Вы могли об этом даже не задумываться, но от спутниковых систем сегодня зависит качество жизни и безопасность миллионов людей по всему миру. Сегодня вы узнаете, как спутники помогают избежать аварий на дорогах, управлять энергоснабжением, находить пропавших людей и даже улучшать качество зерна.

Без компаса и карты

Смартфоны сегодня настолько привычны для всех (даже самые крутые модели), что кажется, будто ничего сложного в них нет. Многие даже не знают, что часть важных функций в мобильниках создали или благодаря космическим технологиям.

Каждый раз, когда вы ищете своё местоположение на карте или включаете компас (в лесу, например), вы используете технологии, которые были созданы для космических целей. На все спутники, запущенные в космос, устанавливали приборы, которые могли определять их положение и ориентацию в пространстве, чтобы передавать эту информацию на Землю.

Эти технологии применили для создания систем глобального позиционирования, которые сейчас есть в смартфонах, планшетах и другой цифровой технике.

Сейчас по спутниковой навигации ориентируются таксисты, курьеры, умные часы пишут по связи со спутниками сколько и в каком направлении вы пробежали или проехали на велосипеде, службы экстренной помощи, которые ищут пропавших или попавших в беду людей, тоже используют навигацию. Но изначально её создавали только для военных нужд.

Система состоит из сети спутников, которые кружат по орбите вокруг Земли, наземных станций и приёмника, который установлен в вашем телефоне, автомобиле (не в «Жигулях», а в современном) или другом устройстве. Как только приёмник получает сигналы нескольких спутников, он использует математические алгоритмы для определения точного местоположения.

В США

Первый навигационный спутник Transit 1A запустили из США в сентябре 1959 года, правда, неудачно. Второй спутник Transit 1B полетел уже в апреле 1960 года. Систему назвали Transit или Navy Navigation Satellite System (NAVSAT) и успешно ввели в эксплуатацию в 1964 году, она была нужна для навигации американским атомным ракетным подводным лодкам класса «Джордж Вашингтон», ну и для баллистических ракет «Поларис», которые с этих подлодок запускали.

В 1973 году американцы запустили программу под названием DNSS, которую позже переименовали в NavSTaR (Navigation Satellite Timing and Ranging — время и дальность навигационного спутника). В рамках этой программы спутники выводились на среднюю околоземную орбиту, значительно выше своих предшественников. А с 1973 года программу назвали привычной нам аббревиатурой GPS.

В 1994 году заработала первая группировка из 24 спутников GPS. А к 2022 году военные США создали спутник нового поколения NTS-3. Его можно настроить прямо на орбите для разных задач, а сигнал можно усилить или ослабить благодаря специальной антенне.

В общем, GPS создавалась как военный проект, но после того, как гражданский самолёт «Боинг-747» рейса KE007 «Корейских авиалиний» сбили в 1983 году возле Сахалина из-за дезориентации экипажа, президент США Рональд Рейган разрешил использовать систему для гражданских целей.

Чтобы систему нельзя было использовать для военных нужд, её точность уменьшили специальным алгоритмом. Правда, чуть позже компании нашли способ это компенсировать путём расчётов, поэтому в 2000 году президент США Билл Клинтон отменил это ограничение.

На сегодняшний день 31 спутник GPS используется по целевому назначению.

В СССР и России

В первоначальном плане военной космической программы СССР навигационно-связную спутниковую систему (НСС) создавать не собирались. Но прошло немного времени и в 1964 году ЦК КПСС и СМ СССР всё же решились создать НСС — уж очень такую систему просил Военно-морской флот.

К разработке НСС первого поколения под названием «Циклон» привлекли много организаций. Первый спутник этой системы — «Космос-192», отправился на орбиту в 1967 году.

Кстати, у американских «Транзитов» не было ретрансляторов, в отличие от «Циклонов», которые поддерживали радиотелеграфную связь между подводными лодками, кораблями ВМФ и командными пунктами.

После успешного применения спутники «Циклон» модернизировали, и в 1976 году заработала система под названием «Парус» уже с шестью шести космических аппаратов «Циклон-Б». С её помощью можно было определить координаты кораблей с точностью 250-300 метров.

При этом СССР сразу же использовали систему навигационного обеспечения не только в ВМФ, но и в гражданских министерствах и ведомствах. В 1974 году началась разработка системы навигации под названием «Цикада» — как для военных, так и для гражданских потребителей. Первый спутник системы («Космос-883») запустили в 1976 году.

Потом «Цикаду» модернизировали и установили на неё оборудование спасения, также известную как система «Надежда» — её создало омское объединение «Полёт». Эту систему создали после того, как СССР, США, Канада и Франция подписали межправительственное соглашение в 1979 году об разработке КОСПАС — Космической Системы Поиска Аварийных Судов и SARSAT — Search And Rescue Satellite-Aided Tracking. В общем, страны объединились для поиска и спасения тех, кто оказался в бедственном положении на море или на суше.

10 сентября 1982 года на стадии отработки технических средств, система спасения продемонстрировала свою эффективность. В этот день советский спутник «Космос-1383» перехватил сигнал бедствия от разбившегося в горах Канады небольшого самолёта. Канадская наземная станция приняла аварийный сигнал через спутник. В результате операции спасли троих людей. С 1982 года благодаря системе КОСПАС-SARSAT в мире от гибели спасли более 57 000 человек.

ГЛОНАСС

Для обычных граждан СССР начал разрабатывать спутниковую систему в середине 1970-х годов. Эскизный проект системы ГЛОНАСС создали в 1978 году, а работы по её реализации начались в 1979 году.

Первый спутник ГЛОНАСС запустили в октябре 1982 года с космодрома Байконур.

В 1991 году количество спутников в группировке достигло 12-ти, и система заработала в сентябре 1993 года. В полном составе (24 спутника) ГЛОНАСС развернули в 1995 году.

Второй этап создания ГЛОНАСС начался ещё во времена СССР, но по факту воплощать его пришлось России и руки до него дошли только в августе 2001 года. Это была так называемая Федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система» (ФЦП ГНС). В рамках неё запустили первый космический аппарат (КА) второго поколения «Глонасс-М» в декабре 2003 года вместе с двумя КА первого поколения.

Система ГЛОНАСС отличается от GPS главным образом тем, что у спутников нет резонанса (синхронности) с вращением Земли в своём орбитальном движении, поэтому ГЛОНАСС более стабилен, а его группировку спутников не нужно корректировать в течение всего срока их активного использования.

В 2011 году запустили первый КА третьего поколения «Глонасс-К», От спутников предыдущей серии они отличаются гарантийным сроком активного существования в 10 лет, уменьшенной массой, негерметичным исполнением и иными усовершенствованиями. В 2018 году была завершена его модернизация, её назвали «Глонасс-К2», и она уже умеет работать на трёх частотах L-диапазона.

На данный момент орбитальная группировка ГЛОНАСС состоит из 25 спутников, включая один резервный.

Помимо ГЛОНАСС и GPS в мире существуют ещё китайская «Бэйдоу», французская DORIS (что интересно, она основана на системе стационарных наземных передатчиков, а приёмники расположены на спутниках) и система Galileo от Евросоюза.

На связи

Связь между людьми тоже держится отчасти силами космической индустрии. Спутники связи используют для теле- и радиовещания, сотовой связи и интернета. Созвоны с близкими людьми, удалёнка по работе и интернет в любой части планеты — в том числе заслуга этих самых спутников.

Первый спутник связи Telstar-1 запустили Штаты в 1962 году. В его функции входила двусторонняя телефонная связь по 60 каналам или трансляция одной телевизионной программы.

США исторически используют геостационарную орбиту (над экватором), чтобы их спутники-ретрансляторы казались неподвижными с Земли. Но для СССР такая система не подходила, потому что пролетающие над экватором спутники почти не видны с северных регионов, а для того, чтобы вывести их на нулевую широту, приходилось тратить много топлива.

Советские инженеры решили проблему с неподходящей геостационарной орбитой для своих спутников (где СССР, и где экватор, помните карту?) и предложили их запускать на вытянутую эллиптическую орбиту. В итоге в своей верхней точке спутник как бы зависает над территорией страны: наблюдателю кажется, что он быстро поднимается над горизонтом, останавливается на высоте, а потом так же быстро уходит за горизонт.

Итак, в 1964 году СССР запустили первый спутник «Молния», который поместили на орбиту с таким же названием. С помощью него уже в 1965 году Москва показала живую трансляцию морского парада и первомайскую демонстрацию жителям Владивостока. И после этого спутниковое вещание начало развиваться бешеными темпами. Сегодня на этой орбите работают спутники связи под названием «Меридиан».

Современные спутники связи — это российская группировка спутников «Сфера» и группировка Starlink от SpaceX: они нужны для услуг доступа в Интернет в регионах Земли с плохой связью.

Я тебя вижу!

Спутники дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) помогают в сельском хозяйстве, отслеживании климата, управлении транспортом. Например, их используют для создания карт высотности, чтобы вычислить лучшие условия для сельскохозяйственной деятельности. А отслеживание климата из космоса помогает заранее отследить его изменения и вовремя к этим изменениям подготовиться.

Первый советский спутник ДЗЗ был запущен в 1983 году и назывался «Космос-1500». Чуть позже запустили и другие спутники этой серии для космической системы «Океан». Она стала первой в мире оперативной радиолокационной системой ДЗЗ, которая практически постоянно функционировала с сентября 1983 года.

Один из самых известных спутников дистанционного зондирования земли в России — «Канопус-В», запущенный в 2012 году. Он умеет проводить съёмку в очень высоком разрешении и получать данные в режиме реального времени. Этот спутник помог России намного улучшить качество снимков и собирать больше данных для мониторинга.

Кроме «Канопуса-В», у России есть и другие спутники ДЗЗ, такие как «Ресурс-П», «Арктика-М», «Электро-Л» — они нужны для того, чтобы приглядывать за природными объектами, инфраструктуров и промышленными строениями.

Спутники дистанционного зондирования земли используют для мониторинга и анализа земельных угодий, и ещё для того, чтобы определить лучшее время для посева, уборки урожая и полива. Такие спутники передают информацию о состоянии растительности, определяют площадь полей и места, в которые нужно вносить удобрения.

А ещё спутники ДЗЗ используются для борьбы с засухой и недостатком влаги в почвах. То есть они следят за влажностью почвы и дают рекомендации по поливу, чтобы увеличить урожайность и снизить затраты на воду.

Всё? Нет, не всё! Спутники дистанционного зондирования земли помогают сельхозпроизводителям находить повреждённые и «заболевшие» растения. По снимкам со спутников находят места с поврежденной растительностью и оперативно начинают лечить растения, ну или бороться с распространением болезней на весь урожай.

А теперь о погоде

Если вы когда-либо задумывались о том, почему прогнозы погоды стали настолько подробными и точными (ну, в основном), ответ прост: это заслуга метеорологических спутников.

C запуска в 1966 году спутника «Космос-122» вступила в работу первая советская метеорологическая спутниковая система «Метеор».

С тех пор Россия разработала и запустила множество спутников, которые собирают информацию о погодных условиях на Земле. Каждый из этих спутников нафарширован очень даже современными инструментами, которые собирают данные о температуре, влажности, атмосферном давлении, скорости ветра и других погодных параметрах.

После того, как данные собраны на борту спутника, их передают на землю, где используют для создания погодных карт и прогнозов. Благодаря им мы можем знать, какой будет погода на следующий день, неделю и даже месяц. Это нужно не только для того, чтобы вы определились, брать ли с собой зонт при выходе из квартиры, но и чтобы подготовиться к экстремальным погодным условиям на государственном уровне.

А ещё метеорологические спутники помогают учёным собирать данные о долгосрочных изменениях в климате (да-да, глобальное потепление и вот это вот всё) и решать, как жить дальше при таких изменениях погоды. Ну и, само собой, спутники также заранее предупреждают о скором развитии природных катастроф, таких как ураганы, циклоны и засухи.

Метеорологические спутники России включают в себя такие аппараты, как «Электро-Л», «Ресурс-П», «Канопус-В», «Метеор-М» и многие другие. У каждого из них свои уникальные особенности и свои конкретные задачи.

Не только GPS

Но космические технологии проникли в мобильники не только в виде GPS. Даже такой маленький элемент, как изменение ориентации экрана на смартфоне, создали благодаря космическим технологиям.

В космических условиях корабли и спутники постоянно изменяют свое положение в пространстве. И для того, чтобы приборы на борту работали правильно, пришлось изобретать способ определения и коррекции их ориентации. И эти же технологии были использовали для создания акселерометров, гироскопов и других сенсоров, которые мы сегодня используем в наших телефонах.

И если вы почти обо всём знали и не особо впечатлены, я закину удочку другим фактом: знали ли вы, что космос проник к вам даже на кухню? То-то же! Об этом и поговорим в следующей статье!

Источник: Ferra