Искусственные спутники окружают Землю на разных высотах и решают разные задачи: передают сигналы, помогают определять местоположение, наблюдают за погодой и проводят научные измерения. Чтобы понимать сообщения о космосе, полезно различать не только назначения аппаратов, но и слова, которыми описывают их движение и устройство. Одного универсального списка спутников не существует: классифицировать их можно по нескольким независимым признакам.
Ниже рассмотрены происхождение основных терминов и наиболее употребительные способы деления спутников на группы. Особое внимание уделено орбитам: именно их тип часто определяет, какую область Земли аппарат видит и как быстро проходит над ней. Приведённые границы высот приблизительны, поскольку в разных справочниках применяются немного разные соглашения.
- Что называют искусственным спутником
- Как классифицируют спутники
- Орбитальные термины: высота и движение
- Низкая околоземная орбита
- Средняя орбита и геостационарная орбита
- Полярные, солнечно-синхронные и эллиптические орбиты
- Основные группы по назначению
- Связь и передача данных
- Навигация и определение времени
- Наблюдение Земли и метеорология
- Научные и экспериментальные аппараты
- Что ещё важно учитывать
- Короткий справочник терминов
- Частые вопросы
- Все ли искусственные спутники находятся на одной высоте?
- Почему геостационарный спутник кажется неподвижным?
- Можно ли определить назначение спутника по его орбите?
- Спутник и космический мусор — одно и то же?
Что называют искусственным спутником
Слово «спутник» связано с представлением о сопровождающем или следующем рядом. В астрономии так называют естественное небесное тело, обращающееся вокруг другого тела: например, Луна — естественный спутник Земли. Прилагательное «искусственный» отделяет созданные человеком аппараты от природных объектов.
В практическом смысле искусственный спутник — созданный человеком объект, выведенный на орбиту вокруг небесного тела. В повседневной речи словом «спутник» обычно называют сам космический аппарат, хотя его работа зависит и от оборудования на Земле: антенн, центров управления, станций приёма данных и программного обеспечения. Поэтому спутник — часть более широкой космической системы, а не всегда её единственный элемент.
Понятия «спутник» и «космический аппарат» близки, но не тождественны. Космический аппарат — более широкое понятие: к нему относятся не только спутники, но и аппараты, отправленные к другим планетам, астероидам или в межпланетное пространство. Межпланетный зонд, который не обращается вокруг планеты, не является её спутником, хотя остаётся космическим аппаратом.
Первым искусственным спутником Земли стал «Спутник-1», запущенный СССР 4 октября 1957 года. Этот запуск обозначил начало космической эры, но не установил единую классификацию для всех последующих аппаратов. Новые задачи и технологии добавляли термины, а прежние названия иногда стали употреблять шире, чем первоначально.
Как классифицируют спутники
Классификация зависит от вопроса. Если важно, что аппарат делает, его относят к спутникам связи, навигации, наблюдения Земли или научным аппаратам. Если нужно понять, где он движется и как часто проходит над одной областью, рассматривают орбиту. Эти группы пересекаются: один аппарат можно одновременно описать по назначению, высоте, наклонению и форме орбиты.
| Критерий | Примеры групп | На какой вопрос отвечает |
|---|---|---|
| Назначение | Связь, навигация, наблюдение Земли, метеорология, наука | Для чего используют аппарат? |
| Высота и период обращения | Низкая, средняя, геостационарная орбиты | Как далеко от Земли движется спутник и как быстро облетает её? |
| Форма и наклонение орбиты | Круговая или эллиптическая; экваториальная, наклонная или полярная | Как меняются высота и путь аппарата над поверхностью? |
| Рабочее состояние | Действующий, выведенный из эксплуатации | Выполняет ли объект полезную функцию? |
Орбитальные термины: высота и движение
Низкая околоземная орбита
Низкой околоземной орбитой, или LEO, обычно называют орбитальную область от нескольких сотен километров до примерно 2 000 километров над поверхностью Земли. Это распространённая, но условная верхняя граница: в отдельных источниках диапазон может быть обозначен иначе. На такой высоте спутник движется быстро и совершает оборот вокруг Земли примерно за полтора-два часа, в зависимости от высоты и формы орбиты.
Низкие орбиты удобны для наблюдения поверхности: аппарат может получать изображения с относительно небольшого расстояния. Их используют также пилотируемые орбитальные комплексы и многие научные аппараты. Спутник на LEO не остаётся над одной точкой Земли: поверхность под ним перемещается, поэтому для повторных наблюдений важны траектория и расписание пролётов.
Средняя орбита и геостационарная орбита
Средней околоземной орбитой, или MEO, обычно называют область между низкими орбитами и высотой геостационарной орбиты. На MEO работают, в частности, навигационные спутниковые группировки. Конкретная высота зависит от системы и её устройства, поэтому сам термин «средняя» не означает единственной заданной орбиты.
Геостационарная орбита проходит над экватором примерно на высоте 35 786 километров над поверхностью Земли. Спутник на близкой к круговой экваториальной орбите движется в направлении вращения планеты и совершает оборот за одни звёздные сутки — около 23 часов 56 минут. При этих условиях он выглядит для наблюдателя на Земле почти неподвижным над одной долготой, что удобно для постоянной связи с фиксированной наземной антенной.
«Геостационарный» и «геосинхронный» — не полные синонимы. Геосинхронная орбита имеет период, соответствующий вращению Земли, но может быть наклонной или вытянутой. Тогда спутник не висит над одной точкой: его видимое положение в течение суток меняется. Геостационарная орбита — частный случай геосинхронной, отвечающий дополнительным условиям по форме и наклонению.
Полярные, солнечно-синхронные и эллиптические орбиты
Названия «полярная» и «экваториальная» описывают наклонение орбиты относительно земного экватора. Спутник на полярной орбите проходит над областями, близкими к полюсам, пока Земля вращается под его траекторией. Это позволяет со временем охватывать разные участки поверхности. Однако «полярный» не указывает на одну конкретную высоту или на назначение аппарата.
Солнечно-синхронная орбита — особый тип близкой к полярной орбиты. Её параметры подобраны так, чтобы аппарат проходил над определёнными участками Земли примерно в одно и то же местное солнечное время. Сравнивать снимки, сделанные при похожем освещении, бывает удобнее, чем изображения с разным углом солнечного света. Поэтому такие орбиты применяют в наблюдении Земли, но термин не означает, что спутник постоянно обращён к Солнцу.
У круговой орбиты расстояние до Земли меняется сравнительно мало, у эллиптической — заметно меняется: у неё есть ближайшая к Земле точка (перигей) и наиболее удалённая (апогей). Эллиптические орбиты могут обеспечивать длительное пребывание над отдельными широтами или использоваться для специальных задач. Следовательно, описание «высокая орбита» само по себе не сообщает, круговая она или эллиптическая.
Основные группы по назначению
Связь и передача данных
Спутники связи ретранслируют радиосигналы между наземными станциями, судами, самолётами и другими пользователями. Геостационарные аппараты подходят для непрерывного обслуживания большой зоны, поскольку сохраняют почти неизменное положение на небе относительно наземной антенны. Низкоорбитальные системы используют множество аппаратов, движущихся по орбитам; для непрерывной связи требуется организовать передачу сигнала между спутниками и наземной инфраструктурой.
Навигация и определение времени
Навигационные спутники передают сигналы с точной временной информацией и данными, нужными для расчёта положения. Приёмник сопоставляет сигналы нескольких спутников и вычисляет координаты и время. Спутники не «видят» пользователя и не определяют его положение сами: расчёт выполняет устройство, которое принимает сигналы. Для надёжной работы важны группировка аппаратов, синхронизация и наземный контроль.
Наблюдение Земли и метеорология
Аппараты наблюдения Земли получают изображения и измерения в разных диапазонах электромагнитного спектра. По этим данным изучают состояние растительности, водоёмов, ледового покрова, городов и других объектов. Метеорологические спутники наблюдают облачность и атмосферные процессы; для них особенно важны регулярность наблюдений и подходящее поле обзора. Одно изображение не всегда позволяет сделать вывод о причинах изменения на поверхности: данные анализируют в контексте и сравнивают с другими измерениями.
Научные и экспериментальные аппараты
Научные спутники измеряют параметры окружающей среды, исследуют Солнце, магнитное поле Земли, космическое излучение и другие явления. Технологические аппараты испытывают новые приборы или способы связи и управления. Такая миссия может быть ограничена во времени и не предназначена для предоставления постоянной услуги. Назначение определяется задачей, а не размером аппарата или тем, насколько эффектно его описывает название.
Что ещё важно учитывать
Спутники различают и по рабочему состоянию. Действующий аппарат выполняет предусмотренные функции, тогда как выведенный из эксплуатации может оставаться на орбите, хотя уже не передаёт полезные данные. Поэтому слово «спутник» не всегда означает «работающий спутник». Вопросы безопасного движения и снижения риска столкновений требуют учитывать также неработающие аппараты и другие искусственные объекты на орбите.
Существуют классификации по массе и размерам, но границы между такими классами зависят от принятой системы терминов. Одни авторы делят аппараты на малые спутники и более крупные, другие используют дополнительные категории для миниатюрных аппаратов. Без указания конкретного стандарта название размерного класса не всегда позволяет точно узнать массу. Для общего описания надёжнее сначала сообщить назначение и параметры орбиты.
Наконец, классификации не исключают друг друга. Например, аппарат может быть спутником наблюдения Земли на низкой солнечно-синхронной орбите и одновременно экспериментальной платформой для проверки нового прибора. Такая формулировка информативнее, чем попытка подобрать ему только одну категорию. В техническом описании полезно уточнять, по какому именно признаку используется слово «класс».
Короткий справочник терминов
- Искусственный спутник — созданный человеком объект, выведенный на орбиту вокруг небесного тела.
- Орбита — траектория движения объекта под действием гравитации и других возмущений.
- Наклонение — угол между плоскостью орбиты и выбранной опорной плоскостью, для земных спутников обычно плоскостью экватора.
- Геостационарная орбита — круговая экваториальная геосинхронная орбита, на которой спутник сохраняет почти постоянное положение относительно точки на Земле.
- Спутник связи — аппарат, передающий или ретранслирующий сигналы для связи.
Частые вопросы
Все ли искусственные спутники находятся на одной высоте?
Нет. Орбиты выбирают под задачи аппарата: одни спутники движутся близко к Земле, другие — значительно дальше. Даже спутники одного назначения могут использовать разные орбиты, если устроены по-разному.
Почему геостационарный спутник кажется неподвижным?
Он обращается вокруг Земли с периодом, согласованным с её вращением, и движется над экватором в том же направлении. При круговой орбите и подходящем наклонении его положение относительно одной точки поверхности почти не меняется.
Можно ли определить назначение спутника по его орбите?
Только приблизительно. Орбита часто подсказывает, какие задачи удобно выполнять, но сама по себе не доказывает назначение. Для точного ответа нужны сведения о миссии и установленном оборудовании.
Спутник и космический мусор — одно и то же?
Нет. «Спутник» обычно означает искусственный аппарат, а «космический мусор» — утратившие функцию искусственные объекты и их фрагменты. Неработающий спутник может рассматриваться как источник орбитального мусора, но эти термины описывают разные признаки: происхождение и текущее состояние объекта.
