Вокруг Земли вращается более трех тысяч спутников, которые помогают человечеству. Они дают продвинутую связь, системы навигации, а также собирают точные данные о проблемах планеты — от уровня загрязнения до вероятности стихийных бедствий, чтобы достигать целей “устойчивого развития” ООН.

Редакция сайта MaxPolyakov.Space объясняет, что такое околоземная орбита и какую пользу принесло ее исследование человечеству.

Ночью без телескопа можно увидеть относительно небольшой участок вселенной. Самый дальний объект, который способны уловить глаза человека— это блеклое пятно, Туманность Андромеды, галактики на расстоянии около 2,5 млн световых лет от Земли.

Намного ближе, всего в нескольких сотнях километров от поверхности Земли находится околоземная орбита.

Благодаря ее исследованию стали доступными спутниковое телевидение, беспроводной интернет, точные прогнозы погоды, GPS — спутниковая система навигации, которая определяет местоположение человека со смартфоном практически в любой точке Земли с точностью до 6-8 метров.

Наука и технологии активно осваивают околоземное пространство, но, к сожалению, для многих людей эта сфера остается крайне недооцененной. К примеру, в США лишь 5% граждан могут назвать себя хорошо проинформированными об исследовании космоса, а в Евросоюзе чуть больше трети опрошенных способны объяснить, чем занимается аэрокосмическое агентство.

Многие люди даже не догадываются, насколько часто используют космические технологии для самых рутинных задач.

К примеру, в среднем люди проводят со смартфоном в руках более двух часов в день, в том числе, используя навигатор, работа которого была бы невозможна без спутниковой поддержки. Еще 10 лет назад без такого устройства в смартфонах было легко заблудиться в новом городе.

Все эти возможности обслуживают искусственные спутники, коих насчитывается более трех тысяч, наибольшая группировка спутников принадлежит США — 1,8 тыс. аппаратов.

Что такое околоземная орбита

Орбита — это траектория вращения одного небесного тела вокруг другого, обладающего значительно большей массой. Например, Земли вокруг Солнца или Луны вокруг Земли.

Орбита вокруг Земли называется низкой околоземной орбитой. Это условная сфера вокруг планеты от поверхности до высоты 2 тыс. км над уровнем моря. Чаще всего используется для обозначения орбиты космического аппарата вокруг Земли, имеет высоту в пределах 160 км (с орбитальным периодом около 88 минут) до 2 тыс. км (примерно 127 минут).

Для сравнения, максимальная высота, на которую способен подняться гражданский самолет, не достигает и 20 км. Пассажирский самолет Boeing 737 из Киева в Берлин, у которого высота полета в среднем 7 км, для выхода на орбиту должен был бы подняться более чем в 20 раз. На низкой околоземной орбите находятся искусственные спутники и Международная космическая станция, там же осуществлялись все пилотируемые космические полеты (за исключением программы полетов на Луну).

МКС на околоземной орбите

Современное представление об орбите прозвучало из уст польского астронома Николая Коперника в XVI веке, который отметил, что Земля — такая же планета, как и Венера или Сатурн, и все они по орбитам вращаются вокруг Солнца. В последующий век ученые активно развивали эту теорию, вычисляли периоды вращения планет и находили спутники на орбитах некоторых из них, пока наконец античная идея о Земле как центре Вселенной не отошла в историю.

Наука объяснила, что небесные тела держатся вместе, создавая устойчивую систему из звезды в центре и планет, которые вращаются вокруг нее. А в конце XVII века англичанин Исаак Ньютон дал имя силе, что движет материей, открыв гравитацию.

Если ученые тех времен только стремились к познанию природы, то в веке XIX исследователи желали попасть за пределы привычного мира. Тогда знаменитый писатель-фантаст Жюль Верн впервые научно описал полет с Земли на Луну. В то же время ученые выдвигали теории ракетных полетов для выхода в космос, и после Второй мировой войны США, СССР и другие страны мира начали активно развивать эту технологию, в частности для военных целей.

К примеру, первый искусственный спутник Земли — советский “Спутник-1” в 1957 году — был доставлен на орбиту именно межконтитальной баллистической ракетой. Этот аппарат имел прорывное научное значение: благодаря устройству стало возможным изучение верхних слоев атмосферы, что было невозможным раньше. Последующие спутники продолжили приносить пользу науке — так, благодаря американскому “Эксплорер-1”, запущенному уже в 1958 году, был открыт радиационный пояс.

Как устроена орбита

Орбита вокруг Земли — явление неоднородное, и астрономия разделяет ее по высоте.

На расстоянии 35 тыс. км находится геостационарная орбита, на которой аппараты вращаются одновременно с Землей, “зависая” на одной долготе.

Эта орбита критически важна для мониторинга погоды, поскольку спутники на ней способны с большой высоты всегда следить за одним и тем же участком планеты.

Как это работает? Пользователь заходит на сайт, чтобы проверить прогноз погоды и смотрит на спутниковые изображения своего населенного пункта. На сайт снимки попали с геостационарной орбиты, на которой находятся специальные спутники. Они каждые пару минут обновляют и отправляют информацию об облаках, водяном паре, ветре, чтобы спрогнозировать погоду в населенном пункте.

Существуют еще несколько видов орбит. Например, “Молния”, имеющая вытянутую эллиптическую форму, где один конец ближе к Земле, чем другой. Вся совокупность орбит хорошо изложена в каталоге NASA.

Наиболее близкая к поверхности — низкая околоземная орбита, расположенная на высоте от 160 до 2 тыс. км. На ней находились все космические станции, а также большая часть спутников — почти 2000.

На этой орбите человек не может выжить без системы жизнеобеспечения, которую используют космонавты для выхода в открытый космос.

Пространство на низкой околоземной орбите не пустое — туда проникают атмосферные газы, которые оказывают на орбитальные объекты хоть и небольшое, но все же влияние, примерно как поток воздуха на пулю, выпущенную из винтовки, разве что в разы слабее. Температура в этом пространстве в среднем составляет около 10 градусов Цельсия. Низкая околоземная орбита — это в принципе не очень далеко от поверхности планеты, так что некоторая схожесть условий не должна вызывать удивления.

На орбитах находятся спутники, работающие во благо человечества. Некоторые спутники работают в течение 15 лет.

Неработающие объекты — это космический мусор. Его устранением занимаются космические компании по всему миру, потому что они представляют опасность для работающих спутников: могут наносить повреждения, которые потом необходимо устранять, либо влиять на точность данных со спутников.

В чем польза орбиты для человечества

Сейчас, когда вокруг Земли уже вращаются тысячи рукотворных объектов, освоение космоса идет рука об руку с экономическим развитием человечества. По данным NASA, освоение космоса приносит не только технологическую и культурную пользу, но и регулярно дает новые взгляды на решение старых земных проблем. Улучшенные солнечные панели, которые превращают энергию солнца в электричество, многие медицинские технологии, сверхлегкие сплавы металлов, системы очистки воды, продвинутая электроника и многое другое. Без всего этого невозможно представить современную жизнь, которую человечество получило благодаря выходу цивилизации в космос.

GPS определяет месторасположение с точностью до 6-8 метров

Перечислим основные достижения выхода на орбиту:

  • Спутниковое телевидение. Спутники отправляют сигналы прямо в дома, где их принимают антенны. Также космические устройства дают возможность вести прямую трансляцию с качественным изображением и звуком.
  • Телефонная связь. Телефоны в самолетах, спутниковые телефоны в отдаленных регионах, где нет вышек мобильной связи или в местах, пострадавших от катаклизмов.
  • Интернет. Компания SpaceX начала выводить спутники для проекта глобального беспроводного интернета Starlink. До конца года компания намерена запустить в общей сложности 1,5 тыс. единиц.
  • Навигация. Спутниковая навигационная система Navstar Global Positioning Systems (известная в быту, как GPS) с точностью до 6-8 метров определяет месторасположение. Это помогает в поездках в новые города и страны, а также для поиска людей в лесу. К примеру, заблудившийся человек отправляет данные о своем местоположении в одном из мессенджеров: Telegram и других, с точностью до 10 метров своему другу, который ищет его.
  • Метеорология. Спутники дают возможность оценить погодные условия и составить прогнозы в глобальном масштабе, а также быстро отследить такие опасные катаклизмы, как извержение вулканов, лесные пожары и прочее. К примеру, спутники Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) с 1982 года провели 48 тыс. спасательных операций.
  • Землепользование. Спутники могут обнаруживать подземные запасы воды и полезных ископаемых, фиксировать перемещение питательных и токсичных веществ из земли в водоемы, рост водорослей в морях, эрозию земель. В том числе спутники приглядывают за масштабной инфраструктурой вроде газо- и нефтепроводов. Развитием таких технологий занимается, например, компания EOSDA Макса Полякова.
  • Наука. Благодаря выводу астрономического оборудования на орбиту стало возможным исследовать глубины космоса без земных ограничений. Космический телескоп Hubble позволяет фиксировать гораздо больше, чем земные приборы, которым мешает атмосфера.

Использование околоземной орбиты раскрывает новые возможности и для бизнеса — например, в NASA считают, что коммерческие программы могут в перспективе создать самостоятельную, устойчивую и быстро развивающуюся орбитальную экономику, где ведущая роль отведена частным предприятиям.

Полеты с частным финансированием позволят проводить на орбите коммерческие исследования, например в области фармацевтики, и даже привлекать туристов. Помимо этого большая доля отведена контрактам на доставку грузов на Международную космическую станцию. Для сравнения, в 2006-м капитализация глобального “космического рынка” составила $176 млрд, то в 2018-м выросла до $345 млрд. Только за один 2017 год коммерческие космические компании получили $3,9 млрд инвестиций от частных лиц.

По прогнозам NSR, в ближайшие десять лет на орбиту выведут более 12 тыс. спутников. Один лишь запуск принесет дохода более чем на $130 млрд. Как считают в крупнейшей финансовой компании мира Morgan Stanley, к 2040 году капитализация всей орбитальной экономики составит один триллион долларов. К этому времени половина и более спутников будут обслуживать скоростной интернет, а его стоимость составит менее 1% от сегодняшней.

Тем временем уже сегодня затраты на вывод одного спутника на орбиту сократились почти вчетверо. Несложно представить, сколько возможностей для экономики и науки в обозримом будущем даст нам околоземная орбита. Компании начнут соревноваться за право отправить в космос ракету. У человечества есть все необходимое, чтобы реализовать этот потенциал. Главное — продолжать идти по намеченному пути и достигать новых целей, чтобы улучшать жизнь на Земле.