Первый искусственный «спутник-1» планеты земля

Прикладные ИСЗ.

Зарубежные искусственные спутники Земли. «Синком-3».


К прикладным ИСЗ относят спутники, запускаемые для решения тех или иных технических, хозяйственных, военных задач.

Спутники связи служат для обеспечения телевизионных передач, радиотелефонной, телеграфной и др. видов связи между наземными станциями, расположенными друг от друга на расстояниях до 10—15 тыс. км. Бортовая радиоаппаратура таких ИСЗ принимает сигналы наземных радиостанций, усиливает их и ретранслирует на другие наземные радиостанции. Спутники связи выводятся на высокие орбиты (до 40 тыс. км). К ИСЗ этого типа относятся советский ИСЗ «Молния», американский ИСЗ «Синком», ИСЗ «Интелсат» и др. Спутники связи, выведенные на стационарные орбиты, постоянно находятся над определёнными районами земной поверхности.

Советские искусственные спутники Земли. «Метеор».

Зарубежные искусственные спутники Земли. «Тирос».

Метеорологические спутники предназначены для регулярной передачи на наземные станции телевизионных изображений облачного, снегового и ледового покровов Земли, сведений о тепловом излучении земной поверхности и облаков и т. п. ИСЗ этого типа запускаются на орбиты, близкие к круговым, с высотой от 500—600 км до 1200—1500 км; полоса обзора с них достигает 2—3 тыс. км. К метеорологическим спутникам относятся некоторые советские ИСЗ серии «Космос», спутники «Метеор», американские ИСЗ «Тирос», «ЭССА», «Нимбус». Проводятся эксперименты по глобальным метеорологическим наблюдениям с высот, достигающих 40 тыс. км (советский ИСЗ «Молния-1», американский ИСЗ «АТС»).

Исключительно перспективными с точки зрения применения в народном хозяйстве являются спутники для исследования природных ресурсов Земли. Наряду с метеорологическими, океанографическими и гидрологическими наблюдениями такие ИСЗ позволяют получать оперативную информацию, необходимую для геологии, сельского хозяйства, рыбного промысла, лесного хозяйства, контроля загрязнений природной среды. Результаты, полученные с помощью ИСЗ и пилотируемых космических кораблей, с одной стороны, и контрольные измерения с баллонов и самолётов — с другой, показывают перспективность развития этого направления исследований.

Навигационные спутники, функционирование которых поддерживается специальной наземной системой обеспечения, служат для навигации морских кораблей, в том числе подводных. Корабль, принимая радиосигналы и определяя своё положение относительно ИСЗ, координаты которого на орбите в каждый момент известны с высокой точностью, устанавливает своё местоположение. Примером навигационных ИСЗ являются американские спутники «Транзит», «Навсат».

Как Хрущев хотел ракету

Никита Хрущев.

Когда Никита Хрущев возглавил нацию в 1953 году, у него была проблема. Холодная война была в самом разгаре, а Советский Союз чувствовал себя очень уязвимым. Если бы разразилась настоящая война, американские самолеты, несущие атомные бомбы и взлетающие с баз в Западной Европе, за несколько часов могли бы достичь Ленинграда и Москвы. Советским самолетам потребовалось бы гораздо больше времени, чтобы добраться до Соединенных Штатов. К тому времени, как они достигли бы точек назначения, города СССР, скорее всего, превратились бы в обугленные руины. Хрущеву нужно было новое оружие, которое избавило бы американцев от мысли, что они могут выиграть войну, если нападут первыми. Ему нужна была ракета, которая могла бы ударить по США менее чем через час после запуска.

Поэтому в 1954 году было принято решение о разработке первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты. Человеком, которому было поручено создать это оружие, стал Сергей Королев. Новую ракету обозначили как Р-7, и она должна была быть большой. Русские бомбы были тяжелыми. Р-7 должна была быть способна доставить 3-тонную боеголовку на расстояние более чем в 6400 километров. Советская ракета была больше всего, над чем работали американцы.

США могли быть первыми

Ракеты выглядят особенно красиво на фоне темного неба.

Вернер фон Браун был человеком, которым двигало желание строить ракеты, и он хотел использовать эти ракеты для изучения космического пространства. Остаются серьезные вопросы касательно степени, в которой он был готов игнорировать моральные дилеммы, вызванные плановым использованием того, что он разработал, но, несомненно, он был гениальным инженером, когда дело доходило до разработки новых технологий.

Фон Браун потратил большую часть времени во Второй мировой войне на разработку ракет V-2, которые нанесли серьезный урон Лондону во время войны. Затем он принял сознательное решение возглавить свою команду инженеров уже на стороне американских сил и предложил свои услуги правительству США.

К 1953 году фон Браун стал главой американской команды, разрабатывающей ракеты. Он усовершенствовал и увеличил конструкцию V-2, превратив ее в первую баллистическую ракету американцев, PGM-11 Redstone, которая взлетела в том же году. Redstone была разработана для использования на боле боя и имела рабочую дальность всего в 320 километров, но фон Браун хотел запускать с ее помощью и спутники.

В сентябре 1954 года он предложил сделать «минимальный спутниковый аппарат». Это была, по сути, Redstone в сочетании с тремя верхними ступенями небольших твердотельных ракет. Эта комбинация, как подсчитал фон Браун, могла вывести небольшой спутник весом 2,5 килограмма на орбиту Земли. Он также запросил 100 000 долларов дополнительного финансирования на разработку своего спутника, но получил строгий отказ. Возможность номер один была упущена.

Период с июля 1957 года по декабрь 1958 году был обозначен Международным геофизическим годом (МГГ), с целью содействия научному сотрудничеству между странами. В 1955 году Советский Союз объявил, что в рамках МГГ он запустит научные инструменты в космос. В духе соперничества, а не сотрудничества, президент США Дуайт Эйзенхауэр сразу же заявил, что США планируют вывести искусственный спутник на орбиту Земли в рамках МГГ.

В то время армия США, ВВС и ВМС — все разрабатывали собственные проекты ракет. И каждый предложил свои силы для запуска спутника. К досаде Вернера фон Брауна, ВМС выиграли «тендер» с ракетой Vanguard. В качестве утешения армии позволили построить модифицированный Redstone, который затем назвали Jupiter-C. Это было сделано для того, чтобы проверить конструкции теплозащитных экранов для возвращения ядерных боеголовок в атмосферу на подходе к цели.

Министр обороны США Чарли Уилсон не был поклонником фон Брауна и был обеспокоен тем, что тот может запустить спутник «случайно». Поэтому он приказал главе военной ракетной программы генералу Брюсу Медарису лично осмотреть ценный груз каждого Jupiter-C перед запуском, чтобы гарантировать, что фон Браун не поместит «живой» спутник на ракетах.

Первый запуск Jupiter-C состоялся 20 сентября 1956 года. Ракета несла ценный груз весом 39 килограммов на высоту 1094 километра на скорости 25 750 километров в час. Добавление одной небольшой ступени и облегчение багажа позволило бы ускорить ее до 28 485 километров в час и вывести на орбиту спутник. Космическая эпоха могла начаться за год до полета «Спутника-1». Возможность номер два была упущена.

И так получилось, что русские запустили «Спутник», поместив проект Vanguard под серьезное давление. В декабре 1957 года низкопрофильный испытательный запуск стал всемирным новостным событием. Ракета Vanguard приподнялась на несколько метров от стартовой площадки, а затем с треском взорвалась.

Правительство США в отчаянии обратилось к команде фон Брауна. Она поспешно собрала новую версию Jupiter-C, включив дополнительную ступень с небольшим ценным научным грузом. Название ракеты изменили на Juno и убедили мир, что это не совсем и ракета. И тогда, 31 января 1958 года, на орбиту был выведен Explorer 1, а США наконец вступили в космическую гонку — при помощи плана Вернера фон Брауна, которому было отказано в 1954 и 1955 годах.

Проблема с теплозащитным экраном

Входя в атмосферу Земли, объекты оставляют такой след.


Первый запуск Р-7 имел место 15 мая 1957 года. Ракета развалилась, пройдя всего 400 километров. Следующий полет, месяцем позже, продлился всего 33 секунды. Были внесены улучшения, и 21 августа, после успешного полета на 6000 километров, ракета попала в цель. Еще через несколько дней агентство ТАСС заявило, что Советский Союз «успешно испытал многоступенчатую межконтинентальную баллистическую ракету».

Второй успешный испытательный запуск состоялся 7 сентября. Никита Хрущев надеялся на бурную реакцию со всего мира, но не получил ее. Ракета пролетела над всей территорией СССР, а систем отслеживания, которые наблюдают за современными пусками в Северной Корее, просто не существовало. Не было никаких доказательств и казалось, что западный мир не был готов поверить, что у России есть действующая МБР.

В реальности же была еще одна проблема. Поднявшись над земной атмосферой, боеголовка ракеты должна была выдерживать чрезвычайно высокие температуры, создаваемые трением корпуса о воздух. В обоих испытательных полетах тепловой экран полностью отказывал, поэтому вместо попадания в цель сгоревшие обломки даже не долетали до земли. Настоящая ядерная боеголовка могла самоуничтожиться задолго до детонации.

Прошло несколько месяцев, прежде чем новая конструкция теплового экрана была готова для испытаний. В то же время прибывали детали для новых Р-7, готовых к сборке и запуску.

Запуск и полёт

В пятницу, 4 октября, в 22:28:34 по московскому времени (19:28:34 по Гринвичу) был совершён успешный запуск.

Через 295 секунд после старта ПС-1 и центральный блок (II ступень) ракеты весом 7,5 тонны были выведены на

эллиптическую орбиту высотой в апогее 947 км, в перигее 288 км. При этом апогей находился в Южном полушарии, а перигей — в Северном полушарии. Через 314,5 секунды после старта произошли сброс защитного конуса и отделение Спутника от II ступени ракеты-носителя,и он подал свой голос. «Бип! Бип!» — так звучали его позывные.

На полигоне их ловили 2 минуты, потом Спутник ушёл за горизонт. Люди на космодроме выбежали на улицу, кричали «Ура!», качали конструкторов и военных.

И ещё на первом витке прозвучало сообщение ТАСС:

Только после приёма первых сигналов Спутника поступили результаты обработки телеметрических данных и выяснилось, что лишь доли секунды отделяли от неудачи. Перед стартом двигатель в блоке Г «запаздывал», а время выхода на режим жёстко контролируется, и при его превышении старт автоматически отменяется.

Блок вышел на режим менее чем за секунду до контрольного времени. На 16-й секунде полёта отказала система опорожнения баков (СОБ), и из-за повышенного расхода керосина центральный двигатель отключился на 1 секунду раньше расчётного времени. По воспоминаниям Б. Е. Чертока: «Ещё немного — и первая космическая скорость могла быть не достигнута.

Но победителей не судят! Великое свершилось!».

Наклонение орбиты «Спутника-1» составляло около 65 градусов, это означало, что «Спутник-1» летал приблизительно между Северным полярным кругом и Южным полярным кругом, вследствие вращения Земли за время каждого витка смещаясь на 24 градуса по долготе 37.

Период обращения «Спутника-1» первоначально составлял 96,2 минуты, затем он постепенно уменьшался ввиду снижения орбиты, например, через 22 дня он стал меньше на 53 секунды.

Общие сведения

Во второй половине XX века СССР и США вступили в космическую гонку, пытаясь как можно быстрее приступить к освоению космоса. И Советский Союз первым сумел отправить на земную орбиту аппарат собственного производства. Таковым стало устройство, имеющее довольно простое название “Спутник-1”.

Конструкция аппарата была довольно простой. Он представлял собой сферу, по бокам которой размещены антенны. Последние необходимы для того, чтобы спутник распространял радиосигнал в пространстве равномерно.

Круг собирался из двух полусфер, для скрепления которых использовали 36 болтов. Такое количество позволило надежно сцепить части, не допуская зазоров. Внутри ПС-1 размещались датчики, измеряющие температуру и давление, аккумуляторы из серебра и цинка, термостат, радиопередатчик и вентилятор, необходимый для охлаждения элементов.

Схема Первого Спутника

Во время полета данная “начинка” испускала сигнал в интервале частот от 20 до 40 МГц, благодаря чему любой желающий, даже обычный человек, мог настроиться на волну аппарата.

Несмотря на то, что сейчас при разговоре о космических полетах в голове сразу всплывают образы ракет и шаттлов, которые поражают своими габаритами, Спутник-1 был небольшим даже по сравнению с человеком. Его радиус составлял всего 29 см, а масса примерно 83,5 кг.

Научные результаты полёта ПС-1


Запуск данного ПС-1 преследовал несколько целей:

  • Тестирование технической способности аппарата, а также проверка расчетов, принятых для успешного запуска спутника;
  • Исследование ионосферы. До запуска космического аппарата радиоволны, посланные с Земли, отражались от ионосферы, исключая возможность ее изучения. Теперь же ученые смогли начать исследование ионосферы посредством взаимодействия радиоволн, излучаемых спутником из космоса и идущих через атмосферу к поверхности Земли.
  • Расчет плотности верхних слоев атмосферы при помощи наблюдения за темпом замедления аппарата вследствие трения об атмосферу;
  • Исследование влияния космического пространства на аппаратуру, а также определения благоприятных условий для работы аппаратуры в космосе.

Слушать звук Первого спутника

И хотя на спутнике не было никакой научной аппаратуры, слежение за его радиосигналом и анализ его характера давал много полезных результатов. Так группа ученых из Швеции проводила измерения электронного состава ионосферы, опираясь на эффект Фарадея, гласящий об изменении поляризации света при прохождении его через магнитное поле. Также группа советских ученых из МГУ разработала методику наблюдения за спутником с точным определением его координат. Наблюдение за данной эллиптической орбитой и характером ее поведения позволили определить плотность атмосферы в области орбитальных высот. Неожиданно повышенная плотность атмосферы в указанных областях подтолкнула ученых к созданию теории торможения спутников, что внесло свою лепту в развитие космонавтики.

Запуск. «Технический Перл-Харбор»

— Наталия Михайловна, 24 сентября Тихонравов принес на подпись Сергею Павловичу технический отчет о возможности запуска ПС-1. Говорят, Королев написал резолюцию: «Хранить вечно!» Где этот отчет сейчас?

— Может быть, в федеральных архивах. Но, думаю, скорее всего, в «Энергии». Это же там было ОКБ-1.

Когда ТАСС сообщил о запуске, все постоянно смотрели в небо. Над Москвой спутник впервые пролетел в 01 час 46 минут 5 октября 1957 года. Люди кричали: «Вот спутник, спутник летит!». Никто ж не знал, что отражающая поверхность спутника была слишком мала, чтобы ее визуально наблюдать. На самом деле видели вторую ступень — центральный блок ракеты, который вышел на ту же орбиту, что и спутник.

— А Михаил Клавдиевич, когда прилетел с полигона, что-нибудь рассказывал?

— Ничего! Все было засекречено. Мама догадывалась, конечно, но никаких вопросов никогда не задавала. Потом, когда отца в числе других наградили, я тоже поняла.

…Запуск спутника и достижение первой космической скорости вызвали мировую сенсацию. Ракета Р-7 и первый искусственный спутник Земли стали квинтэссенцией достижений отечественной советской науки и техники. Один из американских журналов писал: «Мы не ждали советского спутника, и поэтому он произвел на Америку впечатление нового технического Перл-Харбора».

Месяц спустя, 3 ноября 1957 года, Советский Союз запустил второй спутник — весом 508,3 кг с собакой Лайкой на борту. И только в феврале 1958 года свой первый спутник запустили американцы.

ПАРАМЕТРЫ

Начало полета — 4 октября 1957 года в 22:28:34 мск

Окончание полета — 4 января 1958 года.

Масса ракеты после заправки — 267 т

Масса аппарата — 83,6 кг (0,03% от массы ракеты).

Максимальный диаметр — 0,58 м

Витков вокруг Земли — 1440 (около 60 млн км).

На каждый виток — 96 минут 10,2 сек

УСТРОЙСТВО

Корпус спутника состоял из двух полусфер диаметром 58 см из алюминиевого сплава AMr-6 толщиной 2 мм со стыковочными шпангоутами, соединенными 36 болтами. Поверхность специально полировалась, чтобы лучше отражать солнечный свет и препятствовать перегреву спутника. Не допускалась даже малейшая царапина. Внутри спутник заполнялся азотом, поддерживалась температура 20-30 С. Четыре антенны (две — по 2,4 м, две — по 2,9 м) были смонтированы на верхней полуоболочке. Специальный пружинный механизм разводил их на орбите на угол 35 градусов от продольной оси спутника.

НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Научной аппаратуры на спутнике не было. Тем не менее ученые получили важные данные. Были проверены расчеты и основные технические решения. Проведены исследования прохождения через ионосферу радиоволн, излучаемых передатчиками спутника, экспериментальное определение плотности верхних слоев атмосферы по торможению спутника, исследование условий работы аппаратуры.

ПОД ГРИФОМ «СЕКРЕТНО»

При старте ракеты один из двигателей «запаздывал». Блок вышел на режим менее, чем за секунду до контрольного времени. Иначе старт был бы автоматически отменен.


А на 16-й секунде полета случилась другая напасть — отказала система управления подачи топлива. Это привело к повышенному расходу керосина. В результате центральный двигатель отключился на 1 секунду раньше расчетного времени. Ракета и спутник были выведены на орбиту с апогеем примерно на 80-90 км ниже расчетного.

ВОПРОСЫ ПО СУЩЕСТВУ

Почему шар?

Поначалу первый спутник должен был иметь коническую форму со сферическим днищем. Но конструкторы быстро поняли: то, что надо — это шар. При меньшей поверхности оболочки можно было наиболее полно использовать внутренний объем. Внутри разместили два радиопередатчика с частотой излучения 20,005 и 40,002 МГц, блок электрохимических источников — серебряно-цинковых аккумуляторов, вентилятор, термореле и воздуховод, устройство бортовой электроавтоматики, датчики температуры и давления, бортовую кабельную сеть.

Почему «бип-бип-бип»?

Сигналы спутника имели вид телеграфных посылок («бипов») длительностью 0,2-0,6 сек. Мощность излучения сигнала составляла 1 Вт. Частота «бипов» и пауза между ними определялась датчиками контроля давления и температуры, что обеспечивало простой контроль герметичности его корпуса. Радиопередача сигналов продолжалась три недели.

Почему он кувыркался?

Система ориентации спутников тогда еще не была разработана. Поэтому неправильно представлять полет ПС-1 корпусом «вперёд» и антеннами «назад». Скорее всего, он «кувыркался» на орбите.

Наталия Михайловна Тихонравова — кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Государственного научного центра РФ — Института медико-биологических проблем РАН.

Первые попытки

Фау-2 – первая баллистическая ракета в мире, создана в Третьем Рейхе

Ученые Третьего рейха сумели разработать ракеты большой массы Фау-2, работавшие на жидком топливе. Считалось, что они способны полететь в космос и даже отправить человека на орбиту. Существуют официальные документы, в которых предлагается с их помощью запускать забальзамированные тела первых космических путешественников с целью отдания почестей.

Начиная с марта 1946-го года Военно-воздушные силы США начали активно работать над космической программой. В стране прекрасно понимали, что выведение объектов на орбиту Земли поможет получить немало полезных сведений, а также серьезно повысит авторитет в лице других государств.

В течение нескольких лет ученые на бумаге конструировали различные аппараты, которые в потенциале могут отправиться во внеземное пространство. Параллельно анализировались последствия, к которым может привести старт покорения космоса. Детально расписывались экономическая составляющая, военный потенциал будущего достижения и возможные перспективы. Как только становилось понятно, что аппарат, изображенный на чертеже, не в состоянии выйти на орбиту, сразу начиналась проектировка нового с учетом изъянов.

В 1953-ем году, на конференции по астронавтике, физик Фред Сингер представил наработки шарообразного спутника, у которого имелись реальные шансы отправиться в космос. По словам ученого, США работают над созданием сферического устройства, которое можно запустить над Землей таким образом, что оно будет двигаться по орбите на высоте в 300 км и пересекать оба полюса планеты.

Компьютерная модель американской ракеты “Редстоун”

В 1954-ом состоялось заседание ведущих американских ракетных конструкторов, на котором обсуждалась вероятность запуска спутника в ближайшие три года. В тот момент было совершенно ясно, что для этого нужно использовать многоступенчатые ракеты, которые по мере отсоединения предыдущих и срабатывания последующих помогут достигнуть нужной высоты.

Интересный факт: в арсенале США тогда имелись ракеты “Локи” и “Редстоун”, которые и предполагалось использовать для запуска первого спутника.

Итогом заседания стало появление проекта “Орбитер”, в рамках которого прорабатывались детали будущего космического запуска. Событие было запланировано на лето 1957-го года. В 1955-ом году США обнародовали проект, название которого сменилось на “Авангард”. Предполагалось, что данный спутник отправится в небо на ракетах “Викинг” и “Аэроби”. На бумаге устройство представляло собой сложную конструкцию весом в 10 кг. Планировалось оснастить аппарат множеством электроники для сбора сведений.

Американский спутник “Авангард-1”

Однако когда стало известно о космической программе СССР, США существенно упростили конструкцию спутника, лишь бы успеть первыми запустить объект в космос. Так “Авангард-1” сбросил вес в шесть раз, и его масса составила 1,59 кг.

Модель первого космического спутника

После успешных испытаний новой межконтинентальной ракеты «Р-3», советским ученым удалось убедить правительство в целесообразности создания первого космического спутника земли.

В 1955 году этот проект получил одобрение высшего руководства власти, что послужило началом напряженной работы по созданию первого в мире орбитального объекта.

Трудно с полной уверенностью сказать, кто изобрел и создал ИСЗ. Во многом эта заслуга всего коллектива конструкторов и инженеров во главе с С. П. Королевым и М. К. Тихонравовым.

Спустя два года спутник был готов. Его вес составлял около 84 кг. Форма спутника была выбрана не случайно. Именно сфера представляет собой идеальную форму, обладающую максимальным объемом при минимальной поверхности.

К тому же этот объект должен был стать символом космической эры и являть собой образец идеального космического аппарата, в первую очередь с точки зрения его внешности.


С этим читают