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Truco orbital soviético



La historia de la astronáutica, como cualquier otra industria, guarda ejemplos de decisiones ingeniosas cuando el objetivo deseado se logró de una manera hermosa e inesperada. La URSS / Rusia no tuvo suerte con la disponibilidad de una órbita geoestacionaria. Pero en lugar de alcanzarlo con misiles más pesados ​​o tratar de reducir la masa de la carga útil, los desarrolladores se dieron cuenta de la idea de usar una órbita especial. Sobre esta órbita y los satélites que todavía la usan, nuestra historia de hoy.

Física


Hablando de órbitas geoestacionarias y altamente elípticas, es necesario recordar un concepto como la inclinación de la órbita . En este caso, la inclinación de la órbita es el ángulo entre el plano del ecuador de la Tierra y el plano de la órbita del satélite:



Si comenzamos desde el cosmodrome y comenzamos a acelerar estrictamente hacia el este, entonces la órbita resultante tendrá una inclinación igual a la latitud del cosmodrome. Si comenzamos a acelerar, desviándonos hacia el norte, entonces la inclinación resultante será mayor. Si, habiendo pensado que esto debería reducir la inclinación, comenzamos a acelerar hacia el sureste, la órbita resultante también tendrá una inclinación mayor que nuestra latitud. ¿Por qué? Mire la imagen: durante la aceleración estrictamente hacia el este, el punto más al norte de la proyección de la órbita (línea azul) será nuestro puerto espacial. Y si aceleramos hacia el sudeste, entonces el punto más al norte de la proyección de la órbita resultante estará al norte de nuestro cosmodrome, y la inclinación de la órbita será mayor que la latitud del cosmodrome:



Conclusión: cuando comienza la nave espacial, la inclinación inicial de su órbita no puede ser menor que la latitud del cosmodrome.

Para ingresar a la órbita geoestacionaria (inclinación de 0 °) es necesario poner a cero la inclinación, pero esto requiere combustible adicional (la física de este proceso es una conversación interesante aparte) El cosmódromo de Baikonur tiene una latitud de 45 °, y, considerando que las etapas de misiles gastados no deberían caer en China, los cohetes se lanzan al noreste en rutas con una inclinación de 65 ° y 51.6 °. Como resultado, el vehículo de lanzamiento de cuatro etapas 8K78, que lanzó una tonelada y media a la luna, y casi una tonelada a Marte, solo pudo llevar ~ 100 kg a la órbita geoestacionaria. Para encajar en una masa tan grande como un satélite de comunicaciones geoestacionarias a principios de los años 60, ningún país podría hacerlo. Era necesario inventar algo más. La mecánica orbital vino al rescate. Cuanto más alta es la altura del satélite, más lento se mueve en relación con la Tierra. A una altitud de 36,000 km sobre el ecuador, el satélite colgará constantemente sobre un punto en la Tierra (la órbita geoestacionaria también funciona en esta idea). Y si ponemos el satélite en órbita, que es una elipse alargada,entonces su velocidad cambiará mucho. En el pericentro (el punto de órbita más cercano a la Tierra) volará muy rápido, pero en el área del apocentro (el punto de órbita más distante de la Tierra) prácticamente se congelará durante varias horas. Si los puntos marcan la ruta del satélite con un intervalo de una hora, obtenemos la siguiente imagen:



Además de casi la inmovilidad, a gran altitud, el satélite verá una vasta área de nuestro planeta y podrá proporcionar comunicación entre puntos remotos. Una gran inclinación de la órbita significará que incluso en el Ártico no habrá problemas con la recepción de la señal. Y si selecciona una inclinación cercana a 63.4 °, entonces la interferencia gravitacional de la Tierra será mínima, y ​​en órbita será posible prácticamente sin corrección. Entonces la órbita "Lightning" nació con los parámetros:

  1. Pericentro: 500 km
  2. Apocenter: 40 000 km
  3. Inclinación: 62.8 °
  4. Periodo de circulación: 12 horas.

Si estuviéramos en un satélite volando en esa órbita, veríamos la Tierra así:



Encarnación en la glándula


El cohete 8K78 podría lanzar hasta 1600 kg en una órbita altamente elíptica. Fue una bendición para los desarrolladores: fue posible hacer un satélite potente con grandes capacidades y al mismo tiempo "limpiar la nariz" de los estadounidenses, cuyos satélites de comunicación no superaron los 300 kg de masa. El aparato resultante impresionó con sus características:



el equipo satelital incluía tres repetidores con una potencia de 40 W y dos de reserva con una potencia de 20 W, y las baterías solares con una potencia total de un kilo y medio kilovatios generaron electricidad para ellos. Para recibir y transmitir datos, se utilizaron dos antenas parabólicas controlables con un diámetro de 1,4 metros. El dispositivo fue controlado por un dispositivo de tiempo de programa de transistor, el ancestro de las computadoras modernas, y la orientación fue apoyada por un giroscopio de potencia único de tres gradosp. El sistema de control implementó algoritmos de modo de vuelo complejos con una orientación triaxial. En el sitio de trabajo, el aparato mantuvo una orientación constante mediante baterías solares hacia el Sol, acompañando a la Tierra con antenas principales controladas. Una vez completada la sección de trabajo, el aparato giró de acuerdo con los datos verticales infrarrojos hasta que ocupó una posición paralela al vector de velocidad orbital en el pericentro. En el área del pericentro, de acuerdo con los comandos almacenados en su memoria, podría hacer la corrección de la órbita.


La vista superior, el cono del sistema de propulsión y los globos de nitrógeno comprimido para el sistema de orientación


son claramente visibles, la vista inferior, los paneles solares, el bloque sensor en el extremo y las antenas son visibles.

Se suponía que el período de existencia activa del dispositivo superará un año, la cifra, en ese momento, es fantástica. El dispositivo se llamaba "Lightning" y, mirando hacia el futuro, digamos que resultó ser tan antiguo que tanto la órbita como el vehículo de lanzamiento 8K78 fueron nombrados en su honor.

Explotación



Vehículo de lanzamiento "Lightning-M", un descendiente del vehículo de lanzamiento "Lightning"

En ese momento, el inicio de la operación no podría ser fácil. El 4 de junio de 1964, el primer Rayo no alcanzó la órbita debido a un accidente de vehículo de lanzamiento. El 22 de agosto de 1964, el segundo dispositivo se lanzó con éxito en órbita cercana al calculado. Pero el problema es que ambas antenas principales, que se suponía que se duplicarían entre sí, no se abrieron. La investigación encontró que durante las pruebas en una de las antenas, se detectó daño en el aislamiento del cable y, según el diseñador, las varillas de la antena se envolvieron adicionalmente con cinta de vinilo. En el espacio, a la sombra de los paneles solares, la cinta se congeló y los resortes, que ya tenían dificultades para abrir las antenas, no pudieron dominar el plástico congelado. El segundo "Rayo" se perdió. Para el futuro, el problema fue fácil de solucionar, los resortes en las varillas de la antena fueron reemplazados por motores eléctricos, que garantizaban que revelarían completamente las antenas. Finalmente,El 23 de abril de 1965, el tercer Lightning se lanzó con éxito y resultó ser completamente operativo. Hubo un momento nervioso cuando el relé principal no quería encenderse la primera vez, pero, después de varios minutos dolorosos de enviar continuamente comandos desde la Tierra para encender el repetidor, todavía estaba encendido. Entre Moscú y Vladivostok, la comunicación se estableció a través del primer satélite repetidor soviético:


Las primeras imágenes de televisión transmitidas utilizando Lightning.

Una gran potencia de señal significaba que no se necesitaban antenas grandes para su recepción, y se construyeron pabellones Orbit relativamente pequeños en todo el país:





las partes norte y este de la URSS fueron rápidamente cubiertas por una red de estaciones de transmisión satelital:



un satélite La televisión de un milagro técnico se convirtió rápidamente en un lugar común, el presidente del comité regional en el Lejano Oriente declaró de inmediato que Brezhnev se quejaría personalmente en caso de problemas con la transmisión. En 1984, el número de estaciones de Orbit excedía el centenar, lo que hacía que la televisión por satélite soviética estuviera disponible incluso en ciudades pequeñas. Las estaciones transmitieron la señal de Moscú a un centro de televisión local, que, a su vez, ya estaba prestando servicio en un área importante.

Los primeros satélites Lightning no podían cruzar la línea de vida de un año. Debido al hecho de que el satélite voló cuatro veces al día a través de cinturones de radiación, los paneles solares comenzaron a degradarse rápidamente. El primer "Rayo" pudo vivir de abril a noviembre. Se agregaron paneles solares redundantes al diseño del satélite, que se abrieron si era necesario después de una degradación importante. Ya, "Lightning" No. 7 pudo existir activamente desde octubre de 1966 hasta enero de 1968. Para los satélites soviéticos, esto fue mucho tiempo.

"Lightning" se desarrolló en Design Bureau S.P. Korolev, y ya en 1965, la producción comenzó a transferirse a la "sucursal número 2" de Krasnoyarsk bajo el liderazgo de Mikhail Reshetnev. A partir de esto comenzó la gloriosa historia de la empresa, ahora conocida como AIS IS. Académico Reshetnev. Los dispositivos "Lightning" se desarrollaron activamente. La antena parabólica ha sido reemplazada por una de cuatro hélices:



marcos de prueba interesantes y una historia sobre una antena de cuatro hélices:




Paneles solares adicionales Los

dispositivos cambiaron al rango de onda del centímetro, aprendieron a transmitir no a todo el país, sino a zonas horarias separadas, el número de canales de comunicación y su rendimiento aumentaron constantemente. Con el tiempo, el "Rayo" dejó de usarse para la transmisión civil y se convirtió principalmente en comunicaciones por satélite. El último dispositivo de la familia Lightning, Lightning-3K, se lanzó en 2001.

Hoy y mañana


La transmisión de TV civil en la URSS / Rusia finalmente cambió a una órbita geoestacionaria. Apareció un vehículo de lanzamiento Proton más resistente, que comenzó a lanzar satélites a la estación geoestacionaria en 1975. El Orbit Pavilion exigió una antena móvil de doce metros y perdió ante los "platos" satelitales, que ahora se encuentran en todas partes. Los satélites Lightning terminaron sus vidas. Pero la órbita de Lightning no murió. Está en demanda para nuestras altas latitudes, y ahora los satélites de comunicaciones Meridian están volando en él. Desde 2012, se ha desarrollado el sistema meteorológico del Ártico. Las propiedades únicas de la órbita también se utilizan a través del océano: el satélite militar estadounidense NROL-35, supuestamente relacionado con los satélites del sistema de advertencia de ataque con misiles y lanzado en diciembre de 2014, se lanzó precisamente en la órbita del Rayo. ¿Quién sabe, tal vez el rayo en las manos de la niña en el emblema de la misión es una pista del nombre de la órbita?



Una variante de la órbita de Molniya, la órbita de la Tundra con un apocentro de 46-52 mil kilómetros y un período orbital de un día, es utilizada por tres satélites de comunicación por radio Sirius XM y el sistema de navegación japonés QZSS.

En el futuro, la órbita del Rayo no será olvidada. La órbita geoestacionaria está sobrecargada, como opción, los satélites pueden comenzar a entrar en órbitas altamente elípticas. E incluso más allá de las fronteras de la Tierra, se puede utilizar la invención de la balística soviética: en el proyecto de una misión tripulada a Marte HERRO para el control en tiempo real de robots en la superficie, se propone utilizar un análogo de la órbita del Rayo:



Materiales adicionales


Al escribir una publicación, se utilizaron los siguientes:


Por la etiqueta "dificultades discretas" : misiles, motores, instalaciones de lanzamiento, sensores, sistemas de orientación y más.

KDPV - pintura de A. Leonov "Relámpago - un relé espacial"

Source: https://habr.com/ru/post/es382889/

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