Длина геостационарной
орбиты:
.
При радиусе орбиты 42 164 км получаем
длину орбиты 264 924 км. Длина орбиты
крайне важна для вычисления «точек
стояния» спутников.

Удержание спутника
в орбитальной позиции на геостационарной
орбите.Спутник, обращающийся на
геостационарной орбите, находится под
воздействием ряда сил (возмущений),
изменяющих параметры этой орбиты. В
частности, к таким возмущениям относятся
гравитационные лунно-солнечные
возмущения, влияние неоднородности
гравитационного поля Земли, эллиптичность
экватора и т.д. Деградация орбиты
выражается в двух основных явлениях:

1) Спутник смещается
вдоль орбиты от своей первоначальной
орбитальной позиции в сторону одной из
четырёх точек стабильного равновесия,
так называемых «потенциальных ям
геостационарной орбиты» (их долготы
75,3°E, 104,7°W, 165,3°E, и 14,7°W) над экватором
Земли;

2) Наклонение орбиты
к экватору увеличивается (от первоначального
=0) со скоростью порядка 0,85 градусов в
год и достигает максимального значения
15 градусов за 26,5 лет.

Для компенсации
этих возмущений и удержания спутника
в назначенной точке стояния спутник
оснащается двигательной установкой
(химической или электроракетной).
Периодическими включениями двигателей
малой тяги (коррекция «север-юг» для
компенсации роста наклонения орбиты и
«запад-восток» для компенсации дрейфа
вдоль орбиты) спутник удерживается в
назначенной точке стояния. Такие
включения производятся по нескольку
раз в несколько (10-15) суток. Существенно,
что для коррекции «север-юг» требуется
значительно большее приращение
характеристической скорости (около
45-50 м/с в год), чем для долготной коррекции
(около 2 м/с в год). Для обеспечения
коррекции орбиты спутника на протяжении
всего срока его эксплуатации (12-15 лет
для современных телевизионных спутников)
требуется значительный запас топлива
на борту (сотни килограммов, в случае
применения химического двигателя).
Химический ракетный двигатель спутника
имеет вытеснительную систему подачи
топлива (газ наддува – гелий), работает
на долгохранимых высококипящих
компонентах (обычно несимметричный
диметилгидразин и азотный тетраксид).
На ряде спутников устанавливаются
плазменные двигатели. Их тяга существенно
меньше, чем у химических, однако большая
эффективность позволяет (за счет
продолжительной работы, измеряемой
десятками минут для единичного маневра)
радикально снизить потребную массу
топлива на борту. Выбор типа двигательной
установки определяется конкретными
техническими особенностями аппарата.

Эта же двигательная
установка используется, при необходимости,
для маневра перевода спутника в другую
орбитальную позицию. В некоторых случаях
– как правило, в конце срока эксплуатации
спутника, для сокращения расхода топлива
коррекция орбиты «север-юг» прекращается,
а остаток топлива используется только
для коррекции «запад-восток». Запас
топлива является основным лимитирующим
фактором срока службы спутника на
геостационарной орбите.

Кто определяет высоту полета пассажирского авиалайнера

Каждый воздушный корабль летает по заданной ему траектории. Маршруты авиалайнеров разрабатываются диспетчерскими службами, которые координируют каждый этап перелета. Все маршруты разрабатываются с учетом количества топливной смеси, имеющейся в баках лайнера. Основываясь на этом факте, можно сделать вывод, что диспетчерские службы выбирают самые короткие маршруты. Если взглянуть на специальную карту, где отражаются маршруты гражданских лайнеров, то можно увидеть, что самолеты движутся по дугообразной траектории. Это объясняется тем, что наша планета имеет круглую форму.

Однако далеко не всегда пассажирские авиалайнеры используют прямые маршруты. В список исключений входят авиарейсы, предполагающие перелет через океан на самолетах, оснащенными двумя двигателями. Таким лайнерам запрещается удаляться от крупных городов. Этот запрет объясняется техникой безопасности, так как при поломке двигателя самолет должен сделать экстренную посадку в ближайшей воздушной гавани.

В каждой стране имеется собственный центр управления полетами. Диспетчеры таких центров координируют полет лайнеров, пролетающих над территорией конкретного государства. Работа диспетчеров позволяет предотвратить воздушные аварии, так как пилоты далеко не всегда могут увидеть самолеты, находящиеся поблизости. В случае совпадения траекторий движения двух воздушных кораблей, диспетчеры правят курс для каждого судна. Для определения реального расположения лайнеров используются специальные радиолокационные системы. Эти системы подают сигнал об опасном сближении двух авиалайнеров. Специалисты службы управления полетами учитывают множество различных факторов, выбирая воздушный коридор для конкретного лайнера. При расчетах уровня оптимальной высоты учитываются следующие параметры:

1. Модель пассажирского лайнера.
2. Крейсерская скорость.
3. Процент кислорода на набранной высоте и метеорологические условия.
4. Количество оставшегося топлива.

Кто определяет идеальную высоту?

Помимо того, что высота полета во многом определяется возможностями конкретной модели самолета, крейсерская высота для конкретного места задается такими факторами, как занятость воздушного коридора и погодные условия. Эти условия заблаговременно определяются диспетчерами.

Однако когда самолет набирает высоту и выходит в горизонтальный полет, ситуация может измениться. Если погода резко меняется или на пути следования судна встает грозовой фронт, пилот должен сообщить диспетчеру о смене условий. Также при возникновении технических неполадок и других непредвиденных ситуаций пилот также может менять уровень движения, руководствуясь безопасностью пассажиров.

Таким образом, идеальная высота следования определяется авиаконструкторами, диспетчером и пилотом.

геостационарная орбита

Геостационарная орбита — это особая орбита, в пределах которой любой спутник будет казаться неподвижным в данной точке на поверхности Земли. Тем не менее, В отличие от других типов орбит, которые могут иметь несколько орбит, геостационарная орбита имеет только одну.

Для любой геостационарной орбиты она должна быть прежде всего геостационарной. Геосинхронная орбита — это любая орбита с периодом, равным периоду вращения Земли.

Однако этого требования недостаточно, чтобы гарантировать фиксированное положение относительно Земли. Хотя все геостационарные орбиты должны быть геостационарными, не все геостационарные орбиты являются геостационарными. К сожалению, эти термины часто используются взаимозаменяемо.

Большую часть времени мы считаем, что вращение Земли измеряется относительно среднего положения Солнца, однако, поскольку Солнце движется относительно звезд (инерциального пространства) из-за орбиты Земли, средние солнечные сутки не являются решающим периодом вращения. .

Геосинхронный спутник вращается вокруг Земли за то же время, за которое Земля совершает один оборот в инерциальном (или фиксированном) пространстве. Этот период известен как звездный день и эквивалентен 23:56:04 среднего солнечного времени. При отсутствии каких-либо других эффектов каждый раз, когда спутник с этим периодом возвращается в определенную точку своей орбиты, Земля точно так же будет располагаться в инерциальном пространстве.

Я надеюсь, что с помощью этой информации вы сможете больше узнать о геостационарном спутнике и его характеристиках.

Идеальная высота

Высота пассажирского самолета варьируется от 10 до 12 км

Большинство людей полагает, что высота воздушного судна – 10000 метров. Возможно, но на самом деле крупные пассажирские суда летают от 9 до 12 км над уровнем земли.

Выбор высоты, так называемой «идеальной», не является случайным или универсальным для всех. Для каждого самолета имеется именно свой определяющий уровень полета, где расход топлива сводится к минимуму, а сопротивление становится небольшим.

Эффективная высота выбирается командиром корабля не случайно, а исключительно исходя из технических характеристик самолета, где выбирается середина между скоростью и потреблением топлива. Собственно, это и является ответом на вопрос, почему самолеты летают на высоте 10 км.

Скорость самолета и высота взаимосвязаны друг с другом

Следует отметить, что большое количество топлива расходуется именно в момент совершения взлета, собственно потому самолеты плавно и одновременно быстро поднимаются ввысь.

По достижении самолетом необходимых в воздушном пространстве значений, рекомендуемых диспетчером, на борту отключается лампочка ремня безопасности и с этого момента разрешается расстегивать ремни безопасности.

Недостатки геостационарной орбиты

Задержка сигнала

Связь через геостационарные спутники характеризуется большими задержками в распространении сигнала. При высоте орбиты 35 786 км и скорости света около 300 000 км/с ход луча «Земля-спутник» требует около 0,12 с. Ход луча «Земля (передатчик) → спутник → Земля (приемник)» ≈0,24 с. Полная задержка (измеряемая утилитой Ping) при использовании спутниковой связи для приема и передачи данных составит почти полсекунды. С учетом задержки сигнала в аппаратуре ИСЗ, в аппаратуре и в кабельных системах передач наземных служб общая задержка сигнала на маршруте «источник сигнала → спутник → приёмник» может достигать 2-4 секунд . Такая задержка затрудняет применение спутников на ГСО в телефонии и делает невозможной применение спутниковой связи с использованием ГСО в различных сервисах реального времени (например в онлайн-играх) .

Невидимость ГСО с высоких широт

Так как геостационарная орбита не видна с высоких широт (приблизительно от 81° до полюсов), а на широтах выше 75° наблюдается очень низко над горизонтом (в реальных условиях спутники просто скрываются выступающими объектами и рельефом местности) и виден лишь небольшой участок орбиты (см. таблицу
), то невозможна связь и телетрансляция с использованием ГСО в высокоширотных районах Крайнего Севера (Арктики) и Антарктиды

Траектории движения искусственных космических аппаратов отличаются от орбит естественных небесных тел: дело в том, что в первом случае присутствуют так называемые «активные участки». Это те участки орбиты спутников
, на которых они двигаются, включив реактивный двигатель. Таким образом, вычисление траектории движения космических аппаратов – сложная и ответственная задача, занимаются которой специалисты в области астродинамики
.

Каждая спутниковая система обладает определенным статусом, зависящим от назначения спутника, его размещения, охвата обслуживаемой территории, принадлежности
как самого космического аппарата, так и наземной станции, принимающей его сигналы. В зависимости от статуса, спутниковые системы бывают:

• Международные (региональные или глобальные);
• Национальные;
• Ведомственные.

Кроме того, все орбиты подразделяются
на
геостационарные и негеостационарные (в свою очередь, делящиеся на LEO – низкоорбитальные, MEO – средневысотные и HEO – эллиптические). Рассмотрим эти классы подробнее.

Геостационарные спутниковые орбиты

Этот тип орбиты используется для размещения космических аппаратов чаще всего, ведь он обладает существенными преимуществами: возможна непрерывная круглосуточная связь, а сдвиг частоты практически отсутствует. Геостационарные спутники располагаются на высоте около 36000 км над поверхностью Земли и двигаются со скоростью ее вращения, как бы «зависая» над определенной точкой экватора, «подспутниковой
точкой». Однако, на самом деле, положение такого спутника не неподвижно: он испытывает некоторый «дрейф» из-за ряда факторов, как следствие – орбита слегка смещается со временем.

Как уже отмечалось, геостационарный спутник практически не требует перерывов в работе, так как отсутствует взаимное перемещение космического аппарата и его наземной станции. Система, состоящая из трех спутников этого типа, способна обеспечить охват почти всей земной поверхности.

Вместе с тем, такие системы не лишены и определенных недостатков, главный из которых – некоторая задержка сигнала. Поэтому спутники на геостационарных орбитах применяются чаще всего для осуществления радио- и телевещания, в которых задержки в обоих направлениях 250 мс не сказываются на качестве сигнала. Существенно более ощутимыми оказываются задержки в системе радиотелефонной связи (с учетом обработки сигнала в наземных сетях, суммарное время уже примерно 600 мс). Кроме того, зона охвата подобных спутников не включает высокоширотные районы (свыше 76,50° с.ш
. и ю.ш
.), то есть действительно глобальный охват не гарантируется.

В связи с бурным развитием спутниковой связи, в последнее десятилетие на геостационарной орбите стало «тесно», а с размещением новых аппаратов возникают проблемы. Дело в том, что, в соответствии с международными нормами, на околоэкваториальной орбите можно разместить не более 360-ти спутников, иначе будут возникать взаимные помехи.

Какие факторы влияют на высоту полета

Как уже было сказано выше, маршрут каждого пассажирского самолета рассчитывается диспетчером. При определении оптимального расстояния над землей учитываются параметры, позволяющие обеспечить идеальную подъемную силу для конкретной модели воздушного транспорта. Составление подобных расчетов позволяет добиться высокой скорости передвижения в небе при минимальном потреблении топливной смеси.

Еще одним важным параметром является уровень температуры за бортом. Для обеспечения нормальной работы двигателей нужна температура в минус пятьдесят градусов. Естественное охлаждение позволяет предупредить перегрев и появление неисправностей.

На какой высоте летают спутники?

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.

Какие виды спутников встречаются на орбите?

• Научно-исследовательские. Применяются в целях изучения строения атмосферы, космоса. Могут нести на своем борту телескоп для изучения удаленных планет;
• Прикладные. Предназначены для удовлетворения нужд населения, испытания оборудования, систем связи.

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.

Запуск спутников и выход их на орбиту

Для начала важно обозначит траекторию полета спутника. На первый взгляд, кажется, что логичнее запустить ракету перпендикулярно (по кратчайшему расстоянию до цели), однако, такой вид запуска оказывается невыгодным, как с инженерной точки зрения, так и с экономической

На спутник, запущенный вертикально действуют силы притяжения Земли, которые значительно сносят её от назначенной траектории, и, сила тяги становится равной силе тяжести Земли.

Кроме того, задача инженеров состоит в том, чтобы рассчитать траекторию полета таким образом, чтобы  скорость, затрачиваемая на преодоление атмосферных слоёв, а так же на затрату топлива составляли лишь несколько процентов от характеристической скорости.

Траектория выхода ракеты-носителя к орбите

Немаловажным является и то, в какую сторону запустить спутник. При запуске ракеты в сторону вращения Земли, происходит приращение скорости, которое зависит от местоположения запуска. Например, в экваторе оно является максимальным и составляет 403 м/с.

Орбиты спутников бывают круговыми и эллиптическими. Эллиптической орбита будет являться в том случае, если скорость ракеты будет выше окружной. Точка, находящаяся в ближайшем положении называется перигеем, а наиболее отдаленная апогеем.

Сам запуск ракеты со спутником производится в несколько ступеней.  При прекращении работы двигателя первой ступени, угол наклона ракета-носителя составит 45 градусов,  на высоте 58 км, затем производится её отделение. В работу включаются двигатели второй ступени, с возрастанием угла наклона. Далее, вторая ступени отделяется на высоте 225 км. Затем, ракета по инерции достигает  высоты 480 км и оказывается в точке, находящейся на расстоянии 1125 км от старта. Затем начинает работать двигатели третьей ступени.

Ракета-носитель со ступенями

Возвращение спутника на землю

Возвращение спутника на Землю сопровождается некоторыми проблемами, связанными с торможением. Торможение может осуществляться двумя способами:

1. Благодаря сопротивлению атмосферы. Скорость спутника, вошедшего в верхние слои атмосферы, будет уменьшаться, но из-за аэродинамической формы подскочит рикошетом  обратно  в космическое пространство. После этого, спутник уменьшит свою скорость и войдет глубже в атмосферу. Так повторится несколько раз. После снижения скорости, спутник будет осуществлять спуск с помощью выдвижных крыльев.
2. Автоматический ракетный двигатель. Ракетный двигатель должен быть направлен в сторону противоположную движению искусственного спутника. Плюс данного способа заключается в том, что скорость торможения можно регулировать.

Заключение

Итак, спутники всего за полвека вошли в жизнь человека. Их участие помогает исследовать новые космические пространства. Спутник, как средство бесперебойной связи помогает сделать удобной повседневную жизнь людей. Прокладывающие путь в космические просторы, они помогают сделать нашу жизнь такой, какая она есть сейчас.

Космические спутники

Теперь посмотрим, за счет чего именно обеспечивается работа системы.

Этапы развертывания

Спутниковая группировка GPS прошла следующие этапы формирования:

1. Программа «Timation». Была инициирована военным флотом США в 1964 году. О глобальной общедоступной навигационной системе речь не шла: ВМС хотели лишь облегчить жизнь военным штурманам, прокладывающим курс кораблей. Навигационные возможности не были доступны даже сухопутным силам и авиации.
2. Программа «DNSS», позднее переименованная в «NavStar». Начата в 1974 году как доступная для армии, флота и ВВС Соединенных Штатов. В декабре 1974 года система получила название «GPS». Поскольку одновременно СССР запустил проект «ГЛОНАСС», развитие системы было быстрым – чтобы успеть опередить противника в Холодной войне.
3. Спутниковая навигация ориентируется и на гражданских пользователей. Этап начался в 1983 году после того, как сбившийся с курса во время полета южнокорейский пассажирский авиалайнер был уничтожен ПВО СССР. Президент США Р. Рейган официально объявил о том, что разработанная для армии и флота навигационная система (ранее рассчитанная в первую очередь для наведения ракет с ядерными боеголовками) будет доступна каждому желающему, чтобы избежать повторения катастрофы.
4. Фаза первоначальной работоспособности (IOC) (1993 г.). Спутниковая система GPS заработала в полном объеме, и армия получила возможность ориентироваться по карте с помощью данных, которые предоставляли спутники.
5. Фаза полной работоспособности (FOC). Стартовала в июле 1995 года, когда появилась возможность использовать весь радионавигационный функционал спутниковой группировки. Предполагалось, что точность определения координат составит 400 м. В реальности даже на этом этапе ошибка не превышала 40 м, и военные, обладавшие приемниками, смогли впервые точно узнать, где они могут находиться.
6. Отменено намеренное снижение точности позиционирования (2000 г.). Ранее аппаратура специально включала алгоритмы, снижающие минимальную точность определения координат. Билл Клинтон указом отменил это требование.

Принцип работы GPS

Типы аппаратов

За время работы «созвездия» сменилось несколько типов спутников. Сейчас на орбите летают аппараты следующих моделей:

• Block IIA.
• Block IIR.
• Block IIF. Эти спутники отправляются в космос, чтобы предоставлять данные наземным устройствам.

Орбиты

Высота орбиты спутников GPS – 20200 км. Наклонение составляет 52°. Для сравнения: у спутников ГЛОНАСС высота 19 000 км, наклонение 65°.

Надо отметить, что высота спутников GPS и другие параметры их орбит менялись со временем. Ученые вели постоянный мониторинг за состоянием и эффективностью работы системы. В результате первоначальная высота в 925 тыс. км была увеличена. Также изменилась и частота передачи от спутников для того, чтобы не было проблемы для пользователя, который ориентируется на любом типе транспорта.

Орбиты спутников GPS и GLONASS

Радиочастоты

Каждый спутник ведет передачу на двух несущих частотах:

1. L1 – на основной частоте 1575,42 МГц.
2. L2 – на 1227,60 МГц.

Это центральные частоты, зная которые, настройка позволит определить онлайн точные координаты приемника на поверхности Земли. Аппараты, сколько бы их ни было, работают на одной частоте, а передаваемая ими информация различается лишь псевдослучайными кодами.

Услуги позиционирования GPS

Доступ к позиционированию GPS сегодня может иметь каждый владелец iPad, мобильных устройств с операционной системой Android и другой аналогичной техники. При этом пользователям доступно два варианта позиционирования.

GPS на телефоне

Стандартное

Предназначено в первую очередь для гражданских пользователей, принимающих С/А-коды на частоте L1. В этом случае владельцу приемного устройства недоступна корректировка данных о расстоянии до спутника с учетом особенностей прохождения сигнала. При стандартном позиционировании используются не реальные данные, а модель ионосферы, которая не вполне отвечает истинной ситуации.

Ранее Служба стандартного позиционирования намеренно вводила искажения в сигнал, доступный гражданским пользователям из других стран. С 2000 года зашумление отменено, однако по решению Правительства США может быть вновь введено (в первую очередь в случае военного конфликта).

До 2000 года точность стандартного позиционирования составляла около 100 м. После отмены намеренных искажений сигнала оно улучшилось примерно до 15–20 м (в зависимости от условий наблюдения спутников и состояния атмосферы).

Точное

Служба точного позиционирования требует доступа не только к открытому коду С/А, но и к зашифрованному P, а также приема обеих частот. Такими системами обычно пользуются военные и федеральные структуры США.

Служба обеспечивает точность позиционирования по горизонтали в пределах 2–5 м, в идеальных условиях наблюдения и с использованием наземных базовых станций – до 10 см.

Специфика спутников

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.

При частичном или полном использовании данной статьи — активная гиперссылка ссылка на познавательный журнал alfaed.ru ОБЯЗАТЕЛЬНА

Вас это заинтересует:

Зачем ученые создали червей-лесбиянок?

Чем очистить почву от яда?

Кому принадлежит идея перенесения работы правительства в интернет?