Первые искусственные спутники Земли.

Автор: , 22 Окт 2012

Сегодня эти спутники кажутся до смешного простыми - советские "Спутники 1 и 2" и американские "Эксплорер" и "Авангард". Сейчас студенты делают более сложные космические аппараты. Но в свое время вывод на орбиту вокруг Земли творений рук человеческих  было огромным достижением и произвело неизгладимое впечатление на современников. В 1957—1958 годы, в период максимум солнечной активности был проведён международный геофизический год.В рамках МГГ были запущены советские ИСЗ «Спутник-1», «Спутник-2» и «Спутник-3», а также американские спутники «Эксплорер-1», «Авангард-1», «Эксплорер-3» и «Эксплорер-4».
Спутник-1 — первый искусственный спутник Земли, первый космический аппарат, был запущен на орбиту в СССР 4 октября 1957 года. Кодовое обозначение спутника — ПС-1 (Простейший Спутник-1). Запуск осуществлялся с 5-го научно-исследовательского полигона министерства обороны СССР «Тюра-Там» (получившего впоследствии открытое наименование космодром Байконур) на ракете-носителе «Спутник» (Р-7).

Корпус спутника состоял из двух полусфер диаметром 58 см из алюминиевого сплава. Герметичность стыка обеспечивала резиновая прокладка. В верхней полуоболочке располагались две антенны, каждая из двух штырей по 2,4 м и по 2,9 м. Так как спутник был неориентирован, то четырёхантенная система давала равномерное излучение во все стороны.

File:Sputnik asm.jpg

Первый в мире искусственный спутник Земли.

Внутри герметичного корпуса были размещены: блок электрохимических источников; радиопередающее устройство; вентилятор; термореле и воздуховод системы терморегулирования; коммутирующее устройство бортовой электроавтоматики; датчики температуры и давления; бортовая кабельная сеть. Масса: 83,6 кг.
30 января 1956 г. правительством СССР подписано постановление о создании и выводе на орбиту в 1957—1958 гг. «Объекта „Д“» — спутника массой 1000—1400 кг несущего 200—300 кг научной аппаратуры. Разработка аппаратуры была поручена Академии наук СССР, постройка спутника — ОКБ-1, осуществление пуска — Министерству обороны. К концу 1956 г. стало ясно, что надёжная аппаратура для спутника не может быть создана в требуемые сроки.
14 января 1957 г. Советом Министров СССР утверждена программа лётных испытаний ракеты Р-7. Тогда же Королёв направил докладную записку в Совет Министров, где писал, что в апреле — июне 1957 года могут быть подготовлены две ракеты в спутниковом варианте, «и запущены сразу же после первых удачных пусков межконтинентальной ракеты». В феврале всё ещё продолжались строительные работы на полигоне, две ракеты уже были готовы к отправке. Королёв, убедившись в нереальности сроков изготовления орбитальной лаборатории, шлёт правительству неожиданное предложение:
Имеются сообщения о том, что в связи с Международным геофизическим годом США намерены в 1958 году запустить ИСЗ. Мы рискуем потерять приоритет. Предлагаю вместо сложной лаборатории — объекта «Д» вывести в космос простейший спутник.
15 февраля это предложение было одобрено.
В начале марта первая ракета Р-7  доставлена на техническую позицию полигона, а 5 мая вывезена на стартовую площадку . Подготовка к пуску длилась неделю, на восьмой день началась заправка. Пуск состоялся 15 мая в 19:00 по местному времени. Старт прошёл нормально, но на 98-й секунде полёта произошёл сбой в работе одного из боковых двигателей, ещё через 5 сек все двигатели автоматически отключились и ракета упала в 300 км от старта. Причиной аварии было возникновение пожара в результате разгерметизации топливной коммуникации высокого давления. Вторая ракета, Р-7  подготовлена с учётом полученного опыта, но запустить её вовсе не удалось. 10—11 июня делались многократные попытки пуска, но в последние секунды срабатывала защитная автоматика. Выяснилось, что причиной была неправильная установка клапана азотной продувки и замерзание главного кислородного клапана. 12 июля пуск ракеты Р-7  снова прошёл неудачно, эта ракета пролетела всего 7 километров. Причиной на этот раз стало замыкание на корпус в одном из приборов системы управления, в результате чего прошла ложная команда на рулевые двигатели, ракета значительно отклонилась от курса и была автоматически остановлена.
Наконец, 21 августа 1957 г. осуществился успешный запуск, ракета  нормально прошла весь активный участок полёта и достигла заданного района — полигона на Камчатке. Головная часть её полностью сгорела при входе в плотные слои атмосферы, несмотря на это 27 августа ТАСС сообщило о создании в СССР межконтинентальной баллистической ракеты. 7 сентября осуществлён  второй полностью успешный полёт ракеты, но головная часть снова не выдержала температурной нагрузки, и Королёв вплотную занялся подготовкой к космическому запуску.
Как писал Б.Е.Черток , по результатам лётных испытаний пяти ракет было очевидно, что она может летать, но головная часть требует радикальной доработки. Это потребует, по расчётам оптимистов, не менее полугода. Разрушение головных частей открыло дорогу для пуска Первого простейшего спутника.
С. П. Королёв получил согласие Н. С. Хрущёва на использование двух ракет для экспериментального пуска простейшего спутника.

File:R-7 prototipo.svg

Первый вариант Р-7, испытывавшийся в 1957 году.

Проектирование простейшего спутника началось в ноябре 1956 года, а в начале сентября 1957 г. ПС-1 прошёл окончательные испытания на вибростенде и в термокамере. Спутник был разработан как очень простой аппарат с двумя радиомаяками для проведения траекторных измерений. Диапазон передатчиков простейшего спутника был выбран так, чтобы слежение за спутником могли осуществлять радиолюбители.
22 сентября в Тюра-Там прибыла новая ракета Р-7 . По сравнению с военными образцами , она была значительно облегчена: массивная головная часть заменена переходом под спутник, снята аппаратура системы радиоуправления и одна из систем телеметрии, упрощена автоматика выключения двигателей; масса ракеты в результате была уменьшена на 7 тонн.
2 октября Королёвым был подписан приказ о лётных испытаниях ПС-1 и направлено в Москву уведомление о готовности. Ответных указаний не пришло, и Королёв самостоятельно принял решение о постановке ракеты со спутником на стартовую позицию.
В пятницу, 4 октября, в 22 часа 28 минут 34 секунды по московскому времени (19 часов 28 минут 34 секунды по Гринвичу) был совершён успешный запуск. Через 295 секунд после старта ПС-1 и центральный блок ракеты весом 7,5 тонны были выведены на эллиптическую орбиту высотой в апогее 947 км, в перигее 288 км. На 314,5 секунде после старта произошло отделение Спутника и он подал свой голос. «Бип! Бип!» — так звучали его позывные. На полигоне их ловили 2 минуты потом Спутник ушёл за горизонт. Люди на космодроме выбежали на улицу, кричали «Ура!», качали конструкторов и военных. И ещё на первом витке прозвучало сообщение ТАСС: «…В результате большой напряжённой работы научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро создан первый в мире искусственный спутник Земли…»
Только после приёма первых сигналов Спутника поступили результаты обработки телеметрических данных и выяснилось, что лишь доли секунды отделяли от неудачи. Один из двигателей «запаздывал», а время выхода на режим жёстко контролируется и при его превышении старт автоматически отменяется. Блок вышел на режим менее, чем за секунду до контрольного времени. На 16-й секунде полёта отказала система управления подачи топлива, и из-за повышенного расхода керосина центральный двигатель отключился на 1 секунду раньше расчётного времени.
"Ещё немного — и первая космическая скорость могла быть не достигнута.
Но победителей не судят!
Великое свершилось!" (Б.Е.Черток).
Спутник летал 92 дня, до 4 января 1958 года, совершив 1440  оборотов вокруг Земли (около 60 млн км), а его радиопередатчики работали в течение двух недель после старта. Из-за трения о верхние слои атмосферы спутник потерял скорость, вошёл в плотные слои атмосферы и сгорел вследствие трения о воздух.
Борис Евсеевич  Черток писал: "Общепринятое в то время представление, что без специальной оптики, визуально, мы наблюдаем ночью подсвечиваемый солнцем спутник, неверно. Отражающая поверхность спутника была слишком мала для визуального наблюдения. На самом деле наблюдалась вторая ступень — центральный блок ракеты, который вышел на ту же орбиту, что и спутник. Эта ошибка многократно повторялась в средствах массовой информации"

Несмотря на то, что на спутнике полностью отсутствовала какая-либо научная аппаратура, изучение характера радиосигнала и оптические наблюдения за орбитой позволили получить важные научные данные.Характер изменений орбиты позволил произвести предварительную оценку величины плотности атмосферы на орбитальных высотах, её высокое значение (порядка 108 атомов/см³) стало для геофизиков большой неожиданностью. Результаты измерения плотности высоких слоёв атмосферы позволили создать теорию торможения спутников.

Спутник-2 — второй космический аппарат, запущенный на орбиту Земли 3 ноября 1957, впервые выведший в космос живое существо — собаку Лайку. Официально спутник был запущен в рамках Международного геофизического года. Спутник-2 представлял собой конической формы капсулу 4-метровой высоты, с диаметром основания 2 метра, содержал несколько отсеков для научной аппаратуры, радиопередатчик, систему телеметрии, программный модуль, систему регенерации и контроля температуры кабины. Собака Лайка размещалась в отдельном опечатанном отсеке. Еда и вода подавались собаке в виде желе. Вентилятор для охлаждения собаки начинал работать при температуре свыше 15 °C. На Спутнике-2 не было установлено телекамер (телевизионные изображения собак на Спутнике-5 часто принимают за изображения Лайки).

File:Lajka-pies kosmonauta.jpg

Собака Лайка.

Хрущёв, оценив политический успех запуска «Спутника-1», потребовал от ОКБ-1 к 40-й годовщине Октябрьской революции запустить ещё один спутник. Времени на разработку нового спутника тем самым было выделено очень мало и усовершенствовать существующие системы обеспечения жизнедеятельности за столь короткий срок не было возможности. Поэтому эксперимент с Лайкой получился очень коротким: из-за большой площади контейнер быстро перегрелся, и собака погибла уже на первых витках. Но в любом случае, источников электроэнергии для питания системы жизнеобеспечения хватало максимум на шесть суток и не были разработаны технологии безопасного спуска с орбиты.
Через 5—7 часов полёта физиологические данные более не передавались и начиная с четвёртого витка нельзя было получить никаких данных о состоянии собаки. Позднее исследования показали, что Лайка вероятно умерла от перегрева через 5—7 часов полёта. Но этого было достаточно , чтобы доказать что живой организм может выдерживать длительное пребывание в невесомости.

«Эксплорер-1» (Исследователь) — первый американский искусственный спутник Земли , запущенный 1 февраля 1958 года командой Вернера фон Брауна. Спутник «Эксплорер-1» прекратил радиопередачи 28 февраля 1958 года, находился на орбите до марта 1970 года.
Этому запуску предшествовала неудачная попытка ВМС США запустить спутник «Авангард-1», широко разрекламированный в связи с программой Международного Геофизического Года.
Фон Брауну по политическим причинам долго не давали разрешения на запуск первого американского спутника , поэтому подготовка к запуску «Эксплорера» началась всерьёз лишь после аварии «Авангарда».

File:Explorer I 02.jpg

Вернер фон Браун (второй справа) у полномасштабного макета Эксплорера с последней ступенью РН.

Для запуска была создана форсированная версия баллистической ракеты Редстоун, названная Юпитер-С , первоначально предназначавшаяся для испытания уменьшенных макетов боеголовок. Является прямым развитием немецкой ракеты Фау-2.
Для достижения орбитальной скорости использовалась связка из 15 твердотопливных ракет «Сержант», которые были, фактически, неуправляемыми реактивными снарядами с примерно 20 кг твёрдого  топлива каждый; 11 ракет составляли вторую ступень, 3 — третью, и последняя — четвёртую. Двигатели второй и третьей ступени были смонтированы в двух вставленных друг в друга цилиндрах, а четвёртая устанавливалась сверху. Вся эта связка раскручивалась электромотором перед стартом. Это позволяло ей сохранять заданное положение продольной оси во время работы двигателей. Юпитер-С не имел четвёртой ступени, переделанная для запуска спутника ракета «задним числом» была названа Юнона-1.
Отработавшие двигатели 2-й и 3-й ступеней последовательно сбрасывались, но от 4-й ступени спутник не отделялся. Поэтому в различных источниках приводятся массы спутника, как с учётом пустой массы последней ступени, так и без неё. Без учёта этой ступени масса спутника была ровно в 10 раз меньше массы первого советского ИСЗ — 8,3 кг, из них масса аппаратуры 4,5 кг. Тем не менее, в состав её входили счётчик Гейгера и датчик метеорных частиц.
Орбита «Эксплорера» была заметно выше орбиты первого ИСЗ, и если в перигее счётчик Гейгера демонстрировал ожидаемое космическое излучение, которое было уже известно по запускам высотных ракет, то в апогее он вообще не давал сигнала. Джеймс Ван Аллен предположил, что в апогее счётчик входит в насыщение из-за нерасчётно высокого уровня облучения. Он рассчитал, что в этом месте могут находиться протоны солнечного ветра с энергиями 1—3 МэВ, захваченные магнитным полем Земли в своеобразную ловушку. Позднейшие данные подтвердили эту гипотезу, и радиационные пояса вокруг Земли называют поясами ван Аллена.

«Авангард-1» — спутник , запущенный в США 17  марта 1958 года по программе Международного Геофизического года.  Спутник имел при запуске массу 1474 грамм, что было значительно меньше, чем масса советских ИСЗ и даже спутника «Эксплорер-1» (8,3 кг), уже запущенного полутора месяцами раньше. Хотя планировалось, что «Авангард» полетит ещё в 1957 году, авария ракеты (Авангард TV3) в момент попытки запуска нарушила эти планы, и спутник стал вторым американским аппаратом в космосе. Зато достаточно высокая орбита обеспечила ему гораздо более долгую жизнь. Он и сейчас находится на орбите, спустя 50 лет после запуска. Это самый старый искусственный объект, находящийся в околоземном космическом пространстве.

Спутник имеет форму шара с 6 стержнями антенн. Диаметр сферической оболочки — 16,3 см, питание аппаратуры спутника осуществлялось от ртутно-цинковых батарей, дополнительно, маломощный передатчик получал энергию от солнечных батарей.

File:Vanguard 1.jpg

Авангард-1.

Сложная судьба этого спутника была связана с соперничеством ракетных программ ВВС, ВМС и армии США, каждый из родов войск стремился разработать собственную ракету, программа «Авангард» относилась к флоту, программа «Эксплорер» — к армии. Ракета «Авангард», в отличие «Юпитер-С», запустившей «Эксплорер», была специально разработана как ракета для запуска ИСЗ. Она весила всего 10 тонн и остаётся самой миниатюрной из ракет-носителей с жидкостными двигателями. Конструкция ракеты была весьма противоречива, на первой ступени использовались керосин и жидкий кислород, на второй — азотная кислота и НДМГ. Кроме того, ракета заправлялась жидким пропаном (использовался для работы двигателя второй ступени и для ориентации) и концентрированной перекисью водорода (для турбонасоса подачи топлива первой ступени). Такая «мешанина» была обусловлена стремлением сократить финансовые и временные издержки и максимально использовать уже имевшееся «железо» геофизических ракет «Викинг» и «Аэроби». Ракета вышла не очень надёжной, менее половины пусков были удачными.
Кроме «Авангарда-1», на орбиту были выведены «Авангард-2» и «Авангард-3», они были заметно больше и тяжелее «родоначальника», хотя и оставались, по современной классификации, микроспутниками массой 10—20 кг. «Авангард-1» следует отнести к наноспутникам.
Несмотря на пренебрежительное отношение к «грейпфруту» (даже и в США), он помог совершить довольно серьёзные открытия, включая уточнение формы Земли.
«Эксплорер-3» — американский искусственный спутник Земли , запущенный 26 марта 1958 года командой Вернера фон Брауна. Аналогичен по конструкции и задачам первому американскому спутнику «Эксплорер-1». Второй успешный запуск в рамках программы «Эксплорер».В результате полёта Эксплорера-3 подтвердилось существование радиационного пояса Земли, открытого Джеймсом Ван Алленом.

Спутник-3 (объект Д) — советский искусственный спутник Земли, запущенный 15 мая 1958 с космодрома Байконур облегченной модификацией межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, названной Спутник-3.
Первый запуск 27 апреля 1958 года закончился аварией  ракеты-носителя .Объектом Д спутник назывался по порядковому номеру типа полезной нагрузки. Объектами А, Б, В, Г были разные виды ядерных боеголовок.
Спутник-3 был первым полноценным космическим аппаратом, обладающий всеми системами, присущими современным космическим аппаратам. Имея форму конуса с диаметром основания 1,73 метра и высотой 3,75 метра, спутник весил 1327 килограммов. На борту спутника было размещено 12 научных приборов. Последовательность их работы задавало программно-временное устройство. Впервые предполагалось применить бортовой магнитофон для записи телеметрии на тех участках орбиты, которые не были доступны наземным станциям слежения. Непосредственно перед стартом была обнаружена его неисправность, и спутник отправился в полет с неработающим магнитофоном.

File:Спутник-3.jpg

Спутник - 3.

Впервые бортовая аппаратура принимала и исполняла команды, переданные с Земли. Впервые была использована активная система терморегулирования для поддержания рабочих температур. Электроэнергию обеспечивали одноразовые химические источники, в дополнение к которым для экспериментальной проверки впервые в СССР были использованы солнечные батареи, от которых работал небольшой радиомаяк. Его работа продолжалась и после того, как основные батареи исчерпали свой ресурс 3 июня 1958 года. Спутник пролетал до 6 апреля 1960 года.
С учётом опыта запуска третьего спутника в Королёвском КБ готовились к полёту 4, 5 и 6 спутники, в том числе спутник с индексом ОД. Ориентируемый аппарат, который не кувыркался на орбите, а был всегда соориентирован относительно касательной к орбите и мог возвращать на землю капсулу. Но сильная загрузка КБ военной тематикой и перенацеливание космической программы на освоение Луны не позволили продолжить работы по этим аппаратам. Эти идеи были реализованы в корабле «Восток» и спутнике «Зенит».

Авангард-2 — американский метеоспутник, спроектированный для измерения дневной облачности, и запущенный 17 февраля 1959 года с помощью ракеты-носителя «Авангард SLV 4» . «Авангард-2» стал первым в мире метеоспутником, выведенным на орбиту, однако его метеоданные оказались бесполезными.
Запуски спутников подобных Авангарду-2 начались ранее: 28 мая 1958 года был запущен «Vanguard 2B», 26 июня 1958 года — «Vanguard 2C», 26 сентября 1958 — «Vanguard 2D»; однако из-за отказов ракеты-носителя эти спутники не достигли орбиты.
Спутник «Авангард-2» представляет собой сферический корпус диаметром 50,8 см, с несколькими штыревыми антеннами.
На борту были установлены два телескопа, два фотоэлемента, два радиопередатчика (мощностью 1 Вт с несущей 108,03 МГц для телеметрии; мощностью 10 мВт с несущей 108 МГц для маяка), батарея гальванических элементов, радиоприемник команд для управления ленточным самописцем, и соответствующая электроника.

File:Vanguard2.jpg

Первый в мире метеоспутник.

Передатчики телеметрии работали в течение 19 дней, но данные со спутника были неудовлетворительными из-за того, что спутник, неудачно отделившись от третей ступени, начал вращаться с большой угловой скоростью.
Масса спутника: 10,2 кг.
Авангард-3, или Авангард SLV-7 — американский спутник для изучения околоземного пространства. Последний спутник, запущенный по программе «Авангард».В ходе запуска 18 сентября 1959 года космический аппарат не смог отделиться от третьей ступени ракеты-носителя. Спутник передавал данные 84 дня, до 11 декабря 1959 года. По расчётам, Авангард-3 просуществует на орбите около трёхсот лет.

File:Launch of Vanguard.jpg
Запуск спутника Авангард-3.
«Эксплорер-4» — американский искусственный спутник Земли (ИСЗ), запущенный 26 июля 1958 года. Спутник предназначался для исследования радиационных поясов Земли и влияния ядерных взрывов на эти пояса.

Я поделился с Вами информацией, которую "накопал" и систематизировал. При этом ничуть не обеднел и готов делится дальше, не реже двух раз в неделю. Если Вы обнаружили в статье ошибки или неточности - пожалуйста сообщите.E-mail: anpp48@gmail.com. Буду очень благодарен.

рассказать друзьям и получить подарок

About the author

Комментарии

Ваш отзыв