В начале 2024 года у Азербайджана появилась собственная орбитальная позиция в космосе. Ранее телекоммуникационный спутник Azerspace-1, запущенный в 2013 году и располагающийся в орбитальной позиции 460 восточной долготы, работал в диапазонах частот C и Ku орбитальной позиции, принадлежащей администрации Малайзии. Теперь же эта позиция передана в пользование Азербайджану. Давайте вместе пополним свой багаж знаний о типах орбит, орбитальных позициях, видах и типах спутников, находящихся в небе над Землей.

Виды и типы спутников

Спутники делятся на два типа: естественные и искусственные. Первый тип относится к небесным телам, вращающимся вокруг более крупных тел, например, Луны по отношению к Земле. Второй тип — это оборудование, созданное и запущенное в космос человеком для размещения на орбите нашей планеты. Именно на искусственных спутниках размещаются технологии для обеспечения GPS-навигации, передачи теле- и радиосигналов, доступа в интернет, связи и многого другого. После запуска искусственные спутники также служат инструментом для наблюдения за космосом и, следовательно, каждый день приносят новую информацию.

Безусловно, технический прогресс — это здорово, но с другой стороны, между крупными технологическими компаниями идет ожесточенная борьба за исключительное право использовать все возможные ресурсы космоса ради собственной выгоды. При том, что по состоянию на 1 мая 2023 года на орбите нашей крошечной планеты находилось более 7500 спутников, более половины из них используется в коммерческих целях, в основном, для обеспечения связи. Десятая часть относится к спутникам, запущенным отдельным государствами и чуть меньше — спутники, преследующие военные цели. А учитывая регулярные запуски спутников для пополнения космической орбитальной группировки Starlink, число которых в итоге может быть доведено до 42000, только представьте, что будет твориться в небе. Согласно данным, собранным спутниковой базой данных UCS (www.ucsusa.org), большим числом спутников на орбите на 1 мая 2023 года располагали США (5184 единиц), Китай (628), Великобритания (565) и Россия (181).

А вы знали, что именно земное притяжение помогает спутнику постоянно оставаться на орбите? Всем известно, что запуск спутников возможен только с помощью ракеты, которую затем размещают в разных местах, на разных высотах и под разными углами вокруг нашей планеты. Именно гравитация планеты помогает спутнику постоянно оставаться на орбите, не позволяя ему отправиться в путешествие по космосу. Эти устройства, как правило, питаются от батарей или солнечных панелей, а также могут быть гибридными. Для использования в определенных задачах к спутникам можно добавить специфическое оборудование, такое как камеры, телескопы, датчики и другое, однако все они должны иметь антенну, позволяющую осуществлять связь с Землей. Также есть возможность создания гораздо более сложных систем спутников или космических станций. А вот как будет работать спутник, зависит от его назначения. Спутники наблюдения Земли, например, движутся по разным орбитам, предлагая различные углы и перспективы. Данные, собранные с помощью спутниковых изображений высокого разрешения, могут использоваться во многих областях, например, при развитии сельских районов или разведки полезных ископаемых.

Типы орбит вокруг Земли

Существует четыре типа орбит вокруг Земли, на которых находятся спутники: низкая околоземная орбита (LEO), средняя околоземная орбита (MEO), высокоэллиптическая орбита (ВЭО) и геостационарная орбита (GEO).

Низкая околоземная орбита (LEO) имеет высоту над поверхностью планеты в диапазоне от 160 км (период обращения около 88 минут) до 2000 км (период около 127 минут). Объекты, находящиеся на меньших высотах, чем 160 км, испытывают очень сильное влияние атмосферы и нестабильны. За исключением пилотируемых полетов к Луне, все космические полеты человека проходили либо в области LEO, либо являлись суборбитальными. Наибольшую высоту среди пилотируемых полетов в области LEO имел аппарат Gemini 11 с апогеем в 1374 км. На настоящий момент все обитаемые космические станции и большая часть искусственных спутников Земли, включая Starlink от SpaceX, используют или использовали LEO. Также на LEO сосредоточена большая часть космического мусора. LEO используется для телекоммуникационных спутников, так как здесь им требуются менее мощные усилители. Однако данные орбиты не являются геостационарными, и спутник находится в области прямой видимости лишь небольшого участка поверхности Земли, поэтому и используются сети из множества спутников.

Средняя околоземная орбита (MEO), иногда называемая промежуточной круговой орбитой (ICO), представляет собой область пространства вокруг Земли над низкой околоземной орбитой (высота 2000 км) и ниже геостационарной орбиты (высота 35786 км). Эта орбита является домом для ряда искусственных спутников. Наиболее распространенные виды использования включают навигацию, связь и геодезию. Наиболее распространенная высота составляет приблизительно 20200 км, что дает период обращения по орбите в 12 часов, который используется, например, GPS. Спутники связи на MEO включают в себя созвездия O3b и будущие O3b mPOWER для связи и передачи данных в морские, воздушные и удаленные районы. Спутники связи, которые покрывают Северный и Южный полюсы, также включены в MEO.

Высокоэллиптическая орбита (ВЭО) — это тип эллиптической орбиты, у которой высота в апогее во много раз превышает высоту в перигее. Спутники, использующие ВЭО, двигаются с очень высокой скоростью в перигее, а затем сильно замедляются в апогее. Достоинства спутников на этой орбите заключаются в возможности обслуживания очень большой территории и в высоких широтах, широком использовании различных частот диапазонов, а также в более дешевом выводе на орбиту. Тем не менее спутники на ВЭО в настоящее время имеют больше недостатков, чем достоинств. В их число входит, например, необходимость иметь не менее трех спутников на орбите для круглосуточного функционирования системы. Кроме того, орбита спутников пересекает радиационные пояса, что сокращает срок активного существования космического аппарата, а из-за большого времени распространения сигнала, возникают сложности их использования в сервисах реального времени.

Геостационарная орбита (GEO) — это разновидность геосинхронной орбиты и ею называется круговая орбита, которая находится над экватором нашей планеты. На такой орбите искусственный спутник движется с угловой скоростью, которая равна угловой скорости вращения нашей планеты. Используется геостационарная орбита Земли преимущественно для того, чтобы размещать телетрансляционные и коммуникационные искусственные спутники. При этом они вращаются в направлении вращения Земли и находятся на высоте 35786 км над уровнем моря. Кстати, область космического пространства над экватором на высоте 36000 км над уровнем моря назвали областью Кларка, а геостационарную и геосинхронную орбиты — орбитами Кларка в честь английского писателя и футуролога Артура Кларка. Все спутники, которые находятся на высоте геостационарной орбиты, не движутся относительно поверхности Земли, то есть находятся в «точке стояния». Антенны, которые сориентированы на такие спутники, способны сохранять с ними устойчивую связь в течение очень длительного времени. Это позволило наладить связь даже в самых отдаленных уголках земного шара. Сейчас на геостационарной орбите находится довольно много спутников. Когда срок их службы подходит к концу, они переводятся на более высокую орбиту, что позволяет предотвратить столкновение и выведение из строя действующих геостационарных спутников.

Тенденция к выводу спутников на орбиту Земли будет только увеличиваться. Если вам интересно узнать больше о том, какие спутники сейчас находятся на орбите, то можете посетить сайт организации ESRI (https://geoxc-apps.bd.esri.com/space/satellite-explorer), который в интерактивном режиме предлагает несколько фильтров для поиска нужной информации по спутникам, находящимся на орбите Земле.

Космический мусор и другие проблемы

Но такое развитие создает проблему управления космическим движением и усугубляет распространение космического мусора. Чем больше спутников на орбите, тем выше вероятность столкновений. Спутники также могут распасться из-за длительного воздействия интенсивного ультрафиолетового излучения. Учеными посчитано, что на низкой околоземной орбите уже находится не менее 150 млн. фрагментов мусора. Космический мусор опасен и может нанести непоправимый ущерб другим спутникам на орбите, а также космическим кораблям. Так, например, в июне 2021 года роботизированная рука Международной космической станции была повреждена такими обломками.

Что касается загрязнения воздуха, то на самом деле космическая отрасль генерирует меньше углерода, чем, например, авиация. За один запуск ракета выбрасывает в атмосферу земли в среднем 330 тонн углерода. Кажется, что это много, но по сравнению с коммерческими рейсами средней и дальней протяженности, которые выбрасывают от 2 до 3 тонн углерода на пассажира, и учитывая, что постоянно совершаются десятки рейсов, эта цифра не имеет большого значения. Реальная проблема заключается в том, что для запуска большего числа спутников на орбиту нужно увеличивать и количество запусков ракет. Только за 2022 год выбросы углерода в этом секторе увеличились на 5,6%. Проблем добавляет и то, что когда спутники покидают орбиту и возвращаются в атмосферу Земли, выделяется химическое вещество, привносящее в атмосферу планеты ряд таких элементов, как алюминий. До сих пор нет конкретных доказательств пагубного воздействия этого процесса, но у ученых есть опасения, что это влияет на озоновый слой. Кроме того, большая часть падающего космического мусора оказывается на водной поверхности Земли.

Рост числа спутников на орбите Земли ведет и к тому, что в ближайшем будущем, по крайней мере, одна из 10 «звезд» на небе окажется спутником. Это может помешать наблюдениям за звездами в целом и особенно работе профессиональных астрономов. Металлизированное покрытие спутников действует как отражающее зеркало и это может напрямую влиять на вид ночного неба. Ожидается, что до 8% света, присутствующего в небе ночью, фактически может исходить от спутников. А в местах, расположенных ближе к 500 северной и южной широты, например, в Британской Колумбии и Патагонии, световое загрязнение от спутников может быть еще сильнее.

К чему нас приведет рост числа спутников на орбите?

Нельзя отрицать, что количество запускаемых на орбиту спутников и планы по отправке тысяч других становятся серьезным предупреждением о росте космических отходов и значительном увеличении уровня загрязнения атмосферы. Но в то же время именно благодаря этим устройствам все больше развиваются такие отрасли, как связь, наука, интернет и геолокация. Сегодня спутники играют важную роль в нашей цепочке поставок, финансовых транзакциях, мониторинге погоды, глобальной связи и поисково-спасательных операциях. Поскольку это все более высокий рынок с объектом, который оказывается жизненно необходимым для населения, вероятность полного прекращения запусков спутников на орбиту практически равна нулю. Поэтому одним из наиболее жизнеспособных решений, позволяющих сбалансировать выгоду и возможные климатические кризисы, была бы регуляция запусков космических объектов на мировом уровне, а также совместная работа международного сообщества по исследованию и выработке глобальных правил поддержания этого поля без нанесения крупного ущерба планете в будущем.

Статья подготовлена по материалам сайтов showmetech.com.br, ucsusa.org, geoxc-apps.bd.esri.com и других сетевых источников.