Содержание

Предложена периодическая система спутников планет-гигантов

Наука Маркет

|

Поделиться

    Эмпирически установлено, что для всех планет-гигантов в Солнечной системе отношение суммарной массы их спутников к массе планеты составляет 0,01%. Группа ученых из Юго-западного исследовательского института США предложила свое объяснение этому труднообъяснимому факту. Несмотря на стабильное отношение масс, спутниковые системы планет-гигантов отличаются не только большим количеством спутников, но и их разнообразием. Четыре галилеевых спутника Юпитера имеют примерно одинаковые размеры, причем Ио и Европа известны своей вулканической активностью.
    Система Сатурна содержит один большой спутник Титан, с плотной, богатой органикой атмосферой, и многочисленные, значительно меньшие по размеру спутники. В любом случае, полная масса спутников в обеих системах относится к массе соответствующей планеты в пропорции примерно 1:10000. Для планет земной группы это соотношение намного больше — масса Луны составляет примерно 1% от массы Земли (0,012). Эта пропорция еще больше для системы Плутон-Харон — масса спутника составляет 10% от массы планеты.

    Как сообщает Physorg, доктор Робин Кэнап (Robin Canup) и доктор Уильям Вард (William Ward) из юго-западного исследовательского института США предложили гипотезу, претендующую на объяснение загадочной закономерности. В ее основе — предположение о том, что при формировании спутников из газо-пылевых дисков с наличием газа, в первую очередь, водорода, действует механизм, ограничивающий их рост и поддерживающий совокупную массу всех спутников в строго определенном отношении к массе самой планеты.

    Авторы новой теории обратили внимание на то, что в процессе своего формирования газовые планеты аккрецировали газ (преимущественно водород) и твердые частицы из околосолнечного пространства. На заключительной стадии происходил активный приток вещества с околосолнечных на околопланетную орбиту с образованием газопылевого диска. Именно в этом диске и происходило образование спутников.

    Кэнап и Вард показали, что гравитационное поле растущих спутников вызывает образование спиральных волн в газовом диске, приводящих к снижению высоты орбиты спутника вследствие гравитационного взаимодействия с этими волнами. Эффект проявляется сильнее по мере роста массы спутника.

    Конечная масса спутника зависела от двух процессов: с одной стороны, его размеры постоянно увеличивались за счет притока вещества диска, с другой стороны, увеличение гравитации растущего спутника приводило к снижению высоты его орбиты. Спутник с каждым витком все ближе приближался к планете, пока, в конце концов, не происходило их слияние.

    Это означает, что при формировании планетной системы спутники постоянно создавались из вещества диска, достигали определенного максимального размера и падали на планету, унося с собой часть вещества диска. Процесс образования новых спутников возобновлялся снова, пока вещество диска не истощилось. Спутники, наблюдаемые сегодня, являются последним «стабильным поколением».

    Регионы и госкомпании израсходовали на цифровизацию транспорта почти ₽100 млрд за 5 лет

    Цифровизация

    Расчеты и компьютерное моделирование показали, что в ходе многократного повторения циклов роста спутников и их последующего падения на планету отношение общей массы спутников к массе планеты в конечном итоге остается одинаковым и приблизительно равным 1:10000 в широком диапазоне начальных условий.

    #gallery#
    Это первое моделирование процессов образования спутников у таких планет, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, которое позволяет определить и количество спутников, и их максимальные массы и параметры орбит.

    Результаты исследования важны и для поисков обитаемых объектов во Вселенной. Из него следует, что в системах, находящихся за пределами Солнечной системы, планеты-гиганты, такие, как Юпитер, не могут иметь спутники с массой Земли, поскольку максимально допустимая масса не превышает массы Марса.

    • 10 функций Telegram, о которых вы не знали: наводим порядок в чатах

    65 лет назад был запущен первый искусственный спутник Земли

    Свежий номер

    РГ-Неделя

    Родина

    Тематические приложения

    Союз

    Свежий номер

    Общество

    04.10.2022 11:14

    Поделиться

    Наталия Ячменникова

    4 октября 1957 года с космодрома Байконур был запущен первый искусственный спутник Земли.

    wikimedia.org

    Над планетой раздались знаменитые позывные «Бип-бип-бип…» Масса спутника была всего 83,6 кг, а максимальный диаметр — 0,58 м.

    Спутник излучал радиоволны на двух частотах, что позволяло изучать верхние слои ионосферы. Но он имел не столько научное, сколько политическое значение. Количественное превосходство американцев в области ядерного вооружения уже не играло решающей роли. И это обстоятельство изменило всю систему международных отношений.

    В США известие о запуске советского спутника произвело эффект разорвавшейся бомбы: Пентагон, который ратовал за политику «балансирования на грани войны», потряс сам факт создания в Советском Союзе многоступенчатой межконтинентальной ракеты, против которой была бессильна противовоздушная оборона.

    Русские бросили вызов в области науки, промышленности и военной мощи, говорили за океаном. Те же американцы свой первый спутник весом всего 8,3 кг американцы сумели запустить лишь 1 февраля 1958 года.

    Первый спутник летал 92 суток, совершив 1440 оборотов вокруг Земли. «Намотал» на орбите около 60 млн км. Поначалу думали о запуске тяжелого научного спутника — объекта D. Однако работы затягивались, и, все взвесив, конструкторы решили с «тяжеловесом» не торопиться, а разработать простейший спутник: ПС-1. Аппарат с двумя радиомаяками. Причем диапазон передатчиков выбрали такой, чтобы следить за спутником могли даже радиолюбители.

    Тогда многие до конца не осознали и те огромные экономические возможности, которые открыл запуск первого искусственного спутника Земли. Теперь же объем информации, получаемой с геостационарных спутников, ежесуточно составляет в эквиваленте 1,5 млн книг по 300 страниц каждая.

    Вахтанг Вачнадзе, участник создания и запуска первого искусственного спутника Земли, гендиректор НПО «Энергия» в 1977-1991 гг., рассказывал в свое время корреспонденту «РГ»:

    — Мы стояли на смотровой площадке космического полигона. Шел репортаж: 5 секунд полета — давление в камере сгорания в норме, 40 секунд — рули работают нормально, давление в норме, 140 секунд… Потом: есть разделение, боковые ступени отделились. И, наконец, докладывается: ракетоноситель вывел спутник на орбиту Земли. Но надо было еще дождаться, когда спутник совершит облет вокруг Земли, и услышать знаменитое: «Бип-бип». Услышали! Конечно, за успех выпили. Если честно, пили не водку и не коньяк. Спирт.

    Наталия Тихонравова, дочь Михаила Тихонравова, ближайшего сподвижника С.П. Королева, руководителя проектного отдела ОКБ-1, в котором было спроектировано все, что летало в космосе в первое десятилетие космической эры, тоже делилась с «РГ» своими воспоминаниями:

    — Когда ТАСС сообщил о запуске, все постоянно смотрели в небо. Над Москвой спутник впервые пролетел в 01 час 46 минут 5 октября 1957 года. Люди кричали: «Вот спутник, спутник летит!» Никто не знал, что отражающая поверхность спутника была слишком мала, чтобы ее визуально наблюдать. На самом деле видели вторую ступень — центральный блок ракеты, который вышел на ту же орбиту, что и спутник.

    Вообще вокруг запуска первого спутника хватало небылиц. Вот что вспоминал заместитель ведущего конструктора первого и второго искусственных спутников Земли, ведущий конструктор первых космических кораблей-спутников «Восток» Олег Ивановский:

    — Даже смешно — надо же столько напридумывать. В одной вроде бы солидной книжке написано: якобы для того, чтобы первый спутник можно было засечь с Земли, его поверхность сделали позолоченной. Да ничего подобного! Спутник был обработан совершенно другим способом — электрохимическим полированием. И что у спутника возникли проблемы: отлетели антенны-усики — тоже чушь. Более того, была еще «информация»: на старте возник пожар, и первый спутник вообще сгорел!

    Поделиться

    Космос

    Основное руководство по наноспутникам

    Перейти к содержимому совместный проект Калифорнийского государственного политехнического университета (Cal Poly) и Стэнфордского университета, который начался в 1999 году. Первоначальная цель проекта CubeSat состояла в том, чтобы обеспечить доступным доступом к космосу для университетских исследователей.

    Со временем программа была расширена, чтобы охватить научные и образовательные учреждения по всему миру, а также общественные инициативы в ряде стран и, в конечном итоге, частные предприятия.

    ИНДЕКС

    1. Что такое наноспутник?
    2. Различия между наноспутниками и обычными спутниками
      • Насколько велик наноспутник?
      • Сколько времени займет разработка нового наноспутника?
      • Сколько стоит наноспутник?
    3. Процедура запуска наноспутника
    4. Основные факты о CubeSats
    5. Сколько спутников находится в космосе?
    6. Что такое созвездие наноспутников?
    7. Приложения CubeSats

    Что такое наноспутник?

    Наноспутники в общих чертах определяются как любые спутники весом менее 10 кг. CubeSats также должны соответствовать ряду конкретных критериев, которые контролируют такие факторы, как их форма, размер и вес.

    CubeSat может быть разных размеров, но все они основаны на стандартном CubeSat, а именно кубической конструкции размером 10x10x10 сантиметров с массой где-то от 1 до 1,33 кг. Эта единица известна как 1U. По прошествии первых нескольких лет этот модульный блок был увеличен, и теперь широко распространены более крупные наноспутники (1,5U, 2U, 3U или 6U) . Сегодня новые конфигурации находятся в стадии разработки.

    Разработка наноспутников на основе гарантий стандартов CubeSat постоянный и относительно недорогой выход в космос, , а также широкий спектр вариантов запуска и космических ракет.

    Стандартизация CubeSat открывает возможность использования коммерческих электронных компонентов и выбор многочисленных поставщиков технологий, тем самым значительно снижая затраты на проектирование и разработку CubeSat по сравнению с другими типами спутников.

    Наноспутники и обычные спутники

    Меньший размер

    Снижение цен

    Сокращение разработки

    Человечество успешно отправило свои первые искусственные спутники на орбиту Земли в 1957 году, используя модели спутников СССР. С тех пор и вплоть до конца 20-го века сверхдержавы мира во главе со своими правительствами запустили сотни спутников, соревнуясь в гонке по исследованию космоса в серии все более амбициозных и сложных проектов.

    Первый спутник весил 80 кг, а второй — более 500. Сегодня Международная космическая станция имеет массу 420 000 кг.

    На сегодняшний день космические технологии становятся все более масштабными и сложными, доступными только космическим агентствам наиболее развитых стран мира или находящимся на службе крупных корпораций.

    New Space основан на философии создания менее дорогих спутников в более короткие периоды времени благодаря снижению стоимости и миниатюризации электронных компонентов. С появлением наноспутников преимущества, которые традиционно предназначались исключительно крупным компаниям или космическим агентствам с огромными финансовыми ресурсами, были демократизированы и теперь недоступны.0007 доступен для компаний всех типов и размеров .

    Насколько велик наноспутник?

    Искусственные спутники различаются по размеру и стоимости в зависимости от назначения. Они могут быть достаточно маленькими, чтобы поместиться на ладони, или такими огромными, как МКС. Согласно НАСА, «с точки зрения массы наноспутник или наноспутник — это все, что весит от 1 до 10 килограммов».

    Типы спутников по массе:

    • Крупные спутники: более 1000 кг
    • Спутники среднего размера: 500-1000 кг
    • Маленькие спутники:
      • Минисателлит: 100-500 кг
      • Микросателлит: 10-100 кг
      • Наносателлит: 1-10 кг
      • PicoSatellite: менее

      Стандарты в настоящее время разрабатываются в экспериментальном формате для пикоспутников, таких как PocketQubes, Sun Cubes или TubeSats.

      Сколько времени займет разработка нового наноспутника?

      Помимо размера и стоимости, самым большим преимуществом наноспутников является короткий период времени, необходимый для разработки каждой модели. Для среднего или большого спутника требуется между 5 и 15 годами для выявления необходимости и вывода его на правильную орбиту при нормальных параметрах.

      Итак, каковы последствия этого? Что ж, между началом и окончанием операций потребности вполне могли измениться, а это означает, что первоначально запланированные виды использования больше не соответствуют рынку. Более того, телекоммуникационные технологии постоянно меняются и обновляются , а это означает, что обычные спутники в конечном итоге работают с технологиями 15-летней давности. Невозможно постоянно обновлять большие спутники, это означает, что их нельзя модифицировать, даже когда появляются рыночные или технологические возможности.

      Однако это не относится к наноспутникам: может потребоваться менее 8 месяцев для обнаружения потребности и вывода их на орбиту.

      В дополнение к гарантиям избыточности и надежности группировки наноспутников представляют собой систему, в которой концепции устаревания или срока полезного использования больше не являются проблемой. Сама природа наноспутников означает, что 9Созвездия 0007 регулярно обновляются, обеспечивает постоянную современную систему в результате постоянных технологических обновлений. Это постоянное обновление гарантирует, что владелец созвездия всегда сможет предоставить оптимальное технологическое обслуживание.

      Менее 8 месяцев разработки

      Сколько стоит наноспутник?

      Разработка малых спутников в соответствии со стандартами CubeSat способствует сокращению затрат на исследовательские и технические этапы. Это в значительной степени способствует преодолению входного барьера в космос, что привело к резкому скачку популярности CubeSats с момента его появления.

      В зависимости от спецификации наноспутник может быть построен и выведен на орбиту за 500 000 евро. Для сравнения, стоимость обычного спутника может достигать 500 миллионов евро.

      Особо следует отметить появление микро-лаунчеров по всему миру; предназначенные исключительно для вывода на орбиту малых спутников, они снизили стоимость запуска.

      В дополнение к фактической разработке каждого спутника запуск наноспутника в составе группировки позволяет разделить риск, связанный с любой космической миссией, на более мелкие сегменты.

      В результате, в случае потери наноспутника или выхода из строя одного из блоков, его можно быстро заменить в разумные сроки и по разумной цене. Напротив, выход из строя крупномасштабного спутника вполне может поставить под угрозу всю миссию.

      Снижение стоимости наноспутников не означает, что они менее надежны. При использовании правильных методологий как на этапе проектирования спутника, так и на этапах испытаний успех миссии может быть гарантирован, оставляя на волю случая только те факторы, которые невозможно контролировать: такие инциденты, как неудачный запуск, солнечные бури или падение метеорита или куска космический мусор.

      < 500 000 евро
      Распределенный риск
      Полностью надежен

      Процедура запуска наноспутника

      После того, как наноспутник разработан, испытан и готов к работе, он должен быть выведен на орбиту. В настоящее время существует несколько вариантов запуска наноспутников, включая совместное использование ракет правительственных агентств, ракет-носителей частных компаний или логистических связей с Международной космической станцией (МКС).

      CubeSats занимают меньше места по объему и массе, что упрощает их загрузку на космический корабль, а также является дешевым решением.

      Кроме того, появление по всему миру микропусковых установок, предназначенных исключительно для вывода малых спутников на орбиту, вынудило рынок снизить цены на запуск.

      Ключевые факты о CubeSats

      Полярная орбита

      Спутники движутся вокруг Земли по круговым или эллиптическим орбитам благодаря балансу между гравитационным и спасательным притяжением во время запуска. Отсутствие воздуха означает отсутствие трения, изменяющего уравнение, и они могут оставаться на орбите практически бесконечно. Когда срок службы наноспутника подходит к концу, он снова входит в атмосферу и распадается.

      Малая высота

      Как правило, наноспутники запускаются на низкие круговые или эллиптические орбиты (высоты от 400 до 650 км) и движутся со скоростью около 8 км в секунду. На этой высоте и высоте им требуется около 90 минут, чтобы совершить оборот вокруг Земли, совершая от 14 до 16 оборотов в день. Эти условия идеальны для наноспутников. Обращаясь ближе к Земле, они не только гарантируют оптимальные условия для наземного наблюдения или связи, , но они также лучше защищены от солнечной и космической радиации.

      Сколько спутников в космосе?

      С тех пор, как в 1957 году на орбиту вокруг Земли был выведен первый искусственный объект, человечество запустило тысячи спутников, хотя достоверных и полных записей нет. По данным Управления ООН по вопросам космического пространства (UNOOSA), в космическое пространство запущено более 11 000 объектов. Однако в это число входят не только спутники, но и зонды, ракеты и другие устройства. В связи с наноспутниковой революцией количество объектов резко возрастет в ближайшие годы по мере раскрытия огромного потенциала космического бизнеса.

      Что такое созвездие наноспутников?

      Наноспутники — это группы созвездий, которые обеспечивают поддержку, избыточность и детализацию предоставляемых ими услуг. Каждый спутник в созвездии обновляется каждые 2–4 года, что гарантирует оператору всегда доступ к оптимизированному сервису с низким уровнем риска, который постоянно совершенствуется. Таким образом, созвездия наноспутников представляют собой системы, в которых понятия устаревания или срока полезного использования больше не являются проблемой.

      Приложения CubeSat

      CubeSat появились за последние лет и представляют собой новую парадигму в спутниковой индустрии. Они радикально меньше, чем обычные спутники, что приводит к снижению затрат, что компенсирует меньший риск отказа и более короткий срок службы, что, тем не менее, приемлемо для многих приложений.

      Особая природа наноспутников не мешает им выполнять те же задачи, что и более крупные аппараты. Характеристики естественно отличаются, но для 9 хватает0007 несколько промышленных применений.

      Наблюдение за Землей

      Сбор и интерпретация данных необходимы для правильного управления природными ресурсами и развития устойчивой экономики. Анализ воздействия человека на сельское хозяйство, леса, геологию и окружающую среду имеет решающее значение для улучшения условий жизни населения.

      Связь и IoT

      Наноспутники заложили основу для развития Интернета вещей (IoT) в глобальном масштабе, соединяя районы мира без наземного коммуникационного покрытия через космические инфраструктуры. Растет число сенсорных объектов и сетей, требующих глобальных соединений и коммуникаций.

      Геолокация и логистика

      Поиск и управление активами (самолетами, кораблями, транспортными средствами и т. д.) может оказаться невозможным или в лучшем случае чрезвычайно дорогостоящим в районах, где нет растительного покрова. Расположенные в космосе и предлагающие глобальное видение, группировки наноспутников могут обеспечить немедленный мониторинг различных групп активов в любой точке планеты. Наноспутники могут дополнять существующие сети, предоставляя комплексные решения по управлению логистикой.

      Мониторинг сигналов (SIGINT)
      Наноспутники

      могут отслеживать радиосигналы, передаваемые с Земли. Это означает, что в случае стихийного бедствия они могут предоставить первоначальную информацию о степени воздействия и наиболее серьезно пострадавших районах, что позволит более эффективно планировать спасательные работы и работы по оказанию помощи.

      Научные приложения

      Помимо коммерческих решений, CubeSats также можно использовать для программ космических наблюдений, межпланетных полетов, тестирования систем на орбите или биомедицинских исследований. Они также представляют собой ворота для развития космических программ в тех странах, которые еще не присоединились к космической гонке.

      Теперь, когда вы знаете больше о наноспутниках, узнайте, как вести бизнес в космосе

      Ссылка для загрузки страницы

      Перейти к началу

      Насколько велик этот спутник? Учебник по категориям спутников

      Искусственные спутники бывают самых разных размеров и веса, которые подходят для различных предполагаемых функций и орбит. Вот чем они отличаются:

      Для начала знайте, что общепринятой системы классификации спутников не существует. Существуют отраслевые соглашения и стандартные термины, которые обычно принимаются всеми в спутниковой сфере, но местами правила становятся довольно мягкими. Группа бразильских ученых недавно предложила стандартную таксономию, разделяющую спутники на 10 категорий в зависимости от массы и размера, но мы все еще ждем общепризнанных параметров, разделяющих классы спутников.

      В целях этого обсуждения и сравнения мы собираемся разделить спутники на пять основных категорий, используемых североамериканскими космическими агентствами: большие, средние, мини, микро и нано. Некоторые различия между этими категориями спутников могут показаться произвольными и почти случайными. Но по большей части к безумию есть метод — спутники разного размера имеют разное назначение и занимают разные части космоса.

      Большие спутники (более 1000 кг) — традиционные рабочие лошадки отрасли. ViaSat-1 и ViaSat-2 считаются крупными спутниками, каждый из которых весит около 6500 кг, как и мощные спутники наблюдения Земли, такие как GOES-R и два нынешних спутника LANDSAT. Большинство самых больших спутников находятся на геостационарной орбите (GEO) — около 22 300 миль над Землей. Это самая высокая высота, на которой функционируют искусственные спутники.

      Средние спутники (500–1000 кг) — очень обширная категория, состоящая из спутников с широким спектром назначения. Например, Jason-3, совместный американо-европейский спутник наблюдения Земли, весит около 550 кг, как и канадский спутник для изучения атмосферы SCISAT-1. Средние спутники можно найти во всех орбитах от низкой Земли до средней Земли и до ГСО.

      Мини-сателлиты (100-500 кг) в последние годы действительно стали популярными. Многие спутники в мегасозвездиях НОО квалифицируются как мини-спутники. Франция, Бразилия и множество других национальных космических агентств также запустили в последние десятилетия мини-спутники для наблюдения за Землей и Солнцем.

      Микроспутники (10-100 кг) выполняют самые разнообразные функции, в основном с относительно легко занимаемых позиций на НОО.