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Sowjetischer Orbitaltrick



Die Geschichte der Astronautik enthält wie jede andere Branche Beispiele für witzige Entscheidungen, bei denen das gewünschte Ziel auf schöne und unerwartete Weise erreicht wurde. Die UdSSR / Russland hatte kein Glück mit der Verfügbarkeit einer geostationären Umlaufbahn. Aber anstatt es mit schwereren Raketen zu erreichen oder zu versuchen, die Masse der Nutzlast zu reduzieren, kamen die Entwickler auf die Idee, eine spezielle Umlaufbahn zu verwenden. Über diese Umlaufbahn und die Satelliten, die sie noch nutzen, unsere heutige Geschichte.

Physik


Wenn man von geostationären und stark elliptischen Umlaufbahnen spricht, muss man sich an ein Konzept wie die Neigung der Umlaufbahn erinnern . In diesem Fall ist die Neigung der Umlaufbahn der Winkel zwischen der Ebene des Äquators der Erde und der Ebene der Umlaufbahn des Satelliten:



Wenn wir vom Kosmodrom ausgehen und beginnen, streng nach Osten zu beschleunigen, hat die resultierende Umlaufbahn eine Neigung, die dem Breitengrad des Kosmodroms entspricht. Wenn wir anfangen zu beschleunigen und nach Norden abweichen, ist die resultierende Neigung größer. Wenn wir, nachdem wir gedacht haben, dass dies die Neigung verringern sollte, beginnen, nach Südosten zu beschleunigen, wird die resultierende Umlaufbahn auch eine größere Neigung haben als unser Breitengrad. Warum? Schauen Sie sich das Bild an: Während der Beschleunigung ausschließlich nach Osten ist der nördlichste Punkt der Projektion der Umlaufbahn (blaue Linie) unser Raumhafen. Und wenn wir nach Südosten beschleunigen, liegt der nördlichste Punkt der Projektion der resultierenden Umlaufbahn nördlich unseres Kosmodroms, und die Neigung der Umlaufbahn ist größer als der Breitengrad des Kosmodroms:



Schlussfolgerung: Wenn das Raumschiff startet, kann die anfängliche Neigung seiner Umlaufbahn nicht kleiner sein als der Breitengrad des Kosmodroms.

Um in die geostationäre Umlaufbahn (0 ° Neigung) zu gelangen, muss die Neigung auf Null gesetzt werden, dies erfordert jedoch zusätzlichen Kraftstoff (die Physik dieses Prozesses ist ein separates interessantes Gespräch) Das Baikonur-Kosmodrom hat einen Breitengrad von 45 °, und da die verbrauchten Raketenstufen nicht nach China fallen sollten, werden Raketen auf Strecken mit einer Neigung von 65 ° und 51,6 ° nach Nordosten abgefeuert. Infolgedessen konnte die vierstufige Trägerrakete 8K78, die eineinhalb Tonnen zum Mond und fast eine Tonne zum Mars startete, nur ~ 100 kg in die geostationäre Umlaufbahn bringen. Um in eine solche Masse eines vollwertigen geostationären Kommunikationssatelliten in den frühen 60er Jahren zu passen, konnte kein einziges Land. Es war notwendig, etwas anderes zu erfinden. Orbitalmechaniker kamen zur Rettung. Je höher die Höhe des Satelliten ist, desto langsamer bewegt er sich relativ zur Erde. In einer Höhe von 36.000 km über dem Äquator hängt der Satellit ständig über einem Punkt auf der Erde (die geostationäre Umlaufbahn funktioniert ebenfalls nach dieser Idee). Und wenn wir den Satelliten in die Umlaufbahn bringen, die eine längliche Ellipse ist,dann wird sich seine Geschwindigkeit sehr ändern. Im Perizentrum (dem der Erde am nächsten gelegenen Umlaufpunkt) fliegt es sehr schnell, aber im Bereich des Apozentrums (dem am weitesten von der Erde entfernten Umlaufbahnpunkt) friert es praktisch mehrere Stunden lang ein. Wenn die Punkte den Satellitenpfad im Abstand von einer Stunde markieren, erhalten wir das folgende Bild:



Zusätzlich zur nahezu Unbeweglichkeit wird der Satellit in großer Höhe einen weiten Bereich unseres Planeten sehen und in der Lage sein, Kommunikation zwischen entfernten Punkten bereitzustellen. Eine große Neigung der Umlaufbahn bedeutet, dass selbst in der Arktis keine Probleme mit dem Signalempfang auftreten. Und wenn Sie eine Neigung nahe 63,4 ° wählen, ist die Gravitationsstörung von der Erde minimal, und im Orbit ist es möglich, praktisch ohne Korrektur zu sein. So wurde die Umlaufbahn „Blitz“ mit den folgenden Parametern geboren:

  1. Pericenter: 500 km
  2. Apozentrum: 40 000 km
  3. Neigung: 62,8 °
  4. Umlaufzeit: 12 Stunden

Wenn wir auf einem Satelliten wären, der in einer solchen Umlaufbahn fliegt, würden wir die Erde so sehen:



Verkörperung in der Drüse


Die 8K78-Rakete könnte bis zu 1600 kg in eine stark elliptische Umlaufbahn bringen. Es war ein Segen für die Entwickler - es war möglich, einen leistungsstarken Satelliten mit großen Fähigkeiten herzustellen und gleichzeitig den Amerikanern, deren Kommunikationssatelliten 300 kg Masse nicht überstiegen, die Nase abzuwischen. Das resultierende Gerät beeindruckte durch seine Eigenschaften:



Die Satellitenausrüstung umfasste drei Repeater mit einer Leistung von 40 W und zwei Reserve-Repeater mit einer Leistung von 20 W sowie Solarbatterien mit einer Gesamtleistung von eineinhalb Kilowatt, die für sie Strom erzeugten. Zum Empfangen und Senden von Daten wurden zwei steuerbare Parabolantennen mit einem Durchmesser von 1,4 Metern verwendet. Das Gerät wurde von einem Transistor-Programmiergerät gesteuert, dem Vorfahren moderner Computer, und die Ausrichtung wurde von einem einzigartigen Drei-Grad-Leistungskreisel unterstütztS. Das Steuerungssystem implementierte komplexe Flugmodusalgorithmen mit dreiachsiger Ausrichtung. Auf dem Arbeitsgelände hielt der Apparat eine konstante Ausrichtung von Solarbatterien zur Sonne aufrecht und begleitete die Erde mit kontrollierten Hauptantennen. Nach Abschluss des Arbeitsabschnitts drehte sich die Vorrichtung gemäß den vertikalen Infrarotdaten , bis sie eine Position parallel zum Orbitalgeschwindigkeitsvektor im Perizentrum einnahm. Im Bereich des Perizentrums konnte er gemäß den in seinem Speicher gespeicherten Befehlen eine Umlaufbahnkorrektur vornehmen.


Draufsicht sind der Kegel des Antriebssystems und Ballons aus komprimiertem Stickstoff für das Orientierungssystem


gut sichtbar. Unteransicht, Sonnenkollektoren, der Sensorblock am Ende und die Antennen sind sichtbar.

Es wurde angenommen, dass die Dauer des aktiven Bestehens des Geräts ein Jahr überschreiten wird, die Zahl zu diesem Zeitpunkt ist fantastisch. Das Gerät hieß "Lightning", und mit Blick auf die Zukunft stellte sich heraus, dass es sich als so epochal herausstellte, dass ihm sowohl die Umlaufbahn als auch die Trägerrakete 8K78 zu Ehren benannt wurden.

Ausbeutung



Trägerrakete "Lightning-M", ein Nachkomme der Trägerrakete "Lightning"

Zu diesem Zeitpunkt konnte die Inbetriebnahme nicht einfach sein. Am 4. Juni 1964 erreichte der erste Blitz aufgrund eines Startfahrzeugunfalls nicht die Umlaufbahn. Am 22. August 1964 wurde das zweite Gerät erfolgreich in die Umlaufbahn nahe dem berechneten Gerät gebracht. Das Problem ist jedoch, dass beide Hauptantennen, die sich gegenseitig duplizieren sollten, nicht geöffnet wurden. Die Untersuchung ergab, dass während der Tests an einer der Antennen eine Beschädigung der Kabelisolierung festgestellt wurde und die Antennenstangen nach Angaben des Konstrukteurs zusätzlich mit Vinylband umwickelt wurden. Im Weltraum, im Schatten von Sonnenkollektoren, gefror das Klebeband, und die Federn, die bereits Schwierigkeiten hatten, die Antennen zu öffnen, konnten den gefrorenen Kunststoff nicht überwältigen. Der zweite "Blitz" ging verloren. Für die Zukunft war das Problem leicht zu beheben, die Federn an den Antennenstangen wurden durch Elektromotoren ersetzt, die garantiert die Antennen vollständig enthüllten. Schließlich,Am 23. April 1965 wurde der dritte Blitz erfolgreich gestartet und erwies sich als voll funktionsfähig. Es gab einen nervösen Moment, in dem das Hauptrelais nicht beim ersten Mal eingeschaltet werden wollte, aber nach mehreren schmerzhaften Minuten, in denen ständig Befehle von der Erde gesendet wurden, um den Repeater einzuschalten, schaltete es sich immer noch ein. Zwischen Moskau und Wladiwostok wurde die Kommunikation über den ersten sowjetischen Repeater-Satelliten hergestellt:


Das erste mit Lightning übertragene Fernsehmaterial.

Eine große Signalleistung bedeutete, dass keine großen Antennen für den Empfang benötigt wurden. Im ganzen Land wurden relativ kleine Orbit-Pavillons gebaut: Die





nördlichen und östlichen Teile der UdSSR wurden schnell von einem Netzwerk von Satellitenrundfunkstationen abgedeckt:



Ein Satellit Fernsehen aus einem technischen Wunder wurde schnell alltäglich, der Vorsitzende des Regionalkomitees in Fernost erklärte sofort, dass Breschnew sich bei Rundfunkproblemen persönlich beschweren werde. Bis 1984 überstieg die Anzahl der Orbit-Sender hundert, wodurch sowjetisches Satellitenfernsehen auch in kleinen Städten verfügbar wurde. Die Sender leiteten das Moskauer Signal an ein lokales Fernsehzentrum weiter, das wiederum bereits einen bedeutenden Bereich bediente.

Die ersten Blitzsatelliten konnten die Grenze eines Jahres nicht überschreiten. Aufgrund der Tatsache, dass der Satellit viermal täglich durch Strahlungsgürtel flog, begannen sich die Sonnenkollektoren schnell zu verschlechtern. Der erste "Blitz" konnte von April bis November leben. Das Design des Satelliten wurde um redundante Sonnenkollektoren erweitert, die bei Bedarf nach einer erheblichen Verschlechterung geöffnet wurden. Bereits von Oktober 1966 bis Januar 1968 konnte "Blitz" Nr. 7 aktiv existieren. Für sowjetische Satelliten war dies eine sehr lange Zeit.

"Lightning" wurde im Design Bureau S.P. Korolev und bereits 1965 begann die Produktion unter der Leitung von Mikhail Reshetnev auf Krasnojarsk „Filiale Nummer 2“ zu verlagern. Daraus begann die glorreiche Geschichte des Unternehmens, das heute als AIS IS bekannt ist. Akademiker Reshetnev. Die Geräte "Lightning" wurden aktiv entwickelt. Die Parabolantenne wurde durch eine Vier-Helix-Antenne ersetzt:



Interessante Testrahmen und eine Geschichte über eine Vier-Helix-Antenne:




Zusätzliche Sonnenkollektoren Die

Geräte schalteten auf den Zentimeterwellenbereich um und lernten, nicht ins ganze Land zu senden, sondern Zeitzonen zu trennen, die Anzahl der Kommunikationskanäle und deren Durchsatz stetig zu erhöhen. Im Laufe der Zeit wurde "Lightning" nicht mehr für zivile Fernsehsendungen verwendet und wurde hauptsächlich zu militärischen Kommunikationssatelliten. Das letzte Gerät der Lightning-Familie, Lightning-3K, wurde 2001 auf den Markt gebracht.

Heute und morgen


Der zivile Fernsehsender in der UdSSR / Russland wechselte schließlich in eine geostationäre Umlaufbahn. Es erschien eine tragendere Proton-Trägerrakete, die 1975 damit begann, Satelliten zur geostationären Station zu starten. Der Orbit Pavilion forderte eine zwölf Meter lange mobile Antenne und verlor an Satellitenschüsseln, die heute überall zu finden sind. Die Blitzsatelliten beendeten ihr Leben. Aber die Umlaufbahn des Blitzes starb nicht. Es ist für unsere hohen Breiten gefragt, und jetzt fliegen Meridian-Kommunikationssatelliten darauf. Seit 2012 wurde das arktische meteorologische System entwickelt. Die einzigartigen Eigenschaften der Umlaufbahn werden auch über den Ozean hinweg genutzt - der amerikanische Militärsatellit NROL-35, der angeblich mit den Satelliten des Warnsystems für Raketenangriffe verwandt ist und im Dezember 2014 gestartet wurde, wurde genau in die Blitzumlaufbahn gestartet. Wer weiß, vielleicht ist der Blitz in den Händen des Mädchens auf dem Emblem der Mission ein Hinweis auf den Namen der Umlaufbahn?



Eine Variante der Molniya-Umlaufbahn, die Tundra-Umlaufbahn mit einem Apozentrum von 46 bis 52.000 Kilometern und einer eintägigen Umlaufzeit, wird von drei Sirius XM-Funkkommunikationssatelliten und dem japanischen Navigationssystem QZSS verwendet.

In Zukunft wird die Blitzbahn nicht vergessen. Die geostationäre Umlaufbahn ist überlastet. Optional können Satelliten beginnen, in stark elliptische Umlaufbahnen zu gelangen. Und auch über die Grenzen der Erde hinaus kann die Erfindung der sowjetischen Ballistik genutzt werden: Im Rahmen einer bemannten Mission zum Mars HERRO zur Echtzeitsteuerung von Robotern auf der Oberfläche wird vorgeschlagen, ein Analogon der Blitzbahn zu verwenden:



Zusätzliche Materialien


Beim Schreiben einer Publikation wurden folgende verwendet:


Mit dem Tag "unauffällige Schwierigkeiten" - Raketen, Triebwerke, Starteinrichtungen, Sensoren, Orientierungssysteme und mehr.

KDPV - Gemälde von A. Leonov "Blitz - ein Weltraumrelais"

Source: https://habr.com/ru/post/de382889/

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