Универзитет „Св. Кирил и Методиј“

„Факултет за информатички науки и компјутерско

инженерство“- Скопје

ВЕШТАЧКИ САТЕЛИТИ

Проект по предметот Професионални вештини

Автор: Ментор:

Александар Богданоски Татјана Котева

бр. на индекс: 132021

декември, 2013г.

1

1. АПСТРАКТ

Вртејќи го својот поглед кон небото, човекот уште од дамнешни времиња

им се восхитувал на сите појави кои ги набљудувал таму, истовремено

плашејќи се од нив и поставувајќи си многубројни прашања. Одговори имало

многу, но најчесто биле религиозни и поврзани со страв, или филозофски и

поврзани со празноверие, и слично. Меѓутоа, кога започнало научното трагање

по вистината што се крие во пространата небесна шир, работите го добиле

својот вистински редослед. Денес човештвото веќе продре во небесните

сфери, испрати сателити, се качи на Месечината, Војаџер и Пионер го

напуштија Сончевиот систем, а веќе во оваа декада се планира и посета на

Марс.

Како и секој човек, и јас се восхитувам на вселенските појави па затоа

токму предмет на моето проучување ќе бидат вештачките сателити и нивната

примена во астронаутиката, некои основни податоци за почетоците и

испраќањето на првите сателити во вселената.

2

Содржина

1. Aпстракт...........................................................................................................стр.2

2. Вовед.............................................................................................................стр.4

3.Вештачки сателити...........................................................................................стр.5

3.1 Видови и примена на вештачките сателити....................................стр.6

3.2 Космички брзини, космодроми и лансирање на сателити..............стр.9

3.2.1 Лансирање на вештачки сателит.......................................стр.10

3.3 Исфрлање на вештачкиот сателит по патека................................стр.12

3.4 Ракети................................................................................................стр.13

4. Заклучок.........................................................................................................стр.14

5. Референци.................................................................................................стр.15

6.Користена литература................................................................................стр.15

3

2.ВОВЕД

Човекот отсекогаш мечтаел да ја напушти планетата и да се вивне во вселенските пространства. Меѓутоа, до неодамна, гравитационата сила на Земјата не дозволуваше човекот да може да ја напушти и да се упати кон други небесни тела. Сателит е небесно тело кое кружи околу друго вселенско тело со особено поголема маса. Сателитот може да биде природен и вештачки. Земјин природен сателит е Месечината. Вештачкиот сателит е објект изработен од човекот, кој орбитира околу Земјата или другите планети во Соларниот систем. Особено служи за надзор и снимање на промените на Земјата, за што се користи терминот далечинска детекција (remote sensing) или за телекомуникации. Тој е направен да им послужи на луѓето за разни потреби. Поголемиот дел од нив се користат за телекомуникација или набљудување, но исто така е распространета и воената употреба. Во посебни случаи кога два објекти кои се вртат ги исполнуваат условите Меѓународни Астрономски заедници да се планети, може да се зборува за системот сестрински (двојни) планети. Сепак, дури и во тој случај, една од нив (онаа по големина и маса е помала од другата) ќе и биде доделен статусот на месечина. Меѓутоа, под сателит не подразбираме само и исклучиво објекти кои ротираат околу планетите. Во 1993 година во астероидниот појас е пронајден двоен астероид, кој се состои од два сегменти кои ротираат еден околу друг. Тоа е 234 Ида околу кој ротира Дактил. Ова претставува доказ дека постојат и астероиди кои имаат сателити. Со развојот на науката и техниката се овозможи да се реализира и овој вечен сон на човекот. На 4 октомври 1957год., СССР успешно го лансирал Спутник 1, првиот вештачки сателит кој стигнал до орбитите. Лансирањето на Спутник во Советскиот Сојуз и програмата за истражувања на вселената наиде на голем интерес од јавноста, но стана и почеток на "Всленската трка". Вселенската трка била неофицијално натпреварување помеѓу САД и Советскиот Сојуз кое траело од 1957 до 1975год. Таа вклучувала паралелни напори на земјите да ја истражат вселената со вештачки сателити, да испратат луѓе во вселената и на Месечината. Иако нејзините корени лежат во раната ракетна технологија и меѓународната затегнатост после Втората Светска војна, вселенскататрка почнала после советското лансирање на сателитот Спутник 1. Терминот вселенска трка е смислен по аналогија нa трката во наоружувањето која постоела исто така меѓу САД и СССР. Вселенската трка постанала важен дел од културното и технолошкото ривалство помеѓу Советскиот Сојуз и САД за време на студената војна. Вселенската технологија постанала посебно важна арена во овој конфликт, и поради своите воени припреми и поради психолошката полза од порастениот морал. Во поново време, покрај двете велесили во астронаутиката, САД и

4

Русија, и други земји почнаа да развиваат свои сателитски системи, како што се: Кина, Индија, Франција, Британија, Италија, Германија и др.

3. ВЕШТАЧКИ САТЕЛИТИ

Вештачкиот сателит е објект изработен од човекот, кој орбитира

околу Земјата или другите планети во Соларниот систем. Во контекст на

spaceflight , сателит е објект кој е пуштен во орбитата од страна на човечките

напори. Таквите објекти понекогаш се нарекуваат и вештачки сателити за да се

разликуваат од природните сателити , како што е Месечината. Првиот во

Историја вештачки сателит, Спутник 1 , е лансиран од страна на Советскиот

Сојуз во 1957. Од тогаш, илјадници сателити се лансирани во орбитата околу

Земјата. Овие потекнуваат од повеќе од 50 земји и го користат отварањето на

можности од 10 земји. Неколку стотици сателити во моментов се оперативни, а

илјадници неискористени сателити и сателитска фрагменти во орбитата на

Земјата се како остатоци од вселената. Неколку сонди се ставени во орбита

околу други органи за да станат вештачки сателити на Месечината, Венера,

Марс, Јупитер и Сатурн. Сателитите се користи за голем број на цели. Општи

типови вклучуваат воени и цивилни набљудување на земјата, комуникации

сателити , сателити за навигација, временски сателити, сателити за

истражување. простор станиците и човечките вселенски летала во орбитата, се

исто така сателити. Сателитска орбита во голема мера се разликува, во

зависност од намената на сателитот, и се класифицирани во неколку начини.

Добро познати (преклопување) часови се ниски Земјина орбита , поларна

орбита , и геостационарна орбита . Сателитите се најчесто полунезависни

компјутерски контролирани системи. Сателитските подсистеми извршуваат

многу задачи, како што се производство на електрична енергија, термална

контрола, телеметрија, став контрола и контрола на орбита. [1]

5

3.1 Видови и примена на вештачките сателити

Денес околу Земјата орбитираат стотици сателити. Повеќето од нив

имаат кружни орбити. Ако сателитот е во ниска орбита ќе има најголема

брзина. На пример, еден сателит на висина од 300km над земјината

атмосфера, треба да се движи со брзина од 29 000km/h за да ја задржи

кружната орбита. При таа брзина, тој ќе ја заобиколи Земјата по орбита за 90

минути.

Повисоките орбити бараат помала брзина. На пример, еден сателит во

орбита на 36 000km од земјината површина треба да има брзина од 11000km/h.

При таа брзина, тој ќе ја заобиколи Земјата за 24 часа.

Има повеќе видови вештачки сателити и тоа:

3.1.1 Комуникациските сателити ги насочуваат микробрановите

сигнали од еден кон друг дел на Земјата. Сигналите може да пренесуваат

радио и телевизиски програми, компјутерски податоци и телефонски разговори.

Сателитите од овој тип се нормално поставени во геостационарна орбита. Тоа

бара нивното орбитално движење да се совпаѓа со ротирањето на Земјата,

така што тие на небото изгледаат како да се

стационарн, неподвижни. Како резултат на тоа,

сателитските ТВ антени можат да бидат

монтирани на постојани позиции. Тие нема

потреба да се движат за да го следат сателитот.

За геостационарната орбита, времето на

поминување е точно 24 часа. Сл.1 Комуникациски сателит

3.1.2 Навигационите сателити се наменети за бродовите и авионите за

да се одреди нивната положба на земјината површина. Глобалниот позиционен

систем(GPS) има прстен од сателити коишто кружат над Земјата во

геостационарни орбити. Тие пренесуваат синхронизирани временски сигнали,

што можат да бидат примени со мал приемник на Земјата. Во приемникот,

компјутерот го споредува времето на пристигнување на сигналите од

различните сателити. Знаејќи ја брзината на сигналите и нивното временско

раздвојување, со GPS може да се пресмета положбата со точност од неколку

метри.

Сл.2 GPS сателитите околку Земјата

3.1.3 Сателитите за набљудување (мониторинг сателити) имаат

камери или други детектори за снимање и премерување на Земјата. Некои од

нив се во ниски орбити, што минуваат над Северниот и Јужниот пол. Како што

ротира Земјата под нив, така тие ја скенираат и снимаат целата нејзина

површина.

3.1.4 Астрономски сателити, како вселенскиот телескоп „Хабл“, имаат

апаратура за набљудување далечни ѕвезди и галаксии. За разлика од

опсерваториите на Земјата, сигналите што ги примаат тие не се испрекинати и

ослабени, поради постоењето на атмосферата.

3.1.5 Метеоролошки сателити, кој примарно се користи за

метеоролошки и климатски надзор на Земјата. Овие метеоролошки сателити го

набљудуваат движењето на облаците и нивното струење. Исто така, ги

набљудуваат градското осветлување, пожарите, поларна светлост, бури,

снежни падини, придвижување на ледените области и сл. Снимаат

инфрацрвени и реално видливи слики.

Сл.3 Метеоролошки сателит на САД, GOES-8

3.1.6 Воени сателити или т.н. шпијунски, се вид на сателити слични на

мониторинг сателитите и служат за надзор на Земјата, но за воени потреби. Во

првата генерација спаѓаат моделите Корона и Зенит.

Сл.4 Воениот сателит Корона

Има и некои други подвидови на сателитите, како што се: вселенските

станици, минијатурните сателити, анти-сателити,

Услугите на земјините сателити можат мошне погодно да се користат во

различни области од науката, како што се:

картографија; Од некои места на Земјата се уште не постојат прецизни

географски карти, како на пример на Антарктикот, делови од Сибир и

низа нови корални острови, кои се создаваат на секои 10 до 15 години;

хидролошки проучување; Откривање на подземни извори на слатка

вода во морињата, океаните или на копното, и слично;

геолошки проучувањa; Утврдување на распоредот и составот на

карпите, откривање на природни наоѓалишта на метали, нафта и слично;

океанографски проучувања; Определување на длабочината на

океаните, мерење на температурата на водата, движењето на морските

струи, движењето на ледените санти кои доаѓаат од Арктикот и

Антарктикот, и слично;

3.2 Космички брзини, космодроми и лансирање на сателити

Во 20-тите години од минатиот век кај конструкторите на ракети се

појавила идејата дека бензиските и дизел моторите би можеле да бидат главни

генератори за придвижување на ракетите. Тие сметале дека со директно

додавање на чист кислород во карбураторот (на висина поголема од 5000m

надморска височина, овие мотори не би работеле зошто нема кислород) и со

зголемување на силата на овие мотори би можело да се полета. Вакви идеи

постоеле скоро во сите земји кои се стремеле да произведат ракети, но набргу

овие идеи биле отфрлени зошто е утврдено дека со овој тип на мотори не

може да се постигне потребната брзина. За главен конструктор на современите

ракети се смета рускиот научник и конструктор Константин Едуардович

Циолковски. Константин Едуардович Циолковски е еден од основачите на

научната астронаутика поради што е наречен и татко на астронаутиката, тој се

смета и за главен конструктор на современите ракети. „Ако Галилео Галилеј на

астрономијата и го дал телескопот, Циолковски ја предлага ракетата, како

средство за следење и проучување на вселената“. Познат е и како писател на

многу астронаутски книги.

Сл.5 Константин Едуардович Циолковски

Тој во 1883год. ги изнесол своите идеи за користење на реактивниот

погон кај леталата, а во 1903год. го објавил првото класично дело во теоријата

на астронаутиката: „Испитување на вселенскиот простор со реактивни

апарати“. Тој овие и други свои идеи ги објавил во многу популарни списанија

од областа на астронаутиката. Циолковски ги поставил основните равенки за

движење на ракета со променлива маса низ безвоздушен простор. Поради

неговото огромно значење во областа на астронаутиката е воведена златна

медаља на Циолковски која им се доделува на експертите и космонаутите за

постигнатите успеси и придонеси во областа на вселенските летови.

Во еден негов запис тој има забележано: едностепена ракета би

морала да има 4 пати повеќе гориво од тежината на сопствената

конструкција за да може да постигна брзина од 7,9km/s, т.е. за да се одвои

од земјината гравитација. Ваквата ракета не е можно да се направи и затоа

би морало да се конструираат повеќестепени ракети. Идејата е математички

докажана и претставува основа при конструкција на ракетите. Тоа значи дека

откако ќе се потроши горивото во првиот степен, резервоарите и моторите се

отфрлаат за да не претставуваат товар во понатамошниот лет.

3.2.1 Лансирање на вештачки сателит

За една ракета да биде вештачки земјин сателит таа мора да развие

брзина од 7,9km/s, а тоа е т.н. прва космичка брзина. Што всушност

претставува тоа? Да претпоставиме дека Земјата е идеална топка слична на

топка од билјард, а отпорот на воздушната обвивка е еднаков на нула. Ако

испалиме топовско ѓуле кое ќе се движи со брзина од 7,9km/s, истото ќе стане

земјин вештачки сателит. При оваа брзина доаѓа до изедначување на силата

на гравитацијата и центрифугална сила, односно тие се наоѓаат под агол од 90

степени и овозможува предметот да се движи без да падне на Земјата и да не

може да се одвои од Земјината гравитација.

Брзината од 7,9km/s е математички пресметана на висина од 1 метар од

земјината површина без воздушна обвивка, а Земјата е земена како идеална

топка. На висина од 300 до 400km од Земјата воздухот е за околу милијарда

пати поредок отколку на површината, па нормално и првата космичка брзина е

нешто помала. Значи кога ракетата ќе достигне брзина од 7,9km/s таа станува

земјин вештачки сателит. Зголемувањето на брзината на ракетата може да оди

до 11,2km/s. При оваа брзина лакот на движење, кој дотогаш бил параболичен,

поради големата брзина се претвора во хиперболичен и ракетата се одвојува

од земјината гравитација. Ова е т.н. втора космичка брзина. При брзина од

16,67km/s ракетата може да го напушти и Сончевиот Систем. Ова е т.н. трета

космичка брзина.

Треба да се напомене дека сите лансирања на сателити и космички

бродови од космодромите се врши во правец кон исток, бидејќи така се

искористува брзината на ротација на земјата, која изнесува 465m/s на

екваторот и 335m/s на 45 напоредник северна и јужна географска ширина. Во

поново време се лансираат и сателити во правец кон половите, но за тоа е

потребно многу повеќе енергија и помоќни агрегати. Местата од каде се

лансираат вселенските летала се наречени космодроми. Во светот најпознати

се космодромите Кејп Канаверал во САД и космодромот Бојконур, кој се наоѓа

во Казахстан, а припаѓа на Русија. Покрај овие два постојат и други од кои

попознат е францускиот, кој се наоѓа на северниот дел од Јужна Америка, во

Француска Гвајана. Космодроми за лансирање на телекомуникациски,

навигациони и слични сателити има во Кина, Индија и Јапонија. За градба на

космодромите покрај стандардните услови за инфраструктурата се бараат и

низа специфични географски услови. Еден од нив е да се биде поблиску до

екваторот за да се искористи брзината на ротација на Земјата од 465m/s, а

другиот е да нема населени места во правците каде се лансираат леталата. На

пример, Аполо 12 во првата фаза на одвојувањето на моторите(на висина од

66,7km и брзина од 2,37km/s), деловите од моторот паднале околу 675km од

космодромот. Деловите од вториот мотор (на висина од 189km и брзина од

6,6km/s) паднале 4540km источно од космодромот. И кај двата најголеми

космодрома во светот Кејп Канаверал и Бојконур источните страни се

ненаселени. Во првиот случај тоа е океан, а во вториот многу ретко населена

пустина. Од таму се лансирани два вештачки сателити: Спутник 1 на

04.10.1957г. од Бојконур и Експлорер 1 на 31.01.1958г. од Кејп Канаверал. [2]

Сл.6 Космодромот Бојконур Сл.7 Космодромот Кејп Канаверал

3.3 Исфрлање на вештачкиот сателит по патека

Ракетите со кои се исфрлаат сателитите во земјината орбита или во

меѓупланетарниот простор мораат да постигнат такво забрзување така што

сателитот на одредена висина да ја достигне космичката брзина, инаку би

почнал да паѓа кон Земјата.

Кога леталото лета со брзина од 28 440km/h, или околу 7900m/s, при

самата површина на Земјата, таа брзина се нарекува прва космичка брзина или

брзина на кружење околу Земјата. Се смета дека тоа е само теориска

претпоставка, затоа што сателитот не може да се движи со таква брзина на

мала височина и поради отпорот на воздухот и релјефот на Земјата. Затоа за

прва космичка брзина се зема брзината која мора да ја има леталото на

височина од 200km над земјината површина, таму отпорот на воздухот е

понезабележлив и силата на земјината тежа е помала. Затоа, на таа висина

првата космичка брзина изнесува 7790m/s. Таа брзина е доволна за сателитот

да се движи околу Земјата на висина од 200km по кружен пат. Ако некое летало

се лансира со брзината таа ќе стане вештачки сателит. Набљудуван сателит

од Земјата ќе има најголема брзина кога е најблиску до неа.

Точка на која сателитот е најблиску до Земјата се нарекува перигеј,

додека точката кадешто е најоддалечен се нарекува апогеј. Големината на

перигејот зависи од големината на апогејот и се покажува со математичка

единица.

Ако брзината со која сателитот влегува во орбитата се зголемува, тогаш

неговата траекторија е елипса. Тој облик се задржува се до одредена брзина,

т.е. до втората космичка брзина односно до брзина од 40 320km/h или 11,

2km/s. Кога сателитот ќе ја постигне таа брзина траекторијата не му е повеќе

ни елиптична ни правилно кружна, тој ја напушта Земјината орбита и станува

Сончев вештачки сателит. Тој се движи околу Сонцето по пат на елипса. Ако

сателитот продолжи да лета и понатаму од Сончевиот систем, тогаш мора да

се забрза до третата космичка брзина, која треба да биде поголема од 60

120km/h или 16.67km/s. [3]

3.4 Ракети

Ракета е летало, кое се движи со помош на реактивната сила

создадена преку исфрлање на дел од сопствената маса. За да лета

ракетата, не е задолжително да биде во воздушна или гасовита средина-таа

може да кета како во атмосферата така и во вакуум. Ракетите се движат со

тврдо или течно ракетно гориво. При горењето на горивото се образува

гасовна струја која што предизвикува движење на реактивен принцип. Ракетата

се движи во спротивна насока од истекувањето на издувните гасови поради

принципот на акција-реакција. Во себе ракетата ги содржи сите материи за

работа на моторот, тоа се горивото и оксидаторот. Освен ракетниот погон од

термички тип се вршат испитувања за употреба на јонско и плазма ракетни

мотори.

Во Германија во 1939 год. се развива еден проект наречен А-4, подоцна

познат по името ФАУ-2. Во октомври 1942 год за прв пат е успешно лансирана

ракетата ФАУ-2 со прелет од 193 км, а веќе во 1943 год. ракетите на големо

паѓаат на Лондон правејќи огромни штети. Во јануари 1945 год е лансирана и

првата континентална балистичка ракета која достигнувала висина од 80 км. По

капитулацијата на Германија проектот ФАУ-2 паѓа во Американски раце и таму

се почнува со развој на овој тип на ракети. Така на 22.3.1946 год во Америка е

лансирана ракета која достигнала висина од 80 км.

Сл.8 Ракетата Фау-2 Сл.9 Ракетата Фау-2

4. ЗАКЛУЧОК

Вештачките сателити имаат важна улога за човештвото, бидејќи наоѓаат

голема примена и се од негова корист. Му дозволуваат на човекот да допре

до длабочините на вселената и да даде беспрекорен приказ за истата.

Со лансирањето на Спутник 1 и Експлорер 1 човекот направи чекор

понапред и стави почеток на една ера во која подобро го запознаваме светот

во кој живееме.

Со GPS-системот секогаш знаеме каде се движиме и однапред знаеме

какво време не очекува утре преку информациите од метеоролошките

сателити.

Можеме да оствариме телефонска врска со било кој крај на светот и

насекаде да имаме пристап до интернет преку комуникациските сателити.

Денес животот не би можеле да го замислиме без вештачките сателити,

би живееле 100 години поназад, комуникацијата би се свела на фиксна

телефонија и писма. Како што одминува времето вештачките сателити, со

нивната понапредна технологија, добиваат се поголема важност и примена во

човештвото и претставуваат дел од животот на секој поединец.

5. Референци:

[1] Schmude R., "Artificial Satellites and How to Observe Them", Astronomers

Observing Guides, vol.8,p. 181, 2012

[2] Donald J. Kessler, Burton G., "Journal of Geophysical Research", Space Physics,

Volume 83, Issue A6, p. 2639–2646,  2011

[3] Bomford G.,"Report of artificial satellite study group", Geophys. J. Int., p.3-12,

1998

6. Користена литература:

1. Schmude R., "Artificial Satellites and How to Observe Them"

2. Donald J. Kessler, Burton G., "Journal of Geophysical Research"

3. Bomford G.,"Report of artificial satellite study group"

4. www.universetoday.com/82680/all-about-artificial-satellites/

5. http://www.astronomija.com.mk/vest.asp?id=901

6. http://www.astronomija.com.mk/vest.asp?ID=33

7. www.wikipedia.org