Запуск первого искусственного земного спутника произошел в 1957 г. С тех пор ученым удалось сделать колоссальный технологический прорыв, организовав десятки тысяч подобных устройств. С их помощью земляне обеспечиваются доступом в сеть, связью, GPS-возможностями, ТВ, осуществляют научно-исследовательские мероприятия, выполняют задачи военного характера. То, на какой высоте летают спутники, зависит от их конкретного назначения.
Разновидности спутников, встречающихся на орбите
Под искусственными земными спутниками принято понимать все тела, введенные на орбиту посредством ракеты-носителя. Это следующие объекты:
- специальные шаттлы;
- лаборатории для исследований;
- станции;
- аппараты автономного действия.
Научные сведения на Землю поставляются преимущественно непилотируемыми устройствами. Для их эксплуатации не нужен экипаж, регулярное обслуживание, не требуются специальные отсеки для формирования оптимальных условий жизнедеятельности. Основной критерий классификации аппаратов – их прямое назначение:
- научно-исследовательские устройства нужны для изучения атмосферного слоя Земли, космоса, удаленных космических тел;
- прикладные агрегаты используются для удовлетворения потребностей человечества, проведения испытаний.
Выполнение спутниками функций происходит в автономном режиме, без использования топливных ресурсов. От функционала агрегата зависит и его объем. Показатель массы составляет от 20 кг до нескольких сотен тонн. Вес первого запущенного в космос аппарата составлял всего 28 кг. Осталось подробно рассмотреть, на какой высоте летают спутники.
Орбиты спутников
Высота орбиты и полета спутников
Движение аппаратов осуществляется по заданной орбите. Высота полета спутников зависит, как уже отмечалось, от назначения агрегата и траектории, которая была ему задана. На практике используется несколько разновидностей орбит:
- околоземная (низкая) орбита – расположение в этом случае является максимально приближенным и составляет 300-500 км над уровнем моря (именно на такой дистанции летали первые устройства, зондировавшие земную поверхность и атмосферный слой);
- полярная орбита находится в области полярных земных полюсов и имеет угол наклона почти в 90 градусов;
- геостационарная – высота орбиты спутников в этом случае составляет минимум 35 000 км, расположение – экваториальная плоскость, есть всего две устойчивые точки, поэтому она является наиболее дорогой и важной;
- сильноэллиптическая орбита с контуром в виде эллипса, высота полета спутников по ней меняется, в зависимости от точки траектории, имеет большой размер, используется для исследований и обеспечения связи;
- круглая (высота является постоянной практически в любой промежуток времени), она применима в системах глобального позиционирования.
Движение искусственного спутника Земли по геостационарной орбите
Так, выбор орбиты и ее точной высоты зависит от поставленной цели и определяется индивидуально.
Интересные факты
Большинство полетов организуется по эллиптическим орбитам с переменным показателем высоты, в зависимости от расположения по отношению к Земле. Высота «низкой опорной» площадки составляет 200 км над морем (перигей – 193 км, апогей – 220 км). Однако она содержит внушительное количество мусора, который остался за все время освоения космического пространства, поэтому современные корабли поднимаются выше. Например, МКС «курсирует» на удаленности 417 км.
Что касается других космических кораблей, уровень их подъема над Землей пребывает в зависимости от следующих данных:
- масса корабля;
- способ запуска;
- мощность двигателя.
Так, Ю. Гагарин был на орбите высотой в 175 км, а Г. Титов (второй космонавт – выходец из СССР) – поднялся на 183 км. Американские «челноки» поднимались на высоту от 400 до 550 км. Примерно такую же удаленность от земли имеет большинство современных устройств, которые доставляют грузы и людей в МКС. Непилотируемые спутники, в свою очередь, поднимаются еще выше, т. е. летают по геостационарной орбите, однако она пригодна далеко не для всех целей.
Теперь известно, на какой высоте летают спутники, и отчего обычно зависит данный показатель.
Первый искусственный спутник Земли был запущен в 1957 году. С тех пор человечество сделало огромный технологический прорыв. На данный момент на околоземной орбите находится несколько десятков тысяч спутников. Они обеспечивают жителей планеты сотовой связью, интернетом, GPS-данными, телевидением, принимают активное участие в научно-исследовательской работе. Также они используются для военных целей. В зависимости от целевого назначения выбирается, на какой высоте летают спутники. Все это значительно облегчило жизнь, позволило поднять уровень связи. Наибольший вклад они внесли в науку – изучение строение атмосферы Земли, погодных изменений, космоса, небесных тел.
Какие виды спутников встречаются на орбите?
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.
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.
На какой высоте летают космические корабли?
Первый пилотируемый космический корабль был запущен в 1961 году. Движение осуществлялось по эллиптической орбите. Перигей составлял 175 км, а апогей – 320 км над уровнем моря. За прошедшие полвека исследований высота значительно увеличилась из-за присутствия большого количества космического мусора на околоземной орбите. На данный момент используется орбита с перигеем в 400 км. Обусловлено это также и отсутствием влияния атмосферы на траекторию движения.
Граница между атмосферой Земли и космосом проходит по линии Кармана, на высоте 100 км над уровнем моря.
Космос совсем рядом, осознаете?
Итак, атмосфера. Воздушный океан, который плещется у нас над головой, а мы живем на самом его дне. Иначе говоря, газовая оболочка, вращающаяся вместе с Землей, наша колыбель и защита от разрушительного ультрафиолетового излучения. Вот как это выглядит схематично:
Схема строения атмосферы
Тропосфера. Простирается до высоты 6-10 км в полярных широтах, и 16-20 км в тропиках. Зимой граница ниже, чем летом. Температура с высотой падает на 0.65°C каждые 100 метров. В тропосфере находится 80% общей массы атмосферного воздуха. Здесь, на высоте 9-12 км, летают пассажирские самолеты. Тропосфера отделена от стратосферы озоновым слоем, который служит щитом, защищающим Землю от разрушительного ультрафиолетового излучения Солнца (поглощает 98% УФ-лучей). За озоновым слоем жизни нет.
Стратосфера. От озонового слоя до высоты 50 км. Температура продолжает падать, и, на высоте 40 км, достигает 0°C. Следующие 15 км температура не меняется (стратопауза). Здесь могут летать метеозонды и стратостаты*.
Мезосфера. Простирается до высоты 80-90 км. Температура падает до -70°C. В мезосфере сгорают метеоры, на несколько секунд оставляя светящийся след на ночном небе. Мезосфера слишком разрежена для самолетов, но, в то же время, слишком плотна для полетов искусственных спутников. Из всех слоев атмосферы она самая недоступная и малоизученная, поэтому ее называют “мертвой зоной”. На высоте 100 км проходит линия Кармана, за которой начинается открытый космос. На этом официально заканчивается авиация и начинается космонавтика. Кстати, линия Кармана юридически считается верхней границей расположенных внизу стран.
Термосфера. Оставив позади условно проведенную линию Кармана выходим в космос. Воздух становится еще более разреженным, поэтому полеты тут возможны только по баллистическим траекториям. Температура колеблется от -70 до 1500°C, солнечная радиация и космическое излучение ионизируют воздух. На северном и южном полюсах планеты частицы солнечного ветра, попадая в этот слой, вызывают полярные сияния, видимые в низких широтах Земли. Здесь же, на высоте 150-500 км летают наши спутники и космические корабли, а чуть выше (550 км над Землей) – прекрасный и неподражаемый телескоп Хаббл (кстати, люди поднимались к нему пять раз, т.к. телескоп периодически требовал ремонта и технического обслуживания).
| Аппарат | Высота над поверхностью Земли, км |
| корабль Восток-1 с Юрием Гагариным на борту (12 апреля 1961 года) | перигей** – 175 |
апогей*** – 302
апогей – 475
апогей – 947
Термосфера простирается до высоты 690 км, дальше начинается экзосфера.
Экзосфера. Это внешняя, рассеянная часть термосферы. Состоит из ионов газа, улетающих в космическое пространство, т.к. сила притяжения Земли больше на них не действует. Экзосферу планеты также называют “короной”. “Корона” Земли имеет высоту до 200 000 км, это примерно половина расстояния от Земли до Луны. В экзосфере могут летать только беспилотные спутники.
*Стратостат – аэростат для полетов в стратосферу. Рекордная высота подъема стратостата с экипажем на борту на сегодня составляет 19 км. Полет стратостата “СССР” с экипажем из 3-х человек состоялся 30 сентября 1933 года.
Стратостат
**Перигей – ближайшая к Земле точка орбиты небесного тела (естественного или искусственного спутника)
***Апогей – наиболее отдаленная от Земли точка орбиты небесного тела
Орбиты спутников Земли