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Truque orbital soviético



A história da astronáutica, como qualquer outra indústria, mantém exemplos de decisões espirituosas quando o objetivo desejado foi alcançado de uma maneira bonita e inesperada. A URSS / Rússia não teve sorte com a disponibilidade de uma órbita geoestacionária. Mas, em vez de alcançá-lo com mísseis mais pesados ​​ou tentar reduzir a massa da carga útil, os desenvolvedores se deram conta da idéia de usar uma órbita especial. Sobre esta órbita e os satélites que ainda a usam, a história de hoje.

Física


Falando sobre órbitas geoestacionárias e altamente elípticas, é necessário recordar um conceito como inclinação orbital . Nesse caso, a inclinação da órbita é o ângulo entre o plano do equador da Terra e o plano da órbita do satélite:



Se começarmos do cosmódromo e começarmos a acelerar estritamente para o leste, a órbita resultante terá uma inclinação igual à latitude do cosmódromo. Se começarmos a acelerar, desviando para o norte, a inclinação resultante será maior. Se nós, tendo pensado que isso deveria reduzir a inclinação, começamos a acelerar para o sudeste, a órbita resultante também terá uma inclinação maior que a nossa latitude. Por quê? Veja a figura: durante a aceleração estritamente a leste, o ponto mais ao norte da projeção da órbita (linha azul) será o nosso espaçoporto. E se acelerarmos para o sudeste, o ponto mais ao norte da projeção da órbita resultante estará ao norte do nosso cosmódromo, e a inclinação da órbita será maior que a latitude do cosmódromo:



Conclusão: quando a espaçonave inicia, a inclinação inicial de sua órbita não pode ser menor que a latitude do cosmódromo.

Para entrar na órbita geoestacionária (inclinação de 0 °), a inclinação deve ser zerada, mas isso requer combustível adicional (a física desse processo é uma conversa interessante separada) O Cosmódromo de Baikonur tem uma latitude de 45 ° e, considerando que os estágios de mísseis usados ​​não devem cair na China, os foguetes são lançados para o nordeste em rotas com uma inclinação de 65 ° e 51,6 °. Como resultado, o veículo de lançamento em quatro etapas 8K78, que lançou uma tonelada e meia para a lua e quase uma tonelada para Marte, poderia levar apenas ~ 100 kg à órbita geoestacionária. Para caber em tal massa um satélite de comunicações geoestacionárias de pleno direito no início dos anos 60, nem um único país poderia. Era necessário inventar outra coisa. A mecânica orbital veio em socorro. Quanto maior a altura do satélite, mais lento ele se move em relação à Terra. A uma altitude de 36.000 km acima do equador, o satélite paira constantemente sobre um ponto da Terra (a órbita geoestacionária também trabalha nessa idéia). E se colocarmos o satélite em órbita, que é uma elipse alongada,então sua velocidade mudará muito. No pericentro (o ponto da órbita mais próximo da Terra), ele voará muito rápido, mas na área do apocentro (o ponto de órbita mais distante da Terra) praticamente congelará por várias horas. Se os pontos marcam o caminho do satélite com um intervalo de uma hora, obtemos a seguinte imagem:



Além da quase imobilidade, em grandes altitudes, o satélite verá uma vasta área do nosso planeta e poderá fornecer comunicação entre pontos remotos. Uma grande inclinação da órbita significa que, mesmo no Ártico, não haverá problemas com a recepção do sinal. E se você selecionar uma inclinação próxima a 63,4 °, a interferência gravitacional da Terra será mínima e, em órbita, será possível ficar praticamente sem correção. Então a órbita "Lightning" nasceu com os parâmetros:

  1. Pericentro: 500 km
  2. Centro: 40 000 km
  3. Inclinação: 62,8 °
  4. Período de circulação: 12 horas

Se estivéssemos em um satélite voando em tal órbita, veríamos a Terra assim:



Modalidade na glândula


O foguete 8K78 pode lançar até 1.600 kg em uma órbita altamente elíptica. Foi uma bênção para os desenvolvedores - foi possível criar um satélite poderoso com grandes capacidades e, ao mesmo tempo, "limpar o nariz" dos americanos, cujos satélites de comunicação não excederam 300 kg em massa. O aparato resultante impressionou com suas características:



o equipamento de satélite incluía três repetidores com uma potência de 40 W e dois de reserva com uma potência de 20 W, e baterias solares com uma potência total de um quilômetro e meio geravam eletricidade para eles. Para receber e transmitir dados, foram utilizadas duas antenas parabólicas controláveis ​​com um diâmetro de 1,4 metros. O dispositivo era controlado por um dispositivo de tempo de programa de transistor, o ancestral dos computadores modernos, e a orientação era suportada por um giroscópio de potência exclusivo de três grausO sistema de controle implementou algoritmos complexos de modo de voo com orientação triaxial. No local de trabalho, o aparelho mantinha uma orientação constante das baterias solares para o Sol, acompanhando a Terra com antenas principais controladas. Tendo completado a seção de trabalho, o aparelho girou de acordo com os dados verticais infravermelhos até ocupar uma posição paralela ao vetor de velocidade orbital no pericentro. Na área do pericentro, de acordo com os comandos armazenados em sua memória, ele poderia fazer a correção da órbita.


A vista superior, o cone do sistema de propulsão e os balões de nitrogênio comprimido para o sistema de orientação


são claramente visíveis: a vista inferior, os painéis solares, o bloco do sensor no final e as antenas são visíveis.

Supunha-se que o período de existência ativa do dispositivo excederia um ano, o número, na época, é fantástico. O dispositivo foi chamado de "Lightning" e, olhando para o futuro, digamos que foi tão antigo que tanto a órbita quanto o veículo de lançamento 8K78 foram nomeados em sua homenagem.

Exploração



Veículo de lançamento "Lightning-M", um descendente do veículo de lançamento "Lightning"

Naquele momento, o início da operação não poderia ser fácil. Em 4 de junho de 1964, o primeiro Lightning não atingiu a órbita devido a um acidente com um veículo lançador. Em 22 de agosto de 1964, o segundo dispositivo foi lançado com sucesso em órbita próximo ao calculado. Mas o problema é que as duas principais antenas, que deveriam se duplicar, não foram abertas. A investigação descobriu que, durante os testes em uma das antenas, foram detectados danos no isolamento do cabo e, de acordo com o designer, as hastes das antenas foram envolvidas com fita de vinil adicional. No espaço, à sombra dos painéis solares, a fita congelou e as molas, que já tinham dificuldade em abrir as antenas, não podiam dominar o plástico congelado. O segundo "relâmpago" foi perdido. Para o futuro, o problema era fácil de resolver, as molas nas hastes das antenas foram substituídas por motores elétricos, que garantiam a total revelação das antenas. Finalmente,Em 23 de abril de 1965, o terceiro Lightning foi lançado com sucesso e tornou-se totalmente operacional. Houve um momento nervoso em que o relé principal não quis ligar pela primeira vez, mas, após vários minutos dolorosos de enviar continuamente comandos da Terra para ligar o repetidor, ele ainda estava ligado. Entre Moscou e Vladivostok, foi estabelecida uma conexão através do primeiro satélite de retransmissão soviético:


As primeiras imagens de televisão transmitidas usando Lightning.

Uma grande potência de sinal significava que grandes antenas não eram necessárias para sua recepção, e pavilhões Orbit relativamente pequenos foram construídos em todo o país: As





partes norte e leste da URSS foram rapidamente cobertas por uma rede de estações de transmissão por



satélite. Como a televisão de um milagre técnico tornou-se rapidamente comum, o presidente do comitê regional do Extremo Oriente declarou imediatamente que Brezhnev se queixaria pessoalmente em caso de problemas com a transmissão. Em 1984, o número de estações Orbit ultrapassava uma centena, disponibilizando TV via satélite soviética mesmo em cidades pequenas. As estações transmitiam o sinal de Moscou a um centro de televisão local, que, por sua vez, já estava servindo uma área significativa.

Os primeiros satélites do Lightning não podiam cruzar a linha da vida de um ano. Devido ao fato de o satélite voar quatro vezes por dia através de cintos de radiação, os painéis solares começaram a se degradar rapidamente. O primeiro "Lightning" pôde viver de abril a novembro. Painéis solares redundantes foram adicionados ao design do satélite, que foram abertos se necessário após uma grande degradação. O "Lightning" No. 7 já existia ativamente de outubro de 1966 a janeiro de 1968. Para os satélites soviéticos, esse foi um tempo muito longo.

"Lightning" foi desenvolvido no Design Bureau S.P. Korolev, e já em 1965, a produção começou a ser transferida para a “filial número 2” de Krasnoyarsk, sob a liderança de Mikhail Reshetnev. A partir daí começou a gloriosa história da empresa, agora conhecida como AIS IS. Acadêmico Reshetnev. Os dispositivos "Lightning" foram desenvolvidos ativamente. A antena parabólica foi substituída por uma de quatro hélices:



quadros de teste interessantes e uma história sobre uma antena de quatro hélices:




Painéis solares adicionais Os

dispositivos mudaram para a faixa de ondas de centímetros, aprendendo a transmitir não para todo o país, mas para separar os fusos horários, o número de canais de comunicação e a taxa de transferência aumentavam constantemente. Com o tempo, o "Lightning" deixou de ser usado para a transmissão de televisão civil e se tornou principalmente satélites de comunicações militares. O último dispositivo da família Lightning, Lightning-3K, foi lançado em 2001.

Hoje e amanhã


A transmissão de TV civil na URSS / Rússia acabou mudando para uma órbita geoestacionária. Um veículo de lançamento de prótons mais carregado apareceu, que começou a lançar satélites na estação geoestacionária em 1975. O Pavilhão Orbit exigiu uma antena móvel de doze metros e perdeu para as antenas parabólicas, que agora são encontradas em todos os lugares. Os satélites Lightning terminaram suas vidas. Mas a órbita do relâmpago não morreu. Está em demanda por nossas altas latitudes, e agora os satélites de comunicação Meridian voam sobre ele.Desde 2012, o sistema meteorológico do Ártico foi desenvolvido. As propriedades únicas da órbita também são usadas em todo o oceano - o satélite militar americano NROL-35, supostamente relacionado aos satélites do sistema de aviso de ataque a mísseis e lançado em dezembro de 2014, foi lançado precisamente na órbita do raio. Quem sabe, talvez o raio nas mãos da garota no emblema da missão seja um indício do nome da órbita?



Uma variante da órbita Molniya, a órbita da Tundra, com um centro de 46 a 52 mil quilômetros e um período orbital de um dia, é usada por três satélites de radiocomunicação Sirius XM e pelo sistema de navegação japonês QZSS.

No futuro, a órbita relâmpago não será esquecida. A órbita geoestacionária está sobrecarregada, como opção, os satélites podem começar a entrar em órbitas altamente elípticas. E mesmo além das fronteiras da Terra, a invenção da balística soviética pode ser usada: no projeto de uma missão tripulada à Mars HERRO para controle em tempo real de robôs na superfície, propõe-se o uso de um análogo da órbita relâmpago:



Materiais adicionais


Ao escrever uma publicação, foram utilizados os seguintes:


Pela marca "dificuldades imperceptíveis" - mísseis, motores, instalações de lançamento, sensores, sistemas de orientação e muito mais.

KDPV - pintura de A. Leonov "Relâmpago - um relé espacial"

Source: https://habr.com/ru/post/pt382889/

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