КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина III

ЕЛЕМЕНТИ НЕБЕСНОЇ МЕХАНІКИ І ДИНАМІКИ КОСМІЧНИХ ПОЛЬОТІВ

Розділ 7

ЕЛЕМЕНТИ КОСМОНАВТИКИ

7.5. Практичні здобутки космонавтики

Штучні супутники Землі та автоматичні міжпланетні станції, як правило, мають на борту різноманітну наукову апаратуру. Завдяки цьому істотно змінилися і доповнилися наші уявлення про перебіг процесів в атмосферах зір та в міжпланетному і міжзоряному просторі.

Водночас космічні апарати широко використовують при вирішенні багатьох практичних проблем, що стоять перед людством сьогодні. Ось декілька прикладів.

Космічне землезнавство. Сучасна апаратура дає змогу на невеликій фотографії розміром 6x6 см, зробленій з висоти 250 км, виявити понад 100 млн. окремих деталей. При цьому застосовують багатозональне фотографування — дослідження поверхні Землі в окремих спектральних інтервалах. Тому з космічної висоти вдається виявити такі особливості структури чи стану, які не помітні для спостерігача з поверхні Землі чи з літака. Важливу роль тут відіграють телевізійні методи, що не вимагають повернення космічного апарата на Землю, дослідження в інфрачервоному та мікрохвильовому діапазонах (останні проводять незалежно від наявності хмарного покриву). Оскільки ж мікрохвильове радіовипромінювання (діапазон 0,3—30,0 см) формується у певному шарі грунту, то це дає змогу вивчати фізичний стан земної поверхні до глибини 10 м, виявляти стан вологості грунту тощо.

Космічні методи дають змогу оцінювати товщину снігового покриву і таким чином — наявні запаси вологи, вивчати снігові лавини і гірські льодовики, склад і стан грунтів та форми їх використання, у цілому прогнозувати майбутній урожай, вивчати райони захворювань рослин (наприклад, виявляти ранню стадію захворювання цукрового буряка), за кількістю опалого листя — визначати ступінь ураження лісу комахами. Спостереження з космосу допомагають виявляти спрацьованість шосейних доріг і злітно- посадкових смуг на аеродромах.

Тими ж методами контролюють стан навколишнього середовища; легко виявляють димові шлейфи лісових, торфяних і степових пожеж, визначають розмір і напрям руху пожежі. З космічної висоти добре помітне забруднення атмосфери (пилові бурі, димові факели заводів, теплових електростанцій тощо, можна визначити хімічний склад компонентів диму) і водяних басейнів (розрізняють хімічне і біологічне забруднення). Методи космічної зйомки дають змогу оновлювати та уточнювати географічні карти, оскільки берегова лінія багатьох замкнутих морів (як-от Каспійського, Аральського) пересувається, зміщуються межі лісів і пустель, ростуть міста, створюються нові водоймища. Усе це значно легше зареєструвати з борта ШСЗ.

За допомогою ШСЗ уже ведуться пошуки корисних копалин. З високою точністю визначають координати окремих пунктів Землі, з'ясовують швидкості відносного руху окремих материків, руху земної кори. Саме завдяки спостереженням з космосу уточнено форму Землі (виявлено, що південний полюс Землі знаходиться на 30 м ближче до її центра, ніж північний).

Навігаційні супутники. З розвитком мореплавства розроблялися найрізноманітніші методи навігації з використанням найновіших досягнень науки. Це гірокомпас, радіосекстант (за його допомогою, знаючи положення Сонця над горизонтом, можна визначити місцезнаходження корабля при хмарній погоді). Однак незрівнянно точніше визначають координати океанського лайнера шляхом прийому радіосигналів від ШСЗ (рис. 7.10). Похибка в положенні корабля тут не перевищує 10—15 м. В імпульсних сигналах ШСЗ, що реєструються, зашифровано час передачі кожного імпульсу і відповідне йому знаходження супутника. Невелика електронно-обчислювальна машина, що є на кораблі, проводить всі потрібні обчислення. Визначивши своє положення, штурман за допомогою радіо передає його на борт супутника. Туди надходить інформація і від інших кораблів. Так кожен капітан може мати відомості про те, де перебувають його сусіди, куди і з якою швидкістю вони рухаються.

image68

Рис. 7.10. Схема визначення місцезнаходження корабля в океані шляхом

прийому радіосигналів від ШСЗ у три моменти часу (а) та від трьох ШСЗ

одночасно (б)

Окремі пароплавні компанії використовують ШСЗ для передачі на берег завчасно усієї документації, що стосується транспортних вантажів. А це значно скорочує час розвантажування (і простою) суден.

Надзвичайно перевантажена служба управління повітряним рухом. Наприклад, у 1968 р. над територією США в повітрі одночасно перебувало близько 13 000 літаків, у 1980 р. — понад 22 000, а в 2000 р. їх було близько 100 000. Кожному з них наземна служба повинна своєчасно надати вільний «коридор польоту» та забезпечити посадку. Значною мірою усі труднощі керування польотами усувають за допомогою стаціонарних ШСЗ. Радіосигнали з літака передаються на декілька супутників, а звідти ретранслюються на наземну станцію керування повітряним рухом. Електронно-обчислювальна машина наземної станції аналізує ситуацію і відповідні команди передає на борт повітряного лайнера (рис. 7.11).

Космічна метеорологія. Прогноз погоди потрібний для всіх галузей господарства кожної країни. Наприклад, за підрахунками вчених США, підвищення точності метеорологічного прогнозу всього на 10% дає для цієї країни щорічну економію у декілька сотень мільйонів доларів.

image69

Рис. 7.11. Схема керування польотом літака за допомогою декількох ШСЗ і наземної станції

Систематичні щоденні спостереження за всіма змінами погоди ведуть на Землі 8 тис. метеорологічних станцій, за допомогою понад 3 тис. літаків і 4 тис. спеціальних кораблів. За їхніми даними складають так звані синоптичні карти, які використовують для прогнозів погоди. Проте розташування цих пунктів спостережень за змінами погоди нерівномірне, якщо брати до уваги всю планету. Саме метеорологічні супутники здатні оглядати всю планету і своєчасно передавати на її поверхню потрібну інформацію. Ці супутники вивчають стан земної атмосфери, зміну з висотою в ній температури,

концентрації водяної пари, детально аналізують особливості хмарного покриву. Зокрема, вони дають змогу своєчасно виявити місце зародження і напрям та швидкість тайфунів, яких в Атлантичному океані щороку зароджується близько 12, а в Тихому — удвічі більше. Потужність однієї такої стихії — 7 млрд. кінських сил. Налітаючи на берег, тайфун піднімає рівень води до 37 м, водночас заливаючи все зверху проливним дощем. Матеріальні збитки від одного урагану досягають 2 млрд. доларів. Тепер за допомогою супутників їх виявляють завчасно, оскільки з висоти орбіти супутника цей велетенський вихор добре помітний. З'ясувавши напрям і швидкість його пересування, можна уникнути чималих втрат.

Супутники зв'язку. У наш час на земній кулі працює близько 10 тис. радіо- і щонайменше 1 тис. телевізійних станцій. Щоденно у світі відбувається понад 2 млрд. телефонних розмов, з них близько 20 млн. міжміських, 200 тис. міжнародних і понад 100 тис. міжконтинентальних. Усі наявні системи наземного зв'язку перевантажені, їх розширення вимагало б величезних затрат.

Проблему вирішують значно дешевше за допомогою супутників зв'язку. На такому апараті встановлюють ретранслятори, які приймають сигнали з Землі, посилюють їх і передають назад на Землю. Наземні станції зв'язку вловлюють сигнали, підсилюють їх, змінюючи при цьому частоту й усуваючи шуми, і направляють абонентам. Прикладом є супутник зв'язку «Ін- телсат-6» — космічний апарат, що належить консорціуму «Інтелсат», послугами якого користуються 117 держав. Такий супутник упродовж більше ніж десяти років забезпечує двобічний радіотелефонний зв'язок на 120 тис. каналів, а також передачу телевізійних програм тощо. Супутники такого типу виводять на геостаціонарну орбіту.

Супутники зв'язку забезпечують і потреби освіти та професійно-технічного навчання, використовуються для передач текстів газет на великі відстані.

Космічно-орбітальна індустрія. Умови на борту штучного супутника Землі істотно відрізняються від тих, що є на земній поверхні. Там відсутня сила тяжіння, а за бортом — глибокий вакуум. Це дає змогу здійснювати там такі технологічні операції та експерименти, які в принципі неможливо виконати в земних лабораторіях.

Наприклад, сьогодні надзвичайно важливе місце в усіх галузях техніки зайняли сплави та монокристали. Однак у земних умовах, де діє сила тяжіння, при виготовленні сплавів важчі елементи осідають донизу, легші піднімаються догори, тому створити однорідний матеріал дуже важко. Однак їх можна отримувати на борту космічного корабля. Там же можна отримувати пінометали — матеріали, що мають, скажімо, 12% сталі і 88% газу (спінюють рідкий метал газом і потім охолоджують). Цей матеріал плаває у воді, наче дерево, однак у декілька разів міцніший від найліпших сортів сталі. Поєднанням матеріалів з легкоплавкої основи, в яку вкраплені зерна або волокна з тугоплавкого матеріалу, можна отримувати довговічні алмазно- абразивні інструменти з високими різальними властивостями, композиції з металу та ниткоподібних кристалів, що витримують навантаження значно більші, ніж залізобетон чи найміцніші сорти сталі. Кристали, вирощені на орбітальній станції, широко застосовують в електроакустичній і високочастотній техніці, у напівпровідниковій мікроелектроніці та обчислювальних машинах, у радіоелектронній та електротехнічній промисловості.

В умовах невагомості можна отримати особливо чисті ліки і вакцини, оскільки забруднення бактеріальної культури усувається завдяки відсутності як осадків із загиблих мікробів, так і піноутворення.

Загалом очікують, що завдяки експериментам на борту орбітальних станцій буде отримано матеріали, які ще не траплялися на Землі, буде виявлено багато несподіваних ефектів і закономірностей.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.