Сколько живет спутник?

«Наука и жизнь» 1981, №10, с. 112-113.

сканировал Игорь Степикин
ПЕРЕПИСКА С ЧИТАТЕЛЯМИ

СКОЛЬКО ЖИВЕТ СПУТНИК?

От чего зависят такие параметры орбиты искусственного спутника Земли, как наклонение, перигей и апогей?

Для чего нужны орбиты с очень большой разницей удаления в апогее и в перигее?

Как осуществляется вывод спутника на такие орбиты и сколько времени он может на них находиться?

Т. НЕЛЮБИН. г. Актюбинск.

Когда запускается спутник, огромная ракета-носитель отрывается от стартового стола и медленно, чтобы уменьшить потери мощности на трение о воздух, поднимается вертикально вверх. Достигнув расчетной высоты — от нескольких сот до 2—3 тысяч километров, — она постепенно разворачивается, ложась на курс, близкий к горизонтальному, и увеличивает скорость. В заранее выбранной точке траектории двигатели выключаются, космический аппарат отделяется от носителя и начинает самостоятельное существование. Вид его дальнейшей траектории, ее положение в пространстве зависят от величины и направления скорости космического аппарата в точке его отделения от ракеты. И если скорость по величине превышает первую космическую (около 8 км/с) не более чем в 1,4 раза, а направление скорости близко к горизонтальному, то космический аппарат станет двигаться по замкнутой орбите вокруг Земли, превратившись в ее искусственный спутник. В солнечной системе появилось новое небесное тело.

В начале XVII века немецкий математик и астроном Иоган Кеплер, анализируя результаты многолетних наблюдений датского астронома Тихо Браге за движением планет, установил, что любая планета движется по орбите в форме эллипса, в одном из фокусов которого находится Солнце, причем центр светила лежит в плоскости орбиты, а радиус-вектор, проведенный из центра Солнца к планете, в равные промежутки времени описывает равные площади.

Аналогичным образом движется и спутник вокруг Земли. Его орбитальная скорость непрерывно меняется: чем дальше уходит спутник от Земли, тем она ниже. Поэтому удаленную ветвь сильно вытянутой орбиты спутник проходит гораздо дольше. Например, спутник «Молния» системы «Орбита» запускается на орбиту с апогеем в 40000 и перигеем в 460 — 630 километров. Период его обращения —12 часов. Из этого времени 8—10 часов он виден с территории СССР и работает, ретранслируя телевизионные программы и междугородные телефонные разговоры.

Орбита спутника лежит в плоскости, проходящей через центр земного шара. Спутник движется по орбите с переменной скоростью так, что площади заштрихованных секторов равны.

Можно было бы, конечно, запустить спутник на еще более вытянутую орбиту: тогда он за время одного оборота вокруг Земли смог бы работать еще дольше. Но при его удалении порядка 100000 километров время прохождения радиосигнала до спутника и обратно будет около полутора секунд. Телефонный разговор при таких паузах между фразами вести было бы затруднительно. Поэтому параметры орбиты выбраны так, что спутник появляется над обслуживаемой территорией в одно и то же время, совершая в течение суток два оборота вокруг Земли. Три спутника на разнесенных орбитах, запущенные с интервалом 8 часов, обеспечивают круглосуточную связь между любыми пунктами нашей страны. (О спутнике «Молния-1 » см. «Наука и жизнь» № 5, 1967 г.)

Наша страна лежит в довольно высоких широтах, поэтому и наклон орбиты спутника, работающего над ее территорией, — угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора — должен быть соответственно большим. Для «Молнии» он равен 62,8—65,5°.

Время существования (в сутках) спутника массой 100 кг и диаметром 1 метр.
Высота перигея в километрах	Высота апогея в километрах
Высота перигея в километрах	500	700	1000	1300	1600
200	9	18	37	58	82
230	25	52	102	165	237
260	53	116	238	370	535
300	114	260	545	890	1280
400	410	1120	2630	4450	6600

Есть и еще одно соображение, определяющее выбор наклона орбиты: пока ракета не запущена и стоит на космодроме, она движется вместе с поверхностью вращающейся Земли: на экваторе — со скоростью около 2,5 км/с; чем ближе к полюсам, тем медленнее. Скорость эта по инерции сохраняется и у взлетевшей ракеты, и у спутника; подобно тому как человек, спрыгнув с подножки идущего трамвая, по инерции сохраняет его скорость и пробегает какое-то расстояние, гася ее. Если же при выведении спутника скорость эту прибавить к скорости ракеты, то разгонять ее придется уже до меньших скоростей, скажем, не до 9,5, а только до 7—8 км/с. Это выгодно: топлива потребуется меньше, полезная нагрузка может быть больше.

Для этого наклон орбиты спутника должен быть близок географической широте точки его запуска. Так, орбиты космических станций «Союз», запускаемых из Казахстана, имеют наклон 51,6—51,8°.

Как бы высоко ни летал спутник, трение воздуха все-таки дает о себе знать: постепенно, виток за витком, спутник снижается и на высоте 150—160 километров покидает орбиту, переходит на баллистическую траекторию и сгорает в плотных слоях атмосферы. Поэтому время существования спутника на орбите сильно зависит от его удаления от Земли (см. таблицу).

Вывод спутников на сильно вытянутые орбиты, например, «Молний» осуществляется не сразу, а с промежуточной, находящейся на высоте перигея рабочей орбиты при помощи маршевого двигателя. А для корректировки параметров орбиты — наклона и периода обращения спутник имеет еще и вспомогательные двигатели небольшой мощности.

С. ТРАНКОВСКИЙ.