22 марта 2025 года исполняется ровно 4 года с момента запуска космического аппарата формата CubeSat 6U «ОрбиКрафт-Зоркий» с космодрома Байконур. Однако его путешествие на орбите подходит к концу: согласно прогнозу, уже в середине апреля спутник войдёт в плотные слои атмосферы и сгорит.
Этот спутник стал важной вехой в развитии технологий СПУТНИКС, доказав работоспособность многих технических решений. Он также внёс вклад в радиолюбительское сообщество, передавая SSTV-изображения и цифровые данные.
Но почему же «ОрбиКрафт-Зоркий» завершает свой путь? Давайте разберёмся в законах космической механики.
Почему спутники не падают на Землю?
Представьте, что вы бросаете мяч вперёд. Если бросить его с небольшой силой, он пролетит некоторое расстояние и упадёт. Если увеличить скорость броска, мяч пролетит дальше.
Теперь представьте, что мяч настолько разогнан, что, двигаясь вперёд, он всё время «промахивается» мимо Земли, ведь планета круглая. Так мяч окажется на орбите.
На низкой околоземной орбите (НОО) спутник движется со скоростью примерно 28 000 км/ч, совершая полный оборот вокруг Земли за 90 минут.
Космические скорости: от орбиты к межпланетным полётам
Чтобы объект оставался на орбите или покинул Землю, он должен достичь определённой скорости:
Первая космическая скорость - ~7,9 км/с; Объект выходит на околоземную орбиту
Вторая космическая скорость - ~11,2 км/с; Объект покидает гравитационное поле Земли
Третья космическая скорость - ~16,7 км/с; Объект покидает Солнечную систему
Исторический пример: Вояджер-1 и третья космическая скорость
Зонд «Вояджер-1», запущенный в 1977 году, набрал третью космическую скорость и стал первым объектом, покинувшим Солнечную систему. Сейчас он продолжает свой путь в межзвёздном пространстве.
Как рассчитывают орбиты спутников?
При запуске спутника инженеры тщательно рассчитывают его траекторию. Основные параметры:
- Скорость и высота. Чем выше объект, тем слабее земное притяжение.
- Гравитация Земли. Она всегда тянет спутник вниз, но его высокая скорость создаёт баланс.
- Форма орбиты. В зависимости от начальных параметров спутник может двигаться по круговой, эллиптической, геостационарной, полярной, экваториальной или даже незамкнутой (отлётной) орбите.
- Наклонение орбиты. Это угол между плоскостью орбиты спутника и плоскостью экватора Земли.
Виды наклонений:
- Низкие наклонения (0–30°). Спутники движутся вблизи экватора (экваториальная орбита, как у некоторых телекоммуникационных аппаратов).
- Средние наклонения (30–60°). Часто используются для спутников навигации и дистанционного зондирования Земли.
- Полярные орбиты (около 90°). Спутники пролетают над всеми точками планеты, что делает их идеальными для глобального мониторинга.
- Ретроградные орбиты (наклонение больше 90°). Спутники движутся против вращения Земли — используются редко, но иногда применяются для специализированных задач.
Такой расчет орбиты позволяет оптимизировать затраты топлива, продлить срок службы спутника и обеспечить выполнение его научных или прикладных задач.
Типы орбит
Космические аппараты выводят на орбиту в зависимости от поставленных задач. Основные типы орбит включают:
- Низкая околоземная орбита (НОО, LEO). На этой орбите находятся спутники, предназначенные для наблюдений, телеметрии и научных экспериментов. Обычно высота НОО составляет от 300 до 800 км. Именно на такую орбиту чаще всего выводят CubeSat-спутники, поскольку условия здесь оптимальны для проведения экспериментов, тестирования технологий и получения стабильной телеметрии.
- Средняя околоземная орбита (MEO). Используется для навигационных систем (например, GPS, ГЛОНАСС) и некоторых телекоммуникационных задач. Расстояние от Земли обычно составляет несколько тысяч километров.
- Геостационарная орбита (GEO). Спутники на этой орбите находятся на высоте около 36 000 км и остаются неподвижными относительно поверхности Земли, что особенно важно для систем телевещания и связи.
- Эллиптические орбиты. Такие орбиты применяются, когда требуется, чтобы спутник имел переменную скорость и меняющееся расстояние до Земли в зависимости от фазы миссии.
- Орбита Молния. Это сильно вытянутая орбита, при которой спутник проводит большую часть времени на высоких широтах. Данный тип орбиты часто используется для спутников, обеспечивающих связь в регионах с высокой географической широтой.
- Орбита захоронения. Для спутников, отработавших свой ресурс, предусмотрены специальные орбиты захоронения — выше геостационарной орбиты, чтобы минимизировать загрязнение околоземного пространства.
Орбитальное размещение CubeSat и миссия «ОрбиКрафт-Зоркий»
Большинство CubeSat-спутников запускаются на низкую околоземную орбиту (НОО). Такая орбита удобна, поскольку:
- Позволяет проводить эксперименты и тестировать новые технологии.
- Обеспечивает стабильную связь с наземными станциями.
- Позволяет использовать атмосферное торможение для естественного схода с орбиты после завершения миссии.
«ОрбиКрафт-Зоркий» был выведен именно на НОО, и его срок существования подошёл к концу. Снижение орбиты и последующий вход в атмосферу – естественная стадия жизненного цикла космического аппарата.
Почему спутники рано или поздно сходят с орбиты?
Хотя кажется, что в космосе нет преград для движения, даже на высоте 400-500 км присутствует остаточная атмосфера.
Со временем молекулы воздуха создают торможение, заставляя спутник терять скорость. Чем ниже высота – тем больше сопротивление.
Когда скорость падает ниже критического уровня, спутник начинает спиральное снижение. В результате он входит в плотные слои атмосферы, где из-за трения нагревается и сгорает.
Как сделать изучение орбит ещё интереснее?
Современные образовательные технологии позволяют наглядно изучать орбитальные характеристики, а поможет в этом учебный комплекс дополненной реальности (AR). Используя данную технологию, учащиеся могут изучить околоземное пространство, орбиты спутников и их виды, наблюдать актуальное местонахождения космического аппарата и его движение. Кроме того, модуль «Кеплеровы элементы орбиты» позволять изменять параметры орбиты! Подробности и демонстрационные материалы доступны на образовательном портале СПУТНИКС: https://edu.sputnix.ru/docs/ar/
Прощальная дипломная программа
Одним из важных направлений деятельности СПУТНИКС является поддержка радиолюбительского сообщества. В рамках этого реализуются различные мероприятию по приёму сообщений и SSTV-изображений с радиолюбительских спутников на платформе CubeSat.
В знак благодарности за поддержку и интерес к миссии «ОрбиКрафт-Зоркий» мы представляем его последнюю дипломную программу:
Начиная с 11 марта и до последнего сигнала, «ОрбиКрафт-Зоркий» RS15S начинает передачу прощальных текстовых сообщений. За получение не менее 1 сообщения участник получит памятный Диплом в электронном виде.
Особый приз от нашей команды предусмотрен за получение всех четырех прощальных сообщений и «золотого пакета» (т.е. самого последнего сообщения спутника в апреле перед его входом в атмосферу).
Подробнее на нашем сайте: https://sputnix.ru/ru/sputniki/proshhalnaya-diplomnaya-programma-orbikraft-zorkiy
Миссия «ОрбиКрафт-Зоркий» завершается, но это лишь часть большого пути! Команда СПУТНИКС продолжает развивать технологии малых спутников, новые образовательные программы и радиолюбительские проекты.
Спасибо, что были вместе с «ОрбиКрафт-Зоркий» RS15S!
73!*
** (Радиолюбительский код, означающий «Наилучшие пожелания!»)