Свершилось! Человеческий разум бросил вызов силам природы и одержал величайшую победу: на орбите первый искусственный спутник Земли!
Он появился над планетой 4 октября 1957 года, в канун празднования 40-й годовщины Великого Октября. Изумленный мир следил за ним, завороженно слушал его позывные «бип...бип...бип» и не переставал удивляться ему, как чуду. Волна восторга катилась по планете.
Искусственный спутник Земли (ИСЗ) начал свое космическое путешествие с космодрома Байконур, который в те дни еще не был известен всему миру.
Советский ИСЗ имел форму шара. Это обеспечило постоянство силы сопротивления атмосферы при любой его ориентации относительно направления движения.
Спутник размещался в передней части ракеты-носителя и прикрывался защитным конусом, который предохранял его от аэродинамических и термических воздействий при прохождении плотных слоев атмосферы. После окончания работы двигателей ракеты-носителя защитный конус был сброшен, спутник под действием специального толкателя отделился от ракеты и начал самостоятельный полет по орбите.
Герметический корпус состоял из двух тонкостенных полуоболочек (соединяемых при сборке), изготовленных из алюминиевых сплавов. Его поверхность была отполирована и подвергнута специальной обработке. Диаметр спутника равнялся 580 мм, вес — 83,6 кг. Внутри размещалась радиоаппаратура вместе с источниками питания. Снаружи были шарнирно прикреплены антенны — два стержня длиной по 2,4 м и два по 2,9 м.
На спутнике были установлены два радиопередатчика, непрерывно излучавшие сигналы 20,005 и 40,002 МГц, которые использовались для контроля за параметрами орбиты, а также для изучения прохождения радиоволн в ионосфере.
Орбита первого ИСЗ представляла собой эллипс. Максимальное удаление от поверхности Земли в апогее составляло 947 км, минимальное в перигее — 228 км. Период обращения был равен 96,17 мин. Плоскость орбиты была наклонена к плоскости экватора под углом 65,1°.
В итоге наблюдений за движением первого искусственного спутника Земли и регистрации многочисленных данных измерений были получены сведения, представляющие для ученых исключительную ценность. Результаты всемирных наблюдений показали хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных. Совершая полет по траектории, первопроходец космоса с астрономической точностью появлялся в установленное время над указанными районами земного шара. Продолжительный и тщательный анализ орбитального полета дал возможность представить процесс эволюции параметров орбиты ИСЗ и получить информацию о плотности верхних слоев атмосферы.
Большое значение имели наблюдения за прохождением радиоволн, излучаемых радиопередатчиками спутника. До запуска первого ИСЗ наши знания об ионосфере пополнялись за счет изучения радиоволн, посылаемых с Земли и отражаемых ионосферой. Спутник же, пронизывавший различные области верхней атмосферы и постоянно подававший радиосигналы различной частоты, как бы вел репортаж о ее состоянии и свойствах.
Для ученых это был один из самых интересных репортажей, продолжавшийся в течение 92 суток. За это время первопроходец космоса совершил 1400 оборотов вокруг Земли и пролетел около 600 млн. км.
Спустя месяц после запуска первого искусственного спутника мир облетела весть о новом достижении нашей науки и техники — запуске второго ИСЗ. На его борту находилась космическая путешественница — собака Лайка. Спутник представлял собой последнюю ступень ракеты-носителя. Вес научной аппаратуры, источников энергии, радиоустановки и контейнера с собакой составлял 508,3 кг. Второй ИСЗ двигался по более вытянутой орбите и в апогее достигал высоты 1671 км. Он сделал около 2370 витков вокруг планеты и летал в течение 162 суток, до 14 апреля 1958 года.
Схема размещения аппаратуры на втором искусственном спутнике Земли:
1 — защитный конус, сбрасываемый после выведения спутника на орбиту, 2 — прибор для исследования ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, 3 — сферический контейнер с аппаратурой и радиопередатчиками, 4 — силовая рама для крепления аппаратуры, 5 — герметическая кабина с подопытным животным.
В 1958 год человечество вступило при свете двух советских звезд — двух первых в мире искусственных небесных тел, сиявших над нашей планетой. А 15 мая на околоземную орбиту был выведен третий советский ИСЗ. Это была летающая лаборатория весом 1327 кг с целым комплексом научной аппаратуры. Она совершила свой стремительный полет по орбите, весьма близкой к орбите второго ИСЗ, поднимаясь в апогее на высоту 1881 км. Третий советский спутник вращался над нашей планетой почти два года — в течение 692 суток, сделав 10 037 оборотов.
+ Щелкните по рисунку, чтобы увеличить!
Схема размещения научной аппаратуры третьего искусственного спутника Земли:
1 — магнитометр, 2 — фотоумножители для регистрации корпускулярного излучения Солнца, 3 — солнечные батареи, 4 — прибор для регистрации фотонов в космических лучах, 5 — магнитный и ионизационный манометры, 6 — ионные ловушки, 7 — электростатические флюксометры, 8 — масс-спектрическая трубка, 9 — прибор для регистрации тяжелых ядер в космических лучах, 10 — прибор для измерения интенсивности первичного космического излучения, 11 — датчики для регистрации микрометеоров.
С помощью трех первых советских ИСЗ ученые получили ценные данные о плотности, давлении и составе верхних слоев атмосферы, провели первые исследования магнитного поля Земли вдали от ее поверхности, радиационных поясов, метеоритной опасности. Результаты этих научных исследований во многом изменили представление об околоземном космическом пространстве.
Первые искусственные небесные тела положили начало новой эре в изучении Вселенной. Но они только приоткрыли завесу над целым океаном научных тайн, хранимых безбрежными просторами космоса. После этого были спутники серии «Космос» и другие околоземные исследователи, автоматические межпланетные станции, направляемые к Луне, Венере и Марсу. На четвертом году космической эры в космосе побывал первый землянин — советский человек, верный сын нашей Родины Юрий Алексеевич Гагарин. Затем заатмосферное пространство штурмовали на «Востоках», «Восходах» и «Союзах» многие советские космонавты. Были многомесячные полеты на орбитальных космических станциях «Салют». Но впервые в космос вышел небольшой металлический шар...
Сегодня космонавтика прочно служит народному хозяйству. Советские ученые создали целый ряд спутников, которые трудятся на благо нашего народа. Сей час над планетой несут вахту метеорологические спутники «Метеор», спутники связи «Молния», «Экран», «Радуга», спутники, помогающие поиску полезных ископаемых и охране окружающей среды.
За прошедшее двадцатилетие на околоземные орбиты и межпланетные трассы мы вывели около 1200 космических аппаратов с научной аппаратурой. Автоматические разведчики вселенной бесконечно раздвинули границы человеческого познания. Необозримо обогатили науку новыми сведениями о нашей Земле, о космическом пространстве, о планетах солнечной системы и о далеких звездных мирах.
Материал готовили В. ВОРОБЕЙ, И. МЕРКУЛОВ
Моделист-конструктор №10 1977 г.
*
Задание 6. В результате перехода искусственного спутника Земли с одной круговой орбиты на другую его центростремительное ускорение увеличивается. Как изменяются в результате этого перехода скорость движения спутника по орбите и период его обращения вокруг Земли?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Решение.
На спутник действует только сила притяжения земли
где M - масса земли; m - масса спутника; R - радиус орбиты. В соответствии со вторым законом Ньютона, можно записать:
,
где a – играет роль центростремительного ускорения. Отсюда видно, что при увеличении ускорения, радиус орбиты будет уменьшаться.
Теперь рассмотрим как изменится скорость движения спутника в зависимости от радиуса орбиты. Подставим вместо ускорения , получим:
.
То есть, при уменьшении R, скорость спутника увеличивается.
Период обращения спутника вокруг Земли – это время, за которое спутник делает один оборот вокруг Земли. Если радиус орбиты уменьшается, а центростремительное ускорение возрастает, то скорость спутника увеличивается. Таким образом, спутник проходит меньшее расстояние с большей скоростью и его период уменьшается.
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2019 г. – задание №6. Искусственный спутник Земли перешёл с одной круговой орбиты на другую, на новой орбите скорость его движения меньше, чем на прежней. Как изменились при этом потенциальная энергия спутника в поле тяжести Земли и его период обращения вокруг Земли?
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу
Ответ: 11
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2018 г. – задание №6. В результате перехода спутника Земли с одной круговой орбиты на другую скорость его движения уменьшается. Как изменяются при этом центростремительное ускорение спутника и период его обращения вокруг Земли?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу
выбранные цифры для каждой физической величины.
Цифры в ответе могут повторяться.
Решение:
1) Центростремительное ускорение спутника: уменьшается
⇒ a y ↓, F T
⇒ a y ↓, V 2 ↓, r
2) Период обращения спутника вокруг Земли: увеличивается
⇒ r , V ↓, T
Ответ: 21
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2017 г. – задание №6
Высота полёта искусственного спутника над Землёй увеличилась с 400 до 500 км. Как изменились в результате этого скорость спутника и его потенциальная энергия?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1. увеличилась
2. уменьшилась
3. не изменилась
Запишите выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение:
На спутник действует сила притяжения со стороны Земли, она сообщает ему центростремительное ускорение:
R — расстояние от спутника до центра Земли, которое увеличилось, в следствие чего скорость движения уменьшилась.
Так как расстояние увеличилось, то и потенциальная энергия увеличилась.
Ответ: 21
Демонстрационный вариант ЕГЭ 2016 г. – задание №6
На поверхности воды плавает сплошной деревянный брусок. Как изменятся глубина погружения бруска и сила Архимеда, действующая на брусок, если его заменить сплошным бруском той же плотности и высоты, но большей массы?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение:
Сила Архимеда – это выталкивающая сила, действующая на погруженные в жидкость тела ,
где — плотность жидкости; — объем тела; — ускорение свободного падения.
Объем тела равен , где — масса тела; — плотность тела.
Подставим в формулу силы Архимеда, получим: .
Последнее выражение показывает, что сила Архимеда и массой тела зависит прямо пропорционально, т.е. чем больше масса, тем выше сила Архимеда. Глубина останется прежней, т.к. глубина не зависит от массы, а зависит от плотности тела.
Космический аппарат, выведенный на орбиту вокруг Земли и совершивший не менее одного оборота вокруг Земли. [ОСТ 45.124 2000] Тематики службы связи … Справочник технического переводчика
Искусственный спутник земли - Движение искусственного спутника Земли по геостационарной орбите Искусственный спутник Земли (ИСЗ) беспилотный космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите. Для движения по орбите… … Википедия
ИСКУССТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ - (ИСЗ) космич. аппарат, выведенный на орбиту вокруг Земли и совершивший вокруг неё не менее одного оборота. Первый в мире ИСЗ запущен в СССР 4 окт. 1957. 1 февр. 1958 на орбиту был выведен первый амер. ИСЗ. Для вывода ИСЗ на орбиту с помощью… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Первый искусственный спутник Земли - Первый в мире искусственный спутник Земли Передовица «Правды», посвящённая запуску спутника Спутник 1 первый искусственный спутник Земли, был запущен на орбиту в СССР 4 октября 1957 года. Кодовое обозначение спутника ПС 1 (Простейший Спутник 1).… … Википедия
Первый китайский искусственный спутник Земли "Дунфанхун-1" - 24 апреля 1970 года был выведен на орбиту первый китайский спутник Дунфанхун 1 (Dongfanghong 1, DFH 1) ракетоносителем Чанчжэн 1 (Chang Zheng 1, CZ 1), стартовавшем с космодрома Цзюцюань. Достижения китайской космонавтики связаны с ученым Цянь… … Энциклопедия ньюсмейкеров
Первый искусственный спутник Земли - День начала космической эры человечества (4 октября 1957 года); провозглашен Международной федерацией астронавтики в сентябре 1967 года (в этот день в СССР осуществлен успешный запуск первого в мире искусственного спутника Земли) 4 октября 1957… … Энциклопедия ньюсмейкеров
геостационарный искусственный спутник земли - искусственный спутник Земли, постоянно находящийся над определённой точкой земного экватора. Имеет круговую орбиту, удалённую от поверхности Земли примерно на 36 000 км, и период обращения, равный звёздным суткам (23 ч 56 мин 4 с); движется в… … Энциклопедия техники
ПРОГНОЗ (искусственный спутник Земли) - «ПРОГНОЗ», искусственный спутник Земли для изучения солнечной активности, ее влияния на магнитосферу Земли и др. В 1972 85 в СССР запущено 10 «Прогнозов» … Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОН (искусственный спутник Земли) - «ЭЛЕКТРОН», искусственный спутник Земли, созданный в СССР для изучения радиационных поясов и магнитного поля Земли. Запускались парами один по траектории, лежащей ниже, а другой выше радиационных поясов. В 1964 запущено 2 пары «Электронов» … Энциклопедический словарь
ФОТОН (искусственный спутник Земли) - «ФОТОН», российский искусственный спутник Земли (запуски с 1988) с аппаратурой для получения в условиях невесомости полупроводниковых материалов с улучшенными свойствами и особо чистых биологически активных препаратов, а также изучения… … Энциклопедический словарь
Требуется перевести искусственный спутник, летящий по орбите радиусом (или большой полуосью, что для круговой орбиты, очевидно, одно и то же), равным a 1 , на орбиту ра-диусом a 2 (рис. 43).
Скорость искусственного спутника на орбите радиусом а равна:
v 1 = √(GM / a ).
Эта скорость называется первой космической скоростью на расстоя-нии a . Приняв за единицу длины радиус первой орбиты a 1 , интеграл энергии можно переписать в виде
v 2 = v 1 2 . ((2 / r ) — (1 / a )),
где v 1 — первая космическая скорость на расстоянии a 1 . В ин-тересующих нас случаях (переход с одной орбиты искусственного спутника Земли на дру-гую и перелёт с Земли на другую планету) за a 1 принимают значение радиуса Земли, или радиуса земной орбиты. В пер-вом случае v 1 = 8 км/с, во втором v 1 = 30 км/с.
Для перехода на орбиту радиусом a 2 нужно перевести искусственный спутник на промежуточную орбиту, представляющую собой эллипс, ка-сающийся как нижней, так и верхней орбиты (рис. 43). Большая полуось этого эллипса равна a пр = (a 1 + a 2) / 2.
На промежуточной орбите (точка A на рисунке 43) в пери-гее спутник должен иметь скорость:
v пр 2 = v 1 2 (2a 2 / (a 2 + a 1)).
Так как v пр > v 1 , то для перехода на промежуточную орби-ту нужно увеличить скорость искусственного спутника.
В точке B (рис. 43) скорость искусственного спутника, летящего по проме-жуточной орбите, меньше, чем первая космическая скорость на этом расстоянии:
v прв 2 = v 2 2 (2a 1 / (a 2 + a 1)).
Поэтому для окончательного перехода на новую орбиту ско-рость спутника должна быть ещё раз увеличена.
Если стоит задача не просто перевести искусственный спутник с орбиты на ор-биту, а провести стыковку с другим искусственным спутником (спутником-мишенью), то запуск должен производиться в строго определённое время, чтобы оба спутника подошли к точке B (рис. 43) одновре-менно. Для этого спутник-мишень в момент начала перевода должен находиться в точке C . Для определения дуги CB вос-пользуемся третьим законом Кеплера .
Поскольку период обращения спутника-мишени (летящего по орбите радиусом а 2) равен T 2 = 1,65 . 10 -4 √a 2 3 , а время пере-лёта равно половине периода для промежуточной орбиты t = 1 / 2 T пр = 0,83 . 10 -4 √a пр 3 , то длина дуги BC находится по фор-муле Материал с сайта
α = 360° . T пр / T 2 = 180° . √(1/8 . (1 + a 1 /a 2)),
что и определяет время старта искусственного спутника. Он производится в момент, когда спутник находится в точке A , а спутник-мишень прохо-дит точку C (рис. 43).
Очевидно, что полученные формулы непосредственно при-меняются к расчётам полётов к Луне (космический аппарат сначала выводится на низкую круговую орбиту) и к
