План урока:

Что такое АМС, их задачи

Наиболее известные АМС

Что такое АМС, их задачи

АМС – это космические аппараты, которые способны подниматься в космос без пилотов. Второе название межпланетных станций - космический зонд, от слова зондировать. Их запускают в межпланетное пространство с целью выполнения всевозможных заданий. Станции используют, как правило, для проведения комплексных исследований, изучения космического пространства и небесных тел. К основным задачам АМС относят:

• участие в научно-исследовательских проектах;
• изучение различных объектов Солнечной системы, в том числе планет, их искусственных спутников, комет;

Кроме этого АМС должны:

• обеспечить себя электричеством при помощи системы электропитания;
• уметь определить свое нахождение в пространстве при помощи системы ориентации;
• при помощи бортового радиокомплекса принять команды и передать данные на Землю.

АМС занимаются фотографированием, сканированием рельефа. Также проводят измерения температуры, радиации, изучают магнитное поле космического объекта, сейсмические показатели. Исследуют химический состав атмосферы, грунта, межпланетного пространства.

 Исследование Марса  

Конструкция АМС

С развитием научно-технического прогресса происходит постоянное усовершенствование АМС. Эти устройства достаточно сложные и многофункциональные, ведь им приходится работать в непростых условиях нашей необъятной Вселенной. Каждый космический аппарат перед запуском проходит ряд испытаний.

Конструкции у некоторых видов АМС разные, но в основном они имеют много общего. Чтобы маневрировать в космическом пространстве, все они оснащаются ракетной двигательной установкой. Для всевозможных исследований оборудуются приборами, таким как телескоп, радар, лазер, спектрометр и др. Имеют полезную нагрузку (научно-исследовательские приборы) и средства вспомогательные (платформа АМС или служебная система).

В качестве источника питания, как правило, используются солнечные батареи или термоэлектрические радиоизотопные аккумуляторы. При сбоях в поставке электроэнергии, запас восполняется с помощью специальной аккумуляторной батареи. На АМС имеется приборный отсек, в котором находятся всевозможные приборы. Здесь поддерживается определенная температура. Это необходимо для бесперебойной работы оборудования и находящихся там устройств.

Для того чтобы предотвратить беспорядочное вращение космического аппарата и обеспечить правильную его ориентацию во время полета ученые используют гиродин. Он помогает корректировать ракетные двигатели. Именно они способствуют ускорению или   торможению станции во время ее полёта.

Также на борту АМС есть разные виды антенн, с помощью которых осуществляется радиосвязь. Более современные и мощные межпланетные станции, которые есть на вооружении лишь у немногих стран мира, в том числе и России, имеют модульную конструкцию. Прибывая до места исследования, они сбрасывают на поверхность космические исследовательские аппараты, а часть, которая остается на орбите, выполняет функцию радиоретранслятора – связного устройства, соединяющего несколько радиопередатчиков, которые отдалены друг от друга на большие расстояния.

Конструкция АМС «Вега-1» и «Вега-2» Источник

Связь во время полетов

Связь с космическими аппаратами поддерживается с Земли. На борту АМС находятся бортовые компьютеры, с помощью которых происходит управление объектом. Все собранные данные передаются при помощи двунаправленной радиосвязи. Именно ее наличие позволяет управлять АМС на дистанции. А каналом для передачи являются частоты в радиодиапазоне. Ученые постоянно работают над процессом ускорения передачи данных, так как станции выполняют свои задачи на достаточно отдаленных расстояниях. Для этого предполагают использовать лазеры, которые улучшат межпланетную связь.

Траектория межпланетных перелетов

После того как космический зонд покидает просторы земного пространства, он выходит на орбиту. По форме она близка к той, по которой вокруг Солнца вращается Земной шар. Чтобы совершить межпланетный перелет АМС требуется большое количество энергии. Для ее экономии станции двигаются по гомановской траектории. В небесной механике она представляет собой орбиту эллиптической формы, которая используется для перехода между двумя орбитами, расположившимися в одной плоскости. Чтобы совершить маневр работе двигателя нужно 2 импульса. Один – чтобы войти на гомановскую траекторию, второй – чтобы сойти с нее. Свое название траектория получила в честь ученого из Германии Вальтера Гомана, который в 1925 году описал ее в своей работе.

Источник

Максимальной экономии топлива позволяет достичь метод «гравитационной пращи» - под воздействием сил гравитации небесных объектов, АМС способна целенаправленно изменить траекторию полета. Это необходимо для получения станцией дополнительного разгона, без которого совершить межпланетный перелет было бы затруднительно. До того как такие маневры  освоили на практике, исследовать Солнечную систему было практически невозможно. Скорости химической ракеты, которая выводила искусственные спутники на орбиту, хватало только для того, чтобы совершать перелеты до ближайших к Земному шару планет. В 50-60-е годы ушедшего столетия говорить об изучении более отдаленных участков Солнечной системы не было смысла. Развитие будущих дальних космических перелетов требовало создание более мощных реактивных двигателей – ядерных или электрических.

Чтобы более точно измерить траекторию полета АМС с поверхности Земного шара используют наземные станции и метод радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Этот метод позволяет объединить наблюдения из нескольких радиотелескопов, расположившихся на большом расстоянии друг от друга (как правило, на разных континентах).

Источник

Дополнительно измерение траектории полета происходит с помощью радиоизлучения квазара, расположившегося максимально близко к направлению на автоматическую космическую станцию. Например, чтобы определить траекторию полета станции «Экзомарс-2016» использовали радиоизлучение от квазара  P1514-24.

Наиболее известные АМС

Во всем мире самыми известными космическими станциями являются:

• «Луна» - целая серия советских автоматических межпланетных станций, которые запускались в период 1958-1976 гг. Запуск всех АМС производился с космодрома «Байконур». За всю историю «Луны» было 16 удачных и 17 неудачных запусков. С помощью станций открыли солнечный ветер, выяснили, что у Луны нет постоянного магнитного поля, сделали снимки обратной стороны лунной поверхности, доставили на Земной шар образцы лунного грунта. «Луна-1» - самая первая межпланетная станция, которая пролетела на близком расстоянии от лунного диска. «Луна-2» - первая станция, достигшая поверхности Луны, а в 1970 году с помощью АМС на земной спутник доставили аппарат «Луноход-1».

АМС «Луна-24» Источник

• «Венера» - советские автоматические межпланетные станции, которые были созданы для изучения одноименной планеты. Полеты первых АМС были неудачными. И только в 1966 г «Венера-3» смогла достичь венерианской поверхности. Аппараты серии изучили атмосферу Венеры (ее температуру, состав, давление), солнечный ветер вблизи нее, обнаружили водородную корону, измерили освещенность поверхности, концентрацию аммиака на разных высотах, исследовали грунт. В 1975 г. АМС сели на венерианскую поверхность и совершили передачу телевизионной панорамы. В 1982 г сделали первые цветные снимки поверхности.

АМС «Венера» 

• «Вояджер» - американские научные межпланетные станции, запуск которых состоялся в 1977 г. С их помощью планировалось изучение более отдаленных от Земли планет Солнечной системы. АМС первыми передали снимки Сатурна и Юпитера. «Вояджер-2» достиг орбиты Урана и Нептуна. Аппараты покинули пределы нашей Солнечной системы. На их борту имеется диск, на котором собрано 115 слайдов. Они отображают важную научную информацию, в частности виды Земного шара, изображение материков, разновидности ландшафтов, эпизоды из жизни животных и человека.

АМС «Вояджер-2» 

«Марс» – это еще одна серия советских АМС. Их запуск происходит с 1960 г. С помощью аппаратов сделаны хорошие снимки марсианской поверхности, исследованы процессы, происходящие в атмосфере, изучено магнитное поле, получено много новых сведений о планете.

АМС «Марс» 

• «Маринер» – АМС, которые запускали НАСА. Аппараты изучали Венеру, Марс и Меркурий. С их помощью выяснили, что у Венеры горячая атмосфера, поверхность Меркурия имеет много общего с Луной. Также были измерены параметры магнитного поля и атмосферы планет. Сделаны фотографии Марса и его спутников.

АМС «Маринер» 

• «Пионер» - американские станции. Первые АМС, покинувшие пределы Солнечной системы.

АМС «Пионер 10» 

• «Новые горизонты» - АМС НАСА. Был запущен в 2006 г с целью изучения Плутона и его спутника. К обозначенной планете он приблизился в 2015 г. Ожидается, что станция передаст новые сведения о поясе Койпера и предоставит ответы на многие вопросы человечества о дальнем космосе. Миссия АМС должна завершиться в 2026 г.

АМС «Новые горизонты» 

• «Доун» - АМС, запуск которой состоялся в 2007 г. Станция должна исследовать астероид Веста и карликовую планеты Цереру.

АМС «Доун» 

Современные исследования планет земной группы АМС

За время развития космонавтики в сторону планет земной группы было запущено огромное количество АМС. Некоторые из них сразу же потерпели поражение, другие достигли конечной цели и передали человечеству первые сведенья о земных «соседях». Часть станций до сих пор остается на орбитах и продолжает свою миссию. С помощью АМС проводится исследования планет Солнечной системы:

• Фотографирование поверхности планет с разных расстояний.
• Измерение давления и температурных показателей в атмосфере во время спуска. Для этих целей используют манометры, термометры сопротивления. Для измерения плотности пользуются плотномерами. Во время научного исследования планеты данные атмосферные параметры могут быть вычислены благодаря скорости снижения аппарата, так как его аэродинамические показатели уже известны.
• Изучение химического состава атмосферы. Для этого необходимы газоанализаторы. Для каждого типа газа используется отдельный газоанализатор.
• Исследование верхнего слоя атмосферы планеты происходит по методу радиопросвечивания – он основан на радиоволнах разной длины, проходящих через атмосферные слои, где происходит их преломление.
• С помощью магнитометров АМС измеряется напряженность магнитного поля той или иной планеты.

Благодаря автоматическим космическим станциям у человечества появилась возможность исследовать ближний космос. Конечно, такая станция неспособна преодолеть расстояние, измеряемое световыми годами, но добраться до отдаленных участков нашей Солнечной системы шансы у нее есть. Кто знает, возможно, в будущем будет создан аппарат, который долетит до центра галактического пространства и откроет человечеству его самые тайные загадки.