МОСКВА, 7 мая - РИА Новости. Гравитационные взаимодействия с Юпитером и Венерой заставляют орбиту Земли сжиматься и вытягиваться каждые 405 тысяч лет уже более 215 миллионов лет, выяснили геологи, опубликовавшие статью в журнале PNAS .
"Это ошеломительное открытие - мы подозревали, что этот цикл мог существовать на протяжении примерно 50 миллионов лет, но мы выяснили, что он работает уже как минимум 215 миллионов лет. Теперь мы можем связать и уточнить то время, когда происходили различные изменения климата, массовые вымирания, появились и исчезли динозавры, млекопитающие и другие животные", — заявил Деннис Кент (Dennis Kent) из университета Ратгерс (США).
Сегодня Земля вращается вокруг Солнца по слегка вытянутой орбите, удаленной от светила почти на 150 миллионов километров. Ее перигелий - ближайшая к Солнцу точка - находится примерно на 5 миллионов километров ближе к звезде, чем афелий, самая далекая точка. Благодаря этому зимы в южном полушарии бывают чуть более суровыми, чем на северной половине, а лето - более жарким.
В прошлом, как предполагают ученые, орбита Земли могла быть более вытянутой, что могло резко менять климат планеты, делая его более экстремальным, а также вызывать вымирания и масштабные перестройки экосистем. Подобные изменения, как показывают расчеты геологов и астрофизиков, должны были происходить в результате взаимодействия нашей планеты с Юпитером и прочими газовыми гигантами.
Примерно два десятилетия назад, как отмечает Кент, он заметил, что гравитационные взаимодействия Юпитера, Земли и Венеры должны были особым образом менять орбиту нашей планеты, сжимая или растягивая ее примерно на 1% каждые 405 тысяч лет. Его расчеты показывали, что подобный цикл смены орбит должен быть чрезвычайно стабильным и он должен был существовать как минимум со времен кайнозоя.
Геологи выяснили, что переворачивает магнитные полюса Земли Швейцарские и датские геологи полагают, что магнитные полюса периодически меняются местами из-за необычных волн внутри жидкого ядра планеты, периодически перестраивающих его магнитную структуру при движении от экватора к полюсам.Подобные необычные свойства этого цикла, а также отсутствие других долгосрочных колебаний орбиты, заставили Кента и его коллег искать их возможные следы в породах Земли, в которых часто "отпечатываются" следы магнитного поля планеты, заточенные в кристалликах железосодержащих пород.
Пять лет назад авторы статьи проводили раскопки на территории Аризоны, где залегают породы, сформировавшиеся примерно 215-210 миллионов лет назад, в конце триасового периода. В то время на Земле начали появляться первые предки динозавров, а господствовавшие до этого звероящеры и двуногие "мегакрокодилы" высотой в два метра начали постепенно вымирать.
В этих породах им удалось найти целый пласт отложений вулканического пепла и других магматических пород длиной в полкилометра, в которых сохранились следы сдвигов магнитной оси планеты. Проанализировав их, геологи осознали, что имеют дело с тем же орбитальным циклом длиной в 405 тысяч лет.
Этот цикл, как заявляют Кент и его коллеги, необычным образом влиял на климат планеты в то время. В те времена, когда орбита Земли максимально вытягивалась, уровень осадков на территории будущей Северной Америки заметно повышался, а в эпоху "круглой" орбиты он был заметно меньше. Это, как считают ученые, должно было достаточно сильно влиять на эволюцию жизни и геологии нашей планеты.
Сейчас Земля, как отмечают ученые, находится в "круглой" фазе этого цикла. Его влияние, с другой стороны, на климат планеты в краткосрочном плане будет минимальным, так как текущие выбросы СО2 и более короткие и яркие циклы Миланковича, связанные с "качанием" оси вращения Земли, влияют на температуры гораздо сильнее, и поэтому подобные "сдвиги орбит" не вызывают серьезных опасений.
Ученые, бурящие древние скалы в пустыне Аризоны, говорят, что они зафиксировали постепенный сдвиг на орбите Земли, который повторяется каждые 405 000 лет, играя роль в естественных колебаниях климата.
Астрофизики давно выдвинули гипотезу о том, что цикл существует на основе расчетов небесной механики, но авторы нового исследования нашли первые проверяемые физические доказательства.
Они показали, что цикл был стабильным на протяжении сотен миллионов лет, начиная с появления динозавров и до сих пор действует. Исследование может иметь последствия не только для изучения климата, но и для нашего понимания эволюции жизни на Земле и эволюции Солнечной системы.
Ученые в течение десятилетий полагали, что орбита Земли вокруг Солнца меняется от почти круглой до примерно на 5 процентов эллиптической и обратно каждые 405 000 лет. Считается, что сдвиг обусловлен сложным взаимодействием с гравитационными влияниями Венеры и Юпитера вместе с другими телами Солнечной системы, поскольку они все вращаются вокруг Солнца.
Астрофизики полагают, что математический расчет цикла надежный на срок до 50 миллионов лет, но после этого проблема становится слишком сложной, потому что слишком много факторов приходится учитывать.
«Существуют и другие, более короткие, орбитальные циклы, но когда вы смотрите в прошлое, очень сложно узнать, с чем вы имеете дело в каждый момент времени, потому что все постоянно меняется», — сказал ведущий автор работы Деннис Кент, эксперт в палеомагнетизме в Обсерватории Земли Ламонт-Доэрти в Колумбийском университете и Университете Рутгерса.
Новые доказательства лежат в пределах 500-метровых скальных пород, которые Кент и его соавторы пробурили в Национальном парке в Аризоне в 2013 году, а также более ранние глубинные ядра из пригорода Нью-Йорка и Нью-Джерси. Аризонские породы, были образованны во время позднего триаса, между 209 миллионами и 215 миллионами лет назад, когда область была покрыта извилистыми реками, которые закладывали осадки пород. Примерно в это же время начали развиваться ранние динозавры.
Ученые изучали породы Аризоны, анализируя вкрапленные слои вулканического пепла, содержащие радиоизотопы, которые распадаются с предсказуемой скоростью. В пределах осадков они также обнаруживали неоднократные развороты полярности магнитного поля планеты. Затем группа сравнила эти данные с ядрами Нью-Йорка и Нью-Джерси, которые проникли в старые озера и почвы, в которых сохранялись признаки чередования влажных и сухих периодов в истории Земли.
Кент и Олсен уже давно утверждают, что изменения климата, проявленные в скалах Нью-Йорка и Нью-Джерси, контролировались 405-тысячным циклом. Однако там нет слоев вулканического пепла для установления точных дат. Но эти ядра действительно содержат развороты полярности, подобные тем, которые были обнаружены в Аризоне.
Объединив два набора данных, команда показала, что оба места менялись в одно и то же время, и что интервал в 405 000 лет действительно является своего рода основным контроллером над колебаниями климата. Палеонтолог Пол Олсен, соавтор исследования, сказал, что цикл не меняет климат напрямую; скорее, он усиливает или ослабляет последствия более коротких циклов, которые действуют более непосредственно.
Планетарные движения, которые стимулируют климатические колебания, известны как циклы Миланковича, названные по имени сербского математика, который разработал их в 1920-х годах. Они состоят из 100 000-летнего цикла в эксцентриситете орбиты Земли, подобно большому 405 000-летнему колебанию; 41 000-летний цикл в наклоне земной оси относительно ее орбиты вокруг Солнца; и 21 000-летний цикл, вызванный колебанием оси планеты. Вместе эти изменения меняют пропорции солнечной энергии, достигающей Северного полушария, и это, в свою очередь, влияет на климат.
В 1970-х годах ученые показали, что циклы Миланковича приводили к повторному потеплению и охлаждению планеты и, таким образом, к появлению и прекращению ледникового периода за последние несколько миллионов лет.
Но они все еще спорят о несоответствиях в данных за этот период, а также о взаимоотношениях циклов с растущим и понижающимся уровнями углекислого газа с одной стороны, а с другой — очевидным основным климатическим контролем. Понимание того, как все это работало в более отдаленном прошлом, еще сложнее. Во-первых, частоты более коротких циклов почти наверняка изменились с течением времени, но никто не может точно сказать, на сколько.
С другой стороны, циклы постоянно влияют друг на друга. Иногда некоторые не совпадают по воздействию с другими, и они склонны отменять друг друга; либо несколько циклов могут выстраиваться в линию друг за другом, чтобы инициировать внезапные, радикальные изменения. Выполнение расчета того, как все они могут соединиться друг с другом, становится еще сложнее, если мы хотим заглянуть дальше во времени.
Кент и Олсен говорят, что каждые 405 000 лет, когда орбитальный эксцентриситет находится на пике, сезонные различия, вызванные более короткими циклами, становятся более интенсивными; лето жарче, а зима холоднее; сухой период еще суше, дождливый еще более влажным.
Противоположностью будет время 202 500 лет спустя, когда орбита Земли будет самой круглой. Во время позднего триаса, по непонятным причинам, была намного теплее, чем сейчас, спустя многие циклы, и оледенения практически не было. Затем цикл 405 000 лет проявился в чередующихся влажных и сухих периодах. Осадки достигли пика, когда орбита была наиболее эксцентричной, создавая глубокие водные пространства, которые оставили слои черного сланца в восточной части Северной Америки. Когда орбита была наиболее близка к окружности, они иссякли, оставив более легкие слои почвы.
Кент и Олсен говорят, что из-за всех конкурирующих факторов еще многое предстоит узнать. «Это действительно сложный материал, — сказал Олсен. «Мы используем в основном те же самые виды математики, что и для отправки космических кораблей на и, конечно же, это работает. Но как только вы начнете распространять межпланетные движения назад во времени, чтобы выяснить влияние на климат, вы не сможете утверждать, что точно понимаете, как все это работает». По его словам, метрономический ритм 405-тысячного цикла может помочь исследователям разобраться в этом непростом деле.
Если вам интересно, Земля в настоящее время находится в почти круговой части 405 000-летнего периода. Что это значит для нас? «Наверное, ничего особо заметного», — говорит Кент. «Все это довольно далеко в списке многих других факторов, которые могут повлиять на климат во времени, который имеет для нас значение». Дэннис Кент указывает, что, согласно теории Миланковича, мы должны быть на пике тенденции потепления в 20-тысячном цикле, который закончился последним ледниковым периодом; Земля может в конце концов снова начать охлаждение в течение тысяч лет и, возможно, затем наступит новый ледниковый период.
Больше информации: Dennis V. Kent el al., «Empirical evidence for stability of the 405-kiloyear Jupiter–Venus eccentricity cycle over hundreds of millions of years,» PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1800891115
На экваторе. Производится включением ракетного двигателя над полюсом (в случае полярной орбиты). Импульс, как и в предыдущем случае, выдается в направлении, перпендикулярном направлению орбитальной скорости. В результате восходящий узел орбиты смещается вдоль экватора, а наклонение плоскости орбиты к экватору остается неизменным.
Изменение наклонения орбиты - исключительно энергозатратный манёвр. Так, для спутников на низкой орбите (имеющих орбитальную скорость порядка 8 км/с) изменение наклонения орбиты к экватору на 45 градусов потребует приблизительно той же энергии (приращения характеристической скорости), что и для выведения на орбиту - около 8 км/с. Для сравнения можно отметить, что энергетические возможности корабля «Спейс шаттл » позволяют, при полном использовании бортового запаса топлива (около 22 тонн: 8,174 кг горючего и 13,486 кг окислителя в двигателях орбитального маневрирования) изменить значение орбитальной скорости всего на 300 м/с, а наклонение, соответственно (при маневре на низкой круговой орбите) - приблизительно на 2 градуса. По этой причине искусственные спутники выводятся (по возможности) сразу на орбиту с целевым наклонением.
В некоторых случаях, однако, изменение наклонения орбиты все же является неизбежным. Так, при запуске спутников на геостационарную орбиту с высокоширотных космодромов (например, Байконура), поскольку невозможно сразу вывести аппарат на орбиту с наклонением, меньшим, чем широта космодрома, применяется изменение наклонения орбиты. Спутник выводится на низкую опорную орбиту, после которой последовательно формируются несколько промежуточных, более высоких орбит. Требуемые для этого энергетические возможности обеспечиваются разгонным блоком, устанавливаемым на ракету-носитель. Изменение наклонения производится в апогее высокой эллиптической орбиты, так как скорость спутника в этой точке относительно невелика, и манёвр обходится меньшими энергозатратами (по сравнению с аналогичным маневром на низкой круговой орбите) .
Расчет энергетических затрат на манёвр изменения наклонения орбиты
Расчет приращения скорости ( texvc не найден; См. math/README - справку по настройке.): \Delta{v_i}
), требуемого для осуществления маневра, выполняется по формуле:
texvc не найден; См. math/README - справку по настройке.): \Delta{v_i}= {2\sin(\frac{\Delta{i}}{2})\sqrt{1-e^2}\cos(w+f)na \over {(1+e\cos(f))}}
- Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл
texvcне найден; См. math/README - справку по настройке.): e - эксцентриситет - Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл
texvcне найден; См. math/README - справку по настройке.): w - аргумент перицентра - Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл
texvcне найден; См. math/README - справку по настройке.): f - истинная аномалия - Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл
texvcне найден; См. math/README - справку по настройке.): n - эпоха - Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл
texvcне найден; См. math/README - справку по настройке.): a - большая полуось
Напишите отзыв о статье "Изменение наклонения орбиты"
Примечания
| Орбиты | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Типы
Параметры
|
||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Изменение наклонения орбиты
И снова плавно взмахнула «крылатой» рукой, как бы указывая нам дорогу, и перед нами тут же побежала, уже знакомая, сияющая золотом дорожка...А дивная женщина-птица снова тихо поплыла в своей воздушной сказочной ладье, опять готовая встречать и направлять новых, «ищущих себя» путешественников, терпеливо отбывая какой-то свой особый, нам непонятный, обет...
– Ну что? Куда пойдём, «юная дева»?.. – улыбнувшись спросила я свою маленькую подружку.
– А почему она нас так называла? – задумчиво спросила Стелла. – Ты думаешь, так говорили там, где она когда-то жила?
– Не знаю... Это было, наверное, очень давно, но она почему-то это помнит.
– Всё! Пошли дальше!.. – вдруг, будто очнувшись, воскликнула малышка.
На этот раз мы не пошли по так услужливо предлагаемой нам дорожке, а решили двигаться «своим путём», исследуя мир своими же силами, которых, как оказалось, у нас было не так уж и мало.
Мы двинулись к прозрачному, светящемуся золотом, горизонтальному «тоннелю», которых здесь было великое множество, и по которым постоянно, туда-сюда плавно двигались сущности.
– Это что, вроде земного поезда? – засмеявшись забавному сравнению, спросила я.
– Нет, не так это просто... – ответила Стелла. – Я в нём была, это как бы «поезд времени», если хочешь так его называть...
– Но ведь времени здесь нет? – удивилась я.
– Так-то оно так, но это разные места обитания сущностей... Тех, которые умерли тысячи лет назад, и тех, которые пришли только сейчас. Мне это бабушка показала. Это там я нашла Гарольда... Хочешь посмотреть?
Ну, конечно же, я хотела! И, казалось, ничто на свете не могло бы меня остановить! Эти потрясающие «шаги в неизвестное» будоражили моё и так уже слишком живое воображение и не давали спокойно жить, пока я, уже почти падая от усталости, но дико довольная увиденным, не возвращалась в своё «забытое» физическое тело, и не валилась спать, стараясь отдохнуть хотя бы час, чтобы зарядить свои окончательно «севшие» жизненные «батареи»...
Так, не останавливаясь, мы снова преспокойно продолжали своё маленькое путешествие, теперь уже покойно «плывя», повиснув в мягком, проникающем в каждую клеточку, убаюкивающем душу «тоннеле», с наслаждением наблюдая дивное перетекание друг через друга кем-то создаваемых, ослепительно красочных (наподобие Стеллиного) и очень разных «миров», которые то уплотнялись, то исчезали, оставляя за собой развевающиеся хвосты сверкающих дивными цветами радуг...
Неожиданно вся эта нежнейшая красота рассыпалась на сверкающие кусочки, и нам во всем своём великолепии открылся блистающий, умытый звёздной росой, грандиозный по своей красоте, мир...
У нас от неожиданности захватило дух...
– Ой, красоти-и-ще како-о-е!.. Ма-а-амочка моя!.. – выдохнула малышка.
У меня тоже от щемящего восторга перехватило дыхание и, вместо слов, вдруг захотелось плакать...
– А кто же здесь живёт?.. – Стелла дёрнула меня за руку. – Ну, как ты думаешь, кто здесь живёт?..
Я понятия не имела, кем могут быть счастливые обитатели подобного мира, но мне вдруг очень захотелось это узнать.
– Пошли! – решительно сказала я и потянула Стеллу за собой.
Нам открылся дивный пейзаж... Он был очень похож на земной и, в то же время, резко отличался. Вроде бы перед нами было настоящее изумрудно зелёное «земное» поле, поросшее сочной, очень высокой шелковистой травой, но в то же время я понимала, что это не земля, а что-то очень на неё похожее, но чересчур уж идеальное... ненастоящее. И на этом, слишком красивом, человеческими ступнями не тронутом, поле, будто красные капли крови, рассыпавшись по всей долине, насколько охватывал глаз, алели невиданные маки... Их огромные яркие чашечки тяжело колыхались, не выдерживая веса игриво садившихся на цветы, большущих, переливающихся хаосом сумасшедших красок, бриллиантовых бабочек... Странное фиолетовое небо полыхало дымкой золотистых облаков, время от времени освещаясь яркими лучами голубого солнца... Это был удивительно красивый, созданный чьей-то буйной фантазией и слепящий миллионами незнакомых оттенков, фантастический мир... А по этому миру шёл человек... Это была малюсенькая, хрупкая девочка, издали чем-то очень похожая на Стеллу. Мы буквально застыли, боясь нечаянно чем-то её спугнуть, но девочка, не обращая на нас никакого внимания, спокойно шла по зелёному полю, почти полностью скрывшись в сочной траве... а над её пушистой головкой клубился прозрачный, мерцающий звёздами, фиолетовый туман, создавая над ней дивный движущийся ореол. Её длинные, блестящие, фиолетовые волосы «вспыхивали» золотом, ласково перебираемые лёгким ветерком, который, играясь, время от времени шаловливо целовал её нежные, бледные щёчки. Малютка казалась очень необычной, и абсолютно спокойной...
Каждые 405 тыс. лет орбита Земли удлиняется, что приводит к массовым вымираниям.
Ученые из Ратгерского университета пришли к выводу, что каждые 405 тыс. лет орбита Земли удлиняется, из-за влияния гравитации Юпитера и Венеры, что приводит к изменению климата на планете и массовым вымираниям, сообщает .
Цикл в 405 тыс. лет предсказали на основе расчетов движения планет и он охватывает приблизительно 215 млн лет. Также со степенью отклонения от окружности орбиты Земли связаны изменения в расположении магнитных полюсов планеты.
Подробные данные об изменениях в направлении магнитного поля ученые получили, после анализа отложений в рифтовом бассейне Ньюарк (штат Нью-Джерси, США) и осадочных пород в геологической формации Chinle Formation.
В полученных образцах были минералы циркона с вкраплениями магнетита, по которому можно судить о состоянии магнитного поля планеты.
Полученные результаты соответствовали теоретическим расчетам, что позволяет использовать цикл для более точного датирования происходящих на Земле событий, в том числе триасово-юрского вымирания, когда исчезло большое количество видов животных, освободив экологические ниши динозаврам.
Орбита Земли - траектория движения Земли вокруг Солнца на среднем расстоянии около 150 миллионов километров (152 098 238 км в афелии, 147 098 290 км в перигелии). Орбита имеет эллиптическую форму. Один оборот, так называемый сидерический год, продолжается 365,2564 суток. Орбита имеет длину более 940 миллионов км. Барицентр Земли совершает движение с запада на восток со средней скоростью 29,783 км/c или 107 218 км/ч.
Наклон оси вращения Земли - угол между плоскостями экватора небесного тела и его орбиты - равен 23,439281
Колебания орбиты Земли могут привести к новому ледниковому периоду – ученые
Орбита Земли периодически меняется из-за собственных колебаний планеты, а также сил гравитации. Это приводило к масштабным изменениям климата в прошлом и может повториться в будущем.
Ученые убеждены, что орбитальные вариации Земли, такие как колебания и наклонения планеты на ее оси вращения, а также ее ритмическое удлинение формы орбиты, влияют на форму морского дна на Земле.
Согласно докладу, озвученному специалистами по геологии из Гарвардского университета, ученые и раньше знали, что орбитальные колебания, провоцируемые гравитационным взаимодействием между Солнцем и планетами Солнечной системы, могут зачастую достигать таких масштабов, что это приводит к возникновению так называемых ледниковых периодов. На Земле это было минимум дважды.
Во время циклов ледникового периода значительная часть воды превращается в лед и потом перераспределяется между океанами. В конечном итоге лед обратно разогревается и превращается в воду, что может приводить к изменениям уровня мирового океана до 200 метров. Эти же циклы изменяют давление на океанское дно и провоцируют воздействие на магму Земли.
Теперь группа ученых из Гарварда также установила, что в реальности изменения морского дна происходят не только во время ледникового периода и после него, но и между ними. Согласно расчетам специалистов, колебания планеты напрямую влияют на количество океанической коры, которое может изменяться в толщине до 1 км. Также специалисты выявили, что изменение коры влечет за собой смещение океанических хребтов и близлежащих территорий.
Так, специалисты выявили, что пролив Хуан-де-Фука отделяющий юг острова Ванкувер от северо-западной части штата Вашингтон в северной части Тихого океана, был создан как раз за счет движения дна в межледниковый период. Его длина составляет 153 км. Он находился в процессе формирования последний 1 млн лет и именно орбитальные колебания поспособствовали его появлению в нынешнем виде.
История космонавтики, как и любой другой отрасли, хранит примеры остроумных решений, когда желаемая цель достигалась красивым и неожиданным способом. СССР/России не повезло с доступностью геостационарной орбиты. Но вместо того, чтобы достать до нее более тяжелыми ракетами или пытаться снизить массу полезной нагрузки, разработчиков осенила идея использования специальной орбиты. Об этой орбите и спутниках, которые ее используют до сих пор, наш сегодняшний рассказ.
Физика
Говоря о геостационарных и высокоэллиптических орбитах необходимо вспомнить такое понятие как наклонение орбиты . В данном случае, наклонение орбиты - это угол между плоскостью экватора Земли и плоскостью орбиты спутника:
Если мы стартуем с космодрома и начинаем разгоняться строго на восток, то получившаяся орбита будет иметь наклонение, равное широте космодрома. Если мы начинаем разгоняться, отклонившись к северу, то получившееся наклонение будет больше. Если мы, подумав, что это должно уменьшить наклонение, начнем разгоняться на юго-восток, получившаяся орбита будет иметь также большее наклонение, чем наша широта. Почему? Посмотрите на картинку: при разгоне строго на восток самой северной точкой проекции орбиты (синяя линия) будет наш космодром. А если мы будем разгоняться на юго-восток, то самая северная точка проекции получившейся орбиты будет севернее нашего космодрома, и наклонение орбиты окажется больше широты космодрома:
Вывод: при запуске космического аппарата начальное наклонение его орбиты не может быть меньше широты космодрома.
Для того, чтобы выйти на геостационарную орбиту (наклонение 0°) нужно обнулить наклонение, но на это требуется дополнительное топливо (физика этого процесса - ). Космодром Байконур имеет широту 45°, а, учитывая, что отработанные ракетные ступени не должны падать в Китай, ракеты запускаются на северо-восток на трассы с наклонением 65° и 51,6°. В результате, четырехступенчатая ракета-носитель 8К78, которая запускала к Луне полторы тонны, а к Марсу - почти тонну, на геостационарную орбиту смогла бы вывести всего ~100 кг. Уместить в такую массу полноценный геостационарный спутник связи в начале 60-х годов не могла ни одна страна. Надо было придумывать что-то другое. На помощь пришла орбитальная механика. Чем больше высота спутника, тем медленнее относительно Земли он движется. На высоте 36 000 км над экватором спутник будет постоянно висеть над одной точкой Земли (на этой идее и работает геостационарная орбита). А если мы выведем спутник на орбиту, которая представляет собой вытянутый эллипс, то его скорость будет очень сильно меняться. В перицентре (самая близкая к Земле точка орбиты) он будет лететь очень быстро, а вот в районе апоцентра (самая удаленная от Земли точка орбиты) будет на несколько часов практически зависать на месте. Если отметить точками путь спутника с интервалом один час, получится следующая картина:
Кроме почти неподвижности, на большой высоте спутник будет видеть обширный участок нашей планеты и сможет обеспечивать связь между удаленными пунктами. Большое наклонение орбиты будет означать, что даже в Арктике с приемом сигнала не будет проблем. А если выбрать наклонение близкое к 63,4°, то гравитационные помехи от Земли будут минимальными, и на орбите можно будет находиться практически без коррекции. Так родилась орбита "Молния" с параметрами:
- Перицентр: 500 км
- Апоцентр: 40 000 км
- Наклонение: 62,8°
- Период обращения: 12 часов
Воплощение в железе
На высокоэллиптическую орбиту ракета 8К78 могла вывести целых 1600 кг. Для разработчиков это было счастье - можно было сделать мощный спутник с большими возможностями и параллельно "утереть нос" американцам, спутники связи которых не превышали по массе 300 кг. Получившийся аппарат впечатлял своими характеристиками:
В состав оборудования спутника входило три ретранслятора мощностью 40 Вт и два резервных мощностью 20 Вт, а электричество для них вырабатывали солнечные батареи суммарной мощностью в полтора киловатта. Для приема и передачи данных использовались две управляемые параболические антенны диаметром 1,4 метра. Аппаратом управляло транзисторное программно-временное устройство, предок современных компьютеров, а ориентацию поддерживал уникальный трехстепенной силовой гироско п. Система управления реализовывала сложные алгоритмы полетных режимов с трехосной ориентацией. На рабочем участке аппарат поддерживал постоянную ориентацию солнечными батареями на Солнце, сопровождая Землю управляемыми основными антеннами. Завершив рабочий участок, аппарат поворачивался по данным инфракрасной вертикали до тех пор, пока не занимал положение, параллельное вектору орбитальной скорости в перицентре. В районе перицентра, по хранящимся в памяти командам, он мог совершать коррекцию орбиты.
Вид сверху, хорошо виден конус двигательной установки и шар-баллоны сжатого азота для системы ориентации
Вид снизу, видны солнечные батареи, блок датчиков на торце и антенны
Предполагалось, что срок активного существования аппарата превысит один год, цифра, по тем временам, фантастическая. Аппарат получил название "Молния", и, забегая вперед, скажем, что он оказался настолько эпохальным, что и орбиту и ракету-носитель 8К78 назвали в его честь.
Эксплуатация
Ракета-носитель "Молния-М", потомок РН "Молния"
В то время начало эксплуатации не могло быть легким. 4 июня 1964 года первая "Молния" не долетела до орбиты из-за аварии ракеты-носителя. 22 августа 1964 года второй аппарат был успешно выведен на близкую к расчетной орбиту. Но вот беда - обе основные антенны, которые должны были дублировать друг друга, не раскрылись. Расследование установило, что во время испытаний на одной из антенн было обнаружено повреждение изоляции кабеля, и штанги антенн, по решению конструктора, обмотали дополнительно хлорвиниловой лентой. В космосе в тени солнечных батарей лента замерзла, и пружины, которые и так с трудом раскрывали антенны, не смогли пересилить смерзшийся пластик. Вторая "Молния" была потеряна. На будущее проблему было легко исправить, пружины на антенных штангах заменили на электродвигатели, которые гарантированно полностью раскрывали антенны. Наконец, 23 апреля 1965 года третья "Молния" была успешно запущена и оказалась полностью работоспособной. Был нервный момент, когда главное реле не захотело включаться с первого раза, но, после нескольких томительных минут непрерывной отправки с Земли команд на включение ретранслятора, он все-таки включился. Между Москвой и Владивостоком установилась связь через первый советский спутник-ретранслятор:
Первые телевизионные кадры, переданные при помощи "Молнии"
Большая мощность сигнала означала, что для его приема не нужны большие антенны, по стране стали строить сравнительно небольшие павильоны "Орбита":
Сетью станций спутникового вещания была быстро покрыта северная и восточная часть СССР:
А спутниковое телевидение из технического чуда быстро стало обыденностью, председатель крайкома на Дальнем Востоке сразу заявил, что в случае проблем с трансляцией передач будет жаловаться лично Брежневу. К 1984 году количество станций "Орбита" превысило сотню, сделав советское спутниковое ТВ доступным даже в небольших городах. Станции ретранслировали московский сигнал на местный телецентр, который, уже, в свою очередь, обслуживал значительный район.
Первые спутники "Молния" не смогли перешагнуть рубеж срока существования в один год. Из-за того, что спутник каждые сутки четыре раза пролетал через радиационные пояса, солнечные батареи стали быстро деградировать. Первая "Молния" смогла прожить с апреля по ноябрь. В конструкцию спутника добавили резервные солнечные панели, которые раскрывались при необходимости после деградации основных. Уже "Молния" №7 смогла активно существовать с октября 1966 по январь 1968. Для советских спутников это был очень большой срок.
"Молнии" разрабатывали в ОКБ С.П. Королева, а уже в 1965 году производство стали передавать в Красноярск "филиалу №2" под руководством Михаила Решетнева. С этого началась славная история предприятия, известного сейчас как АО ИСС им. академика Решетнева. Аппараты "Молния" активно развивались. Параболическая антенна была заменена на четырехспиральную:
Интересные кадры испытаний и рассказ о четырехспиральной антенне:
Дополнительные солнечные панели
Аппараты перешли на сантиметровый диапазон волн, научились вещать не на всю страну, а на отдельные временные зоны, постоянно возрастало количество каналов связи и их пропускная способность. Со временем "Молнии" перестали использоваться для гражданского телевещания и стали, в основном, спутниками военной связи. Последний аппарат семейства "Молния", "Молния-3К" был запущен в 2001 году.
Сегодня и завтра
Гражданское ТВ-вещание в СССР/России со временем перешло на геостационарную орбиту. Появилась более грузоподъемная ракета-носитель "Протон", которая начала выводить спутники на геостационар с 1975 года. Павильон "Орбиты" требовал двенадцатиметровую подвижную антенну и проигрывал спутниковым "тарелкам", которые сейчас встречаются повсеместно. Спутники "Молния" закончили свою жизнь. Но орбита "Молния" не умерла. Она востребована для наших высоких широт, и сейчас по ней летают спутники связи "Меридиан", с 2012 года идет разработка метеорологической системы "Арктика" . Уникальные свойства орбиты используются и за океаном - американский военный спутник NROL-35, предположительно относящийся к спутникам системы предупреждения о ракетном нападении и запущенный в декабре 2014 года, был выведен именно на орбиту "Молния". Кто знает, может быть, молния в руках у девушки на эмблеме миссии - намек на название орбиты?
Вариант орбиты "Молния", орбита "Тундра" с апоцентром 46-52 тысячи километров и периодом обращения в одни сутки, используется тремя спутниками радиосвязи Sirius XM и японской навигационной системой QZSS.
В будущем орбита "Молния" не будет забыта. Геостационарная орбита перегружена, как вариант, спутники могут начать уходить на высокоэллиптические орбиты. И даже за пределами Земли изобретению советских баллистиков может найтись применение: в проекте пилотируемой миссии на Марс HERRO для управления в реальном времени роботами на поверхности предлагается использовать аналог орбиты "Молния".