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苏联轨道把戏



与其他任何行业一样，航空航天的历史也保留了一些机智的决定，例如，以美丽而出乎意料的方式实现了预期的目标。苏联/俄罗斯对地球静止轨道的可用性并不满意。但是开发人员没有使用重型导弹来达到目标​​或试图减轻有效载荷的质量，而是想到了使用特殊轨道的想法。关于这个轨道以及仍在使用它的卫星，这就是我们今天的故事。

物理


说到地球静止轨道和高度椭圆轨道，有必要回顾一下轨道倾角这样的概念。在这种情况下，轨道的倾斜度是地球赤道平面与卫星轨道平面之间的夹角：



如果我们从宇宙运动开始，并开始严格地向东方加速，那么产生的轨道的倾角将等于宇宙运动的纬度。如果我们开始加速，向北偏斜，那么最终的倾角将会更大。如果我们以为这会减小倾斜度，然后开始向东南加速，则所产生的轨道也将比我们的纬度具有更大的倾斜度。为什么？看图片：在严格向东方加速期间，该轨道投影的最北端（蓝线）将成为我们的太空港。如果我们向东南加速，则最终轨道投影的最北点将在我们的宇宙线以北，并且轨道的倾角将大于宇宙线的纬度：



结论：航天器启动时，其轨道的初始倾角不得小于宇宙线的纬度。

为了进入地球静止轨道（倾角为0°），必须将倾角归零，但这需要额外的燃料（此过程的物理过程是一个单独的有趣的话题）拜科努尔天文学馆的纬度为45度，考虑到用过的导弹级不应落入中国，火箭以65度和51.6度的倾角向东北方向发射火箭。结果，向月球发射了1.5吨重，向火星发射了将近1吨的8K78四级运载火箭只能将约100公斤重的对地静止轨道送入太空。为了在60年代初将如此成熟的地球同步通信卫星安装到如此庞大的规模中，没有一个国家能做到。有必要发明其他东西。轨道力学人员进行了营救。卫星的高度越高，它相对于地球移动的速度就越慢。在赤道上方36,000公里的高度，卫星将不断地悬在地球上的一个点上（对地静止轨道也适用于此想法）。如果我们将卫星送入椭圆形的椭圆轨道，那么它的速度将发生很大变化。在远心点（最靠近地球的轨道点），它会飞得非常快，但在重心区域（离地球最远的轨道点）上，它实际上会冻结几个小时。如果这些点以一小时的间隔标记卫星路径，我们将得到以下图片：



除了几乎不动外，在高空，卫星还将看到我们星球的广阔区域，并将能够在偏远点之间提供通信。较大的轨道倾斜度意味着即使在北极也不会出现信号接收问题。而且，如果您选择接近63.4°的倾角，那么来自地球的重力干扰将是最小的，并且在轨道上实际上无需校正即可成为可能。因此，“闪电”轨道诞生了以下参数：

  1. 周边中心：500公里
  2. 中心：40 000公里
  3. 倾角：62.8°
  4. 流通时间：12小时

如果我们正在以这种轨道飞行的卫星上，我们将看到这样的地球：



在腺体中的体现


8K78火箭可以向高度椭圆形轨道发射多达1600公斤的重量。对于开发人员而言，这是幸福–可以制造出功能强大的强大卫星，同时“擦拭”美国人的鼻子，美国人的通信卫星的质量不超过300公斤。由此产生的设备的特性给人留下了深刻的印象：



卫星设备包括三个功率为40 W的中继器和两个功率为20 W的备用中继器，以及总功率为一个半千瓦的太阳能电池。为了接收和发送数据，使用了两个直径为1.4米的可控抛物面天线。该设备由晶体管编程时间设备（现代计算机的祖先）控制，其方向由独特的三度动力陀螺仪支持p。控制系统实施了具有三轴定向的复杂飞行模式算法。在工作现场，该设备通过太阳能电池与太阳保持恒定的方向，并伴随着带有受控主天线的地球。完成工作部分后，设备将根据红外垂直数据进行旋转，直到其占据平行于中心点轨道速度矢量的位置。在震中区域，根据他存储在内存中的命令，他可以进行轨道校正。


顶视图，推进系统的锥体和定向系统的压缩氮气囊


清晰可见，而底视图，太阳能电池板，末端的传感器块和天线可见。

假定该设备的活跃存在期将超过一年，当时的数字是惊人的。该设备被称为“闪电”，并且向前看，它具有划时代的意义，以他的名字命名了轨道和8K78运载火箭。

开发



运载工具“ Lightning-M”，运载工具“ Lightning”的后代

那时，开始操作并不容易。 1964年6月4日，由于运载火箭事故，第一架闪电未能到达轨道。 1964年8月22日，第二台设备成功发射进入轨道，接近计算出的位置。但是麻烦的是，应该相互复制的两个主天线都没有打开。调查发现，在对其中一根天线进行测试时，发现电缆绝缘层受损，并且据设计人员说，天线杆还另外用乙烯基胶带包裹。在太空中，在太阳能电池板的阴影下，胶带冻结了，难以打开天线的弹簧无法抵抗冷冻的塑料。第二个“闪电”丢失了。将来，这个问题很容易解决，天线杆上的弹簧被电动机取代了，从而保证了天线完全露出来。最后，1965年4月23日，第三次闪电成功发射，并正式开始全面运行。有一个紧张的时刻，主继电器不想第一次打开，但是经过数分钟痛苦的持续不断地从地球发送命令以打开中继器之后，它仍然打开。在莫斯科和符拉迪沃斯托克之间，通过第一枚苏联直放站卫星建立了通信：


使用闪电第一个电视画面传输。

大信号功率意味着没有必要为它接收的大天线，和相对较小的轨道展馆都在全国各地建：在





苏联的北部和东部地区很快被卫星广播电台的网络覆盖：



卫星来自技术奇迹的电视迅速普及，远东地区委员会主席立即宣布，勃列日涅夫将亲自抱怨广播问题。到1984年，轨道站的数量已超过一百个，即使在小城镇中，也可以使用苏联卫星电视。各电视台将莫斯科信号转播给当地的电视中心，该电视中心已经在一个重要地区提供服务。

第一批闪电卫星无法跨越一年的寿命。由于卫星每天通过辐射带飞行四次，因此太阳能电池板开始迅速退化。第一个“闪电”能够从4月到11月生活。冗余的太阳能电池板被添加到卫星的设计中，该卫星在重大退化后如有必要可打开。从1966年10月到1968年1月，第7号“闪电”已经能够活跃地存在。对于苏联卫星来说，这已经是很长的时间了。

“闪电”是在设计局S.P. Korolev并已在1965年开始在Mikhail Reshetnev的领导下将生产转移到克拉斯诺亚尔斯克“第二分支”。从此开始了企业的辉煌历史，即现在的AIS IS。里谢特涅夫院士。设备“闪电”积极发展。抛物面天线已由四螺旋天线代替：



有趣的测试框架和有关四螺旋天线的故事：




其他太阳能电池板

设备切换到厘米波范围，学会了不向全国广播，而是向不同的时区广播，通讯频道的数量及其吞吐量不断增加。随着时间的流逝，“闪电”不再用于民用电视广播，而成为主要的军事通信卫星。Lightning系列的最后一个设备Lightning-3K于2001年推出。

今天和明天


苏联/俄罗斯的民用电视广播最终切换到对地静止轨道。出现了一种更具承重能力的质子发射车，该车于1975年开始向人造地球站发射卫星。轨道馆要求使用12米长的移动天线，并丢给了如今在各处都可以找到的卫星“碟子”。闪电卫星终结了他们的生命。但是闪电的轨道并没有消亡。迫切需要我们的高纬度地区，而现在，子午线通信卫星正在飞行，自2012年以来，北极气象系统一直在发展。该轨道的独特性质也可在整个海洋中使用-据推测与导弹攻击预警系统的卫星相关的美国军事卫星NROL-35，于2014年12月发射，精确地发射到了闪电轨道。谁知道，也许在任务徽章上的女孩手中的闪电暗示着轨道的名字？



三颗Sirius XM无线电通信卫星和QZSS日本导航系统使用的是Molniya轨道的一种变体，即苔原轨道，其重心为46-5.2万公里，轨道周期为一天。

将来，闪电轨道将不会被遗忘。对地静止轨道超载，作为一种选择，卫星可以开始进入高度椭圆形的轨道。甚至在地球边界之外，都可以使用苏联弹道学的发明：在对火星HERRO进行载人任务以实时控制地面机器人的项目中，建议使用闪电轨道的类似物：



附加材料


在撰写出版物时，使用了以下内容：


带有“不起眼的困难”的标签-导弹，发动机，发射设施，传感器，定向系统等。

KDPV-A. Leonov的绘画“闪电-太空继电器”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN382889/

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