Что такое "спутник" и как он работает

Спутниковая связь прочно вошла в нашу жизнь. Мы пользуемся ею каждый день, не задумываясь о том, как она устроена. Давайте разберемся, что представляет собой спутник, как он работает и зачем он нужен. Узнаем много нового и интересного!

Что такое спутник и откуда это слово

Спутник - это небесное тело, которое движется по определенной орбите вокруг планеты, звезды или другого космического объекта. Впервые этот термин употребил

Иоганн Кеплер в работе Narratio de Iovis Satellitibus, изданной в 1611 году

С тех пор так стали называть любые небесные тела, сопровождающие в движении более крупные объекты.

Среди ученых нет единого мнения о том, какое определение спутника считать верным. Некоторые считают, что спутником можно называть любой объект, движущийся вокруг центрального тела. Другие утверждают, что барицентр (общая точка тяготения) системы должна находиться внутри центрального тела. Иначе объект следует классифицировать как отдельную планету или астероид. Пока Международный астрономический союз не дал окончательного определения этого термина.

После открытия нового спутника ему присваивают временное обозначение, например S/2017 S1. Затем первооткрыватель предлагает собственное название, которое должно соответствовать именам ранее открытых спутников того же небесного тела. С 1919 года все наименования утверждает Международный астрономический союз.

Типы спутников и их назначение

Существует множество разновидностей спутников в зависимости от их функционального назначения:

• Научно-исследовательские спутники используются для изучения космоса, Земли и других планет.
• Навигационные спутники, например системы GPS или ГЛОНАСС, предназначены для определения местоположения объектов на Земле.
• Связные спутники обеспечивают передачу различных данных, в том числе телефонию, интернет и телевизионное вещание.
• Спутники дистанционного зондирования Земли используются для получения изображений поверхности планеты в разных диапазонах.
• Метеорологические спутники предназначены для наблюдения за погодой и климатом.
• Военные и специальные спутники выполняют разведывательные, навигационные или связные функции для нужд армии и флота.

Как видно, спектр применения спутников очень широк. Они играют важную роль в науке, экономике, обеспечении безопасности государства и улучшении качества жизни.

Как выводят спутники на орбиты

Чтобы вывести спутник на орбиту, используют ракеты-носители. Существуют разные типы орбит по высоте:

• Низкие орбиты (высота 200-2000 км)
• Средние орбиты (высота более 2000 км)
• Геостационарные орбиты (высота 35 786 км)

На геостационарной орбите спутник движется с такой же угловой скоростью, как и Земля. Поэтому он всегда находится над одной точкой экватора. Это удобно для размещения спутников связи и вещания, так как не требуется изменять направленность наземных антенн при приеме сигнала.

Низкоорбитальные спутники быстро перемещаются относительно Земли, совершая полный оборот менее чем за полтора часа. Такие аппараты используются, например, для наблюдения за погодой, поскольку могут регулярно пролетать над одними и теми же районами поверхности.

Для запуска спутников чаще всего используют ракеты-носители "Протон" , "Союз" , "Зенит" , "Ангара" и некоторые зарубежные ракеты. После отделения от ракеты спутник выходит на расчетную орбиту и начинает функционировать в автономном режиме от нескольких месяцев до 15 и более лет.

Принцип работы спутниковой связи

Работа спутниковой связи основана на передаче сигналов между наземной станцией и спутником. Процесс выглядит следующим образом:

1. Наземная станция посылает радиосигнал на приемопередающую антенну спутника
2. Антенна принимает сигнал и передает его на бортовой ретранслятор
3. Ретранслятор усиливает сигнал, преобразует его и отправляет обратно на Землю через антенну
4. Сигнал принимается наземной станцией или другим абонентом и декодируется

Таким образом происходит двусторонняя передача информации с использованием спутника в качестве ретранслятора. Качество связи и скорость передачи данных зависят от многих факторов:

• Мощность и характеристики аппаратуры на Земле и на спутнике
• Типы используемых антенн и их точность наведения
• Условия распространения радиоволн в атмосфере
• Задержки и искажения сигнала при обработке на спутнике
• Влияние различных помех и шумов

Современные технологии, такие как спутниковый интернет Starlink от компании SpaceX, позволяют добиться высокоскоростной глобальной связи. Но по-прежнему сохраняются определенные ограничения, обусловленные физическими явлениями при распространении сигналов.

Перспективы развития спутниковых технологий

В будущем предполагается запустить еще бо́льшее количество спутников для расширения возможностей связи, вещания и навигации. Компании ведут разработку аппаратов нового поколения, которые позволят увеличить скорость передачи данных до уровня, необходимого для сверхширокополосного интернета и трансляции видео сверхвысокой четкости.

Кроме того, ведутся работы по созданию более компактных и дешевых наземных терминалов для приема спутникового сигнала. Это позволит использовать спутниковую связь на различных видах транспорта, в том числе на личных автомобилях. Появятся новые антенны, позволяющие отслеживать спутник в движении.

Разрабатываются и внедряются новые стандарты сетей, такие как 5G для мобильной связи. Эти технологии также активно применяются и в спутниковой отрасли. Хотя в реальном времени передача данных со спутника будет всегда несколько медленнее, чем по наземным сетям, благодаря глобальному охвату космические аппараты всегда сохранят востребованность.

Северный полюс вне зоны покрытия

Одна из главных проблем спутниковой связи – невозможность полного охвата территории Земли. Дело в том, что большинство спутников перемещаются по орбите над Северным полюсом. Под наклоном к плоскости экватора. Поэтому сам полюс попадает в так называемую «мертвую зону», куда не доходит сигнал от спутников.

Для интернета, телевидения и других сервисов это большая проблема. Ведь в приполярных и полярных районах Земли находятся важные стратегические объекты, научные станции. Со спутниковой связью там очень плохо. Некоторые компании разрабатывают специальные реальные спутники «полярного» назначения, которые снижают эту проблему.

Новые сферы применения космических аппаратов

Помимо традиционных задач в области связи, трансляции и навигации, в последнее время появляются проекты по использованию спутников в совершенно новых областях:

• Доставка грузов на орбиту, к Луне и другим планетам с помощью специальных ракет и разгонных блоков
• Обеспечение интернетом космических аппаратов, в том числе пилотируемых
• Создание крупных спутниковых группировок для нужд астрономии, мониторинга космической погоды, поиска опасных объектов и других научных целей

Как видно из этих примеров, потенциал использования спутников далеко не исчерпан. По мере развития космонавтики появляются новые технические решения, меняющие наши представления о возможностях спутников времен будущего.