Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Если бы спутник находился в пространстве, абсолютно лишенном атмосферы, то он мог бы существовать так же долго, как существует, например, Луна, потому что не было бы причин, уменьшающих его скорость.

Но мы уже выяснили, что следы атмосферы можно обнаружить на очень больших высотах — даже на высоте 1000 км и выше. Конечно, воздействие такой атмосферы на скорость спутника будет очень мало, но оно все же имеется. Чем ближе к Земле будет проходить орбита спутника, тем скорее атмосфера затормозит его движение. ИСЗ начнет по спирали приближаться к Земле и в конце концов спустится на Землю с помощью парашютов или сгорит в плотных слоях атмосферы. Зато на более низких орбитах за спутником легче следить, проще может быть осуществлена передача полученных им данных или спасение кассет с результатами наблюдений.

Точный расчет продолжительности «жизни» спутника — дело весьма сложное. Несмотря на то, что уже существуют различные формулы и методы для таких расчетов, ученые получают несколько разноречивые результаты.

Рассмотрим некоторые наиболее достоверные из них.

В настоящее время в СССР разработан метод расчета времени существования спутника, позволяющий одновременно достаточно просто исследовать изменения параметров орбиты с течением времени.

Оказывается возможным установить существование универсального соотношения между скоростью изменения высоты апогея и перигея. Это соотношение определяется только параметром орбиты и распределением плоскости атмосферы по высоте и не зависит от весовых и аэродинамических характеристик спутника.

Указанные результаты позволяют составить простые таблицы для определения времени существования ИСЗ на орбите [37].

Время существования ИСЗ сильно зависит от плотности верхней атмосферы и определяется в основном плотностью в области перигея, будучи примерно обратно пропорциональной ей.

Первый советский искусственный спутник Земли весом 83,6 кг, запущенный на высоту до 950 км, просуществовал три месяца, совершая полный оборот вокруг Земли за 1 час 36,2 минуты. Второй советский искусственный спутник Земли весом 508 кг 300 г, запущенный на высоту около 1700 км, просуществует больше первого ИСЗ, совершая полный оборот вокруг Земли за 1 час 42 минуты.

Для сравнительно низкой орбиты, имеющей высоту перигея 200 км и высоту апогея 400 км, время «жизни» спутника оказывается порядка трех суток.

Таким образом, мы видим, что время «жизни» ИСЗ связано с высотой орбиты.

Расчеты показывают, что при неизменной высоте перигея можно за счет одного только изменения высоты апогея добиться существенного увеличения времени «жизни» ИСЗ. Так, например, для орбиты с высотой перигея 360 км и высотой апогея 700 км увеличение высоты апогея до 1000 км приводит к увеличению времени существования ИСЗ в 2,2 раза.

При этом указанное возрастание может быть отмечено увеличением скорости в перигее всего на 78 м/сек. Полученный результат указывает на целесообразность использования при создании ИСЗ вытянутых орбит. Выгодность использования вытянутых орбит следует также и из того, что у них сильно уменьшается влияние ошибок в угле наклона вектора скорости на высоту перигея.

Это значит, что в реальном случае при наличии ошибки возможное снижение времени «жизни» ИСЗ для более вытянутых орбит будет меньше, чем для орбит, близких к круговым.

Эти данные ясно показывают, какое значительное влияние на срок существования спутника оказывает увеличение плотности атмосферы.

Первые американские спутники, которые будут запущены в течение Международного геофизического года, будут, как предполагают, существовать от нескольких недель до месяца.

Некоторые ученые, например Гэтленд, вообще считают, что спутники с таким ограниченным сроком пребывания на орбите следует считать полуспутниками. С точки зрения продолжительности наблюдений более целесообразно запустить ИСЗ на орбиту, отстоящую от Земли минимум на 900–1700 км, что и сделана в СССР.

Многие задачи Международного геофизического года решаются путем наблюдения за первыми ИСЗ. Причем эти наблюдения ведутся с высокой точностью: ошибка наблюдений не должна превосходить нескольких единиц угловых секунд и тысячных долей секунды времени.

Считают, что наиболее точные методы наблюдения за ИСЗ являются фотографический и оптический. Но возник вопрос, будет ли вообще виден этот спутник, ведь это тело диаметром всего в 50–60 см, пролетающее от Земли на расстоянии порядка 320–1700 км.

Мнения ученых в отношении возможности наблюдения за полетом ИСЗ с Земли расходились. Немецкий специалист в области ракетной техники Сингер, например, считал, что спутник будет виден лишь в том случае, если из последней ступени ракеты будут выделяться пары натрия, которые образуют светящееся облако размером в несколько километров.

Другие ученые считали, что такой спутник можно будет видеть даже невооруженным глазом, когда он будет освещен Солнцем, в то время как небо или атмосфера будут более или менее темными. Такие условия будут иметь место или перед восходом Солнца или после его захода. В этом случае ИСЗ будет обладать яркостью звезды пятой величины, еще видимой невооруженным глазом. Как уже отмечалось, видимость ИСЗ будет зависеть и от окраски его поверхности. В СССР для наблюдения за искусственными спутниками Земли и определения их траекторий Академия наук СССР создала 66 научных станций. Наблюдатели с помощью специальных астрономических трубок и сильных биноклей ведут систематические наблюдения, результаты которых немедленно передаются Астрономическому совету в Москве.

В газете «Правда» рассказывалось, как проходили наблюдения за ИСЗ в Москве в здании Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга. Открытая площадка оборудована на крыше.

Первый взгляд — на небо. Оно усыпано звездами, на нем во всем своем великолепии сверкает Луна. Астрономы довольны: небосвод почти чист. В московском небе можно будет без особых помех увидеть, как в сотнях километров от Земли пролетит ее искусственный спутник, созданный советскими людьми. Много раз он после запуска проходил над столицей в предрассветных сумерках. Московские радиолюбители явственно принимали сигналы, несущиеся из космического пространства. Но наблюдать «маленькую Луну» не удавалось: мешала плотная облачность, упорно не расходившаяся в районе Москвы.

Ночь на 11 октября 1957 г. зато выдалась на славу. Работники станции оптического наблюдения — одной из шестидесяти шести таких станций, оборудованных в Советском Союзе, — еще раз проверяют приборы и аппаратуру.

Начальник станции кандидат физико-математических наук Александр Сергеевич Шаров направляет луч карманного фонарика на хронометр. Остается семь минут до ожидаемого появления спутника. И вот слышна команда: