СПУТНИКОВОЕ ТВ
р л
______________________________ I
В. ПЯСЕЦКИЙ,
С П У ТН И КО В О Е ТВ Д Л Я Н А Ч И Н А Ю Щ И Х - 5
220005, г. Минск, д/в
О
р б и т ы
и с к у с с т в е н н ы х
с п у т н и к о в
З
е м л и
В XVII веке основатель классической физики, англий-
ский математик, механик и астроном Исаак Ньютон от-
крыл закон всемирного тяготения (гравитации), который
является универсальным законом природы. Согласно
этому закону существует взаимное притяжение между
всеми материальными телами.
Закон всемирного тяготения объясняет и наличие
силы тяжести на Земле, и движение планет по орбитам
вокруг Солнца и, конечно, траектории движения искусст-
венных спутников Земли. Как планеты вокруг Солнца, так
и ИСЗ вокруг Земли движутся по замкнутым орбитам
благодаря наличию их орбитальной скорости, которая
направлена перпендикулярно силе притяжения. Еще в
древности греческий писатель и историк Плутарх писал:
‘‘Луна упала бы на Землю как камень, чуть только унич-
тожилась бы сила ее полета”.
Таким образом, на искусственный спутник Земли пос-
ле выключения тягового двигателя, обеспечившего ор-
битальную скорость спутнику, действуют только две силы:
сила притяжения Земли и центробежная сила, возника-
ющая из-за кривизны траектории движения. Этим, в час-
тности, объясняется явление невесомости: центробеж-
ная сила уравновешивает силу притяжения к Земле. Уп-
рощенно такое движение можно сравнить с вращением
раскрученного человеком грузика, если его держать при-
вязанным за веревку. При этом центробежная сила на-
тягивает веревку и компенсирует силу, с которой чело-
век удерживает веревку, то есть силу притяжения к цен-
тру вращения.
Законы движения планет вокруг Солнца, впослед-
ствии оказавшиеся пригодными и для движения искус-
ственных спутников вокруг Земли, были открыты в
1609.
.. 1619 годах немецким астрономом Кеплером на
основе изучения экспериментальных наблюдений за дви-
жением планет, которые оставил после смерти его учи-
тель Тихо Браге.
Первый закон Кеплера гласит:
орбитой движущейся
точки является кривая второго порядка, в одном из фо-
кусов которой находится центр силы притяжения.
Та-
ким образом, орбита представляет собой одно из кони-
ческих сечений, то есть кривую линию, образующуюся
при пересечении поверхности конуса плоскостью, не про-
ходящей через вершину конуса. В зависимости от того,
какое значение имеет угол между этой плоскостью и осью
конуса, образуются разные кривые: эллипс, парабола или
гипербола. В случае же прямого кругового конуса сече-
ние образует окружность, которая является частным слу-
чаем эллипса.
Орбита находится в плоскости, проходящей через
центр тела притяжения. Согласно первому закону Кеп-
лера замкнутые орбиты всех планет, а также естествен-
ных и искусственных спутников этих планет, представля-
ют собой эллипсы. Для планет солнечной системы в од-
ном из фокусов эллипса находится Солнце, а для ИСЗ -
Земля.
Эллипсом называется геометрическое место
точек, для которых сумма расстояний от двух задан-
ных точек (фокусов) - постоянная величина.
Согласно этому же закону тела, находящиеся в поле
тяготения, которым придана начальная скорость в на-
правлении, перпендикулярном силе тяготения, движут-
ся по траекториям, определяемым одним из конических
сечений. Так, траекторией пули, если на нее не действу-
ет сопротивление воздуха, является часть параболы.
Если начальная скорость тела превысит определенное
значение, его траекторией оказывается эллипс, причем
точка выхода на орбиту располагается в апогее, то есть
на максимальном расстоянии от источника тяготения,
например, Земли.
Такая орбита применительно к ИСЗ чревата опасно-
стью, так как после прохождения точки апогея высота
спутника будет уменьшаться, он может попасть в плот-
ные слои атмосферы и сгореть. Кроме воздействия на
спутник земной атмосферы при его движении на неболь-
ших высотах существует воздействие радиационных
поясов и магнитного поля Земли. В зоне воздействия
радиационных поясов радиация настолько велика, что
достаточно быстро выводит из строя солнечные элемен-
ты питания бортовой аппаратуры и полупроводниковые
приборы, входящие в состав этой аппаратуры. Не спа-
сает в этих условиях и применение антирадиационной
защиты, которая приводит к увеличению массы обору-
дования и соответствующему уменьшению массы самой
аппаратуры. Воздействие же магнитного поля Земли
приводит к торможению спутника, уменьшению его ор-
битальной скорости, то есть к сокращению его времени
работы на орбите.
Поэтому приходится увеличивать высоту точки выхо-
да на орбиту, чтобы даже в противоположной точке ор-
биты, в перигее минимальное расстояние было вне пре-
делов воздействия атмосферы и радиационных поясов,
а напряженность магнитного поля Земли на такой высо-
те была достаточно мала.
При дальнейшем увеличении начальной скорости до-
стигается круговая орбита. Такая скорость называется
первой космической или круговой скоростью, и она га-
рантирует превращение тела в искусственный спутник,
если точка вывода тела на орбиту находится вне атмос-
ферного, радиационного воздействия и влияния магнит-
ного поля Земли. Круговая орбита представляет собой
10/2003
предыдущая страница 36 Радиолюбитель 2003-10 читать онлайн следующая страница 38 Радиолюбитель 2003-10 читать онлайн Домой Выключить/включить текст