Geekly articles weekly

خدعة مدارية سوفيتية



يحتفظ تاريخ رواد الفضاء ، مثل أي صناعة أخرى ، بأمثلة على قرارات بارعة عندما تم تحقيق الهدف المنشود بطريقة جميلة وغير متوقعة. لم يكن الاتحاد السوفييتي / روسيا محظوظًا بتوفر مدار ثابت بالنسبة للأرض. ولكن بدلاً من الوصول إليها بصواريخ ثقيلة أو محاولة تقليل كتلة الحمولة ، فكر المطورون في فكرة استخدام مدار خاص. حول هذا المدار والأقمار الصناعية التي لا تزال تستخدمه ، قصتنا اليوم.

الفيزياء


بالحديث عن المدار الثابت بالنسبة للأرض وبيضاوي الشكل للغاية ، من الضروري تذكر مفهوم مثل الميل المداري . في هذه الحالة ، يكون ميل المدار هو الزاوية بين مستوى خط الاستواء للأرض ومستوى مدار القمر الصناعي:



إذا بدأنا من الكون وبدأنا في التسارع بدقة إلى الشرق ، فإن المدار الناتج سيكون له ميل مساوٍ لخط عرض الكون. إذا بدأنا في التسارع ، والانحراف إلى الشمال ، فسيكون الميل الناتج أكبر. إذا اعتقدنا أن هذا يجب أن يقلل الميل ، نبدأ في التسارع إلى الجنوب الشرقي ، فإن المدار الناتج سيكون له أيضًا ميل أكبر من خط العرض لدينا. لماذا ا؟ انظر إلى الصورة: أثناء التسارع بدقة إلى الشرق ، ستكون النقطة الشمالية من إسقاط المدار (الخط الأزرق) هي ميناء فضائنا. وإذا تسارعنا إلى الجنوب الشرقي ، فإن أقصى نقطة شمال لإسقاط المدار الناتج ستكون شمال كوكبنا ، وسيكون ميل المدار أكبر من خط عرض الكون:



الخلاصة: عندما تبدأ المركبة الفضائية ، لا يمكن أن يكون الميل الأولي لمدارها أقل من خط عرض الكون.

من أجل دخول المدار الثابت بالنسبة للأرض (ميل 0 درجة) ، من الضروري صفر الميل ، ولكن هذا يتطلب وقودًا إضافيًا (فيزياء هذه العملية هي محادثة مثيرة للاهتمام منفصلة) يبلغ عرض خط بايكونور الفضائي 45 درجة ، وبالنظر إلى أنه لا ينبغي أن تسقط مراحل الصواريخ المستنفذة في الصين ، يتم إطلاق الصواريخ شمال شرق على طرق بميل 65 درجة و 51.6 درجة. ونتيجة لذلك ، فإن مركبة الإطلاق 8K78 ذات الأربع مراحل ، والتي أطلقت طنًا ونصفًا إلى القمر ، وحوالي طن إلى المريخ ، يمكن أن تجلب فقط 100 كجم إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض. لتناسب مثل هذه الكتلة ، كان القمر الصناعي الكامل للاتصالات الثابتة بالنسبة للأرض في بداية الستينيات ، لا يمكن لدولة واحدة أن تفعل ذلك. كان من الضروري اختراع شيء آخر. جاءت الميكانيكا المدارية للإنقاذ. كلما ارتفع ارتفاع القمر الصناعي ، كلما كان أبطأ يتحرك بالنسبة للأرض. على ارتفاع 36000 كم فوق خط الاستواء ، سيعلق القمر الصناعي باستمرار فوق نقطة واحدة على الأرض (يعمل المدار الثابت بالنسبة للأرض أيضًا على هذه الفكرة). وإذا وضعنا القمر الصناعي في المدار ، وهو عبارة عن شكل بيضاوي ممدود ،فإن سرعته ستتغير كثيرا. في المركز المحيط (نقطة المدار الأقرب إلى الأرض) سوف يطير بسرعة كبيرة ، ولكن في منطقة apocenter (أبعد نقطة مدار من الأرض) سوف يتجمد عمليًا لعدة ساعات. إذا حددت النقاط مسار القمر الصناعي بفاصل ساعة واحدة ، نحصل على الصورة التالية:



بالإضافة إلى عدم الحركة تقريبًا ، على ارتفاع عالٍ ، سيرى القمر الصناعي مساحة شاسعة من كوكبنا وسيكون قادرًا على توفير الاتصال بين النقاط البعيدة. إن الميل الكبير للمدار سيعني أنه حتى في القطب الشمالي لن تكون هناك مشاكل في استقبال الإشارة. وإذا حددت ميلًا قريبًا من 63.4 درجة ، فسيكون التداخل الثقالي من الأرض ضئيلًا ، وفي المدار سيكون من الممكن أن يكون عمليًا بدون تصحيح. لذلك ولد مدار "البرق" مع المعلمات:

  1. Pericenter: 500 كم
  2. Apocenter: 40000 كيلومتر
  3. الميل: 62.8 درجة
  4. فترة التداول: 12 ساعة

إذا كنا على متن قمر صناعي يطير في مثل هذا المدار ، فسنرى الأرض على هذا النحو:



تجسيد في الغدة


يمكن أن يطلق الصاروخ 8K78 ما يصل إلى 1600 كجم في مدار إهليلجي للغاية. لقد كان نعمة للمطورين - كان من الممكن صنع قمر صناعي قوي بقدرات عظيمة وفي نفس الوقت "مسح أنف" الأمريكيين ، الذين لا تتجاوز كتلتهم الساتلية 300 كيلوغرام. أعجب الجهاز الناتج بخصائصه:



تضمنت معدات الأقمار الصناعية ثلاث مكررات بقوة 40 وات واثنتين احتياطيتين بقوة 20 واط ، وبطاريات شمسية بقوة إجمالية تبلغ كيلووات ونصف كيلوواط تم توليدها لهم. لاستقبال البيانات ونقلها ، تم استخدام هوائيين مكافئين يمكن التحكم فيهما بقطر 1.4 متر. تم التحكم في الجهاز عن طريق جهاز وقت برنامج الترانزستور ، وهو سلف أجهزة الكمبيوتر الحديثة ، وكان الاتجاه مدعومًا بدورة طاقة فريدة من ثلاث درجاتص - نفذ نظام التحكم خوارزميات وضع الطيران المعقدة ذات الاتجاه ثلاثي المحاور. في موقع العمل ، حافظ الجهاز على اتجاه مستمر بواسطة البطاريات الشمسية للشمس ، يرافق الأرض بهوائيات رئيسية خاضعة للتحكم. بعد الانتهاء من قسم العمل ، تم تدوير الجهاز وفقًا للبيانات الرأسية بالأشعة تحت الحمراء حتى شغل موقعًا موازٍ لمتجه السرعة المدارية في المركز. في منطقة المركز ، وفقًا للأوامر المخزنة في ذاكرته ، يمكنه تصحيح المدار.


المنظر العلوي ، مخروط نظام الدفع والبالونات من النيتروجين المضغوط لنظام التوجيه


، يمكن رؤيته بوضوح. يمكن رؤية المنظر السفلي والألواح الشمسية وكتلة المستشعر في النهاية والهوائيات.

كان من المفترض أن فترة وجود الجهاز النشط ستتجاوز سنة واحدة ، الرقم في ذلك الوقت رائع. كان الجهاز يدعى "Lightning" ، وبالنظر إلى المستقبل ، دعنا نقول أنه تبين أنه صنع عصرًا جديدًا بحيث تم تسمية كل من المدار ومركبة الإطلاق 8K78 تكريمًا له.

استغلال



مركبة الإطلاق "Lightning-M" ، سليل مركبة الإطلاق "Lightning"

في ذلك الوقت ، لم يكن بدء العملية سهلاً. في 4 يونيو 1964 ، لم يصل البرق الأول إلى المدار بسبب حادث سيارة الإطلاق. في 22 أغسطس 1964 ، تم إطلاق الجهاز الثاني بنجاح في مدار قريب من الجهاز المحسوب. لكن المشكلة هي أن كلا الهوائيين الرئيسيين ، اللذين كان من المفترض أن يكررا بعضهما البعض ، لم يفتحا. توصل التحقيق إلى أنه خلال الاختبارات التي أجريت على أحد الهوائيات ، تم الكشف عن تلف لعزل الكبل ، ووفقًا للمصمم ، تم تغليف قضبان الهوائي بالإضافة إلى ذلك بشريط من الفينيل. في الفضاء ، في ظل الألواح الشمسية ، تجمد الشريط ، ولم تتمكن الينابيع ، التي واجهت بالفعل صعوبة في فتح الهوائيات ، من التغلب على البلاستيك المتجمد. ضاع "البرق" الثاني. بالنسبة للمستقبل ، كان من السهل إصلاح المشكلة ، وتم استبدال الينابيع على قضبان الهوائي بمحركات كهربائية ، والتي تم ضمانها للكشف عن الهوائيات بالكامل. أخيرا،في 23 أبريل 1965 ، تم إطلاق البرق الثالث بنجاح وتبين أنه يعمل بكامل طاقته. كانت هناك لحظة عصبية عندما لم يكن التتابع الرئيسي يرغب في التشغيل في المرة الأولى ، ولكن بعد عدة دقائق مؤلمة من إرسال الأوامر باستمرار من الأرض لتشغيل المكرر ، لا يزال قيد التشغيل. بين موسكو وفلاديفوستوك ، تم تأسيس الاتصال من خلال أول قمر صناعي مكرر سوفيتي:


تم نقل أول لقطات تلفزيونية باستخدام Lightning.

تعني قوة الإشارة الكبيرة أنه لم تكن هناك حاجة إلى هوائيات كبيرة لاستقبالها ؛ تم بناء أجنحة Orbit صغيرة نسبيًا في جميع أنحاء البلاد:





سرعان ما تمت تغطية الأجزاء الشمالية والشرقية من اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية بشبكة من محطات البث الفضائي:



قمر صناعي أصبح التلفزيون من معجزة تقنية أمرًا شائعًا بسرعة ، وأعلن رئيس اللجنة الإقليمية في الشرق الأقصى على الفور أن بريجنيف سيشتكي شخصيًا في حالة وجود مشاكل في البث. بحلول عام 1984 ، تجاوز عدد محطات Orbit مائة ، مما جعل القنوات الفضائية السوفيتية متاحة حتى في المدن الصغيرة. قامت المحطات بنقل إشارة موسكو إلى مركز تلفزيوني محلي ، والذي بدوره كان يخدم بالفعل منطقة مهمة.

لم تتمكن الأقمار الصناعية البرق الأولى من عبور خط الحياة لمدة عام واحد. نظرًا لحقيقة أن القمر الصناعي كان يطير أربع مرات يوميًا من خلال أحزمة إشعاعية ، بدأت الألواح الشمسية تتحلل بسرعة. تمكنت "البرق" الأولى من العيش من أبريل إلى نوفمبر. تمت إضافة الألواح الشمسية الزائدة إلى تصميم القمر الصناعي ، والتي تم فتحها إذا لزم الأمر بعد تدهور كبير. بالفعل ، كان "البرق" رقم 7 قادرًا على الوجود بنشاط من أكتوبر 1966 إلى يناير 1968. بالنسبة للأقمار الصناعية السوفيتية ، كان هذا وقتًا طويلاً جدًا.

تم تطوير "Lightning" في مكتب التصميم S.P. بدأ كوروليف ، وفي عام 1965 بالفعل ، في نقل الإنتاج إلى كراسنويارسك "الفرع رقم 2" تحت قيادة ميخائيل ريشتنيف. من هذا بدأ التاريخ المجيد للمشروع ، المعروف الآن باسم AIS IS. أكاديمي Reshetnev. تم تطوير أجهزة "البرق" بنشاط. تم استبدال الهوائي المكافئ بأربعة حلزون:



إطارات اختبار مثيرة وقصة حول هوائي أربعة حلزون:




الألواح الشمسية الإضافية

تحولت الأجهزة إلى نطاق موجة السنتيمتر ، وتعلمت البث ليس إلى البلد بأكمله ، ولكن لفصل المناطق الزمنية ، زاد عدد قنوات الاتصال ومعدل إنتاجها بشكل مستمر. مع مرور الوقت ، توقف استخدام "Lightning" للبث التلفزيوني المدني وأصبح بشكل رئيسي أقمارًا صناعية للاتصالات العسكرية. آخر جهاز من عائلة Lightning ، Lightning-3K ، تم إطلاقه في عام 2001.

اليوم وغدا


تحول البث التلفزيوني المدني في الاتحاد السوفياتي / روسيا في نهاية المطاف إلى مدار ثابت بالنسبة للأرض. ظهرت مركبة إطلاق بروتون أكثر حمولة ، وبدأت في إطلاق الأقمار الصناعية إلى المحطة الثابتة بالنسبة للأرض في عام 1975. طالب Orbit Pavilion بهوائي متنقل بطول 12 مترًا وخسر أمام "أطباق" الأقمار الصناعية ، والتي توجد الآن في كل مكان. الأقمار الصناعية البرق أنهى حياتهم. لكن مدار البرق لم يمت. إنه مطلوب على خطوط العرض العالية لدينا ، والآن تحلق عليه أقمار اتصالات ميريديان. ومنذ عام 2012 ، تم تطوير نظام الأرصاد الجوية في القطب الشمالي. يتم استخدام الخصائص الفريدة للمدار أيضًا عبر المحيط - تم إطلاق القمر الصناعي العسكري الأمريكي NROL-35 ، الذي يفترض أنه مرتبط بالأقمار الصناعية لنظام التحذير من هجوم صاروخي وتم إطلاقه في ديسمبر 2014 ، على وجه التحديد في مدار البرق. من يدري ، ربما البرق في يد الفتاة على شعار البعثة هو تلميح لاسم المدار؟



يتم استخدام نوع مختلف من مدار Molniya ، مدار Tundra مع بؤرة تركيز 46-52 ألف كيلومتر وفترة مدارية ليوم واحد ، من قبل ثلاثة أقمار اتصالات لاسلكية Sirius XM ونظام الملاحة الياباني QZSS.

في المستقبل ، لن ينسى مدار البرق. يتم تحميل المدار الثابت بالنسبة للأرض بشكل زائد ، كخيار ، يمكن أن تبدأ الأقمار الصناعية في الذهاب إلى مدارات إهليلجية عالية. وحتى خارج حدود الأرض ، يمكن استخدام اختراع المقذوفات السوفييتية: في مشروع مهمة مأهولة إلى Mars HERRO للتحكم في الوقت الحقيقي في الروبوتات على السطح ، يُقترح استخدام نظير لمدار البرق:



مواد إضافية


عند كتابة المنشور ، تم استخدام ما يلي:


من خلال علامة "صعوبات غير واضحة" - الصواريخ والمحركات ومرافق الإطلاق وأجهزة الاستشعار وأنظمة التوجيه وأكثر من ذلك.

KDPV - لوحة بواسطة A. Leonov "Lightning - تتابع الفضاء"

Source: https://habr.com/ru/post/ar382889/

More articles:


All Articles