Космічний зонд, енциклопедія Навколосвіт

КОСМІЧНИЙ ЗОНД

КОСМІЧНИЙ ЗОНД, автоматичний космічний апарат для прямого вивчення об'єктів Сонячної системи і простору між ними. Космічні зонди проводять дослідження планет, пролітаючи повз них, рухаючись навколо них по орбіті, влітаючи в їх атмосферу або досягаючи їх поверхні. Прямі дослідження далеких об'єктів за допомогою приладів, встановлених на космічних зондах, доповнюються спостереженнями з поверхні Землі і її штучних супутників.

ПЕРЕДІСТОРІЯ КОСМІЧНИХ ПОЛЬОТІВ

Починаючи з Луциана Самосатского (бл. 120-180) (ІКАР-Меніппус і Правдива історія) люди мріяли дістатися до Місяця і дізнатися її таємницю. Що ж стосується планет, то сама думка про експедицію до них могла виникнути лише після того, як стало ясно, що це не божества і не просто рухомі вогники на нічному небі, а тіла, подібно до Землі обертаються навколо Сонця. Остаточно це з'ясувалося в епоху И.Ньютона (1643-1727), який пояснив характер руху планет в Сонячній системі і який вказав принципову можливість подорожі від однієї планети до іншої. Однак до середини 20 ст. не було технічної можливості оволодіти гігантської енергією, необхідною для подолання земного тяжіння.

Після творів І. Кеплера Сон, або Посмертне твір про астрономію Місяця (1634), Ф.Годвіна Людина на Місяці (1638) і С. де Бержерака Інше світло, або Держави та імперії Місяця (1657), експедиції до Місяця і планет стали популярною літературної темою. До середини 20 ст. тема космічних подорожей міцно зайняла місце в белетристиці, на радіо і в кіно, викликаючи у публіки великий інтерес.

Однак аж до цього часу все фантазії про космічні подорожі мали одну загальну деталь - у всіх експедиціях була присутня людина. Сама ідея про автоматичні механізми, здатних досліджувати Місяць і планети, просто не приходила нікому в голову. Поштовх уяві міг дати тільки відповідний рівень техніки, який в ті роки ще не дозволяв мріяти про безпілотних космічних апаратах.

До кінця Другої світової війни багато вчених і інженери зрозуміли, що ера космічних польотів наближається. Розробка потужних ракетних двигунів, легких і міцних матеріалів і конструкцій, мініатюрних приладів і особливо розвиток електроніки зробили можливим практичне здійснення польотів навколо Землі, до Місяця і планет.

СТВОРЕННЯ космічної техніки

Дивно, але для запуску корисного навантаження на нескінченну відстань від Землі (тобто для її розгону до другої космічної швидкості) потрібно повідомити їй всього лише вдвічі більшу енергію, ніж для її виведення на низьку навколоземну орбіту. Тому перші космічні зонди були запущені незабаром після перших штучних супутників Землі. Див. Також ОРБИТА.

Все ж необхідна для запуску зонда додаткова енергія вимагає більш потужної ракети-носія при тій же корисного навантаження або меншого навантаження при тій же ракеті. Обмеження ваги корисного навантаження завжди тяжіє над розробниками космічних зондів. Зазвичай для досягнення необхідної зонду швидкості ракету постачають додатковою сходинкою. Розробка потужних і надійних багатоступеневих ракет - це довга і дорога справа. Носії для космічних зондів повинні бути особливо надійними, оскільки для запуску зазвичай відводиться невелика тимчасове вікно, коли взаємне положення Землі і наміченої мети таке, що переліт вимагає мінімальних витрат енергії. В інший час витрати енергії зростають настільки, що експедиція стає практично неможливою. При польотах на Місяць оптимальна ситуація виникає раз на місяць, але при польотах до далеких планет її потрібно чекати кілька місяців і роки.

Інший важливий фактор - час перельоту. Експедиції до планет тривають місяці і роки. Тому всі прилади зонда повинні бути дуже надійними, щоб поблизу мети виконати складний комплекс досліджень. Це створює нелегкі технічні проблеми. Тривалий переліт означає, що для харчування бортових систем електрикою не можна використовувати акумуляторні батареї - необхідний генератор, що працює без обмежень за часом. З цією метою при польотах на Місяць і внутрішнім планетам - Меркурію, Венері і Марсу - застосовують сонячні елементи. Але за орбітою Марса, далеко від Сонця, його світло слабкий. Тому при польотах до Юпітера і далі використовують ізотопний генератор, що виробляє струм за допомогою термоелектричного перетворювача з тепла, що виділяється при розпаді радіоактивних ізотопів, наприклад плутонію-238.

Стеження за космічними зондами і управління ними значно складніше, ніж супутниками. Для визначення точного положення апарату і передачі на борт команд управління, а також для прийому з його борту даних необхідні потужні передавачі і великі антени на Землі і на самому зонді. Для цих цілей були створені глобальні системи космічного радіосопровожденія. Наприклад, Мережа далекого космічного зв'язку Національного управління з аеронавтики і дослідженню космічного простору (НАСА) США. розроблена в Лабораторії реактивного руху (Пасадена, шт. Каліфорнія), служить для управління космічними зондами і об'єднує станції в Голдстоуні (Каліфорнія), Тідбінбелла (поблизу Канберри, Австралія) і Робледо де Чевель (поблизу Мадрида, Іспанія). Для зв'язку з космічними зондами використовують також станції в Дармштадті (Німеччина), усюд (Японія) і Євпаторії (Україна).

Обмеженість швидкості світла призводить до тимчасової затримки при обміні сигналами між центрами управління на Землі і космічними зондами, що досягає декількох годин при польотах в зовнішні області Сонячної системи і робить неможливим управління зондом в реальному часі. Тому команди передаються заздалегідь, і при виникненні несподіваної ситуації вже буває пізно що-небудь змінити. На цей випадок зонд повинен бути забезпечений потужним бортовим комп'ютером, порівнює реальну ситуацію з очікуваною і вносить корективи в команди.

У той же час в процесі перельоту зонди знаходяться в більш м'яких умовах, ніж супутники Землі, які регулярно переходять з освітленій Сонцем на тіньову сторону орбіти, відчуваючи при цьому сильні коливання температури і теплові деформації, що знижують надійність роботи апаратури.

ПОЛЬОТИ До МІСЯЦІ

«Піонер».

Розробка перших п'яти космічних зондів США для прольоту повз Місяця і для виходу на окололунную орбіту велася в Управлінні перспективних досліджень Міністерства оборони, а потім була передана в тільки що утворене НАСА. Скромні можливості носіїв того часу (балістичні ракети середнього радіусу дії «Тор» і «Юпітер») обмежували корисний вантаж для польотів до Місяця масою від 6 до 40 кг. Постійна орієнтація поздовжньої осі зондів в просторі щодо зірок підтримувалася їх обертанням навколо цієї осі.