Спутники: от первого «Спутника» до GPS

Первый искусственный спутник «Спутник-1» имел диаметр 58 см, массу 83.6 кг и облетал Землю примерно за 98 минут.

Сигнал, который услышал весь мир

4 октября 1957 года Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник. В исторических материалах NASA «Спутник-1» описан как аппарат размером с пляжный мяч: диаметр 58 см, масса 83.6 кг, оборот вокруг Земли по эллиптической орбите примерно за 98 минут. Он почти ничего не делал, кроме передачи радиосигнала, но услышать его пролёт мог любой человек с приёмником. Через месяц «Спутник-2» массой 508.3 кг доставил в космос собаку Лайку. США ответили запуском «Эксплорера-1» 31 января 1958 года, а в июле 1958 года Конгресс принял закон о космосе, учредивший NASA. Космическая гонка началась.

Не прошло и четырёх лет после первого спутника, как 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин стал первым человеком в космосе. NASA отмечает, что «Восток-1» облетел Землю со скоростью 27 400 км/ч, полёт продолжался 108 минут, а Гагарин приземлился не в капсуле: он катапультировался и спустился на парашюте.

Чем занимаются спутники

Сегодня вокруг Земли обращаются тысячи спутников, и их задачи зависят от орбит. Низкие орбиты на высоте нескольких сотен километров позволяют получать чёткие снимки, поэтому там летают спутники наблюдения Земли, например корейская серия KOMPSAT (Arirang). По мере вращения Земли они также проходят над большей частью планеты. Средние орбиты подходят для навигации: GPS.gov описывает группировку минимум из 24 спутников на высоте около 20 200 км в шести орбитальных плоскостях. Благодаря такому расположению почти из любой точки видно не менее четырёх спутников. Космические силы США эксплуатируют 31 действующий спутник GPS. Высокие геостационарные аппараты на высоте 35 786 км, например корейские метеоспутники Chollian, непрерывно наблюдают целое полушарие Земли.

Где виден геостационарный спутник из Кореи? Он находится над экватором, поэтому из Северного полушария его всегда видно в южной части неба. Высоту над горизонтом можно найти из геометрии. Для спутника на твоей долготе она равна arctan[(cos φ − 6378 ÷ 42 164) ÷ sin φ]. В Сеуле, где φ = 37.6°, это примерно 46° над горизонтом строго на юге, а на острове Чеджу, южнее, около 51°. Поэтому спутниковые антенны в Корее направлены примерно на юг и подняты приблизительно на такой угол.

Приёмник GPS определяет своё положение по времени. Каждый спутник передаёт координаты и точное время со своих атомных часов. Приёмник измеряет время прохождения каждого сигнала и умножает его на скорость света, получая расстояние. Сигналы четырёх спутников позволяют найти положение в трёх измерениях и ошибку собственных часов приёмника. Свет проходит 300 км за тысячную долю секунды, поэтому часы должны быть исключительно точными: ошибка всего в миллионную долю секунды уже даст 300 м.

Корея в космосе

Собственная ракета-носитель появилась у Кореи в 2022 году. 21 июня ракета «Нури» (KSLV-II), разработанная KARI, стартовала из космического центра Наро в Кохыне и вывела испытательный спутник на целевую орбиту высотой 700 км. Правительство объявило, что Корея стала седьмой страной, запустившей спутник прикладного назначения массой более одной тонны с помощью собственных технологий. В мае 2024 года в Сачхоне открылось Корейское аэрокосмическое управление (KASA), которое возглавит дальнейшие ракетные, спутниковые и лунные программы.

Чем больше спутников, тем больше и мусора: отработанных ступеней, неработающих аппаратов и обломков после столкновений. Даже чешуйка краски на орбитальной скорости обладает большой энергией. Агентства отслеживают крупные обломки, а космические аппараты иногда включают двигатели, чтобы уклониться от них. При планировании новых миссий теперь требуется предусматривать сведение спутников с орбиты после завершения работы.