Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Современный уровень развития полупроводниковой отрасли промышленности позволяет выдвинуть в качестве наиболее перспективных материалов для создания фотоэлектрических преобразователей, которые будут использоваться в солнечных электростанциях, кремний и арсенид галия.

Солнечный парус

Солнечный парус – устройство для передвижения в космическом пространстве, принцип действия которого основан на давлении солнечного излучения (например, он может представлять собой металлизированную пленку-парус, на которую воздействует солнечное излучение). В роли паруса могут использоваться солнечные батареи, радиаторы системы терморегуляции и др. Большим минусом является то, что давление солнечного света чрезвычайно мало и уменьшается по мере удаления от Солнца пропорционально квадрату расстояния.

Первые исследования в области использования для космических перелетов давления солнечного излучения, которые могли бы претендовать на серьезность, осуществил в 1924—1925 гг. советский ученый и инженер Ф. А. Цандер. В своей первой научной публикации он заметил: «При желании перелететь на другие планеты… выгоднее будет лететь при помощи зеркал или экранов из тончайших листов… Зеркала не требуют горючего и не производят больших напряжений в материале корабля».

В своих трудах Цандеру не только удалось разработать теоретическую концепцию полета, но и вкратце представить особенности конструкции, называемой сегодня солнечным парусом.

На сегодняшний день соперничают две модификации простейшего солнечного паруса: квадратный парус и гелиоротор. Практический интерес к этим идеям возник в связи с необходимостью отправки космического аппарата на исследование кометы Галлея. Но несмотря на то что впоследствии от этой идеи отказались в пользу солнечно-электрических двигателей, интерес к солнечному парусу не пропал, а только усилился. Квадратный солнечный парус по конструкции чем-то напоминает воздушного змея. Конструкция имеет несущие мачты, изготовленные из жестких стержней. Все материалы и сплавы, используемые при создании таких конструкций, естественно, максимально легки. Тем не менее более подробный анализ конструкции паруса и ряда вопросов, касающихся управления полетом, принципов развертывания на орбите, заставили ученых на время перейти к изучению другой модификации солнечного паруса – гелиоротора, или солнечного гироскопа. Проект был разработан и предложен Р. Макнилом еще до появления квадратного паруса, но в связи с отсутствием идей о собственной траектории движения проектом не заинтересовались. По мнению современных конструкторов, этот тип паруса является наиболее перспективным направлением развития мысли на ближайшее десятилетие. Его основной особенностью является то, что он может выполнять полет с наклоном к орбите более 90°. По расчетам ученых, вывод на орбиту будет осуществляться в несколько этапов, последним из которых будет развертывание на орбите пленочных лопастей.

Теперь немного о практическом применении, которое было осуществлено мировыми державами на сегодняшний день. Солнечный парус применялся неоднократно в качестве корректора орбиты, также он применялся в системе ориентации и стабилизации в качестве исполнительного органа на американских автоматических межпланетных станциях «Маринер-3» и «Маринер-4» в 1964 г.

Первым космическим аппаратом, передвижение которого основывалось на принципе солнечного паруса, принято считать «Космос-1». Это был совместный российско-американский проект. Эксперимент позволил бы исследовать принцип полета с использованием солнечного паруса.

Цель исследования состояла в следующем: исследовать возможности солнечного паруса, в том числе в качестве буксирующего устройства; отработать навыки управления аппаратами, сконструированными по принципу солнечного паруса. «Космос-1» был оснащен солнечным парусом около 30 м в диаметре, который состоял из 8 сегментов. Окончательный запуск аппарата был назначен на 21 июня 2005 г. В 23.46 по московскому времени был произведен запуск аппарата с подводной лодки «Борисоглебск» в Баренцевом море. Запуск осуществлялся при помощи ракеты-носителя «Волна», которая была создана на основе боевой ракеты РСМ-50. К сожалению, на 83-й секунде полета первая ступень ракеты-носителя прекратила свою работу, и «Космос-1», не достигнув высоты, необходимой для выхода на заданную орбиту, упал.

Спутник связи космический

Спутник связи космический – космический летательный аппарат, который, находясь на околоземной орбите, принимает радиосигналы с наземных радиостанций и после усиления принятого сигнала передает дальше. Спутники связи являются искусственными спутниками Земли и служат ретрансляторами сигналов, в том числе сигналов связи, цифровой информации для глобальных систем электросвязи и сигналов телевизионного вещания. Подразделяются на активные и пассивные ретрансляторы.

Главным преимуществом спутников, находящихся на геостационарной орбите, является отсутствие необходимости отслеживать их движение по небосводу (требуется лишь точное наведение антенны в одну точку, определяющую местоположение спутника, на время его функционирования). Хотя не обошлось и без недостатков – спутник, расположенный на геостационарной орбите, имеет задержку во времени между передачей радиосигнала между двумя наземными радиостанциями, возникающую из-за больших расстояний, которые проходит сигнал.

Конструктивно спутник представляет собой ракетный блок и блок связного оборудования. Первый обеспечивает энергопитание, контроль бортовых систем и управление полетом, а второй – прием, усиление и последующую ретрансляцию сигнала на земную радиостанцию. Многие спутники связи стабилизируются вращением вокруг одной оси, что позволяет им поддерживать равномерную температуру по всей поверхности спутника и, подобно гироскопу, сохранять неизменной свою ориентацию в пространстве. На некоторых спутниках для ориентации в пространстве применяются ракетные двигатели малой тяги.

К преимуществам спутников с трехосной стабилизацией, по сравнению со спутниками, стабилизируемыми вращением, можно отнести тот факт, что солнечные батареи, расположенные на специальных раскладных панелях, могут вырабатывать гораздо больше электроэнергии, а антенны проще направить на наземные радиостанции. Спутники связи используются для радиосвязи между различными земными станциями, которые расположены вне пределов взаимной прямой видимости. После приема спектра частот с сигналами от наземной станции спутник усиливает сигнал и отправляет его обратно на Землю следующей станции в цепочке передатчиков.

Одним из основных параметров, характеризующих работу спутника, является зона покрытия. Это зона, в которой возможен прием сигнала, она определяется положением и ориентацией спутника в момент приема сигнала, а также его техническими характеристиками. Современные спутники, как правило, оснащены несколькими передатчиками, каждый из которых покрывает некоторую полосу частот. Эти передатчики, называемые транспондерами, различаются рабочим диапазоном частот и поляризацией. Изменяя модуляции, через спутник можно передавать и цифровые и аналоговые сигналы.

Первыми советскими спутниками связи были «Молния-1» и «Экран». Совместно с 90 станциями была образована глобальная система связи «Орбита». США первоначально были представлены в космосе спутником связи «Интелсат». Орбита советских спутников связи является сильно вытянутым эллипсом. Спутник совершает два полных оборота вокруг Земли в сутки, при этом обеспечивается максимальная продолжительность радиовидимости на всей территории страны.

Первый спутник связи был снабжен двумя параболическими остронаправленными антеннами с датчиками ориентации на Землю. Бортовая аппаратура состояла из радиокомплекса, измерительного комплекса, систем ориентации, различной научной аппаратуры для наблюдения Земли из космического пространства. В августе 1968 г. на конференции ООН в Вене был зачитан проект соглашения о создании Международной системы связи, использующей искусственные спутники Земли. Инициатором соглашения выступил Советский Союз совместно с другими странами социалистического лагеря.

Стартовое окно

Стартовое окно – термин, который описывает период времени, в течение которого необходимо осуществить запуск ракеты-носителя. Используется для выхода космического аппарата на какую-то определенную орбиту, время которого заранее рассчитывается. Например, в случае запуска космических аппаратов к другим планетам лучше всего дождаться максимального сближения планеты с Землей, в результате чего заметно сократится срок перелета к месту назначения. Если по каким-то причинам не удается в отведенное время осуществить запуск космического аппарата, то он откладывается до следующего благоприятного момента, т. е. до следующего стартового окна.