Наука і життя // Ілюстрації
Щоб вивести в задані точки супутники зв'язку «Експрес-АМ44» і «Експрес-МД1» і при цьому заощадити паливо, довелося чотири рази включати двигун розгінного блоку, змінюючи таким чином параметри орбіти.
У російській угрупованню телекомунікаційних супутників зараз налічується одинадцять апаратів.
Західні штати США і Нова Зеландія поки залишаються поза зоною дії російських супутників.
Супутники системи глобальної навігації рухаються групами по трьом орбітах, розташованим під приблизно однаковими кутами одна до іншої.
<
>
ЛЕТІТИ, ЩОБ ЗАЛИШАТИСЯ НА МІСЦІ
Шахова королева з «Аліси в Задзеркаллі» говорить, що в їхній країні, щоб залишатися на місці, потрібно бігти з усіх ніг. Звичайно, Л. Керрол не міг передбачити появи супутників зв'язку, але писав немов про них.
Ці космічні апарати несуться навколо Землі з величезною швидкістю по кругових геостаціонарним орбітах для того, щоб всього лише залишатися над однією точкою земної поверхні. Геостаціонарні орбіти знаходяться в екваторіальній площині нашої планети. Рухаючись по ним, супутник робить оборот рівно за той час, за який Земля обертається навколо своєї осі. Тому він «висить» весь час над однією і тією ж точкою. Це надзвичайно зручно для ретрансляції радіосигналів: не потрібно регулювати положення «тарілок», направляючи їх на «тікає» супутник.
Щоб вивести супутник зв'язку на геостаціонарну орбіту, балістика доводиться вирішувати дуже непросте завдання, що вимагає високої точності функціонування носія. «З ходу» запустити супутник на геостаціонарну орбіту можна тільки з космодрому на екваторі (див. «Наука і життя» № 4, 2009 г.). Якщо корабель стартує з середніх широт, де розташовані Байконур і тим більше Плесецьк, то доводиться кілька разів міняти параметри орбіти - її висоту і положення в просторі. Із Землі носій із супутником виводиться на опорну орбіту, потім на проміжну і перехідну (у всіх у них є загальна назва - «орбіта виведення»), з якої потрапляє на геостаціонарну орбіту.
Найкраще проводити корекцію в апогеї орбіти виведення, де швидкість мінімальна і на зміну траєкторії потрібно менший імпульс і відповідно менше палива. Але скористатися таким економним способом корекції орбіти не завжди виходить, оскільки супутник потрібно доставити не просто на геостаціонарну орбіту, а в строго задану на ній точку.
Подібних труднощів можна було б уникнути, якби Земля ідеальною сферою. Тоді її гравітаційне поле було б рівномірним (таке поле називають центральним) і супутник зв'язку міг би перебувати в будь-якій точці геостаціонарної орбіти. Насправді наша планета має більш складну форму, і в її гравітаційному полі є нерівномірності, які обурюють рух супутника, трохи прискорюючи або сповільнюючи його. У деяких точках геостаціонарної орбіти, званих точками стояння, утворюються як би гравітаційні ямки. Саме в цій точці супутник повинен бути відділений від носія. Число точок стояння обмежена, зараз обчислена довгота 400 з гаком таких точок і в багатьох вже знаходяться супутники зв'язку.
Опинившись біля гравітаційної ямки, супутник «скочується» в неї, здійснюючи складні рухи відносно земної поверхні, і, поки він зовсім не "заспокоїться», може пройти досить багато часу. Зате потім протягом декількох років гравітаційне поле Землі «тягне» супутник за собою, зробивши його квазінеподвіжним (рухається по круговій орбіті, але не змінює свого положення відносно земної поверхні). Весь цей термін він справно ретранслює радіосигнали.
З плином часу рівновагу все ж порушується і супутник починає дрейфувати, поступово віддаляючись від точки стояння. З поверхні землі цей дрейф виглядає як постійно збільшується «вісімка». Стежити за ним стає важко, і супутник знімають з орбіти, замінюючи його новим.
ЗВ'ЯЗОК ЧЕРЕЗ МАТЕРИКИ І ОКЕАН
У лютому 2009 року ракета-носій «Протон-М», обладнана розгінним блоком «Бриз-М» (див. «Наука і життя» № 4, 2004 р ) І додатковим паливним баком, вивела відразу два супутника: важкий «Експрес-АМ44» (2560 кг) і малий «Експрес-МД1» (1140 кг). Запуск став унікальним, оскільки загальна маса супутників становить 3,7 т і гранична для «Протонів».
Корабель перейшов на геостаціонарну орбіту в точці 11 градусів західної довготи, де від нього відокремився «Експрес-АМ44». Потім корабель перемістився на схід і в точці 80 градусів східної довготи «звільнився» від «Експресу-МД1».
Супутники побудовані на російських підприємствах, а їх начинка - транспондери - пристрої, які ретранслюють сигнал зі зміною його частоти, - на французькою та італійською підприємствах. В «Експресі-АМ44» змонтовані працюють в діапазоні СВЧ 10 транспондерів із смугою по 40 МГц, 16 транспондерів із смугою по 54 МГц і один транспондер з смугою 1 МГц. Володіючи такими характеристиками, супутник здатний передавати інформацію зі швидкістю тисяча двісті шістьдесят-п'ять Мбіт / с.
В «Експресі-МД1» апаратури поменше - там працюють вісім транспондерів із смугою по 40 МГц і один транспондер з смугою 1 МГц, які забезпечують швидкість передачі 321 Мбіт / с.
У складі угруповання тепер буде 11 супутників, які охоплять практично всю населену поверхню Землі, за винятком західних областей Північної Америки і Океанії.
КОСМІЧНА КАРУСЕЛЬ
Творці космічної техніки продовжують роботу над удосконаленням російської системи супутникової навігації ГЛОНАСС. Зараз на орбітах, розташованих в трьох площинах, які знаходяться під приблизно однаковими кутами відносно один одного, рухаються 20 супутників «ГЛОНАСС-М»: 19 робочих і один резервний. Вони можуть забезпечити навігаційною інформацією все населення Росії і країн СНД. Тільки над Москвою в будь-який момент видно сузір'я з восьми супутників, які дозволяють надійно визначати місце розташування об'єкта, незважаючи на щільну багатоповерхову забудову, що заважає проходженню радіосигналів (щоб дізнатися координати об'єкта, в межах прямої видимості повинні знаходитися не менше трьох навігаційних супутників).
Протягом цього року планується довести склад угруповання до штатного. У кожній орбітальній площині навколо Землі будуть звертатися по 10 супутників «ГЛОНАСС-М», з яких по два будуть перебувати в резерві або на техобслуговуванні.
За твердженням начальника Управління космічних систем навігації, зв'язку і наземних комплексів управління Федерального космічного агентства А. Е. Шилова, ми досягли точності визначення координат 10,5 м, тобто вже впритул наблизилися до американської системи GPS, яка гарантує точність 10 м, хоча в реальності вона у них трохи вище. Більш того, в наступному році під час запуску одного з російських навігаційних супутників в комбінації з ним буде виведений на орбіту супутник "ГЛОНАСС-К», що дозволяє набагато точніше визначати місце. І якщо американці не модернізують на той час свої апарати, то по точності ми будемо першими.
У «ГЛОНАСС-К» є ще одна велика перевага: він не має герметичного корпусу, а значить, буде легше попередників і виведення його на орбіту обійдеться дешевше.
Росія перенесла СИСТЕМУ КООРДИНАТ
Загалом, майбутнє космічних об'єктів ГЛОНАСС особливих занепокоєнь не викликає. Більше виникає питань про те, на які приймачі будуть приходити сигнали з супутників. За нормативами випускаються в Росії приймачі повинні бути мультисистемними, як, наприклад, сучасні телевізори, які дають нормальну картинку і в Європі (PAL), і в Росії (SECAM), і в США і Японії (NTSC). Навігаційні приймачі повинні розшифровувати сигнали супутників ГЛОНАСС і GPS. Благо відмінності в показаннях обох систем зараз усунені. Причина різночитань полягала в тому, що в основі американської системи координат WGS-84 і російської системи ПЗ-90 лежали геоїда (геометричні фігури, поверхня яких збігається зі згладженої поверхнею Землі), близькі за формою, але з незбіжними началами координат (див. «Наука і життя »№ 4, 2007 р.) Тому в одній і тій же точці приймачі, налаштовані на сигнали з супутників ГЛОНАСС і GPS, показували різницю координат в десятки метрів.
У 2007 році відповідно до постанови Уряду Російської Федерації була введена система координат ПЗ-90.02, у якій точка відліку зміщена по осях X, Y, Z відповідно на -36, +8 і +18 см. Після корекції параметрів апаратури на супутниках ГЛОНАСС відмінності в показаннях практично зникли. Маючи двосистемний приймач, залишається тільки вибрати одну з них - а саме ту, у якій видно більше супутників, - і визначити своє місцезнаходження.
Редакція дякує професору Л. М. Лисенка (МГТУ ім. Н. Е. Баумана) за допомогу і консультації при підготовці матеріалу.