Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Основной вес радиоаппаратуры будет приходиться на источники питания, поэтому для осуществления кругового телевидения большое значение имеет создание облегченных атомных источников питания.

Надо отметить, что подобные спутники, оборудованные ретрансляционными установками, позволят заменить множество телефонно-телеграфных сетей, увеличить дальность и усилить радиоприем вещательных радиостанций.

Спутник движется вокруг Земли, как небесное тело. Движение спутника подчиняется тем же законам небесной механики, что и движение Луны вокруг Земли, а также движение Земли и других планет солнечной системы вокруг Солнца. Эти законы были открыты Кеплером. Современная небесная механика основана на законе всемирного тяготения, открытом Ньютоном.

Движение спутника вокруг Земли происходит с большой скоростью. Если бы притяжение Земли отсутствовало, то спутник двигался бы в безвоздушном пространстве равномерно и прямолинейно. Притяжение Земли искривляет его траекторию и заставляет спутник огибать Землю и двигаться вокруг Земли вдоль ее поверхности.

Движение спутника можно уподобить движению камня, к которому привязана одним концом веревка. Держа другой конец веревки в руках, можно раскрутить ее так, чтобы заставить камень вращаться по кругу. Так как при этом мы все время будем отклонять камень от прямого пути и заставлять его искривлять направление своего движения, то веревка будет все время натянута. Сила натяжения ее зависит от скорости движения камня и при увеличении скорости движения будет возрастать.

При движении спутника роль веревки играет сила притяжения Земли. Однако имеется существенное отличие, которое заключается в том, что сила притяжения, действующая на спутник, является вполне определенной величиной. Поэтому круговое движение спутника вокруг Земли возможно лишь с некоторой вполне определенной скоростью. Для спутника, движущегося сравнительно недалеко от поверхности Земли, эта скорость равна приблизительно 8 км в секунду.

Может возникнуть вопрос: почему эта скорость одинакова для тел любого веса? Ведь сила притяжения, действующая на более тяжелое тело, больше, и на первый взгляд может показаться, что такое тело должно двигаться вокруг Земли по круговой орбите под действием силы притяжения с большей скоростью. Однако если принять во внимание, что более тяжелое тело труднее отклонить от прямолинейного движения, причем ровно во столько раз, во сколько больше его вес, то станет ясным, что скорость движения спутника не должна зависеть от его веса. Поэтому скорость движения по орбите, имевшая место для первого советского ИСЗ, осталась приблизительно такой же для второго спутника и будет такой же для других спутников, которые предполагается запустить в Советском Союзе в течение Международного геофизического года.

Сила притяжения к Земле убывает при увеличении расстояния от Земли. Поэтому спутник на более высокой орбите должен двигаться с меньшей круговой скоростью. При движении спутника по различным орбитам, лежащим в пределах порядка тысячи километров над поверхностью Земли, отличия в скорости движения сравнительно невелики. Однако для спутника, движущегося на значительно больших расстояниях от Земли, скорость движения оказывается существенно меньшей. Так, Луна, которая также является спутником Земли и находится от Земли на расстоянии примерно 380 тыс. километров, движется вокруг Земли со скоростью около одного километра в секунду, то есть со скоростью примерно в 8 раз меньшей, чем спутник, летящий вблизи Земли. Если принять во внимание, что путь, проходимый Луной вокруг Земли, гораздо длиннее, чем путь движения искусственного спутника за один оборот, то станет понятным, почему Луна совершает один оборот вокруг Земли не в 8 раз медленнее спутника, а гораздо более медленно. Луна совершает один оборот примерно за месяц, в то время как первые спутники совершали примерно 15 оборотов за одни сутки.

Для того чтобы спутник мог двигаться по орбите на заданной высоте, скорость его должна быть вполне определенной. Создать спутник, движущийся по той же самой орбите, но с иной скоростью, невозможно.

Из того, что скорость движения спутника на более высокой круговой орбите меньше, следует, что при выведении спутника на такую орбиту его необходимо разогнать до меньшей скорости. Это отнюдь не означает, что запуск спутника на более высокую круговую орбиту проще, чем на орбиту более низкую.

Ракета, несущая спутник, должна иметь тем бóльшую скорость, чем на более высокой орбите должен двигаться спутник. Этой скорости должно хватить на то, чтобы достичь необходимой высоты, и на то, чтобы двигаться по достигнутой орбите с такой круговой скоростью, при которой возникающая центробежная сила уравновесила бы силу тяжести и тем самым позволила бы ей обращаться вокруг Земли, не падая на нее.

При определенной скорости такой результат можно получить и на небольшой высоте, даже порядка нескольких километров, но, как известно, на низких высотах значительно сопротивление воздуха.

Воздух является одним из главных противников высоких скоростей в атмосфере, а в нашем случае скорость ракеты должна быть огромной. Кроме того, вспомним, что даже «Фау-2», пролетая плотные слои атмосферы почти вертикально, нагревалась свыше 540℃.

При скоростях же, гораздо больших, чем у «Фау-2», летящая в атмосфере ракета просто сгорит.

Следовательно, необходимо создать такую минимальную высоту полета ракеты над Землей, при которой можно было бы пренебречь влиянием атмосферы.

Многие ученые занимались расчетами скорости ракеты, необходимой для запуска искусственного спутника Земли на определенную высоту. Большой интерес представляет формула, выражающая теоретически минимальную скорость, которую необходимо сообщить ракете на Земле для перевода ее на круговую орбиту. Эта скорость ( V x ) называется характеристической и является наименьшей скоростью, теоретически необходимой для запуска ИСЗ.

Формула для определения этой скорости имеет вид:

Здесь r 0— радиус Земли, в среднем равный 6 372 000 м, а r = r 0+ h , где h — высота полета спутника над Землей. Таким образом, зная высоту полета спутника над Землей, читатель легко может, пользуясь вышеуказанной формулой, определить характеристическую скорость ракеты.

Надо сказать, что приведенная формула характеристической скорости [12]получается при определении количества энергии, которую необходимо сообщить массе ИСЗ для того, чтобы обеспечить ей возможность движения вокруг земного шара без падения на Землю. Из той же формулы видно, что скорость V x изменяется в зависимости от удаления орбиты спутника от поверхности Земли.