Palydovai: natūralūs ir dirbtiniai — istorija, tipai, paskirtys

Atraskite palydovų istoriją, natūralius ir dirbtinius tipus, jų paskirtis — nuo Mėnulio iki komunikacijos, navigacijos ir žvalgybos. Sužinokite daugiau čia!

Palydovas yra objektas, skriejantis aplink kitą objektą dėl tarpusavio gravitacijos. Kosmose esantys palydovai gali būti natūralūs (pvz., Mėnulis) arba žmogaus sukurti — dirbtiniai palydovai. Mėnulis yra geriausiai pažįstamas natūralus palydovas, skriejantis aplink Žemę. Dauguma žmogaus sukurtų palydovų taip pat skrieja aplink Žemę, tačiau kai kurie juos siunčiami skriejoti aplink kitas planetas, Saulę arba Mėnulį. Palydovai naudojami įvairiais tikslais: yra orų palydovai, ryšių palydovai, navigacijos palydovai, žvalgybiniai palydovai, astronomijos palydovai ir daug kitų rūšių. Arthuras C. Clarke'as išpopuliarino ryšių palydovo idėją ir aprašė geostacionarią orbitą kaip patogią vietą komunikacijos palydovams.

Istorija ir svarbiausi įvykiai

1957 m. spalio 4 d. Sovietų Sąjunga paleido pirmąjį pasaulyje dirbtinį palydovą "Sputnik 1". Tai nustebino visą pasaulį, ir Jungtinės Valstijos greitai ėmėsi paleisti savo palydovą, taip pradėdamos kosmines lenktynes. 1957 m. lapkričio 3 d. buvo paleistas "Sputnik 2", kuris į orbitą iškėlė pirmąjį gyvą keleivį — šunį vardu Laika. 1958 m. sausio 31 d. Jungtinės Valstijos paleido savo pirmąjį palydovą, pavadintą "Explorer 1". Jungtinė Karalystė savo pirmąjį palydovą paleido 1962 m.

Nuo tų pradinių skrydžių į orbitą aplink Žemę buvo paleista tūkstančiai palydovų. Kai kurie palydovai, ypač kosminės stotys, buvo paleisti dalimis ir surinkti orbitoje. Per pastaruosius dešimtmečius atsirado ir nauji žanrai: mažieji palydovai (CubeSat), didelės palydovų grupės (mega-konstelacijos) ir komerciniai paslaugų tiekėjai, kurie keičia palydovų gamybos ir paleidimo mastą.

Palydovų tipai pagal paskirtį

• Ryšių palydovai — perduoda telefoninius, televizijos ir interneto signalus bei užtikrina tarptautinę ryšio infrastruktūrą.
• Navigacijos palydovai — sudaro sistemas, tokias kaip GPS, GLONASS ar Galileo, kurios leidžia tiksliai nustatyti vietą žemėje ir ore.
• Orų ir aplinkos stebėjimo palydovai — renka meteorologinius duomenis, stebi klimatą, jūros paviršiaus temperatūrą, ledynus bei miškų pokyčius.
• Žvalgybiniai ir stebėjimo palydovai — naudojami karinei bei saugumo informacijai gauti, taip pat komerciniam žemės stebėjimui (žemės ūkis, miesto planavimas).
• Moksliniai ir astronomijos palydovai — stebi kosmosą už Žemės atmosferos ribų, pavyzdžiui, teleskopai ir kosminiai observatorijos instrumentai.
• Technologijų demonstracijos ir eksperimentai — bandymai naujų sensorių, variklių ar navigacijos sprendimų kosmoso aplinkoje.

Orbitos tipai ir jų savybės

Palydovų orbita nusako aukštį, formą ir judėjimo santykį su Žeme. Pagrindinės orbitų kategorijos:

• LEO (Low Earth Orbit) — žemoji orbita (~160–2 000 km): čia darbui tinkami žemės stebėjimo, daugelio mokslinių ir didelės dalies ryšių palydovų tipai. Trumpesnis orbitalinis periodas, greitesnė orbitos degradacija dėl atmosferos.
• MEO (Medium Earth Orbit) — vidutinė orbita (~2 000–35 786 km): dažna navigacijos palydovams.
• GEO (Geostationary Orbit) — geostacionari orbita (~35 786 km): palydovas sukasi tuo pačiu kampu kaip Žemė, todėl atrodo stovintis virš vieno taško — patogu ryšių ir meteorologiniams palydovams.
• HEO (Highly Elliptical Orbit) — aukštai elipsinė orbita: leidžia ilgą laiką būti virš tam tikrų Žemės regionų (naudinga poliarinių sričių stebėjimui).
• Saulės sinchroninė orbita — speciali LEO versija, kur palydovas praskrieja virš tam tikros vietos visuomet tuo pačiu paros momentu, naudojama optiniam žemės stebėjimui.

Techninė sandara ir pagrindiniai komponentai

Tipinis dirbtinis palydovas turi kelias pagrindines dalis:

• Platforma (busas) — suteikia struktūrą, elektros tiekimą, termoreguliaciją bei valdymo sistemas.
• Naudingas krovinys (payload) — tai instrumentai arba antenos, skirtos atliekamai užduočiai (kameros, spektrometrai, transiveriai).
• Energetika — saulės baterijos ir akumuliatoriai užtikrina veikimą ilgose orbitose.
• Navigacija ir orientacija — žvaigždžių, žemės ar saulės sensoriai, reakcijų ratai ir varikliai leidžia nukreipti ir stabilizuoti palydovą.
• Ryšiai — antenos ir perdavimo įranga duomenų siuntimui į Žemę ir komandų gavimui.
• Varikliai ir stūmokliai — manevravimui orbitoje (keliamam aukščiui, korekcijoms, galbūt reentry planams).

Paleidimas, eksploatavimas ir gyvavimo ciklas

Palydovai pakeliami į orbitą raketomis, dažnai kaip pagrindiniai arba šalutiniai (piggyback) kroviniai. Kai kurie satelitai gali būti išsiųsti tiesiai į tikslinę orbitą, kiti — dedami į pradinę orbitą ir vėliau naudojant vidaus variklius manevruojami. Dalykai, kuriuos reikia planuoti:

• Orbitalinis gyvavimas: nuo kelių dienų (tam tikri eksperimentai) iki kelių dešimtmečių ar ilgiau (kai kurie geostacionariniai palydovai).
• Gyvavimo pabaiga: palydovai gali būti nukreipti į „kapinyno orbitą“ (geostacionariniai), valdomai sudeginti atmosferoje arba palikti, jei manevrai neįmanomi.
• Remontas ir aptarnavimas: tradiciškai sudėtingas, tačiau vystomos prieigos ir servisavimo technologijos (robotika, pristatomi aptarnavimo palydovai).

Problemos ir reguliavimas

Orbitoje kaupiasi kosminiai šiukšlės — nebeveikiantys palydovai, raketų pakopos, fragmentai, kurie kelia susidūrimo riziką. Susidūrimai gali generuoti dar daugiau fragmentų (Kesslerio sindromas), todėl koordinacija ir valdymas yra svarbūs. Kosminių objektų paleidimą ir radijo dažnių naudojimą reguliuoja tarptautiniai mechanizmai, pavyzdžiui, Jungtinių Tautų UNOOSA iniciatyvos ir Tarptautinė telekomunikacijų sąjunga (ITU), kurios padeda koordinuoti dažnius ir orbitalines pozicijas.

Ateities tendencijos

Tendencijos apima mažųjų palydovų (CubeSat) plėtrą, konstelacijų diegimą dideliu mastu (tiek pilietiniams, tiek komerciniams tikslams), pažangesnius elektrinius ir joninius variklius, taip pat perėjimą prie greičiau ir pigiau vykdomų paleidimų su pakartotinai panaudojamomis raketomis. Žvelgiant į ateitį, palydovų vaidmuo toliau augs — nuo globalios interneto prieigos iki išsamesnio stebėjimo ir tarplanetinių misijų palaikymo.

Apibendrinant: palydovai, tiek natūralūs, tiek dirbtiniai, yra esminė mūsų pažinimo, ryšių ir navigacijos dalis. Jų technologijos sparčiai keičiasi, kartu keliant naujus iššūkius dėl orbitinio užteršimo ir tarptautinės koordinacijos poreikio.

Dabar aplink Žemę skriejantys palydovai

Dirbtinius palydovus iš daugiau nei 50 šalių paleido dešimt valstybių, o jų palydovų paleidimo pajėgumais naudojasi dešimt valstybių. Šiuo metu veikia keli šimtai palydovų, tačiau tūkstančiai nenaudojamų palydovų ir jų fragmentų skrieja aplink Žemę kaip kosminės šiukšlės. Didžiausias palydovas yra Tarptautinė kosminė stotis, kurią surinko kelios skirtingos šalys (įskaitant NASA, ESA, JAXA ir RKA organizacijas). Joje paprastai gyvena šešių astronautų arba kosmonautų įgula. Ji nuolat užimta, tačiau įgula keičiasi. Kosminį teleskopą "Hubble" astronautai kosmose remontavo ir atnaujino kelis kartus.

Taip pat yra žmogaus sukurtų palydovų, skriejančių ne aplink Žemę. Vienas iš jų - aplink Marsą skriejantis "Mars Reconnaissance Orbiter". Cassini-Huygens skrieja aplink Saturną. ESA valdomas "Venus Express" skrieja aplink Venerą. Du GRAIL palydovai iki 2012 m. gruodžio mėn. skriejo aplink Mėnulį. Keli palydovai jau daugelį metų skrieja aplink Saulę, o 2019 m. bus pridėtas dar vienas.

Žmogaus sukurti palydovai naudojami keliems pagrindiniams tikslams:

• Mokslinis tyrimas
• Žemės stebėjimas, įskaitant orų prognozavimą, audrų ir taršos stebėjimą.
• Ryšiai, įskaitant palydovinę televiziją ir telefono skambučius
• Navigacija, įskaitant pasaulinę padėties nustatymo sistemą (GPS)
• kariniai - įskaitant žvalgybinę fotografiją ir ryšius (branduoliniai ginklai kosmose draudžiami).

Animacija, rodanti GPS palydovų orbitas vidutinėje Žemės orbitoje.


ESTCube-1 buvo sukurtas moksliniams tyrimams.

Orbitos

Dauguma žmogaus sukurtų palydovų yra žemoje Žemės orbitoje (LEO) arba geostacionarioje orbitoje. Kad išliktų orbitoje, palydovo šoninis greitis turi atsverti gravitacijos jėgą. Žemoje orbitoje esantys palydovai dažnai būna mažiau nei tūkstančio kilometrų aukštyje virš žemės. Arčiau Žemės, LEO, esantys palydovai turi judėti greičiau, kad išsilaikytų orbitoje. Žemos orbitos gerai tinka palydovams, kurie fotografuoja Žemę. Daugelis atlieka darbus, kuriems reikia didelio orbitos polinkio (jie svyruoja virš ir žemiau ekvatoriaus), todėl gali palaikyti ryšį arba stebėti kitas vietoves. Palydovą lengviau iškelti į žemą Žemės orbitą, tačiau žiūrint iš Žemės atrodo, kad palydovas juda. Tai reiškia, kad palydovo lėkštė (antenos tipas) turi nuolat judėti, kad būtų galima siųsti arba priimti ryšius su tuo palydovu.

Vidutinė orbita puikiai tinka GPS palydovams - imtuvai Žemėje pagal kintančią palydovo padėtį ir tikslų laiką (ir tam tikrą anteną, kurios nereikia nukreipti) nustato, kurioje Žemės vietoje yra imtuvas. Tačiau nuolat besikeičianti padėtis netinka palydovinei televizijai ir kitų tipų palydovams, kurie siunčia ir priima daug informacijos. Jie turi būti geostacionarioje orbitoje.

Geostacionarioje orbitoje esantis palydovas juda aplink Žemę taip greitai, kaip sukasi Žemė, todėl iš Žemės atrodo, kad jis nejuda. Kad taip judėtų, palydovas turi būti tiesiai virš ekvatoriaus ir 35 786 km (22 236 mylių) aukštyje virš žemės.

Palydovas geostacionarioje orbitoje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra palydovas?

K: Kam naudojami palydovai?

K: Kada buvo paleistas pirmasis dirbtinis palydovas?

Klausimas: Kas buvo pirmasis gyvas keleivis, išsiųstas į orbitą?

K: Kada Jungtinės Amerikos Valstijos paleido savo pirmąjį palydovą?

K: Kada Jungtinė Karalystė paleido savo pirmąjį palydovą?

K: Kiek palydovų buvo paleista nuo to laiko?

Paieška pagal raidę