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Tour orbital soviétique



L'histoire de l'astronautique, comme toute autre industrie, conserve des exemples de décisions spirituelles lorsque l'objectif souhaité a été atteint d'une manière magnifique et inattendue. L'URSS / Russie n'a pas eu de chance avec la disponibilité d'une orbite géostationnaire. Mais au lieu de l'atteindre avec des missiles plus lourds ou d'essayer de réduire la masse de la charge utile, les développeurs ont compris l'idée d'utiliser une orbite spéciale. À propos de cette orbite et des satellites qui l'utilisent encore, l'histoire d'aujourd'hui.

La physique


En parlant d'orbites géostationnaires et hautement elliptiques, il est nécessaire de rappeler un concept tel que l' inclinaison de l'orbite . Dans ce cas, l'inclinaison de l'orbite est l'angle entre le plan de l'équateur de la Terre et le plan de l'orbite du satellite:



Si nous partons du cosmodrome et commençons à accélérer strictement vers l'est, alors l'orbite résultante aura une inclinaison égale à la latitude du cosmodrome. Si nous commençons à accélérer, en déviant vers le nord, alors l'inclinaison résultante sera plus grande. Si nous, ayant pensé que cela devrait réduire l'inclinaison, commençons à accélérer vers le sud-est, l'orbite résultante aura également une inclinaison plus grande que notre latitude. Pourquoi? Regardez l'image: pendant l'accélération strictement vers l'est, le point le plus au nord de la projection de l'orbite (ligne bleue) sera notre port spatial. Et si nous accélérons vers le sud-est, le point le plus au nord de la projection de l'orbite résultante sera au nord de notre cosmodrome, et l'inclinaison de l'orbite sera supérieure à la latitude du cosmodrome:



Conclusion: lorsque l'engin spatial démarre, l'inclinaison initiale de son orbite ne peut pas être inférieure à la latitude du cosmodrome.

Pour entrer dans l'orbite géostationnaire (inclinaison de 0 °), l'inclinaison doit être mise à zéro, mais cela nécessite du carburant supplémentaire (la physique de ce processus est une conversation intéressante séparée) Le cosmodrome de Baïkonour a une latitude de 45 ° et, étant donné que les étages de fusées usés ne devraient pas tomber en Chine, les roquettes sont lancées au nord-est sur des routes avec une inclinaison de 65 ° et 51,6 °. En conséquence, le lanceur à quatre étages 8K78, qui a lancé une tonne et demie vers la lune et près d'une tonne vers Mars, n'a pu amener que ~ 100 kg sur l'orbite géostationnaire. Pour intégrer dans une telle masse un satellite de communication géostationnaire à part entière au début des années 60, aucun pays ne le pouvait. Il fallait inventer autre chose. La mécanique orbitale est venue à la rescousse. Plus la hauteur du satellite est élevée, plus il se déplace lentement par rapport à la Terre. À une altitude de 36 000 km au-dessus de l'équateur, le satellite sera constamment suspendu au-dessus d'un point de la Terre (l'orbite géostationnaire fonctionne également sur cette idée). Et si nous mettons le satellite en orbite, qui est une ellipse allongée,alors sa vitesse changera beaucoup. Au péricentre (le point d'orbite le plus proche de la Terre), il volera très vite, mais dans la zone de l'apocentre (le point d'orbite le plus éloigné de la Terre), il gèlera pratiquement pendant plusieurs heures. Si les points marquent le trajet du satellite avec un intervalle d'une heure, nous obtenons l'image suivante:



En plus d'une quasi immobilité, à haute altitude, le satellite verra une vaste zone de notre planète et pourra assurer la communication entre des points éloignés. Une forte inclinaison de l'orbite signifie que même dans l'Arctique, il n'y aura pas de problèmes de réception du signal. Et si vous sélectionnez une inclinaison proche de 63,4 °, les interférences gravitationnelles de la Terre seront minimes et en orbite, il sera possible d'être pratiquement sans correction. L'orbite «Lightning» est donc née avec les paramètres:

  1. Péricentre: 500 km
  2. Apocentre: 40000 km
  3. Inclinaison: 62,8 °
  4. Période de circulation: 12 heures

Si nous étions sur un satellite volant sur une telle orbite, nous verrions la Terre comme ceci:



Incarnation dans la glande


La fusée 8K78 pourrait lancer jusqu'à 1600 kg sur une orbite hautement elliptique. C'était une bénédiction pour les développeurs - il était possible de fabriquer un satellite puissant avec de grandes capacités et en même temps «d'essuyer le nez» des Américains, dont les satellites de communication ne dépassaient pas 300 kg de masse. L'appareil résultant a impressionné par ses caractéristiques: l'



équipement satellite comprenait trois répéteurs d'une puissance de 40 W et deux de réserve d'une puissance de 20 W, et des batteries solaires d'une puissance totale d'un kilowatts et demi ont généré de l'électricité pour elles. Pour recevoir et transmettre des données, deux antennes paraboliques contrôlables d'un diamètre de 1,4 mètre ont été utilisées. L'appareil était contrôlé par un dispositif à temps de programme à transistors, l'ancêtre des ordinateurs modernes, et l'orientation était prise en charge par un gyroscope à trois degrés uniquep. Le système de contrôle a mis en œuvre des algorithmes complexes de mode de vol avec une orientation triaxiale. Sur le site de travail, l'appareil a maintenu une orientation constante des batteries solaires vers le Soleil, accompagnant la Terre d'antennes principales contrôlées. Après avoir terminé la section de travail, l'appareil a tourné en fonction des données verticales infrarouges jusqu'à ce qu'il occupe une position parallèle au vecteur de vitesse orbitale dans le péricentre. Dans la zone du péricentre, selon les commandes stockées dans sa mémoire, il pourrait effectuer une correction d'orbite.


Vue de dessus, le cône du système de propulsion et des ballons d'azote comprimé pour le système d'orientation


sont bien visibles Vue de dessous, panneaux solaires, bloc capteur à l'extrémité et antennes visibles.

On a supposé que la période d'existence active de l'appareil dépasserait un an, le chiffre, à cette époque, est fantastique. L'appareil s'appelait "Lightning", et, pour l'avenir, disons qu'il s'est avéré si révolutionnaire que l'orbite et le lanceur 8K78 ont été nommés en son honneur.

Exploitation



Lanceur "Lightning-M", un descendant du lanceur "Lightning"

À cette époque, le démarrage de l'opération ne pouvait pas être facile. Le 4 juin 1964, le premier Lightning n'a pas atteint l'orbite en raison d'un accident de lanceur. Le 22 août 1964, le deuxième appareil a été lancé avec succès sur une orbite proche de celle calculée. Mais le problème est que les deux antennes principales, qui étaient censées se dupliquer, ne se sont pas ouvertes. L'enquête a révélé que lors des tests sur l'une des antennes, des dommages à l'isolation des câbles avaient été détectés et, selon le concepteur, les tiges d'antenne étaient en outre enveloppées de ruban vinyle. Dans l'espace, à l'ombre des panneaux solaires, le ruban a gelé, et les ressorts, qui avaient déjà du mal à ouvrir les antennes, n'ont pas pu maîtriser le plastique gelé. Le deuxième "Lightning" a été perdu. Pour l'avenir, le problème était facile à résoudre, les ressorts sur les tiges d'antenne ont été remplacés par des moteurs électriques, qui étaient garantis pour révéler pleinement les antennes. Finalement,Le 23 avril 1965, le troisième Lightning a été lancé avec succès et s'est avéré être pleinement opérationnel. Il y a eu un moment de nervosité où le relais principal n'a pas voulu s'allumer pour la première fois, mais, après plusieurs minutes douloureuses d'envoyer continuellement des commandes de la Terre pour allumer le répéteur, il s'est toujours allumé. Entre Moscou et Vladivostok, la communication a été établie via le premier satellite répéteur soviétique:


Les premières images télévisées transmises à l'aide de la foudre.

Une puissance de signal élevée signifiait que de grandes antennes n'étaient pas nécessaires pour sa réception, et des pavillons Orbit relativement petits ont été construits à travers le pays: Les





parties nord et est de l'URSS ont été rapidement couvertes par un réseau de stations de radiodiffusion par satellite:



un satellite la télévision d'un miracle technique est rapidement devenue monnaie courante, le président du comité régional d'Extrême-Orient a immédiatement déclaré que Brejnev se plaindrait personnellement en cas de problèmes de diffusion. En 1984, le nombre de stations Orbit dépassait la centaine, rendant la télévision par satellite soviétique disponible même dans les petites villes. Les stations ont transmis le signal de Moscou à un centre de télévision local qui, à son tour, desservait déjà une zone importante.

Les premiers satellites Lightning n'ont pas pu franchir la ligne de vie d'un an. En raison du fait que le satellite a volé quatre fois par jour à travers des ceintures de rayonnement, les panneaux solaires ont commencé à se dégrader rapidement. Le premier "Lightning" a pu vivre d'avril à novembre. Des panneaux solaires redondants ont été ajoutés à la conception du satellite, qui ont été ouverts si nécessaire après une dégradation majeure. Déjà, "Lightning" n ° 7 a pu exister activement d'octobre 1966 à janvier 1968. Pour les satellites soviétiques, c'était très long.

"Lightning" a été développé dans le Design Bureau S.P. Korolev, et déjà en 1965, la production a commencé à être transférée à Krasnoyarsk "branche numéro 2" sous la direction de Mikhail Reshetnev. De là a commencé la glorieuse histoire de l'entreprise, maintenant connue sous le nom d'AIS IS. Académicien Reshetnev. Les appareils "Lightning" se sont développés activement. L'antenne parabolique a été remplacée par une antenne à quatre hélices:



des cadres de test intéressants et une histoire sur une antenne à quatre hélices:




Panneaux solaires supplémentaires Les

appareils sont passés à la gamme des ondes centimétriques, ont appris à diffuser non pas à l'ensemble du pays, mais à des fuseaux horaires séparés, le nombre de canaux de communication et leur débit ne cessant d'augmenter. Au fil du temps, le "Lightning" a cessé d'être utilisé pour la radiodiffusion civile et est devenu principalement des communications par satellite. Le dernier appareil de la famille Lightning, Lightning-3K, a été lancé en 2001.

Aujourd'hui et demain


La diffusion de la télévision civile en URSS / Russie est finalement passée à une orbite géostationnaire. Un lanceur Proton plus porteur est apparu, qui a commencé à lancer des satellites vers la station géostationnaire en 1975. Le pavillon Orbit a exigé une antenne mobile de douze mètres et a perdu des «antennes paraboliques», qui se trouvent maintenant partout. Les satellites Lightning ont mis fin à leurs jours. Mais l'orbite de Lightning n'est pas morte. Il est en demande pour nos hautes latitudes, et maintenant les satellites de communication Meridian volent dessus. Depuis 2012, le système météorologique arctique a été développé. Les propriétés uniques de l'orbite sont également utilisées à l'étranger - le satellite militaire américain NROL-35, censé être lié aux satellites du système d'alerte aux attaques de missiles et lancé en décembre 2014, a été lancé précisément dans l'orbite de la foudre. Qui sait, peut-être que la foudre entre les mains de la jeune fille sur l'emblème de la mission est un indice du nom de l'orbite?



Une variante de l'orbite Molniya, l'orbite Tundra avec un apocentre de 46-52 mille kilomètres et une période de circulation d'une journée, est utilisée par trois satellites de radiocommunication Sirius XM et le système de navigation japonais QZSS.

À l'avenir, l'orbite de la foudre ne sera pas oubliée. L'orbite géostationnaire est surchargée, en option, les satellites peuvent commencer à se déplacer sur des orbites très elliptiques. Et même au-delà des frontières de la Terre, l'invention de la balistique soviétique peut être utilisée: dans le projet d'une mission habitée sur Mars HERRO pour le contrôle en temps réel de robots en surface, il est proposé d'utiliser un analogue de l'orbite de la foudre:



Matériaux additionnels


Lors de la rédaction d'une publication, les éléments suivants ont été utilisés:


Par l'étiquette "difficultés discrètes" - missiles, moteurs, installations de lancement, capteurs, systèmes d'orientation et plus encore.

KDPV - peinture de A. Leonov "La foudre - un relais spatial"

Source: https://habr.com/ru/post/fr382889/

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