מלחמת לוויינים: כיצד אלפי רובוטים אוספים מידע על כל דבר בחלל

מהם לוויינים מלאכותיים?

לוויין כדור הארץ מלאכותי (AES) הוא חללית

מסתובב סביב כדור הארץ במסלול גיאוצנטרי.

כדי לנוע במסלול סביב כדור הארץ, המכשיר חייב להיות בעל מהירות התחלתית השווה או גדולה ממהירות הבריחה הראשונה. טיסות AES מתבצעות בגבהים של עד כמה מאות אלפי קילומטרים.

הגבול התחתון של גובה הטיסה הלוויין נקבע על ידיהצורך להימנע מתהליך בלימה מהירה באטמוספרה. תקופת ההקפה של לוויין, בהתאם לגובה הטיסה הממוצע, יכולה לנוע בין שעה וחצי למספר שנים.

חשיבות מיוחדת הם לוויינים בגיאוסטציונריםמסלול, שתקופת המסלול שלו שווה לחלוטין לימים, ולכן, עבור צופה בקרקע, הם "תולים" ללא תנועה בשמיים, מה שמאפשר להיפטר מהמכשירים הסיבוביים באנטנות.

תחנות בין-כוכביות אוטומטיות (AMS) וניתן לשגר חלליות בין-כוכביות לחלל העמוק הן לעקוף את שלב הלווין (כלומר, עלייה ימינה) והן לאחר שיגור ראשוני למסלול הייחוס של הלוויין.

בתחילת עידן החלל שוגרו לווייניםרק באמצעות רכבי שיגור, ועד סוף המאה ה-20 הפך גם שיגור לוויינים מלוויינים אחרים - תחנות מסלול וחלליות (בעיקר ממעבורת החלל MTKK) נפוץ.

כאמצעי לשיגור לוויינים באופן תיאורטיגם ספינות חלל MTKK, רובי חלל ומעליות חלל אפשריות, אך עדיין לא יושמו. זמן קצר בלבד לאחר תחילת עידן החלל, הפך נפוץ לשגר יותר מלוויין אחד על גבי כלי שיגור בודד, ועד סוף 2013, מספר הלוויינים ששוגרו בו-זמנית בחלק מכלי השיגור עלה על שלושה תריסר.

בחלק מהשיגורים, השלבים האחרונים של רכבי השיגור נכנסים גם למסלול ולפעמים הופכים למעשה לוויינים.

לוויינים בלתי מאוישים יש מסה של כמהקילוגרמים עד שני תריסר טון וגדלים ממספר סנטימטרים ועד (בפרט בעת שימוש בפאנלים סולאריים ואנטנות נשלפות) כמה עשרות מטרים.

חלליות ומטוסי חלל שהם לוויינים מגיעים לכמה עשרות טונות ומטרים, ותחנות מסלול מוכנות מגיעות למאות טונות ומטרים.

במאה ה-21, עם התפתחות המיקרו-מיניאטוריזציה ובננוטכנולוגיה, יצירת לווייני קוביות קטנים במיוחד (מאחד עד כמה קילוגרמים ומכמה עד כמה עשרות סנטימטרים) הפכה לתופעה המונית, וגם פורמט חדש הופיע: pocketcube (תרתי משמע.קוביית כיס) בכמה מאות או עשרות גרם וכמה סנטימטרים.

לווינים נוצרים בעיקר כ-אך לא ניתן להחזירם, אך חלקן (קודם כל אוניות מאוישות וכמה חלליות מטען) ניתנות להחלמה חלקית (בעלות רכב ירידה) או לחלוטין (חללי חלל ולוויינים שחוזרים על סיפונה).

נעשה שימוש נרחב בלווייני אדמה מלאכותייםלמחקר מדעי ובעיות יישומיות, כמו גם בחינוך (מה שמכונה לווייני "האוניברסיטה" הפכו לתופעה המונית בעולם) ותחביב - לווייני רדיו חובבים.

כמה לוויינים נמצאים כעת במסלול כדור הארץ?

זה תלוי איך אתה סופר. מאז שיגור ספוטניק ב-4 באוקטובר 1957 שוגרו לחלל יותר מ-9,000 כלי רכב, אך רק כ-2,000 מהם פועלים כיום.

השאר נשרף באווירה או נשבר והפך ל"פסולת חלל "במסלול. לכן, אגב, רוב התמרונים מתבצעים כדי להתחמק מחפצים לא נשלטים, ולא מלוויינים עובדים.

סוגי לוויינים

מובחנים בין סוגי הלוויינים הבאים:

• לוויינים אסטרונומיים הם לוויינים שנועדו לחקור כוכבי לכת, גלקסיות וחפצי חלל אחרים.
• ביוסאטלים הם לוויינים המיועדים לניסויים מדעיים באורגניזמים חיים בחלל החיצון.
• לווייני חישה מרחוק של כדור הארץ.
• לוויינים מטאורולוגיים הם לוויינים המיועדים להעברת נתונים לצורך חיזוי מזג האוויר וכן לתצפית על אקלים כדור הארץ.
• לוויינים קטנים - לוויינים בעלי משקל נמוך (פחות מ -1או 0.5 טון) וגודל. כולל מיני-לווינים (מעל 100 ק"ג), מיקרו-לווינים (מעל 10 ק"ג) וננו-לווינים (קלים מ- 10 ק"ג), כולל קוביות סאטן וקוביות כיס.
• לווין צבאי.
• לווייני תקשורת.
• לווייני ניווט.
• חלליות הן חלליות מאוישות.
• תחנות מסלוליות הן ספינות חלל ארוכות טווח.
• Golosatellites הם הלוויינים האחרונים שנועדו לחקור כוכבי לכת אחרים.

כיצד מוסדרים תנועת לוויינים בחלל?

אין תקנה אחידה לכך. חלל הוא מקום פנוי. לכן, המשתתפים בפעילויות החלל מונחים רק על ידי החוקים הלאומיים שלהם, אשר, עם זאת, חייבים לעמוד בהסכמים שאומצו במסגרת עבודתה של ועדת האו"ם לשימושים שלווים בחלל החיצון (COPUOS).

• מבחינה משפטית

לאחר אימוץ האמנה ב 1974משרד האומות המאוחדות לענייני חלל חיצוני מנהל רישום חפצים ששוגרו לחלל החיצון. עם זאת, הרישום בה הוא הצהרתי, ולאו"ם אין יכולת טכנית לשלוט במסלולים האמיתיים ובמטרות של חלליות.

• לוויינים צבאיים

המכשול העיקרי העומד בדרכו של הבריאהמאגר לווינים מקיף ויכולת פיקוח אוטומטי על החלל הקרוב לכדור הארץ - אלה לוויינים צבאיים. המערכת האמריקאית NORAD אינה מפרסמת נתונים על לווייני מודיעין אמריקאים, תוך שהיא מפרסמת נתונים על מסלולי כלי הרכב הצבאיים הרוסיים והסיניים. כוחות האוויר והחלל של רוסיה כלל אינם מפרסמים דבר, אף שהם מפקחים על לוויינים צבאיים אמריקאיים באמצעות מכ"ם ואמצעים אופטיים.

מפעילי לוויין מסחריים עכשיוצריך לפעול באופן עיוור, בתקווה שהצבא עצמו לא יאפשר התנגשות. יתר על כן, מדובר בכלי רכב צבאיים שלרוב מתמרנים במסלול ומשנים גובה. יש אפילו מעמד קונבנציונאלי של "לווייני מפקח" שניגשים בכוונה לרכבים של אנשים אחרים כדי לצלם אותם.

• סיכון התנגשות

בתחילת אפריל, הלוויינים של OneWeb ו- SpaceXנמנעו מגישה מסוכנת זה עם זה במסלול, אמרו נציגי חיל החלל האמריקני ו- OneWeb. זהו המצב המסוכן הראשון של שתי חברות מתחרות שמרחיבות את רשתות הפס הרחב שלהן בחלל.

החוקרים העריכו את הסבירות להתנגשות1.3%, בעוד ששני לוויינים התקרבו ל -57 מטר - זו קרבה מסוכנת ללוויינים במסלול. אם לוויינים יתנגשו במסלול, זה עלול לגרום לקטסטרופה שתוביל להיווצרות מאות חתיכות פסולת, ומסלולם ישתנה ויסכן מכשירים אחרים.

מומחים גם ציינו כי כעת איןאין ארגון חלל לאומי או עולמי המסדיר את מפעילי הלוויין להגיב להתנגשויות אפשריות. לחברות יש התראות דחופות של כוח החלל רק לחברות שדורשות התקנים לשמור על מרחק בטוח זה מזה.

איך לוויינים משנים את השמיים?

קבוצות כוכבים של לוויינים וחתיכות פסולת חללהמקיף את כדור הארץ ומשקף אור שמש, הפך את שמי הלילה לבהירים יותר ב -10%. כך נאמר במחקר משותף של צוות בינלאומי של אסטרופיזיקאים.

"ציפינו שהעלייה בבהירות השמיים תהיהלא משמעותי, אך ההערכות התיאורטיות הראשונות שלנו היו מפתיעות וכך הניעו אותנו לדווח על התוצאות באופן מיידי, "אמר מירוסלב קוציפאי, חוקר בכיר באקדמיה למדעים בסלובקיה והמחבר הראשי של המחקר בנושא זיהום אור.

מדענים מאמינים שהבעיה תהיה רקמחמירים ככל שנשלחים לוויינים נוספים לשמיים. האשמים האחרים לשינוי כוללים גם רכיבי רקטות מבוזבזים ופסולת אחרת המשקפים ומפזרים אור מהשמש.

איפה ואילו לוויינים עובדים עכשיו?

המסלול הצפוף ביותר הוא גיאוסטציונרי (GSO). כעת יש עליו כ -400 לוויינים, כלומר כחללית כלשהי המפעילה.

באופן כללי, מסלולי הלוויינים מחולקים לנמוכים (עד 2000 קילומטרים מכדור הארץ), בינוני וגבוה, וגיאוגרפי שייכים לקבוצה האחרונה. לווייני חישה מרחוק של כדור הארץ עפים במסלול נמוך, לווייני תקשורת, למשל, כמו אירידיום, גלובלסטאר, אורבקום, המערכת הרוסית "גונז". על האמצעיות יש מערכות ניווט - GLONASS (רוסיה), GPS (ארה"ב), גלילאו (אירופה) וביידו (סין).

הפופולריות של המסלול הגיאוסטציונרי היא תוצאההעובדה שרק עליו הלוויין אינו משנה את מיקומו בשמיים, כאילו מרחף מעל הנקודה הנבחרת של קו המשווה בגובה 35,786 קילומטרים. זה מאפשר לך לתקשר איתו באמצעות אנטנות קרקעיות נייחות, אחת ולתמיד מכוונת לנקודה אחת.

• סטארלינק

במרץ 2021, SpaceX ביצעה סדרה של שיגורים מוצלחים של לווייני Starlink, והביאה את מספרם במסלול ל-1,300 - כ-8% מהתוכנית לשנת 2027. 

SpaceX משגר לוויינים למסלול בקבוצות60 יחידות מאז מאי 2019, ובמרץ 2021 היו ארבע שיגורים כאלה. משקלו של כל לוויין הוא 260 ק"ג, והבמה לשיגורם מיועדת למאה משימות: בכל פעם הוא חוזר לפלטפורמה הצפה כמובן שאני עדיין אוהב אותך ("כמובן, אני עדיין אוהב אותך") באוקיאנוס האטלנטי, 630 ק"מ מקייפ קנוורל ...

הרעיון הוא לעטוף ברשת שללווייני טלקום קטנים את כל הפלנטה במסלול כדור הארץ נמוך - 500-2000 ק"מ מהשטח. לוויין אחד משתרע על שטח קטן, למשל בגודל של אלסקה. לכן, הם מושקים בקבוצות כדי לכסות אזור ספציפי. ההצלחה של כל פרויקט LEO תוביל לשינוי מוחלט בתשתית הטלקום ברחבי העולם.

• מאדים אקספרס

הודות למעקב מתמיד אחר מאדים אקספרסמדענים ניתחו את שתי סופות האבק העולמיות האחרונות, בשנים 2007 ו 2018. הם השוו את הביצועים של אותן שנים עם שנים ללא סופות כדי להבין כיצד סופות השפיעו על זליגת המים ממאדים.

עם חילופי העונות, הלחות קופאת באווירהמַאְדִים. עם זאת, במקום לחזור אל פני כדור הארץ בצורה של משקעים, קורה משהו אחר. סופות אבק מפריעות לתהליך. הם מחממים ומשמידים את אווירת מאדים, ומספקים מים לגבהים גדולים עוד יותר.

בשני המחקרים נעשה שימוש במערכי נתונים נרחבים רב שנתיים של SPICAM במסלול האורס אקספרס.

• פיצוץ הלוויין NOAA 17

הלוויין המטאורולוגי האמריקני NOAA 17, שלאהיה מעורב בעבודה, התפוצץ בחלל ל -16 פסולת. מדענים עוקבים כעת אחר 16 פסולת הקשורה לפיצוץ כדי שלא ישבש את פעולתם של עצמים אחרים. לא נקבע אם הפסולת מהווה איום על הפעלת לוויינים.

הטייסת דיווחה:אין עדיין אינדיקציה לכך שהאירוע נגרם כתוצאה מהתנגשות בחפץ אחר. לפי נתוני חיל האוויר האמריקאי, לפני הפיצוץ, הלוויין היה במסלול עם גובה מינימלי של 800 ק"מ וגובה מקסימלי של 817 ק"מ.

לוויין ה- NOAA 17 שוגר לחלל ביוני 2002 והופסק בשנת 2013. יצוין כי מוקדם יותר לוויינים כאלה כבר הושמדו בחלל בגלל פיצוץ של סוללות על הסיפון.

• ICESat-2

מדענים בחנו נתונים ברזולוציה גבוהה שנאספו על ידי לוויין ICESat-2 מעל מדף הקרח של אמרי בין אוקטובר 2018 לנובמבר 2019.

פעימות לייזר מהלוויין מופנות אלעל פני כדור הארץ והשתמש בפוטונים מוחזרים כדי לקבוע את גובה פני השטח. שלא כמו לוויינים אחרים, רזולוציית ICESat-2 מאפשרת לה לראות שברים עדינים יותר ואת המורפולוגיה שלהם.

מדענים עיבדו נתוני לוויין באמצעותאַלגוֹרִיתְם. הוא מזהה שקעי קרח על פני השטח כדי לאתר ולאפיין סדקים. הבה נזכיר ששקע קו השלג הוא הירידה שלו עקב שינויי אקלים נוחים לשמירה על איזון מסת הקרחון.

מכיוון שאיזון המוני הוא פונקציה ישירה של הצטברות ואבלציה, תנודות בגובה קו השלג משקפות את ההשפעות המצטברות של שינויים בטמפרטורה ובמשקעים.

• OneWeb

בשנת 2012, אמריקאי טכניהיזם, המהנדס והממציא גרג וילר הקים את WorldVu Satellites, חברת טלקומוניקציה שמטרתה לספק למאות מיליוני אנשים גישה לאינטרנט. מאוחר יותר שונה לארגון OneWeb - לכבוד הפרויקט בעל אותו שם להפצת הרשת למקומות שקשה להגיע אליהם.

רוסיה היא שמספקת לפרויקט את הגדולים ביותרהִתנַגְדוּת. בשנת 2018 התנגדו FSB ו Roskomnadzor להקצות את התדרים אותם ביקשה OneWeb ללוויינים. סוכנויות ביון אמרו כי קיים סיכון לריגול - הם אומרים שהחברה הבריטית תפקח על הרוסים. בשנת 2019 OneWeb משכה את הבקשה והבטיחה לשנות אותה כדי לעמוד בדרישות הביטחון הלאומי של רוסיה.

קרא עוד

מסוק כושר המצאה ממריא בהצלחה על מאדים

המפה המדויקת הראשונה של העולם נוצרה. מה רע בכולם?

נאס"א סיפרה כיצד הם יעבירו דגימות של מאדים לכדור הארץ