Автоматические космические аппараты

Автоматические космические аппараты в зависимости от траектории полета подразделяются на следующие типы:

искусственные спутники Земли,

КА для полетов к планетам Солнечной системы,

КА для полетов с выходом за пределы Солнечной системы.

1.Искусственные спутники Земли (ИСЗ) характеризуют относительно небольшое удалении от Земли, периодичность изменения внешних условий и прохождения над определенными географическими районами Земли, кратное периоду обращения. ИСЗ в зависимости от их назначения подразделяются на исследовательские и технические.

К исследовательским ИСЗ относятся: ресурсные, метеорологические, геодезические, астрономические и геофизические. К техническим относятся спутники связи и навигации.

Ресурсные ИСЗ предназначены для изучения природных ресурсов Земли. Ресурсные спутники, используемые для изучения природных ресурсов, в зависимости от оснащенности аппаратурой для съемок подразделяются на ИСЗ оснащенные оптической аппаратурой дистанционного зондирования (американский Landsat, французский Spot, индийский IRS, японский Adeos, бразильский Mecb, китайский Cbers и российский «Ресурс-0) и ИСЗ оснащенные радиолокационными системами (европейские космические системы Ers и Envisat, японский спутник Jers-1, канадский Radarsat, российский спутник “Алмаз” и российский модуль “Природа”.

Различают три основных типа оптических датчиков дистанционного зондирования Земли: телевизионные камеры, оптические камеры с механическим сканированием, оптико-электронные камеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС). Телевизионные камеры работают в том же диапазоне (0,4-0,9 мкм), что и фотографические и используются для получения изображений со средним разрешением. Съемочные оптические камеры с механическим сканированием по сравнению с телевизионными имеют более широкий спектральный диапазон съемки: от ультрафиолетового до теплового инфракрасного (0,3-14 мкм). В оптико-электронных камерах на приборах с зарядовой связью элементы с механическим сканированием не используются. Строка изображения в одном спектральном диапазоне формируется при помощи линейной матрицы (линейки) детекторов на ПЗС, ориентированной перпендикулярно направлению полета спутника. Срочная развертка изображения проводится путем последовательного электронного включения детекторов.

Ресурсные спутники, оснащенные радиолокационной аппаратурой имеют ряд преимуществ над спутниками оснащенных оптической аппаратурой, которые заключаются в возможности проведения съемки при любой освещенности и погодных условиях. Кроме того, с использованием радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО) можно получить изображения не только земной поверхности, но и объектов, находящихся на определенной глубине.

Ресурсные ИСЗ, предназначенные для изучения глобальных изменений окружающей среды, созданы по программе США EOS. В рамках программы EOS до 2014г. будет осуществлен запуск 21 ИСЗ, с помощью которого будут осуществляться всесторонние исследования атмосферы, океанов, криосферы, биосферы и поверхности суши, а также будет выполнен ряд экспериментов, связанных с изучением особенностей энергетического баланса планеты, глобального водооборота и биогеохимического цикла. При этом в ходе программы будут фиксироваться происходящие глобальные изменения, выявляться ключевые процессы, регулирующие состояние окружающей природной среды, а также совершенствоваться модели, позволяющие изучать и прогнозировать эти изменения.

Работы по программе ЕОS осуществляются по трем основным направлениям: развитие научных отраслей, связанных с изучением протекающих на планете глобальных, естественных и антропогенных процессов; создание глобальной информационной системы; а также последовательный вывод на орбиту космических аппаратов серии ЕОS. Обработку и архивирование поступающей информации, поступающей со спутников серии ЕОS, будут проводить 8 научно-исследовательских центров.

Метеорологические спутники в зависимости от вида их орбит можно разделить на две группы: ИСЗ выведенные на низкие приполярные орбиты и ИСЗ работающие на геостационарных орбитах. Метеорологические системы с космическими аппаратами на низших приполярных орбитах обеспечивают решение следующих задач:

- мониторинг облачного покрова Земли и других погодных явлений в видимом и инфракрасном диапазонах спектра;

- измерение вертикального профиля температуры атмосферы,характеристики приповерхностного ветра и температуры поверхности моря;

- заблаговременное предупреждение об опасных явлениях природы;

- получение информации о состоянии околоземного космическогопространства;

- сбор информации с платформ геофизического мониторинга окружающей среды;

- прием и ретрансляция сигналов бедствия в рамках системы поиска и спасения, а также определение местоположения источников этих сигналов.

Метеоинформация поступает из трех ярусов. Первый – долговременные орбитальные станции – визуальное наблюдение за приливами, обвалами, пыльными и песчаными бурями, цунами, ураганами. Второй – автоматические спутники типа «Метеор», NOAA – поставляют информацию для прогнозирования погоды в глобальном и локальном масштабах, а также ведутся наблюдения за средне масштабными и локальными процессами в атмосфере. Третий – спутники с геостационарной орбитой для непрерывного наблюдения за глобальными динамическими процессами в атмосфере Земли.

К первой группе относятся спутники метеорологической системы NОАА (США), российской метеорологической спутниковой системы «МЕТЕОР» и китайский спутник серии FY-1.

Ко второй группе относятся спутники выведенные на высокие геостационарные орбиты. Геостационарными метеорологическими спутниками обладают США (система Geos), Европейское космическое агентство (система Meteostat), Россия (ИСЗ «Электро»), Индия (система Insat) и Япония (система GMS).

Геостационарная система Geos базируется на двух геостационарных космических аппаратах типа Geos и обеспечивает получение оперативной информации о состоянии погоды, заблаговременное выявление опасных природных явлений, типа ураганов и сильных штормов, сбор и ретрансляцию в наземный центр, обработки данных с наземных, морских и воздушных платформ мониторинга окружающей среды, а также получение информации о состоянии околоземного космического пространства.

Геодезические ИСЗ предназначены для построения геодезических сетей – пространственной триангуляции, для определения фигуры Земли и изучения ее строения. Для этих целей используются американские ИСЗ серии «Geos».

Астрономические ИСЗ позволяют изучать другие планеты и избежать при этом влияния атмосферы, т.е. исследования можно проводить в более широком диапазоне спектра чем с Земли.

В США разработан ряд астрономических спутников. Это в первую очередь орбитальная астрономическая лаборатория» (ОАО) при помощи которой проводились исследования в ультрафиолетовом диапазоне Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна и Урана. Спутник SAS предназначен для исследования космического пространства в рентгеновском и гамма- диапазонах спектра. Кроме того, 2 декабря 1995г. Европейским космическим агентством (ЕКА) и американским Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) была запущена орбитальная солнечная лаборатория «Сохо», предназначенная для изучения солнечно-земных связей и процессов, происходящих в гелиосфере.

Геофизические спутники применяются для изучения верхних слоев атмосферы и ближайшего к Земле космического пространства. К ним относятся ИСЗ серии «Космос».

Спутники связи относят к техническим и обеспечивают ретрансляцию радиосигналов между наземными станциями, расположенными на большом расстоянии друг от друга. В России для этих целей используются спутники серии «Орбита», «Экран», «Горизонт». В США для обеспечения комуникационной связи используются спутники серии Intelsat, которые обеспечивают связь с 73 наземными станциями в 55 странах и позволяют обслуживать до 30 000 каналов телефонной связи. Для телевизионного вещания НАСА был разработан специальный спутник ATS, в число задач которого входит ретрансляция телепрограмм, а так же решения метео- и навигационных задач.

Навигационные спутники предназначены для определения положения кораблей и самолетов, относительно навигационного ИСЗ в нескольких точках орбиты. Для этих целей используются американские спутники серии «Транзит» и «Секор».

.Космические аппараты для полетов к Луне. Для изучения поверхности Луны использовались советские автоматические межпланетные станции (АМС) «Зонд» и автоматические лунные станции серии «Луна».

АМС «Зонд» использовались для отработки техники полета к Луне и возвращения на Землю, а так же фотографирования лунной поверхности. Впервые фотографирование обратной стороны Луны было выполнено АМС «Зонд-5», а при возвращении на Землю 21 сентября 1968г было проведено фотографирование Земли с расстояния 90 000 км. АМС «Зонд-6-8» выполняли фотосъемку поверхности Луны с окололунных орбит с расстояния около 3 000 км, с целью картографирования в первую очередь невидимой стороны Луны.

Автоматическая лунная станция «Луна» предназначалась для взятия проб лунного грунта и его доставки на Землю, а так же доставки на лунную поверхность подвижной лаборатории «Луноход».

Американцами для исследования Луны использовались МАС Surveyor и пилотируемые космические корабли серии Apollo. 20 июля 1969г. завершилась 10-летняя американская программа подготовки высадки человека на Луну. 19 июля 1969г. к Луне был запущен пилотируемый космический корабль Apollo-11 с астронавтами на борту. После четырехсуточного полета космический корабль с командиром экспедиции Нилом Армстронгом, пилотом командного отсека Майклом Коллинзом и пилотом лунного отсека Эдвином Олдрином произвел посадку на лунную поверхность. Спустя 6 часов после посадки первым на лунную поверхность ступил Нил Армстронг и произнес следующие слова: «Этот маленький шаг одного человека, огромный прыжок для всего человечества». Основная задача первой экспедиции заключалась в доставке и установке на лунной поверхности различных приборов и отбор лунного грунта (22 кг).

Всего в период с 19 июля 1969г. по 7 декабря 1972г. на Луну было осуществлено 7 экспедиций, шесть из которых завершились успешно. В результате было выполнено фотографирование лунной поверхности, проведено изучение геологического строения лунной поверхности и установлено высокое содержание в лунном грунте изотопа Гелия-3, который может использоваться в качестве топлива для экологически чистых термоядерных электростанций.

В 1998г. в США запущена МАС «Лунар-проспектор» для съемки и изучения лунной поверхности.

2.Космические аппараты для полетов к планетам Солнечной системы. Космические аппараты данного типа классифицируют по планетам, особенности которых существенно влияют на построение КА, особенно на КА, совершающие посадку на планету. Эти аппараты имеют существенно большие по сравнению с лунными удаления от Земли и продолжительность полета.

Для исследования планет земной группы (Меркурий, Венера, Марс) использовались советские межпланетные автоматические станции «Вега», «Венера», и «Марс» и американские «Mariner», «Викинг» и «Марс – Патфайндер».

Наибольший интерес у ученых вызывает изучение планеты Марс, с точки зрения наличия на ней жизни. Всего к Марсу было осуществлено 18 экспедиций в СССР 10 из которых были неудачными, 7 выполнили задачу лишь частично и 1 был очень успешным. В США было осуществлено 11 экспедиций, три из которых были неудачными. Самым продуктивным оказался последний запуск МАС «Марс – Патфайндер», который стартовал в декабре 1996г. и примарсился в день независимости США 4 июля 1997г. На марсианскую поверхность был доставлен марсоход весом 20 кг с помощью которого проводилась съемка поверхности и химический анализ грунта.

В соответствии с американской программой НАСА планируется в 2005г. доставить на Землю марсианский грунт, а в 2012г. осуществить первый пилотируемый полет на Марс.

Для исследования планет юпитерской группы использовались американские МАС «Пионер» и «Кассини».

В 1996г. специалистами НАСА впервые был запущен зонд «Shoemaker» для изучения астероидов, который успешно вывели на орбиту, а затем и осуществили посадку на поверхность астероида Эрос.

3Космические аппараты для полетов с выходом за пределы Солнечной системы. В настоящее время только один аппарат преодолел пространство Солнечной системы, покинул ее пределы. Таким аппаратом является американская МАС Pioner 10, которая была запущена 2 марта 1972г. для исследования межпланетной среды, астероидного пояса и свойств атмосферы Юпитера.

Выполнив программу исследований МАС Pioner 10 в 1999г. покинула пределы солнечной системы. На случай попадания МАС на планетную систему другой звезды и ее обнаружения внеземной цивилизации, создатели МАС Pioner 10 поместили на ней пластинку из алюминия, анодированного золотом, размером 15×23 см с символическим рисунком, который сообщает о цивилизации на Земле.