Satelīts: kas tas ir — veidi, vēsture un pielietojumi

Uzzini visu par satelītiem — kas tie ir, veidi, vēsture (no Sputnik līdz mūsdienu tīkliem) un praktiskie pielietojumi komunikācijā, navigācijā un meteoroloģijā.

Satelīts ir objekts, kas riņķo ap citu objektu, vadoties pēc gravitācijas spēkiem un ievērojot orbitālo kustību. Kosmosā satelīti var būt dabiski vai cilvēka radīti. Piemēram, Mēness ir dabisks satelīts, kas riņķo ap Zemi. Lielākā daļa mākslīgo satelītu riņķo ap Zemi, bet daži dodas ap citām planētām, Sauli vai pat ap Mēnesi. Satelīti kalpo ļoti dažādiem mērķiem — no ikdienas komunikācijas līdz zinātniskiem pētījumiem un militārai izlūkošanai.

Satelītu veidi un galvenās kategorijas

• Dabiskie satelīti: dabiskas izcelsmes debess ķermeņi, piemēram, Mēness.
• Mākslīgie (mākslīgie pavadoni): cilvēka izstrādāti aparāti, kas tiek palaisti orbītā. Tie var būt ļoti dažādu izmēru — no mikrosatelītiem (CubeSat tipa ierīces) līdz milzīgām kosmosa stacijām.
• Pēc funkcijas: meteoroloģiskie (meteoroloģiskie), sakaru (sakaru satelīti), navigācijas (navigācijas satelīti), izlūkošanas (izlūkošanas), astronomiskie (astronomiskie satelīti) u.c.
• Pēc orbītas veida: zema orbīta (LEO), vidēja orbīta (MEO), ģeostacionārā orbīta (GEO) un augstas ekscentriskas orbītas (HEO) — katrai orbītai ir savi pielietojumi un tehniskās prasības.

Satellītu uzbūve — kas tajos ir iekšā

• Kuģis (bus): pamata struktūra un sistēmas (barošanas, datu apstrādes, termiskā kontrole).
• Slodze (payload): instruments vai iekārta, kas veic galveno uzdevumu — antenas, kameras, sensori, zinātniskie eksperimenti.
• Enerģija: parasti saules paneļi un akumulatori.
• Pozicionēšanas un vadības sistēmas: žiroskopi, reakcijas riteņi, dzinēji orientācijas korekcijai.
• Sakari: radioaparātu un antenu komplekti datu sūtīšanai uz zemi un saņemšanai no tās.

Orbitas un to nozīme

Orbitas augstums un formas nosaka satelīta funkciju. Zemas orbītas (LEO, dažu simtu līdz ~2000 km) ir piemērotas zemi novērojošiem un daudziem zinātniskiem satelītiem — tie nodrošina labu izšķirtspēju attēliem un zemus aiztures laikus sakariem. Vidējas orbītas (MEO) izmanto navigācijas sistēmām. Ģeostacionārajā orbītā (aptuveni 35 786 km virs ekvatora) satelīti riņķo pa sinhronu ātrumu ar Zemi, tādēļ tie šķiet stacionāri virs konkrētas vietas un ir ļoti noderīgi meteoroloģijai un televīzijas/telekomunikāciju servisiem. Ekscentriskās un polārās orbītas izmanto speciāliem novērojumiem un zinātniskiem mērījumiem.

Īsa vēsture

Satellītu laikmeta atskaites punkts ir 1957. gada 4. oktobris, kad Padomju Savienība palaida pasaulē pirmo mākslīgo pavadoni — Sputniku 1. Tas pārsteidza pasauli un izraisīja strauju tehnoloģisku attīstību. Sputnik 2 tika palaists 1957. gada 3. novembrī, un tajā orbītā devās pirmais dzīvais pasažieris — suns vārdā Laika. ASV savu pirmo satelītu palaida 1958. gada 31. janvārī — Explorer 1. Artūrs K. Klārks jau agrāk bija popularizējis ideju par sakaru satelītu tīklu. Apvienotā Karaliste savu pirmo satelītu palaida 1962. gadā. Kopš tā laika Zemes orbītā ir palaisti tūkstošiem satelītu, un daudzi no tiem ir daļa no plašām konstelācijām vai speciāliem pētījumu projektiem.

Galvenie pielietojumi

• Meteoroloģija: laika prognozes, klimata novērojumi (meteoroloģiskie).
• Sakari: televīzija, internets, tālruņu pakalpojumi (sakaru satelīti).
• Navigācija: globālās pozicionēšanas sistēmas (navigācijas satelīti).
• Izlūkošana un drošība: militārā spiegošana, novērošana (izlūkošanas).
• Zemi novērošana un resurssu pārvaldība: lauksaimniecība, mežu un ūdens resursu monitorings, katastrofu vadība.
• Astrofizika un kosmoloģija: astronomiskie satelīti pētī Visumu ārpus atmosfēras, kur nav traucējumu no Zemes gaismas un atmosfēras.

Mūsdienu tendences un izaicinājumi

Pastāvīgas inovācijas — miniaturizācija (CubeSat un mikrosatelīti), lētāki palaišanas risinājumi un lielu konstelāciju veidošana komerciālajiem interneta pakalpojumiem — maina satelītu nozares ainavu. Tajā pašā laikā pieaug arī problēmas ar kosmisko atkritumu daudzumu orbītā (risks uzliesmojumam jeb Kesslera efekts), frekvenču spektra koordināciju, trajektoriju un drošības jautājumiem. Starptautiskie līgumi un regulējumi cenšas nodrošināt drošu un ilgtspējīgu kosmosa izmantošanu.

Nākotne

Satelīti turpinās būt neatņemama daļa no mūsdienu infrastruktūras — gan komerciālajā, gan zinātniskajā un militārajā jomā. Attīstās tehnoloģijas, kas ļauj ilgāk kalpojošus, efektīvākus un daudzfunkcionālākus satelītus, vienlaikus pieaugot uzmanībai par orbītas ilgtspējību un drošu rīcību kosmosā.

Kopumā satelīti ir vitāli instrumenti mūsdienu sabiedrībai — tie nodrošina komunikāciju, drošību, zinātni un palīdz labāk izprast un pārvaldīt mūsu planētu.

Satelīti, kas tagad riņķo orbītā

Mākslīgie satelīti nāk no vairāk nekā 50 valstīm, un desmit valstis ir izmantojušas satelītu palaišanas iespējas. Pašlaik darbojas daži simti satelītu, bet tūkstošiem neizmantotu satelītu un satelītu fragmentu riņķo ap Zemi kā kosmosa atkritumi. Lielākais satelīts ir Starptautiskā kosmosa stacija, ko izveidojušas vairākas dažādas valstis (tostarp NASA, ESA, JAXA un RKA organizācijas). Uz tās parasti dzīvo sešu astronautu vai kosmonautu apkalpe. Tā ir pastāvīgi aizņemta, bet apkalpe mainās. Kosmosa teleskopu "Hubble" astronauti kosmosā ir remontējuši un atjauninājuši vairākas reizes.

Ir arī mākslīgi radīti satelīti, kas riņķo ap kaut ko citu, nevis ap Zemi. Mars Reconnaissance Orbiter ir viens no tiem, kas riņķo ap Marsu. Cassini-Huygens riņķo ap Saturnu. ESA vadītais Venus Express riņķo ap Venēru. Divi GRAIL satelīti līdz 2012. gada decembrim riņķoja ap Mēnesi. Vairāki satelīti jau gadiem ilgi riņķo ap Sauli, un 2019. gadā tiks pievienots vēl viens.

Cilvēka radītiem satelītiem ir vairāki galvenie izmantošanas veidi:

• Zinātniskā izmeklēšana
• Zemes novērošana, tostarp laikapstākļu prognozēšana un vētru un piesārņojuma novērošana.
• Sakari - tostarp satelīttelevīzija un telefona zvani
• Navigācija - tostarp globālā pozicionēšanas sistēma (GPS).
• militārām vajadzībām - tostarp izlūkošanas fotografēšanai un sakariem (kosmosā nav atļauts izmantot kodolieročus).

Animācija, kurā parādītas GPS satelītu orbītas vidējā Zemes orbītā.


ESTCube-1 tika izgatavots zinātniskiem pētījumiem.

Orbītas

Lielākā daļa mākslīgo satelītu atrodas zemajā Zemes orbītā (LEO) vai ģeostacionārā orbītā. Lai noturētos orbītā, satelīta sānu ātrumam ir jālīdzsvaro gravitācijas spēks. Zemajā orbītā esošie satelīti bieži atrodas mazāk nekā tūkstoš kilometru virs zemes. Tuvu Zemei, LEO, satelītiem, lai noturētos orbītā, ir jāpārvietojas ātrāk. Zemas orbītas labi darbojas satelītiem, kas uzņem Zemes attēlus. Daudzi veic darbus, kuru veikšanai nepieciešams liels orbītas slīpums (tie šūpojas virs un zem ekvatora), tāpēc tie var sazināties vai apskatīt citas teritorijas. Satelītu ir vieglāk novietot zemā Zemes orbītā, taču, skatoties no Zemes, šķiet, ka satelīts pārvietojas. Tas nozīmē, ka satelīta šķīvim (antenas veidam) vienmēr ir jābūt kustībā, lai varētu sūtīt vai saņemt sakarus ar šo satelītu.

Vidējā orbītā labi darbojas GPS satelīti - uztvērēji uz Zemes izmanto satelīta mainīgo pozīciju un precīzu laiku (un antenas tipu, kas nav jāvirza), lai noteiktu, kur uz Zemes atrodas uztvērējs. Taču pastāvīgi mainīga pozīcija nedarbojas satelīttelevīzijai un cita veida satelītiem, kas nosūta un saņem daudz informācijas. Tiem ir jāatrodas ģeostacionārā orbītā.

Satelīts ģeostacionārā orbītā pārvietojas ap Zemi tikpat ātri, cik ātri griežas Zeme, tāpēc no zemes tas izskatās stacionārs (nekustīgs). Lai šādi pārvietotos, satelītam jāatrodas tieši virs ekvatora un 35 786 kilometrus (22 236 jūdzes) virs zemes.

Satelīts ģeostacionārā orbītā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir satelīts?

Q: Kādam nolūkam izmanto satelītus?

J: Kad tika palaists pirmais mākslīgais satelīts?

J: Kas bija pirmais dzīvs pasažieris, kas tika nosūtīts orbītā?

J: Kad ASV palaida savu pirmo satelītu?

Jautājums: Kad Apvienotā Karaliste palaida savu pirmo satelītu?

Jautājums: Cik satelītu ir palaisti kopš tā laika?

Meklēt pēc burta