A mesterséges műhold egy ember által készített tárgy, amelyet egy hordozórakéta segítségével küldtek az űrbe , és egy bolygó vagy egy természetes műhold , például a Hold körül keringenek . A hordozórakéta által a műholdnak adott sebesség lehetővé teszi, hogy az égitest körül keringve gyakorlatilag korlátlan ideig az űrben maradjon . Ez, a műhold küldetésének megfelelően, különböző formákat ölthet - nap - szinkron , geostacionárius , elliptikus , kör alakú - és többé-kevésbé nagy magasságban , alacsony , közepes vagy magas pályára sorolva .
Az első mesterséges műholdat, a Sputnik 1 -et a Szovjetunió indította útjára 1957-ben. Azóta több mint 5500 mesterséges műhold került pályára (2007). A műholdak ma már gazdaságilag ( telekommunikáció , helymeghatározás , időjárás-előrejelzés ), katonai ( hírszerzés ) és tudományos ( csillagászati megfigyelés , mikrogravitáció , földmegfigyelés , okeanográfia , magasságmérés ) szempontjából egyaránt fontos szerepet játszanak . Különösen a fizikai világegyetem megértésének, a klímaváltozás modellezésének és az információs társadalom működésének alapvető eszközeivé váltak .
A mesterséges műhold egy hasznos teherből áll, amelyet kifejezetten a teljesítendő küldetéshez határoztak meg, és egy szabványosított platform, amely gyakran olyan támogató funkciókat biztosít, mint az áramellátás, a meghajtás, a hővezérlés , az irány fenntartása és a kommunikáció. A műholdat egy földi irányító központ figyeli, amely utasításokat küld és összegyűjti a földi állomások hálózatán keresztül gyűjtött adatokat . Küldetésének teljesítéséhez a műholdnak referencia pályán kell maradnia, műszereinek pontos tájolásával: rendszeres időközönként beavatkozásokra van szükség a pálya természetes zavarainak kijavításához, amelyet földi műhold esetén a sugárzási terület szabálytalanságai okoznak. gravitáció , a Nap és a Hold hatása , valamint a légkör alacsony pályán maradó ellenállása .
A technikai fejlődés lehetővé teszi a nehezebb műholdak (legfeljebb hat és fél tonna távközlési műholdak számára) pályára állítását, amelyek képesek egyre kifinomultabb feladatok (tudományos műholdak) teljesítésére, nagy önállósággal. A műhold élettartama, amely a küldetés típusától függ, elérheti a tizenöt évet. Az elektronika fejlődése lehetővé teszi a kifinomult küldetések végrehajtására alkalmas mikroszatellitek tervezését is.
A műholdak építése nagyon speciális iparágat eredményez, de a legösszetettebb műszereket továbbra is gyakran a kutatólaboratóriumok gyártják . A műhold tervezése, amelyet nehéz reprodukálni, ha nem távközlési műholdról van szó, egy tudományos műhold esetében tíz évig tarthat. A több száz millió eurót elérő gyártási költségek és az indítási költségek (kilogrammonként 10 000 és 20 000 amerikai dollár közötti nagyságrendűek) jelenleg korlátozzák ennek a tevékenységnek a fejlődését, amelyet az üzemeltetők számára nagyon nyereséges távközlésen kívül főleg állami költségvetések támogatnak. .
A Föld felszínéről indított objektum parabolikus pályát ír le, amely a földi gravitáció hatására visszahozza a földre ( A diagramon A eset ). Minél nagyobb az objektum kezdeti sebessége, annál tovább esik az esés pontja ( B eset ). Egy bizonyos sebesség elérésekor az objektum leesik, de anélkül, hogy a Föld görbülete miatt a földre érne ( C eset ). Annak érdekében, hogy a tárgy megtartsa sebességét a végtelenségig, azonban meg kell mozgatni vákuumban feletti légkör , ahol nem húzza erő (súrlódó) fejtünk: ebben a magasságban, alkalmazásában a elvének tehetetlenségi , nincs energia valójában mozgásának fenntartásához szükséges.
Ahhoz, hogy egy objektum a Föld körül keringhessen, annak sugársebességének a Föld közepe (az injektálási sebesség) tekintetében 7700 méter / másodpercnek kell lennie a Föld feletti 200 km- es körpályánál (ezen magasság alatt a húzás túl nagy) ). Ha nagyobb sebességet közölnek egy azonos magasságban utazó műholddal, akkor a pálya ellipszissé válik ( a diagram D esete ): az ellipszis Földhöz legközelebb eső pontja a perigé , a legtávolabbi pont pedig a csúcspont . Ha a sebesség túllépi 11 kilométeres másodpercenkénti ( E eset ), a műhold távozik a földi látnivaló: ez a felszabadulás sebessége a Föld, hogy szükség van, hogy közölje a űrszondát , hogy azt kell küldeni a többi bolygó a az Naprendszer .
A minimális keringési sebesség arányos annak az égitestnek a gravitációjával - tehát tömegével -, amely körül a műholdnak keringnie kell: a Hold talajáról felszálló objektumnak jóval alacsonyabb vízszintes sebességre van szüksége (négyszer alacsonyabbra, mint a a Föld esetében: 1,7 km / s ).
Perigee (km) |
Befecskendezési sebesség (km / s) |
Megjegyzés | Elért csúcs (km) |
Pálya típusa |
---|---|---|---|---|
200 | 7.78 | Minimális keringési sebesség | 200 | Alacsony (kör alakú pálya) |
200 | 8. | 1000 | Alacsony | |
200 | 9.2 | 10 000 | Közepes | |
200 | 10.2 | 36 000 | Geoszinkron | |
200 | 10.8 | 380 000 | Hold | |
200 | 11. | Kioldási sebesség | Végtelen | Bolygóközi |
A mesterséges vagy természetes műhold pályáját a Kepler által megfogalmazott három törvény szabályozza, amely az égitest körül keringő tárgy elmozdulására vonatkozik:
A Kepler-törvények lehetővé teszik, hogy pályája jellemzői alapján kiszámítsák a forradalmi periódust , amely a műhold két egymást követő áthaladása közötti időintervallum a pályáján lévő ponton, valamint a keringési sebességet , amely megfelel a a műhold a bolygó középpontjához viszonyítva (az alkalmazott referenciakeret rögzített irányt tart az űrben):
|
Hat paramétert használnak a műhold helyzetének és pályájának megadásához az űrben:
A pálya paramétereit egy referenciakeret határozza meg, amely több síkból és vonalból áll:
A műhold pályájának síkjának i dőlése (0 és 180 fok között) az a szög, amelyet a pálya síkja az Egyenlítő síkjával alkot. Amikor i = 90 °, a műhold pályája a pólusok felett repül (poláris pálya); ha i = 0, akkor a pálya síkja az Egyenlítő síkjában fekszik. Azt mondják, hogy a pálya közvetlen, ha i kisebb, mint 90 °, és egyébként retrográd.
A felemelkedő csomópont long hosszúsága (vagy a felemelkedő csomópont jobb oldali emelkedése) a tavaszi pont iránya és a csomópontok vonala közötti szög az ekliptika síkjában. Ha a pálya síkja egybeesik a napéjegyenlőségek vonalával, akkor a felemelkedő csomópont hosszúsága nulla.
a pálya jellemzői a pálya síkjábanAz előző paraméterek által meghatározott síkban a pályát három paraméter írja le. A műhold által bejárt ellipszis alakját két információ adja meg:
Az ω perigee argumentuma az a szög, amelyet a csomópontok vonala és a perigee iránya (a Földön áthaladó vonal és a műhold pályájának perigéje) alkot, az orbitális síkban. A perigee hosszúsága a felemelkedő csomópont hosszúságának és a perigee argumentumának összege.
a műhold állása a pályájánA műhold helyzetét kétféleképpen lehet megadni:
Az égitest körüli mesterséges műhold pályája nem teljesen stabil. Számos természeti jelenség módosítja, amelyek hatása az égitesttől és a műhold helyzetétől függően változik. Ha a Föld körül forog, akkor a zavaró jelenségek csökkenő sorrendben vannak:
A Földnek nincs tökéletesen gömb alakú alakja: pólusai kissé lapítottak, míg az Egyenlítőnek kidudorodása van. Ezek az alakváltozások a pálya síkjának módosulását idézik elő. Ez a mozgás, a csomópont precessziója annál is fontosabb, mivel a pálya dőlése eltér 90 ° -tól és közel van a Földhöz.
Ez a zavar, a műholdon átesett legfontosabb, egyidejűleg módosítja az Ω felemelkedő csomópont jobb felemelkedését és az ω perigé érvelését . A pálya fenntartásához sok üzemanyagot kell fogyasztani. Az alacsony pályán lévő műholdak a korrekció helyett vagy kihasználják a pálya által kiváltott módosításokat (műholdak a napszinkron pályán ), vagy olyan pályákra kerülnek, amelyeknek dőlésszöge nulla ( i = 90 ° és 63 ° 26 ') ).
Egyéb szabálytalanságok a gravitációs mezőbenA föld gravitációs mezője más szabálytalanságokat mutat, mint azok, amelyek a pólus és az Egyenlítő deformációi miatt következnek be: ezek összefüggenek a föld altalajának ( kéreg és palást ) sűrűségének változásával ( ismétlődéseivel ). Ezek különösen sokak a Holdon. A földi műholdak számára a gravitációs tér variációi végül a pályát olyan nagyságrenddel zavarják meg, mint a földi földgömb ellapulása miatt.
A légkör ellenállásaHa az égitest, amely körül a műhold forog a légkör ( Föld , Mars , Vénusz ), akkor fejt ki drag erő négyzetével arányos a műhold sebessége és a sűrűsége a légkör: a műhold sebessége fokozatosan csökken. Ha a pálya ellipszis alakú, akkor az atmoszféra ellenállásának első hatása az, hogy körkörössé teszi (az apoge módosul, és a perigee változatlan marad), akkor maga a körpálya is fokozatosan csökken. A műhold végül a légkör legsűrűbb rétegeibe kerülve megsemmisül. A Föld körül körpályán forgó műhold átlagos élettartama megegyezik (figyelembe véve az alábbiakban részletezett átlagos napszél hatását ):
Az alacsony pályán keringő mesterséges műholdak pályáját általában 300 km felett tartják, így élettartamuk nem túl rövid. Bizonyos alkalmazások (intelligens műhold, tudományos alkalmazás) esetén a megfigyelés pontosságának javítása érdekében ideiglenesen vagy tartósan alacsonyabb pályát lehet választani: a műholdnak akkor nagy mennyiségű üzemanyagot kell szállítania, hogy fenntartsa ezt a pályát, különben annak időtartama. . Az 1980-as években épült amerikai KH-9 kém műholdak így 118 km magasságba süllyedhetnek . Csökkenthetjük az alacsony magasságban keringő műholdak ellenállását azáltal, hogy aerodinamikai alakot adunk nekik, mint például a GOCE műhold esetében, amely a gravitációs mezővel kapcsolatos ismereteink finomítása érdekében 250 km-es körpályán halad .
A napszél , amely a plazma áramlása többnyire a Nap felső légköréből kilökődő ionokból és elektronokból áll , átmenetileg növelheti az ellenállást. Ez az áramlás sebessége és hőmérséklete az idő függvényében változik, a nap aktivitásától függően. Ez egy 11 éves ciklust követ. A napkitörésekben az ionoszféra felmelegedése a légkör felső rétegeinek felfelé terjeszkedését okozza. 300 és 500 km között a sűrűség 10-szeresére növelhető: a vonóerő arányosan növekszik, és egyes műholdak több mint 10 km- t veszíthetnek el néhány nap alatt. Ezek a hatások különösen zavaróak a Föld-megfigyelő műholdak, például a Spot számára, amelyek helyzetét nagy pontossággal kell ismerni.
A hold és a nap vonzerejeA két csillag befolyásolja a mesterséges műhold pályáját. A Nap, tömegének ellenére, távolsága miatt gyengébb befolyással bír, mint a Hold. Minél nagyobb az apogeus magassága, annál nagyobb a zavar: nulla az alacsony pályán lévő műholdaknál és gyenge a geostacionárius műholdaknál.
Sugárzási nyomásA Nap által kibocsátott fotonok gyenge nyomást gyakorolnak - 10 −5 Pa nagyságrendűre a Föld körül -, de tovább haladnak azokon a tárgyakon, amelyekkel találkoznak. A kifejtett erő arányos a kitett felülettel (a kitett felület beesése és fényvisszaverő jellege befolyásolja ezt az erőt).
A földi műholdak pályájának sokféle alakja és iránya lehet: némelyik kör alakú vagy éppen ellenkezőleg nagyon hosszúkás ellipszis alakú. Kis magasságban, közvetlenül a Föld légköre felett (250 km ) helyezkedhetnek el, vagy meghaladhatják a 30 000 km-t . A mesterséges műhold pályáját úgy választják meg, hogy a legjobban kielégítse a küldetés igényeit. A legtöbb műhold a következő négy pályatípus egyikét használja:
A műhold földjén lévő pálya a pályája talaján lévő vetület egy függőleges vonal szerint, amely áthalad az égitest közepén, amely körül megfordul. Alakja határozza meg a műholdas eszközök által pásztázott felület és a földi állomások által a műholdas láthatósági nyílások részeit.
A nyom megrajzolása mind a pályán lévő műhold elmozdulásából, mind a Föld forgásából származik. Ez utóbbi a pályától nyugatra nézve deformálódást okoz a pályához képest:
Az első említés egy arc az új mesterséges műhold a Brick Hold az Edward Everett Hale (1869). Jules Verne is felveti ezt az elképzelést a Les 500 million de la Bégum-ban (1879). 1903-ban Constantine Csiolkovsky (1857–1935) közzétette az Исследование мировых пространств реактивными приборами („Űrkutatás sugárhajtóművek segítségével”) című művet, amely a rocket első tudományos munkája volt. Ebben a könyvben feltünteti azt a minimális sebességet, amelyet egy tárgynak el kell érnie ahhoz, hogy a Föld körüli pályára álljon ( 8 km / s ), és többlépcsős rakéta használatát javasolja folyékony hajtómotorokkal.
1928-ban a szlovén Herman Potočnik (1892–1929) a Das Problem der Befahrung des Weltraums („Az űrrepülés problémája”) című egyedi munkájában leírja azokat az eszközöket, amelyeket végre kell hajtani annak érdekében, hogy az ember állandóan letelepedhessen az űrben. Leírja, hogy a pályára helyezett űrhajókat hogyan lehet a Föld felszínének békés és katonai megfigyelésére használni; megmutatja a súlytalanság érdeklődését a tudományos kísérletek iránt. A könyv leírja a geostacionárius műholdak működését (először Csiolkovszkij említette), és feltárja a föld és a műholdak közötti rádión keresztüli kommunikáció problémáját. De a könyv soha nem említi a műholdak használatát a távközlés közvetítésére és sugárzási rendszerként.
1945-ben Arthur C. Clarke (1917-2008) tudományos-fantasztikus író részletesen leírta a távközlési műholdak tömegkommunikációs célú felhasználását. Clarke áttekinti a műholdas indítás logisztikai korlátozásait, a földgömböt lefedő műholdhálózat létrehozásának lehetséges pályáit és egyéb szempontjait, kiemelve a bolygó távközlési rendszer előnyeit. Három műhold alkalmazását javasolja a geostacionárius pályán is, amely elegendő az egész bolygó lefedésére.
Az első mesterséges hold, a Szputnyik 1 -ben indította el a Szovjetunió a1957. október 4és a Szovjetunió és az Egyesült Államok közötti űrverseny kiindulópontja . Sputnik 2 , elindítva1957. november 3élőlényt, Laïka kutyát helyez el először a pályán . Az Egyesült Államok, amelynek űrprogramja lemaradt, az első műholdját ( Explorer 1 ) pályára állítja1958. január 31. Ban ben1961. június, három és fél évvel a Sputnik 1 után az amerikai légierő közel 115 műholdat észlel a Föld körül. Az első műholdakat tudományos vizsgálatokhoz használják. A Sputnik 1 pályájának variációi lehetővé teszik a felső légköri rétegek sűrűségének jobb megértését.
Ország | Az indulás éve |
Első műhold (a név jelentése) |
---|---|---|
szovjet Únió | 1957 | Sputnik 1 (társ) |
Egyesült Államok | 1958 | Explorer 1 (felfedező) |
Franciaország | 1965 | Asterix (rajzfilmfigura) |
Japán | 1970 | Ōsumi (japán tartomány neve) |
Kína | 1970 | Dong Fang Hong I (Vörös Orient) |
Egyesült Királyság | 1971 | Prospero X-3 (Shakespeare-karakter) |
India | 1980 | Rohini (karakter a hindu mitológiából ) |
Izrael | 1988 | Ofeq 1 (horizont) |
Ukrajna | 1992 | Strela (nyíl) |
Irán | 2009 | 1. Omid (remény) |
Észak Kórea | 2012 | Kwangmyŏngsŏng 3 2. szám |
Dél-Korea | 2013 | STSAT-2C |
A katonai megfigyelő műholdak az űr meghódításának kezdetén jelentek meg: ők a Corona sorozat amerikai műholdjai (első1959. június), amelyek lehetővé teszik az orosz katonai létesítmények megfigyelését, amelyeket a légvédelmi ütegek egyre jobban védenek a kémrepülők ellen. Nagyon összetett (a készített fényképeket egy kapszulában küldik a Földre, amelyet repülés közben kell helyreállítani), az első sikeres repülés megszerzéséhez legalább 20 indítás szükséges. Az első korai figyelmeztető műhold, amelyet a stratégiai rakéta kilövésének észlelésére terveztek, az amerikai Midas , amelynek első sikeres repülése a múltra tekint vissza1960. május.
TIROS-1 , elindítva1 st április 1960, műholdakat nyit meteorológiai megfigyelés céljából. Az indult amerikai Landsat-1 műhold1972. július 23, az első műhold, amelyet a Föld megfigyelésére és különösen a gabonanövények értékelésére rendelnek. A GEOS-3 műhold indult1975. április 9, megnyitja az űrből származó radar használatát. Indult tovább1971. május 30, a Mariner 9 műhold az első műhold, amely egy másik bolygó ( Mars ) körül kering . Az 1990-ben indított Hubble űrtávcső az első ilyen dimenziós obszervatórium, amelyet pályára állítottak.
1960-ban az első Echo távközlési műholdat alacsony pályára állították. Ez egy passzív műhold, amely elégedett a jelek visszaküldésével, ellentétben az 1962-es pályára helyezett Telstar 1-gyel, amely ezeket felerősíti: az utóbbitól érkező jel fogadásához még mindig több tíz méteres antennára van szükség. Abban az időben csak az Egyesült Államok sajátította el az űrtávközlési rendszer létrehozásának technológiáját. Az Intelsat szervezet azért jött létre, hogy nyereségessé tegye az amerikai befektetéseket azáltal, hogy tagjainak az amerikai szolgáltatást nyújtja hozzájárulásuk fejében. Az Intelsat megbízásából indított Early Bird műhold (1965) az első geostacionárius pályára helyezett távközlési műhold. Az eredetileg 300 telefonáramra korlátozott telekommunikációs műholdak képessége megnő, ha kihasználják az elektronikai áramkörök fejlődését, és elérik a 200 000-et a XX . Század végén.
A francia-német együttműködés gyümölcse, a Symphonie műholdak (1974-1975) voltak az elsők, amelyeket Európában gyártottak. Számos újítást vezettek be: háromtengelyes stabilizáció a geostacionárius pályán és egy Biergol meghajtórendszer használata a geoszinkron körforgási manőverhez és állomásfenntartáshoz.
Nemzetközi szolgáltatókat ( a tengeri kommunikációhoz rendelt Inmarsat , a keleti országok számára az Intersputnik ), a regionális ( Eutelsat , európai üzemeltető, Arabsat stb.), Nemzeti és magán ( Astra ) szolgáltatókat hozták létre az 1970–1980-as években, hogy összegyűjtsék a létesítményhez szükséges erőforrásokat. dedikált műholdas hálózatok, míg az Intelsat világszerte lefedi. Oroszország, amelyet mind az indítóbázisok szélessége, mind pedig az ország nagy részének hátránya miatt nem fogad el a geostacionárius műholdak elterjedtté váló rendszere, hanem egy erősen elliptikus közepes pályán lévő műholdakra épülő rendszert hoz létre. Az 1990–2000-es években a diverzifikálódott tevékenység jövedelmezősége (közvetlen televíziózás, internet, üzenetküldés) erőteljesen megnőtt: ennek eredményeként a nemzetközi (Intelsat) és a regionális (Eutelsat) szervezeteket fokozatosan privatizálták, miközben az említett magánüzemeltetők szaporodtak. A tevékenység az egyik olyan ágazat, amelyet az 1990-es évek végi internetes buborék leginkább érintett : több szolgáltató konstellációs projekteket ( 10–70 műhold ) állít fel alacsony pályán ( Iridium , Globalstar stb.), Hogy többek között műholdat indítson. telefonálás. De a jövedelmezőség nincs meg, és a projekteket leállítják, vagy céljaikat lefelé módosítják. A jövedelem háromnegyede a műholdas televízióból származik, amely minden kontinensen virágzik.
A műholdak kétféle típusúak. A legtöbb alkalmazási műholdat nagy területek telekommunikációjának támogatására és a Föld megfigyelésére használják (megfigyelés, geo-helymeghatározás, távérzékelés, katonai felderítés). Szolgálatukat nem szabad megszakítani, a pályán történő leépítésre és új generációk helyettesítésére van szükség . A tudományos műholdaknak viszont igen sokféle küldetése van, kezdve az űrkörnyezet tanulmányozásától az űrtávcsövekkel végzett mélyűrig .
Az elektromágneses spektrum nagy részét a föld légköre szűri, és nem éri el a földet; csak a műholdakra szerelt távcsövek teszik lehetõvé a kozmológiai információkban gazdag, de az ionoszféra által teljesen elnyelt gamma- és röntgensugarak tanulmányozását . Az ultraibolya sugárzás egy részét az ózon fogja el, míg az infravörös sugárzást a vízgőz és a szén-dioxid elnyeli a légkörben. A látható sugárzás területén az űrtávcső mentes a légköri zavaroktól és a fényszennyezéstől, amelyekkel a földi távcsövek szembesülnek.
A műhold ideális helyzetben van a Föld megfigyelésére. Megfelelő pályára helyezve megfigyelési területe van, amely egy teljes földi féltekét befogadhat; a legutóbbi eszközökkel néhány deciméteres felbontásra is képes. Időszakosan képes ugyanabban a napidõben metronóm szabályossággal lefényképezni a földfelszín egy területét, ezáltal lehetõvé téve a bekövetkezett változások gyors kiemelését.
A távközlés területén egyetlen műhold közvetíthet az egész kontinensen szétszórt állomások között, vagy egyetlen antennájú tévé- vagy rádióműsorából továbbíthatja az összes vevőt több országban: helyettesíti a nagyon drága, nehéz földi infrastruktúrát. műszaki elavulás érte. A műholdas telefonálás pénzügyi kudarca , amelyet a GSM fejlődése leküzd , azt mutatja, hogy ez az előny nem mindig meghatározó.
Végül egy műhold segítségével lehet a legjobban tanulmányozni az űrben uralkodó körülményeket: részecskefluxust, elektromos és mágneses tereket.
A tudományos műholdak az űrből végzett tudományos vizsgálatokhoz használt műholdak . Ebben a kategóriában megtaláljuk az első olyan műholdakat, mint a Sputnik 1, amelyek rádióemissziója lehetővé tette a légköri felső rétegek tanulmányozását. Az űr Európa első tégláit az ELDO és az ESRO európai szervezeteinek eredetéből származó tudósok kérésére fektették le .
A Föld és az űrkutatásEz a kategória olyan műholdakat tartalmaz, amelyek küldetései geodéziához ( óceánszint , TOPEX / Poseidon szerint ), geodinamikához (a lemezes tektonika tanulmányozása ), a bioszféra működésének modellezéséhez kapcsolódnak (ami a globális felmelegedés elméletének létfontosságú kérdésévé vált). ).
Alapvető fizika kutatásAz űr ideális hely bizonyos fizikai elméletek igazolására is, amelyekben a gravitáció részt vesz. Idézhetjük az egyenértékűség elvének a Mikroszkóp és a STEP műholdak általi igazolását vagy a gravitációs hullámok keresését ( Lisa ).
Csillagászati műholdakAz asztronómiai műholdak , amelyek a pályán lévő teleszkópok , a legerősebb földi megfigyelőközpontok ( Hubble ) felbontását meghaladó felbontással képesek megfigyelni a mélyűrt . A teljes elektromágneses spektrumot ma űrtávcsövek vizsgálják: X sugárzás ( XMM-Newton ), gamma ( INTEGRAL ), infravörös ( ISO teleszkóp ). A 2000-es évek vége termékeny volt az új hangszerekben (Európa számára Herschel , Planck ). A légkör hiánya lehetővé teszi a külső csillagrendszerekben található exobolygók kimutatását ( CoRoT ).
A távközlési műholdak segítségével információkat továbbíthatnak a Föld egyik pontjáról a másikra, ideértve a telefonos kommunikációt, az adatátvitelt (pl. Thuraya ), a műholdas kommunikációt és a televíziós programokat. Ez az egyetlen olyan terület, amely a kiadásoknál jóval magasabb jövedelmet termel. Az ügyfelek magánvállalkozások vagy korábbi privatizált nemzetközi szervezetek, amelyek általában műholdas flottával rendelkeznek a pályán. A domain a geostacionárius pálya legnagyobb felhasználója.
A távközlési műholdak fő flottái a következők:
Az úgynevezett közvetlen sugárzású műholdak az elmúlt tíz évben növekszenek: fizetős és titkosított csatornák csomagjait, valamint több száz titkosítatlan és ingyenes TV- és rádiócsatornát sugároznak, amelyek antennán fogadhatók , például műholdas edényt. , a hazai kis méretű (<60 cm ), és olcsó, köszönhetően a magas átviteli teljesítménye műsorszóró műholdat.
A távérzékelő műholdak tudományos (a tenger hőmérséklete, hótáskák, aszály stb.), Gazdasági (természeti erőforrások, mezőgazdaság stb.) Vagy katonai (a mai háborúkban betöltött fő szerep) célokból figyelik a Földet; ezeket általában névként kém műholdak). A megfigyelési spektrum hatalmas: optikai, radar, infravörös, ultraibolya, rádiójeleket hallgat. A felbontás jelenleg kevesebb, mint egy méter bizonyos frekvenciatartományokban. Ez az alkalmazott technológiától, de a műhold tengerszint feletti magasságától is függ: a jó felbontáshoz alacsony, általában napszinkron pályára van szükség, amelyet például a SPOT család Föld-megfigyelő műholdai használnak . A rögzített geostacionárius pályát előnyben részesítik az állandó valós idejű megfigyeléshez, például a világ időjárás-figyelő programja és annak meteorológiai műholdcsaládjai esetében , ideértve az európai METEOSAT-ot is .
A radar műholdak interferometriai módszerekkel elemezhetik bizonyos szerkezetek néhány milliméteres variációit. Hasznosak a kontinentális lemezek mozgásának vizsgálatára, különösen földrengés előtt vagy után , vagy a tengeri jég vastagságának változására.
Ezek a műholdak lehetővé teszik a tárgyak helyzetének megismerését a Föld felszínén, a levegőben (repülőgépek, rakéták) és az űrben. Példák: DORIS , az amerikai GPS- rendszer , a leendő európai Galileo- rendszer, az orosz GLONASS-rendszer vagy a kínai COMPASS .
Ebbe a kategóriába tartozik az Argos mobilobjektum- helymeghatározó rendszer is , amely 1978-ból származik és amelyet amerikai meteorológiai műholdak és az Európai MetOp szállít .
A katonai igények az első megfigyelő műholdak hátterében állnak: már 1959-ben, a hidegháború kapcsán az Egyesült Államok és a Szovjetunió katonai megfigyelő műholdakat fejlesztett ki, amelyeket általában " kém műholdaknak " neveznek és helytelenül ( ezek közül az első a Discoverer sorozat volt). Lehetővé tették az ellenség katonai erőforrásainak megfigyelését elérhetetlen területeken. Ma a modern konfliktusok széles körben használják, és természetesen nem nélkülözhetik, különféle katonai műholdak segítségével:
A legfejlettebb űrügynökségek az űrkorszak elején indítottak űrhajót a Naprendszer tudományos eszközökkel történő feltárására . Eleinte ezek az űrszondák csak egyszerű repülésre voltak képesek a vizsgált bolygók felett, mert a távoli égitest körüli keringéshez nagy pontosságú navigációra és a hajtóanyagok többé-kevésbé fontos tömegére van szükség . Az űrtechnika terén elért haladás és a hordozórakéták növekvő ereje lehetővé tette ezen eszközök egy részének a pályára állítását először a Hold és a közeli bolygók ( Mars , Vénusz ), majd a távolabbi égitestek ( Jupiter , Szaturnusz , Vesta , Ceres ) körül, ill. nehezen hozzáférhetők, például a Nap gravitációs kútjába mélyen beágyazott Merkúr vagy szabálytalan gravitációs mezőkkel rendelkező üstökösök és aszteroidák . Azáltal, hogy egy főleg poláris pályára helyezi magát, az űrszonda hosszantartóan tanulmányozhatja az egész égitestet. Ezt a kutatást követheti egy futóműtípus (statikus) vagy rover (mobil) leengedése az égitest felszínén egy in situ vizsgálat céljából .
A műhold két részegységből áll:
A műhold fő jellemzői a hasznos teher, tömeg, üzemidő, pálya és platform.
A hasznos teher a küldetésének végrehajtásáért felelős műhold részhalmaza. Ez a műhold típusától függően változik, és különösen a következőket tartalmazza:
A műhold tömege az egyik fő költségtényező: egy kilogramm alacsony pályára dobása kilogrammonként 10 000 és 30 000 dollár között mozog, az alkalmazott hordozórakétától függően (2004). De a telekommunikáció területén egy nehéz műhold nagyobb kapacitásokkal rendelkezik - egyidejű kommunikáció száma egy távközlési műhold számára, fedélzeti műszerek száma tudományos műhold számára -, és hosszabb üzemideje van, köszönhetően több üzemanyag hordozásának. A legnehezebb műholdak a távérzékelő műholdak , alacsony pályán, amelyek elérhetik a 20 tonnát : katonai ( KH-11 , 19,6 tonna ) vagy polgári ( ENVISAT , 8 tonna ) felderítő műholdak .
A műholdak maximális tömegét (különös tekintettel a geostacionárius pályára) hosszú ideig korlátozta az hordozórakéták kapacitása, és az 1990-es évekig fokozatosan nőtt a távközlés szükségleteihez.
A küldetés típusától függően a tömeg bontása nagyon eltérő lehet.
4. pont megfigyelő műhold |
Geostacionárius műhold élettartama 15 év |
|
---|---|---|
Felület | 1100 kg | 1620 kg |
Hasznos teher | 1060 kg | 660 kg |
Teljes száraz tömeg | 2 160 kg | 2280 kg |
Ergols | 160 kg | 2780 kg |
Szentmise az induláskor | 2320 kg | 5060 kg |
Az elektronika miniatürizálása lehetővé teszi a komplett műholdak tervezését, amelyek fejlett funkciókkal rendelkeznek, súlya néhány tíz kilogramm. A könnyű műholdak közül megkülönböztetünk:
A műhold élettartama a küldetés típusához kapcsolódik. Egy nemrégiben elterjedt távközlési műhold (például a Hotbird 10 került pályára 2009 elején) körülbelül tizenöt évig működik, míg a megfigyelő műhold, akárcsak a Spot sorozaté, 5 éves élettartamra készül. A műhold élettartamának vége gyakran a hajtóanyagok kimerüléséhez kapcsolódik, ami lehetővé teszi, hogy pályáját nominális pályán tartsa és műszereit orientálja. Egyéb sérülékeny berendezések az akkumulátorok, amelyek bizonyos típusú feladatoknál ismételt töltési / kisütési ciklusok és elektronika segítségével lemerülhetnek. Bizonyos tudományos műholdak (infravörös teleszkóp stb.) Működése fedélzeti folyékony héliumot használ hűtésre, amely kimerülve leállítja a műszert.
A hibák a műhold működésének teljes vagy részleges leállítását is okozhatják. Az 1965-1990 közötti geostacionárius műholdakon végzett tanulmány 13 geostacionárius műhold teljes meghibásodását és 355 részleges meghibásodást azonosított. Ezek a hibák az esetek 39% -ában , a tájolás és a pálya vezérlőrendszer 20% -ában, a meghajtás 9,6% -ában, az áramellátás 9,3% -ában és az alkatrészek 9,2% -ában befolyásolják a hasznos terhet . Ezeket a hibákat a tervezés (25%), a környezet (22%) vagy akár az alkatrészek (16%) okozzák.
A platform ( busz angolul) vagy a szervizmodul összesíti az összes műholdas komponenst, amely lehetővé teszi a működését. A platform viszonylag változatlan összetétele lehetővé teszi a fő műholdas gyártók számára, hogy a leggyakoribb küldetéseknek megfelelő standard modelleket kínáljanak:
Építész | Név | Hasznos tömeg | Teljes tömeg | Elektromos energia | Pálya típusa | Élettartam | Különleges jellemzők / megjegyzések |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Boeing | Boeing 601 | 48 vagy 60 transzponder |
2,5-4,5 t | 4,8 kW 10 kW (LE) |
geostacionárius / átlag |
Ion motor (opció) | |
Boeing | Boeing 702 | 4,5-6,5 t | 7-18 kW | geostacionárius | 7 év | Ionikus motor | |
Asztrium | Eurostar E2000 + | 550 kg | 3,4 t | 4–7 kW | geostacionárius | 12 év | |
Asztrium | Eurostar E3000 | 1000 kg | 4,8–6,4 t | > 16 kW (CU 4-től 14 kW-ig ) | geostacionárius | 15 éves | Elektromos meghajtás (opció) |
OHB | Kis geo | 300 kg | 3 kW | geostacionárius | 15 éves | Elektromos meghajtás | |
Thales Alenia Space (TAS) | Spacebus 3000 | 2,5–5,2 t | geostacionárius | 15 éves | |||
Thales Alenia űr | Spacebus 4000 | 4,0–5,9 t | 15,8 kW-ig (CU 11,6 kW-ig ) |
geostacionárius | 15 éves | ||
Astrium & TAS | Alphabus | 1300 kg | 6,5 t | CU 13-18 kW | geostacionárius | 15 éves | Elektromos meghajtás |
Asztrium | AstroSat-1000 | 900 kg | 1,4 kW | alacsony | 7 év | Plejádok | |
CNES / TAS | Proteus | 500 kg | 0,5 kW | alacsony | 5 év | Jason , CALIPSO , SMOS | |
CNES / Astrium-TAS | Számtalan | 80 kg | 0,06 kW | alacsony | 2 év | SPIRÁL |
Egy platformnak több részegysége van:
A műholdak tervezésénél figyelembe kell venni az űrkörnyezet mélyen ellenséges jellegét. A műholdak szinte abszolút vákuumban (10 -9 Pa ) keresztezik egymást . Ennél a nyomásnál a szilárd anyagok felületi atomjai általában szublimálódnak, és a mechanizmusok blokkolódnak. A vákuumban történő működésre kifejlesztett kenőanyagok közül kell használni. Vákuumban a műholdak elektronikája által bőségesen előállított hőenergiát csak sugárzás útján lehet kiüríteni. A napkitörések és a kozmikus sugarak hibákat generálnak a műhold elektronikájának adatfeldolgozásában. Ha a műhold pályája miatt a Van Allen öveken halad át (a geostacionárius műholdak esetében, illetve közepes és magas pályán), ez az elektronikai alkatrészek, anyagok és optikai műszerek lebomlásához vezethet. A részecskeplazma az elektrosztatikus kisülés kockázatát okozza, amely meghibásodást okoz. A napsugárzás fokozatosan lebontja a napelemekben lévő szilíciumot, csökkentve azok hatékonyságát.
A műhold felépítéseA műhold mechanikai szilárdságát szerkezete biztosítja. Ez támogatja a műhold fő funkcionális részegységeit. Emellett biztosítja a mechanikus interfészt az indítóval.
A szerkezet úgy van méretezve, hogy megbirkózzon a motoros repülés során átélt mechanikai igénybevételekkel. A hordozórakéta indítása jelentős rezgéseket generál, elsősorban a motorok és a turbopumpák által, amelyeket a rakéta teste továbbít a műholdnak, és amelyek frekvenciasávja 0 és 2000 hertz között mozog . Felszálláskor a zaj elérte a 150 decibelt a műholdat befogadó fedélzet alatt. Ez utóbbi gyorsulásokon és lassulásokon is átesik, amelyek különösen erőteljesek lehetnek a szakaszok szétválasztása során, amikor a védőburkolatot elengedik, valamint amikor a hordozórakétát és a műholdat elválasztják a pirotechnikai töltetek használata miatt. Ezektől az esetleges sokktól eltekintve a legerősebb gyorsulás általában a motoros repülés utolsó szakaszában történik (legfeljebb 4 vagy 5 g ). A szerkezetet úgy kell megtervezni, hogy ellenálljon mindezen erőfeszítéseknek, miközben könnyű marad.
A szerkezetet úgy kell megtervezni, hogy korlátozza a műhold különböző részei közötti nagy hőmérséklet-különbségekből adódó deformációkat, miután pályára állította: az érzékelők, antennák és műszerek látótengelyeinek gyakorlatilag változhatatlannak kell lenniük hogy a műhold névlegesen teljesítheti küldetését. Ez a követelmény különösen fontos az űrtávcsöveknél (a tükrök relatív helyzete). Ennek a korlátozásnak a kielégítése érdekében a szerkezetet alacsony tágulási együtthatójú anyagokkal, például szén-kompozitokkal készítik .
EnergiatermelésA műholdnak elektromos energiával kell rendelkeznie a hasznos teher és a platform működéséhez. Az elektromos energiaigény a műholdak méretétől és az alkalmazás típusától függ. A legigényesebbek a távközlési műholdak, amelyek nagyon sok energiát fogyasztanak a kapott jelek erősítésével. A radart használó megfigyelő műholdak szintén sok energiát igényelnek, de szabálytalanul. A passzív megfigyelő műszereket (űrtávcsöveket stb.) Használó műholdak a legkevésbé igényesek, a szükséges teljesítmény 1 és 15 kW között van (2009-ben), ami viszonylag alacsony érték, a kifinomult kis teljesítményű elektronika használatának köszönhetően.
Az elektromos energiát általában napelemek biztosítják. A Föld körül keringő műhold esetében átlagosan 40 m 2 napelemre van szükség 10 kW teljesítmény biztosításához (a teljes fesztávolság elérheti a 40 métert is ). A műhold iránya a Naphoz viszonyítva a pályája miatt folyamatosan módosul: a napelemeket ezért állandóan át kell irányítani, hogy a Nap sugarai merőlegesen csapódjanak rájuk. Ha a műhold geostacionárius vagy napszinkron pályán van, akkor a paneleknek csak egyetlen tengelyen kell forogniuk, de a többi Föld keringéséhez két szabadságfok szükséges.
A Föld körül keringő műhold útban lehet a Föld árnyékkúpjában. A geostacionárius műholdak esetében ritka jelenség (évente kétszer az napéjegyenlőségnél ) a napszinkron műhold utazási idejének egyharmadát képviseli. Sötét időszakokban a műhold energiát a megvilágított fázis alatt táplált elemekből meríti. Az alacsony pályán lévő műholdak akkumulátorainak gyakori kisütése korlátozza azok élettartamát, és az ilyen típusú (általában 5 évnél rövidebb) élettartam egyik fő korlátját képezi.
A naptól távol eső bolygó körül keringő műholdak számára a fotovoltaikus cellák használata lehetetlenné válik. Általában a nukleáris generátorok által termelt villamos energiát, például a radioizotóp termoelektromos generátorokat (RTG) használják . Ez a helyzet a Cassini űrszondával , amely a Szaturnusz bolygó mesterséges műholdjává vált , a1 st július 2004, az áramot három RTG szolgáltatja, hogy 11 év misszió után legalább 628 W-ot hozzanak létre .
A hővezérlő rendszerA hőszabályozó rendszernek olyan értéktartományban kell tartania a műholdas alkatrészek hőmérsékletét, amely gyakran közel van a földön tapasztalthoz ( 20 ° C körüli ). A műhold erős hőterhelésnek van kitéve olyan hőmérséklet-különbségekkel, amelyek elérhetik a 200 ° C- ot a Nap által megvilágított arc és az űr felé fordított arcok között. A fedélzeti berendezések és műszerek az általuk felhasznált elektromos energiát hőenergiává alakítják, amelyet ki kell üríteni. A vákuum azonban nem tudja ezt az energiát a levegő konvekciójával eloszlatni, ezért az energiát sugárzással, kevésbé hatékony hűtési eljárással kell kiüríteni.
A műhold általában több szigetelő kapton vagy mylar rétegbe van csomagolva alumínium hátlapon, amelyek váltakoznak olyan anyagokkal, mint a selyem , a nomex vagy a dacron . Ez a takaró visszatükrözi az infravörös sugárzást és alacsony a hővezető képessége . A legtöbb hőt termelő berendezést a lehető legnagyobb mértékben a kifelé néző radiátorokra kell felszerelni, amelyek az infravörös sugárzásuknak köszönhetően eloszlatják a hőt. A műhold belsejében található berendezések által termelt hőt hőcsövek vezetik a műhold külső falaira szerelt radiátorokba. Az antennákat és a napelemeket hőszigetelő anyagok és festékek használják.
Ha a műszerek és berendezések nem működnek, a fűtőellenállások lehetővé teszik a hőmérséklet fenntartását az előírt tartományokban. Szükség lehet bizonyos műszerek nagyon alacsony hőmérsékleten történő tartására: például a Planck űrtávcső fedélzetén lévő bolométereket 0,1 kelvin hőmérsékleten kell tartani .
SzélkezelésA fedélzeti vezetés ellenőrzi a műhold működését. A következő alrendszereket egyesíti:
A távirányító és a telemetriai rendszer gondoskodik a talajjal folytatott párbeszédről. A távvezérlő funkciók (földi műhold) fogadják és dekódolják a központ által küldött utasításokat vagy adatokat, és biztosítják azok terjesztését a többi alrendszer számára. A telemetriai funkciók (műhold ⇒ föld) műholdas adatokat gyűjtenek a műhold működésével kapcsolatban, a műszerek adatait, és összenyomásuk után továbbítják azokat az irányító központba, amikor az állomások láthatók.
A repülésirányító rendszer fenntartja a műhold pályáját és orientációját. Ez a rendszer szoftveren alapul, amely a különféle típusú érzékelők által szolgáltatott adatokat használja az eltérések meghatározására, és korrekciókat hajt végre működtetők (orientáció) és általában kémiai motorok (pálya) segítségével. A fedélzeti vezetés által támogatott egyéb funkciók között:
Ezen funkciók némelyike a földi állomásokról is elvégezhető, vagy a műholdas automatizálásra bízható.
A műszerek által összegyűjtött adatokat tömeges memóriákban tárolják, miközben arra várnak, hogy átvigyék őket az állomásokra, amikor egy vevő antenna felett repülnek. A belső műholdas kommunikációt buszon keresztül folytatják. Az átvitt adatfolyamot meg kell védeni azoktól a hibáktól, amelyeket a műholdat bombázó töltött részecskék okozhatnak.
A meghajtórendszer
|
A műholdas meghajtórendszer számos feladatot lát el:
Amint a műhold állomásozik:
Figyelembe véve a meghajtás által betöltött szerepek sokféleségét, a műholdon gyakran kétféle rakétamotor létezik: az egyik erősebb, a legfontosabb manőverekről gondoskodik, a másik pontosabb, de kisebb tolóerővel rendelkezik. Ezenkívül a távközlési műholdak általában tartalmaznak egy apogeumotort, amelynek egyetlen feladata 1500 m / s sebesség biztosítása a pálya 36 000 km-es magasságban történő körforgásához az állomás alatt.
A meghajtórendszer tömege (hajtóanyagok, hajtóművek, tartályok stb.) A műhold típusától függően nagymértékben változik. Egy 15 éves élettartamú geostacionárius távközlési műholdnál a hajtóanyagok tömege (maga a meghajtórendszer nélkül) a műhold tömegének több mint 50% -át képviselheti, míg egy olyan megfigyelő műholdon, mint a Spot 4, ugyanazok a hajtóanyagok körülbelül 7 A tömeg% -a.
A szükséges lökés változhat a néhány mN (korrekciós intézkedéseket), hogy néhány száz newton (A rekord, 1 N lehetővé teszi gyorsulással 1 m / s 2 kell közölni , hogy a tömege 1 kg ), ha az átutalást a végleges pályára műhold által támogatott. Négyféle hajtómű létezik, amelyekre jellemzőek az impulzusok (a specifikus impulzus a rakétamotor hatékonyságát méri: másodpercek alatt megadja azt az időt, amely alatt egy kilogramm hajtóanyag egy kilogramm erővel bír) és jelentősen eltérő lökésekkel. Mindezek a technológiák nagy sebességű anyagkibocsátáson alapulnak:
A mûholdas mûszereket a megfelelõ mûködés érdekében állandóan, jó pontossággal kell irányítani: a távközlési mûholdaknak az antennájukat a földfelszín nagyon pontos része felé kell irányítaniuk, míg a megfigyelõ mûholdak kameráinak be kell keretezniük a területeket. fényképezni kell az utasításaikban: a Spot sorozat megfigyelő műholdjának műszerei esetében, amelyeket 1 km- nél kisebb pontossággal kell mutatni, és figyelembe kell venni a magasságát, 500 és 1000 km között , a műholdas tájolási hibának kisebbnek kell lennie mint 0,1 °. Ezenkívül a kép torzulásának elkerülése érdekében a műhold szögsebességének 0,005 ° / s- nál kisebbnek kell lennie .
A műhold azonban olyan nyomatékoknak van kitéve, amelyek módosítják az irányát: természeti jelenségek (napsugárzás nyomása, aerodinamikai nyomás, a mágneses mező vagy a földi gravitációs mező által létrehozott nyomatékok stb.), Vagy a műhold mechanizmusainak elmozdulásai (műszer) mutatva). A tájolás (vagy attitűd) változásainak ellensúlyozására számos módszer létezik:
Ezeket a manővereket akkor indítják el, ha az irányítási központ által beállítottnál nagyobb tájolásváltozásokat észlelnek. A műhold orientációját az összes helyes szögeltolódás összegzésével határozzuk meg, amelyet a legutóbbi helyes tájolás rögzítése óta a három tengelyre helyezett gyrométerrel mértek. A gyrométerek és a gyorsulásmérők idővel hibákat halmoznak fel (sodródás), és újra kell számolni (esetenként néhány száz másodpercenként, pályánként egyszer) a műhold helyzetét és tájolását. Ezt a számítást olyan érzékelők által szolgáltatott adatok felhasználásával hajtják végre, amelyek viszonyítási alapként szolgálnak, a műholdtól, a Föld közepétől, a Naptól vagy a legfényesebb csillagoktól függően.
A műholdat egy vevő kérésére állítják elő. Mint egy nagyprojektben gyakran, a kliens feladatait a műhold tervezési szakaszában, megvalósításában és minősítésében specializálta. A megvalósítást egy projektvezető támogatja, aki koordinálja az ipar és a résztvevő laboratóriumok munkáját; számuk különösen fontos lehet, ha egy tudományos műholdról van szó, amelyet több ország (14 ország 60 gyártója készített az ERS1 Föld-megfigyelő műhold ) együttműködésében fejlesztettek ki .
A műhold fejlesztése, különösen akkor, ha tudományos feladata, hosszú távú projekt lehet. Így a két európai szonda, a BepiColombo tervezésének kezdete , amelyeket 2020-ban kell a Merkúr körüli pályára állítani , 2004-re nyúlik vissza, 2014-re tervezett ütemezéssel. Ennek ellenére tendencia van a fejlesztési szakaszok lerövidítésére, különösen a kereskedelmi műholdak, amelyek szabványos alkatrészeket használnak.
A specifikációkA küldetés meghatározása az első lépés a műhold tervezésében. A küldetés követelményeit az ügyfél határozza meg: a hasznos teher jellemzői, az élettartam, a rendelkezésre állás / megbízhatóság, a talajjal való kapcsolatok sebessége vagy akár a meglévő rendszerekkel való kompatibilitás. Meghatározzák azokat a korlátozásokat is, amelyekbe a projektnek bele kell esnie: költség, teljesítési idő, a hordozórakéta kapacitása, ha azt előre megválasztják (megengedett tömeg, méret, a pályán nyújtott szolgáltatás szintje) stb.
A specifikációs szakasz több lépést tartalmaz, amelyet az űrhajók tervezésére vonatkozó ECSS európai szabvány kodifikált: a megvalósíthatósági tanulmány, amely feltárja a fogalmakat és pontosítja a szükségletet, az előzetes meghatározás, amely rögzíti az architektúrát, és végül a részletes meghatározás, amely meghatározza a módszert. a repülési modell gyártásának megkezdéséhez szükséges részletes előírások. A specifikációknak nem csak a műhold, hanem a földi berendezések jellemzőire is vonatkozniuk kell, amelyek szükségesek a műhold nyomon követéséhez az állomáson és az adatok összegyűjtéséhez, valamint a hordozórakéta jellemzőihez, ha ez nem így van. kiszabták. A földi létesítmények költségei korántsem elhanyagolhatóak: a távközlési műholdak területén az 1997-es költségeket a következőképpen bontották: műholdak (26%), kilövések (21%), földi berendezések (15%) és szolgáltatások (38%) (csatornabérlés és adatátvitel).
Tudományos műhold esetében ezeket a lépéseket gyakran egy kiválasztás előzi meg, amelynek célja több javaslat közül kiválasztani azt a projektet vagy projekteket, amelyek a legjobban megfelelnek a kiválasztási bizottság által meghatározott kritériumoknak és korlátoknak: tudományos hozzájárulás, költség, megvalósíthatóság, kockázat , stb A tervezés szempontjából a legnagyobb korlátot általában a hasznos teher megtervezése okozza, különösen a tudományos műholdak esetében. Másrészt a folyamat leegyszerűsödik, ha a műhold egy sorozat része (például Spot).
Az eredményAz operatív műhold (MV repülési modell) előtt változó számú, a végső modellhez közelebbi modellt gyártanak a specifikációk validálása érdekében: szerkezeti és hőmodell (MSTH), mérnöki és minősítési modell (MIQ)… A modell köztes, ha a repülési modell valódi másolata, műholdas meghibásodás esetén helyettesítő modellként (MR) szolgálhat, vagy elindítható a küldetés folytatásának biztosítása érdekében a repülési modell élettartama végén. A köztes modellek gyártása miatt a specifikáció és a gyártási szakasz részben átfedésben van.
Összeszerelés, integráció és tesztelés (AIT)Gyakran a hasznos terhet és a platformot két különböző helyen hajtják végre. A műhold tehát egy alapvető technikai tevékenységet foglal magában: a két modul találkozását ( angolul párosítva ), az összeszerelési , integrációs és tesztelési (AIT) műveletek keretében.
A műhold építése ipari szakterületen ebben a tudományágban nagyon összetett eszközöket igényel, drága és gyakran látványos: nagyméretű tiszta helyiségek , emelési eszközök a tisztaság megfelelő feltételeinek tiszteletben tartása, elektronikus vezérlőállványok, amelyek lehetővé teszik a műhold ellátását és szimulálhatják azokat az eszközöket, amelyek megvalósítása lehetetlen a nap szimulációja, a műholdas attitűd zavarai, a rádióelektromos mezők stb.).
A konkrét tesztek főként a következőkre vonatkoznak:
A tesztek annál alaposabbak, mivel a pályán belüli karbantartás pénzügyi és technikai okokból sem lehetséges. Sőt, egy helyettesítő műhold nagyon drága, és az indítása nem azonnali. A teszteket köztes modelleken és esetleg a repülési modellen hajtják végre különböző szinteken: alkatrész (pl. Teleszkóp), alrendszer (pl. Pálya és helyzetszabályozó rendszer) és műhold.
Az indítót általában a műhold tulajdonosa választja .
A piacon kereskedelmi célú hordozórakéták teljes skálája érhető el, különböző indítási kapacitásokkal és változó megbízhatósággal. Mivel egy műholdnak képesnek kell lennie alkalmazkodni a különféle hordozórakétákhoz, a kereskedelmi versenyképesség megköveteli, ezért meghatározták a szabvány műholdas / hordozórakéta interfészeket. Így a telekommunikációs műholdak, amelyek a legnagyobbak a piacon, általában kompatibilisek az európai Ariadnével , az Amerikai Deltával , az orosz Protonnal és a Szojuzzal , a kínai Hosszú Menettel , az ukrán Zenittel .
Az indító üzemeltetők között árháborúk is vannak, amelyek néha érzékelhető különbségekhez vezetnek. Például a műhold (ok) geostacionárius transzferpályára történő indításakor ezek az árak 13–18 k € / kg műhold között változhatnak.
Az indító kampányA műholdas indítási kampány a következőket tartalmazza:
Amikor a gyártó elvégzi a műhold minősítését, a műholdat az indítóhelyre szállítják, hogy a hordozórakétán felszereljék. Az átadásra legalább egy hónappal a tervezett indítás dátuma előtt kerül sor, hogy minden előkészítési feladat elvégezhető legyen:
A szélesség a kilövő jelentős hatással van a pályán, hogy lehet elérni műholdas:
E két okból az Egyenlítő közelében elhelyezkedő rakétabázisok előnyben vannak: virtuális monopóliummal rendelkeznek a geostacionárius műholdak indításakor, és több energiát biztosítanak a rakétáknak, mint a magasabb szélességi fokokon elhelyezkedő űrbázisokról. a Szojuz-rakétákat a Kourou űrbázisról indító határozat ).
Az indító a műholdat egy kezdeti pályára helyezi, amely több paramétertől függ:
Az indítási idő ezért gyakran fontos tényező. Néhány napszinkron műhold esetében az indítóablak napi néhány percre csökken. Más szempontokat is figyelembe lehet venni, különösen a nap helyzetét, amikor a műhold pályája megkezdődik: ez hatással van a tájolás vezérlését vezérlő érzékelőkre és a napelemek megvilágítására.
Ha egy műholdat egy másik bolygó körül kell pályára állítani, akkor figyelembe kell venni a Föld és a célbolygó relatív helyzetét: költség okokból ezeket a műholdakat általában úgy tervezik, hogy az üzemanyagnak megfelelő mennyiségű üzemanyagot szállítsanak. legkedvezőbb konfigurációk. Ezek csak távoli időközönként jelenhetnek meg (nagyjából nyolc hónaponként kétévente márciusban ). A műhold gyártási ütemezése nyilvánvalóan figyelembe veszi a kilövési ablakot, de a fejlesztési késedelmek vagy a hordozórakétával kapcsolatos problémák következtében előfordult, hogy az elsütési ablak elmaradása miatt az indítást több hónapra - ha nem több évre - elhalasztották.
Pályára állításA pálya típusától függően a hordozórakéta azonnal elhelyezi a műholdat a végső pályáján (alacsony pályán lévő műholdak) vagy várakozó vagy átadó pályán (geostacionárius műhold stb.). Az indító a felszállás után egy azimutot vesz fel, hogy a sebességvektor a lehető legközelebb kerüljön a célpálya síkjához, amikor az indítómotorokat kikapcsolják. A burkolat felszabadul, amint az aerodinamikai nyomást támogatni tudja a hasznos teher (100 és 150 km közötti magasság). Amikor az indítómotor kikapcsol, a műhold megkezdi az első pályáját: ez az injekciós pont. Ha a hordozórakéta részleges meghibásodása után a keringési sebesség nem érhető el, a műhold ballisztikus repülést hajt végre és visszaesik a földre. Ha sebességének a talajhoz viszonyított függőleges komponense nulla a befecskendezési ponton, akkor az utóbbi összeolvad a pálya perigéjével, különben a perigee alacsonyabb magasságban van. A célpályától (a diszperziók) mindig kis eltérések vannak, amelyeket a végső beállítás során korrigálnak.
A kiadás előtt a hordozórakéta a műhold igényeinek megfelelően megváltoztatja az irányát. A hordozórakéta többé-kevésbé fontos forgási sebességet kölcsönöz a műholdnak, hogy bizonyos stabilitást biztosítson neki. Ezután a műhold elválik a hordozórakétától. Az indító többször is megismételheti ezt a műveletet, ha többszörös indításról van szó. A kiszabadított műhold napelemeit üzembe helyezi, ha szükséges telepíti őket (manőverezzen néha meghibásodás forrása). Érzékelőivel meghatározza az űrben való tájékozódását, és ezt a hozzáállási motorjaival korrigálja, hogy a napelemeket és műszereket a megfelelő irányba terelje.
Miután a műhold megkezdte az orbitális repülését , különféle manőverekre lehet szükség, hogy a műhold végső pályájára kerüljön. Ezek elsősorban:
A pálya alakjának módosítása a lehető legnagyobb mértékben akkor történik, amikor a műhold apogején van: ez az a pálya pontja, ahol a legkisebb a sebesség, és ahol ezért a legkisebb a változtatás ezen a sebességen. és a legkevesebb hajtóanyagot fogyasztja. Geostacionárius pálya esetén a műholdat a modern hordozórakéták egy erősen elliptikus pályára fecskendezik, amelynek apogeusa a célmagasságban (36 000 km ) helyezkedik el: amikor a műhold eléri apogeját, annak sebessége körülbelül 1,5 km / s . Ezután a pályát úgy keringjük, hogy a műhold apogeumotorjának köszönhetően 1500 m / s sebességet adunk a célpályát érintő irányban. Amikor a műholdat alacsony pályán kell elhelyezni, a hordozórakéta általában közvetlenül a célpályára fecskendezi a műholdat, és ez utóbbi csak finom beállításokat igényel a motorjaival.
Ellenőrzés posztoláskorGeostacionárius pályán az állomásozási műveletek hosszúak és összetettek. Ezeket egy speciális irányító központ végzi, a műholdas információkkal, amint az indítóját elválasztják, tekintet nélkül a Föld körüli helyzetére, egy nyomkövető hálózattól, amely nagy antennákat tartalmaz, amelyek különböző kontinenseken vannak elosztva, és speciális szoftvereket ezekre a manőverekre.
Kevés olyan központ van, amely képes végrehajtani ezeket a manővereket. Általában űrügynökségekhez tartoznak, ideértve az európai ügyeket : az ESA-t , a Darmstadti Európai Űrműveleti Központtól (ESOC) ; és a CNES (amelynek vezérlőközpontja a Toulouse Űrközpontban van ), de néhány nagy távközlési műholdas szolgáltatónak is, köztük az Eutelsatnak . Néhány távközlési műhold-gyártó - ez a helyzet, különösen a Thales Alenia Space esetében, amely rendelkezik ilyen Cannes-i központ - rendelkezik saját központtal, és ügyfelei nevében gondoskodik erről az állomásról, amíg a műholdat nem veszi át saját vezérlőállomása.
A műholdak működése nagyrészt automatizált, de bizonyos karbantartási vagy küldetéssel kapcsolatos feladatokat a földön (földi szakasz) elhelyezett eszközökkel kell végrehajtani. A földről végrehajtott fő feladatok:
A földi erőforrások magukban foglalják az irányító központot, a földi állomások hálózatát, és bizonyos küldetésekhez (Spot, Weather stb.) A műholdas hasznos teher által gyűjtött adatok gyűjtésére és feldolgozására szolgáló központokat. Az irányító központ általában biztosítja több műhold megfigyelését és vezérlését: az Európai Űrügynökség Darmstadtban ( Németország ) található irányító központja tehát felelős az Ügynökség által elindított összes műholdért és űrszondáért (2006-ban kb. 20). A műholdakkal való kommunikációhoz az irányítóközpont nagyméretű parabolikus antennák hálózatát használja: az ESA-nak tehát saját földi állomáshálózata, az ESTRACK ( Európai Űrkövetés ) található, amely körülbelül tíz helyszínen van elosztva, és jó lefedettséget biztosít a leggyakoribb pályákhoz, és bizonyos küldetésekhez más szervezetekhez tartozó antennák egészítik ki. Ezek az állomások lehetővé teszik az üzemi paraméterek fogadását, adatok és utasítások küldését, a hasznos teher által továbbított adatok (fotók megfigyelő műholdakról, mérések tudományos műholdakról) fogadását és a pálya pontos vezérlését.
A távközlési műholdas szolgáltatók saját irányító központokkal rendelkeznek a műhold (ok) figyelemmel kísérésére. Ezeket a központokat néha a műholdgyártó építi a „kulcsrakész” szállítás részeként.
Működési paraméterek figyelése és rendellenességek kijavításaA műhold automatikusan számos paramétert mér (elektromos feszültség, hőmérséklet, a tartályokban lévő nyomás stb.), Amely lehetővé teszi a földi vezérléssel a megfelelő működés biztosítását. Ha ezen telemetria ( távmérés ) értéke meghaladja az előre meghatározott tartományokat, akkor a vezérlő riasztást kap. A hatások elemzése és a megoldások tanulmányozása után, ha szükséges és technikailag lehetséges, utasításokat küld a hibás alkatrész normál működésének helyreállításához vagy hibás működésének orvoslásához: erre a célra a műholdak fedélzetén számos eszköz megduplázódik, ill. megháromszorozódott, hogy kompenzálják a helyszíni beavatkozás képtelenségét a javítás érdekében. Egyes hibák ennek ellenére megállíthatatlanok (a panel telepítési mechanizmusainak blokkolása, a csúcsmotorral kapcsolatos probléma stb.). Azok a szervezetek, amelyek olyan műholdakat valósítanak meg, amelyeknek feltétlenül biztosítaniuk kell a folyamatos szolgáltatást - telekommunikációs műholdak, kereskedelmi korlátokkal rendelkező megfigyelő műholdak (Spot, Ikonos), katonai műholdak (GPS), időjárási műholdak ... - általában legalább egy vészhelyzeti műhold van már pályán, amely aktiválni és elhelyezni az üzemképes jármű meghibásodása esetén.
A pálya paramétereinek ellenőrzése és korrekciójaKüldetésének teljesítéséhez a műholdnak egy pályát kell követnie, és meg kell őriznie tájékozódását azáltal, hogy az eltéréseket a küldetésre meghatározottaknál alacsonyabb értékekre korlátozza. A műhold álló helyzetben tartása, amelyet gyakran az irányítóközpontból irányítanak, az eltérések ellenőrzését és kijavítását jelenti, ha azok túl nagyok lesznek.
A műhold folyamatosan zavarok alatt áll, amelyek a pályáját a referencia pályától távolabb módosítják. A geostacionárius pályán lévő műhold esetében normálisan nulla szélessége a Hold és a Nap hatására módosul (észak-déli zavar). A Föld gravitációs mezőjének szabálytalanságai késleltetést vagy előrehaladást idéznek elő a névleges pályán (kelet-nyugati zavar). A pálya hasonló alakváltozása a napsugárzás nyomásának köszönhető. A referencia pályától való eltéréseket akkor fogadjuk el, ha azok hosszúsági és szélességi fokánál kisebbek, mint egy tized fok. Ha az eltérés nagyobb, akkor a pályát a műholdas meghajtás segítségével korrigálni kell.
A műholdas irányító központ ezeket a korrekciókat elvégzi, miután a földi állomásoknak köszönhetően pontosan megmérte az eltéréseket és levonta az elvégzendő korrekciókat. Ezután az üzemeltető a távközlési felfelé irányuló kapcsolaton (távvezérlő kapcsolaton) keresztül küld utasításokat a műholdnak: ezek időtartamra és tolóerőre indítják a motorokat, amelyeket az üzemanyag-fogyasztás optimalizálása érdekében a pálya meghatározott helyein gondosan kiszámolnak. Egy geostacionárius műholdon a legnagyobb korrekció az észak-déli sodródást érinti: ennek az eltérésnek a korrigálásához évente 40-50 m / s kumulatív sebességet kell biztosítani (összehasonlítva a szükséges 1500 m / s fajlagos impulzussal). geostacionárius pályára történő átszállításhoz).
A műhold irányát szintén nagy pontossággal kell fenntartani a műhold egész élettartama alatt, hogy műszerei megfelelően működjenek. Különösen a megfigyelő műholdaknak kell biztosítaniuk optikájuk körülbelül 0,1 ° -os pontossággal történő célzását azáltal, hogy korlátozzák a 0,005 ° / s-nál nagyobb forgási mozgásokat (amelyeket a mechanikus alkatrészek mozgása indukálhat), különben elmosódott vagy torz képeket kapnak. A műhold fedélzeti számítógépe az érzékelői segítségével rendszeresen meghatározza a műhold irányát. A gyrométerek szögsebességeket mérnek az egyes tengelyek körül. Ha túllépik a tűrési küszöböt, akkor a számítógép a műholdas meghajtórendszert használja, vagy ezeket a korrekciókat a lendkerékre hatva hajtja végre.
Utasítások küldése a hasznos teherreA műhold bizonyos autonómiával rendelkezik küldetésének teljesítésében. De a paraméterek egy részét és a műveletek kiváltását a földi irányítás biztosítja vagy megerősíti: például egy kereskedelmi megfigyelő műhold esetében a felvételi program, amely pontos kiváltó és megfigyelő szekvenciákat eredményez. Az optika tájolása a küldetés során a végfelhasználók által kifejezett igényeknek megfelelően kell meghatározni. A megfelelő utasítás-szekvenciákat rendszeresen továbbítják a műholdnak, amikor az látható az egyik földi állomáson.
Hasznos adatok gyűjtése és feldolgozásaA műholdas hasznos teher összegyűjti azokat az adatokat , amelyeket a földre kell továbbítani az őket használni képes dedikált feldolgozó központok számára (ez nem vonatkozik a távközlési és helymeghatározó műholdakra, amelyek küldetése csak közvetítő szerepkör biztosítására vagy adatok jelzés nélküli terminálokra történő továbbítására korlátozódik). Az adatokat annak az ügyfélnek szánják, aki a küldetés típusától függően a műholdat megrendelő vállalat vagy szervezet (például Spot Image vagy ESA) vagy a végső ügyfél (például az a cég vagy szervezet, amely a képeket Spot kép). Ha az utóbbi ezeket az adatokat a saját antennahálózatán keresztül kapja meg, rendelkeznie kell egy dekóderrel, amely lehetővé teszi a műhold által továbbított információk felhasználását. Az adatok csak akkor továbbíthatók, amikor a földi állomások láthatók, ami jelentős tárolási kapacitást igényel a műhold fedélzetén. Az adatgyűjtő és -feldolgozó létesítmények architektúrája bonyolult lehet, ha az adatok több nemzeti műholdas hálózatból származnak, csakúgy, mint a meteorológiai adatok esetében.
A műhold üzemidejének vége általában akkor következik be, amikor a hajtóművek (hajtóanyagok) áramforrása kimerült, és a gép már nem tudja fenntartani tájékozódását és pályáját a küldetésével kompatibilis értéktartományokban. Egyes tudományos műholdak (infravörös teleszkópok) esetében az élettartam végét a megfigyelő műszerek hűtésére használt folyadékok kimerülése okozhatja. A viszonylag hosszú sötétségnek kitett műholdaknál a töltési / kisütési ciklusok által lemerült elemek meghibásodása okozhatja a kikapcsolást.
Még mindig gyakran előfordul, hogy a műhold egy alkatrész meghibásodása után leáll. Az űrhajózási tevékenység során keletkezett törmelékkel (más műholdak, rakétamaradványok) vagy aszteroidákkal való ütközés szintén korai leállás forrása. Végül a napkitörések károsíthatják a műholdakat.
Azok a régiók, ahol a műholdak működnek, viszonylag túlterheltek a használaton kívüli műholdak és az űrhulladékok felhalmozódása miatt. A probléma kellően aggasztóvá vált ahhoz, hogy a jó magaviselet szabályai fokozatosan kialakuljanak az életciklus végén lévő műholdak tekintetében. Az IADC ( ügynökségek közötti űrhulladék -koordinációs bizottság ), amely a fő űrügynökségeket tömöríti , 2002-ben szabályokat javasolt az űr két legterheltebb területére vonatkozóan:
Ezek az intézkedések, ha alkalmazzák őket, nem elhanyagolható mértékben befolyásolják a műholdak költségeit, mivel az életük végén a pálya változásának szentelt üzemanyag a műhold tömegének több mint 10% -át képviselheti a legkedvezőtlenebb helyzetben. ügy.
Egyesült Államok | Oroszország | Európa | Japán | Kína | India | Más országok | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Tudományos műholdak | ||||||||
Geodézia | 1 | 4 | 3 | |||||
Magasságmérés | 1.5 | 1.5 | ||||||
Föld mágnesség | 1 | |||||||
A felső légkör megfigyelése | 6. | 4 | ||||||
Meteorit megfigyelés | 1 | |||||||
Az ionoszféra megfigyelése | 4 | 1 | 1 | |||||
A magnetoszféra megfigyelése | 4 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | ||
A nap vizsgálata (geocentrikus műholdak) | 3.5 | 1 | 0.5 | 1 | ||||
Gamma csillagászat | 1 | 1 | ||||||
Csillagászat X | 2.5 | 1 | 2.5 | 1 | ||||
UV csillagászat | 2 | 2 | ||||||
Infravörös csillagászat | 1 | 1 | ||||||
Milliméter alatti csillagászat | 1 | 1 | ||||||
Rádiócsillagászat | 1 | 1 | ||||||
Többsávos csillagászat és asztrometria | 1 | |||||||
Gravitációs és anyagtudományi kutatás |
3 | 9. | 3 | 1 | 3 | |||
Földmegfigyelés | ||||||||
Meteorológia (geostacionárius sz.) | 3 | 3 | 3 | 1 | 1 | 6. | ||
Meteorológia (görgetés sat.) | 5.5 | 5. | 0.5 | 2 | ||||
A földi erőforrások távérzékelése | 6.5 | 8. | 5.5 | 2 | 0.5 | 1 | ||
Telekommunikációs műholdak | ||||||||
Távközlés (geostacionárius szat.) | 45 | 30 | 35 | 12. | 11. | 5. | - | |
Távközlés (görgetés sat.) | 1 | 18. | 9. | 1 | 1 | |||
Távközlés (csillagképek) | 192 | 9. | ||||||
Navigációs és lokalizációs műholdak | 26. | 47 | ||||||
Katonai műholdak | ||||||||
Elismerés | 7 | 67 | 2 | 2 | ||||
Korai figyelmeztetés | 5. | 28. | ||||||
Elektronikus lehallgatás és óceáni megfigyelés | 13. | 34 | ||||||
Katonai telekommunikáció | 36 | 44. | 3 | |||||
A katonai erők időjárása | 6. | |||||||
Forrás: F. Verger, R Ghirardi, I Sourbès-Verger, X. Pasco, op. cit. , P. 155-343 |
Az űrkorszak kezdete óta több mint 5500 mesterséges műhold került pályára (eredmények 2007-ben). 2008-ban körülbelül 100 műhold indult, amelyek közül 42 kereskedelmi tevékenységre (főként telekommunikációra) irányult: 66 műhold súlya meghaladta az 500 kg-ot , 10 pedig kevesebb, mint 20 kg . A kereskedelmi műholdak 18 geostacionárius műholdból és 23 alacsony pályára szánt műholdból álltak.
A kereskedelmi tevékenység az 1990-es évek végén tetőzött az internetes buborékhoz kapcsolódóan, alacsony telek körüli telekommunikációs műholdak (Iridium stb.) Konstellációinak felállításával és 33 műhold geostacionárius pályára állításával (2000). A következő években erősen zuhant, és ma felgyorsul a megújítási kérelmeknek és az összes kontinensen növekvő műholdas TV- piacnak köszönhetően .
Az alacsony pályára szánt mini- és mikroszatellit-szegmens az alkatrészek miniatürizálásának köszönhetően bizonyos fejlődést tapasztal a felső szegmens rovására. A nanosatellitek 2006-ban népszerűek voltak (24 ilyen osztályú műhold), amely ma visszaesett. Az indított kereskedelmi geostacionárius műholdak száma viszonylag stabil, de kapacitásuk folyamatosan növekszik. Négy osztályba sorolhatók: több mint 5,4 tonna (5 műhold indult 2007-ben), 4,2 és 5,4 tonna (hét műhold), 2,5–4,2 tonna (öt műhold), 2,5 tonnától kevesebb (két műhold). Az amerikai hatóságok 2007-ben nem számoltak a kereskedelmi műholdak számának jelentős változásával az elkövetkező évtizedben.
A műholdakat 2008-ban mintegy hatvan rakéta állította pályára, köztük 26 orosz (43 műhold), 15 amerikai (8 műhold), 11 kínai (12 műhold), 6 európai (11 műhold). Csaknem 20 hordozórakétát használtak, amelyek közül nyolc orosz volt. Ezeknek a hordozórakétáknak a kapacitása nagyon változó (egy tonnától több mint 20 tonnáig alacsony pályán); specializálódtak: egyesek alacsony pályára vannak optimalizálva, mint a Szojuz, mások geostacionárius pályára, például Ariane. A hordozórakéták még ma is megbízhatósági problémákkal küzdenek: két hiba 2008-ban, illetve négy hiba 2007-ben és 2006-ban.
A műhold költsége magas: 100-tól 400 millió dollárig kellett számolni 2008-ban egy geostacionárius műhold esetében. Az 1990-es évek végén az alacsony pályára állított telekommunikációs csillagképek egyes műholdjainak egységköltsége körülbelül 100 millió dollár (700 kg súlyú Iridium 66 műhold ) és 10 millió dollár (45 kg súlyú Orbcomm 28 műhold ) között mozgott . Egy 2 tonnás nehéz Föld-megfigyelő műhold, mint például a Geoeye, 200 millió dollárba került, míg az öt 150 kg-os Rapideye mini műhold együtt ugyanazt a szolgáltatást mintegy 30 millió dollárba került . A katonai (750 millió euró / darab a Helios francia megfigyelő műholdak számára) és a tudományos műholdak (4,5 milliárd dollár a jövőbeli James Webb űrtávcső számára ) még drágábbak lehetnek. Ahhoz, hogy ezt az árat ki kell egészíteni a költség a dob, amely között $ 10,000 / kg alacsony Föld körüli pályán $ 20,000 / kg a geostacionárius pályán, valamint, hogy a berendezések és földi kiszolgáló.
Az űr kereskedelmi tevékenysége (főként távközlési műholdak által generált) 2008-ban 114 milliárd dollárt tett ki, míg az állami költségvetésből támogatott intézményi teret ugyanebben az évben 71 G $ -ra becsülik . 2007-ben az Egyesült Államok űrköltségvetése (nem kereskedelmi célú katonai és polgári műholdak + hordozórakéták + pilóta nélküli repülések + űrszondák) 54 milliárd dollárt (a GDP 0,39% -a ), vagyis a globális kiadások 75% -át tette ki.
Az Egyesült Államokon kívül kevés állam rendelkezik technológiai eszközökkel és politikai akarattal is ahhoz, hogy jelentős űrtevékenységet folytasson. Az űrre fordított költségvetés csökkenő sorrendben van Franciaország ( 2,9 milliárd USD, 0,14% GDP), Japán ( 2,2 milliárd USD, 0,05%), Kína (2,1 G $ , 0,06%), Oroszország (1,8 G $ , 0,11) %), India (1 milliárd USD , 0,09%), Németország (1, 6 G $ , 0,05%), Olaszország (1,3 USD G , 0,06%). A fő űrügynökségek a költségvetés csökkenő sorrendjében a DOD ( az amerikai katonai műholdakért felelős Védelmi Minisztérium ) 27 milliárd dollár , a NASA 16 milliárd dollár , a Nemzeti Felderítő Hivatal (NRO) felderítő műholdakért felelős amerikai szervezete és d. 9 milliárd dollárt hallgat , az Európai Űrügynökség (ESA) 4 milliárd dollárt , az NGA ( Nemzeti Térinformatikai Ügynökség, amely az Egyesült Államok védelme érdekében műholdas képek gyűjtéséért felelős) 2 milliárd dollárt hallgat , a francia űrügynökség ( CNES ) kb. 2,9 milliárd dollár , a japán ügynökség ( JAXA ), az orosz Roskosmos ügynökség és az amerikai meteorológiai ügynökség ( NOAA ).
A katonai teret az Egyesült Államok uralja, amely 36 milliárd dollárt szán rá, és amely az egyetlen nemzet, amelynek teljes és állandó eszköze van (katonai telekommunikáció, korai figyelmeztetés, felderítés, lehallgatás, óceánfigyelés, műholdak általi helymeghatározó rendszer). Oroszország megpróbálja megbízhatóbbá tenni a GLONASS műholdas helymeghatározó rendszerét, és fenntartja a hidegháború korához képest alacsonyabb lefedettséget biztosító felderítő és hallgató műholdak flottáját . Kína a harmadik helyet foglalja el: nemzeti műholdas helymeghatározó rendszert hoz létre, felderítő műholdakkal rendelkezik, és katonai űrképességét az egyik műholdjának 2007-es megsemmisítésével bizonyította. Nincs európai katonai űrpolitika. Négy európai ország fektetett be jelentős mértékben a katonai űrbe, elsősorban Franciaország, amelynek több éve vannak optikai felismerő műholdai (Helios) és katonai telekommunikációi (Syracuse). Lehallgatásra és korai figyelmeztetésre eddig csak tüntetőket indítottak. Az Egyesült Királyság erőfeszítéseit a katonai telekommunikációra összpontosította, míg Olaszországnak és Németországnak radarfelderítő műholdjai vannak.
Az űrtevékenység tevékenysége 2007-ben 50 milliárd eurót tett ki. Ennek az összegnek a nagy részét űrügynökségeken belül költenek, vagy megfelelnek a kormányzati szervek (katonai űrszektor az Egyesült Államokban) kötött szerződéseinek. A versenyképes műholdak és kapcsolódó szolgáltatások piaca 2007-ben körülbelül 12,3 milliárd eurót tett ki, amelyet a kereskedelmi műholdak területén 34% -ra, az európai civilek 27% -ára, az európai katonai műholdak 9% -ára, a polgári műholdak 25% -ára bontottak. Európán kívül és 4% az Európán kívüli katonai műholdaknál. A forgalom alkalmazásonkénti bontása: 45% a telekommunikáció, 16% a Föld megfigyelése, 5% a navigáció és lokalizáció, 10% a tudomány és technológia, 8% az infrastruktúra és a közlekedés és 16% egyéb alkalmazások esetében.
Ezt a szűk, fejlett készségeket és nagy tesztelési erőforrásokat igénylő piacot 2006-ban 5 fő szereplő uralta, köztük három amerikai vállalat és két európai vállalat: Lockheed Martin (4 milliárd euró ebben az ágazatban), Northrop Grumman (2,6 milliárd dollár ), Boeing (2,1 B dollár ), a Thales Alenia Space (1,6 milliárd dollár ) és az EADS Astrium Satellites (1,3 milliárd dollár ). A bevételi növekedés kilátásai stabilak a kereskedelmi alkalmazások esetében, és erőteljes növekedést mutatnak az űrügynökségek (Föld-megfigyelés, tudomány stb.) És a védelem finanszírozásában.
A fejlesztések számos célt teljesítenek:
A fő változások a következők:
A műhold előállításának és elindításának költségei jelentős akadályt jelentenek használatuk fejlődésében. Felépítése továbbra is a kézművesség területe, tekintettel az évente gyártott kis mennyiségre és a gépek sokféleségére. Sőt, a fedélzeti eszközöket még mindig egyetemek vagy kutatólaboratóriumok gyártják. Az indítási költség ( kilogrammonként 10 000 és 20 000 dollár között ) továbbra is megfizethetetlen: eddig egyetlen technikai megoldás sem tette lehetővé a költségek csökkentését. Az űrsikló megmutatta, hogy az újrafelhasználható hordozórakéta által biztosított megtakarítás továbbra is elméleti. Két amerikai gyártó, a SpaceX és az Orbital Science, részben támogatva, új hordozórakéták gyártásába kezdtek azzal a céllal, hogy jelentősen csökkentsék a pályára helyezett kilogramm árát. A műhold súlyának csökkentésére más megoldásokat is megvalósítanak: az alkatrészek miniatürizálása és a fent említett elektromos meghajtás fejlesztése, amelyek sokkal kevésbé kapzsiak a hajtóanyagokban.
Az emberi tevékenység által kiváltott klímaváltozás a Kiotói Jegyzőkönyv (1997) óta hivatalosan is komoly aggodalomra ad okot . A jelenség mértékét nemigen értik, mert megköveteli az óceánok, kontinensek és a légkör közötti nagyon összetett kölcsönhatások modellezését. A megfigyelő műholdak kulcsszerepet játszanak a modellezés során használt adatgyűjtésben, valamint a változás jeleinek felkutatásában. A GEOSS projekt ( Földmegfigyelési Rendszerek Globális Rendszere), amely 2005-ben aktív szakaszba lépett, célja a műholdas és földi eszközökkel szolgáltatott adatok gyűjtésének és elérhetőségének összehangolása világszerte.
A klímaváltozás hatásainak modellezése és tanulmányozása az Európai Űrügynökség által 2001-ben indított GMES (Globális Környezetvédelmi és Biztonsági Monitoring) program egyik fő célkitűzése , amely ezért a GEOSS projekt európai alkotóeleme. A GMES-nek lehetővé kell tennie a földgömb megfigyelésének valamennyi létező eszközének, mind a földi, mind az űrkutatás európai szintű egyesítését: nemzeti és európai megfigyelő műholdak, meteorológiai műholdak (Eumetsat). A programnak garantálnia kell az adatgyűjtés folyamatosságát, szabványosítását és elő kell segítenie elérhetőségüket. Az ESA tervei szerint 2011-től a GMES részeként öt megfigyelő műholdat (Sentinel 1–5) indít, amelyek mindegyike speciális műszerekkel (radar, optika stb.) Van felszerelve.
Ennek a problémának a része a francia-amerikai A-vonat projekt , amely 2002 és 2008 között hat műholdat indított és néhány perc különbséggel, napsugárzó pályán áll össze. A 15 fedélzeti eszköznek lehetővé kell tennie számos adat összehangolt gyűjtését, amely lehetővé teszi mind az éghajlati működés megértésének javítását, mind a numerikus előrejelzési modellek finomítását.
A mesterséges műholdak megjelenése egy kezdetben a vezetékes távközlésre összpontosító kereskedelmi szektort hozott létre, amely számos technológiai fejlődésnek köszönhetően jelentősen fejlődött: a tranzisztorok általánosítása, majd az elektronika miniatürizálása (1960-as évek), a kis sávot engedélyező Ku sáv használata műholdas antennák (1980-as évek), a televízió digitalizálása, amely lehetővé teszi csatornacsomagok sugárzását (1990-es évek). Az éves árbevétel így 2007-ben elérte a 114 milliárd dollárt. Az asztronautikai szektor ennek a számnak csak egy kis részét (5%), azaz 3,8 milliárd dollárt jelent a műholdas gyártóknak és 1,54 milliárd dollárt az indítóknak. A tevékenység nagy részét a szolgáltató vállalatok (televíziós csomagok stb.) És a végfelhasználók által használt berendezések (antennák, dekóderek , GPS ) forgalmazói végzik . A távközlési műholdas szolgáltatók ( forgalma 2007-ben 14,3 milliárd dollár ) gyártják a műholdakat, amelyek transzpondereit bérbe adják vezetékes távközlési vállalatoknak, vállalkozásoknak (vállalati hálózat), műholdas televízió-üzemeltetőknek. Műholdas (a tevékenység háromnegyedét képviselik). Hozzáadott értékű szolgáltatásokat is létrehozhatnak. A fő üzemeltetők nemzetközi hatókörrel rendelkeznek: ezek a SES (2,4 milliárd dollár ), az Intelsat (2,2) és az Eutelsat (1,3).
Az új felhasználások jelentős kereskedelmi piacokat kezdenek találni:
Az űrhódítás kezdete óta a pályára helyezett mesterséges tárgyak száma folyamatosan nőtt. A ténylegesen működő műholdak mellett találunk hordozórakétákból származó törmeléket (teljes szakaszok vagy alkatrészek), használaton kívüli műholdakat (körülbelül 2000 a századfordulón) vagy műholdas törmeléket. Ma vannak:
Ennek a törmeléknek a nagy része magasabb magasságban helyezkedik el, mint az alacsony pályára helyezett műholdaké (az alacsonyabban fekvő törmelék néhány év után bejut a Föld légkörébe, és elpusztul). A hasznos magasságban áthaladók veszélyt jelentenek a műholdakra, mert a hozzájuk viszonyított relatív mozgási sebességük (legfeljebb 20 km / s ) kinetikus energiát generál, így a néhány cm-es törmelék letilthatja a műholdat. Így 1996-ban egy tíz évvel korábban repülés közben felrobbant Ariane hordozórakéta harmadik szakaszának egy töredéke eltalálta a francia Cerise mikroszatellitet . Újabban a látványos összeütközése egy Iridium műholdas szolgáltatás és Cosmos műholdas üzemen kívül a2009. február 10azt mutatja, hogy az űrhulladék problémáját komolyan kell venni.
Amikor az űrügynökségek 10 cm- nél nagyobb törmelékkel való ütközés kockázatát észlelik, amelynek a pályája általában ismert, a pályáján található műhold pályáját az irányító központ módosítja, hogy eltérjen a fenyegetéstől. CNES így végezzük el a három elkerülésére manővereket annak műholdak 2007. De a legnagyobb veszélyt alkotja törmelék között 1 cm és 10 cm-es méretű , a pálya a, amely általában nem ismert. Az árnyékolás használata (a Nemzetközi Űrállomásra alkalmazott megoldás ) nem védi meg teljesen az űrhajót, és megfizethetetlenül drága (az Űrállomás tömegének 10% -a). A keletkezett új törmelék számának csökkentésére irányuló ajánlásokat az IADC határozza meg: a műholdak élettartamának megszüntetése, a műholdas hordozórakéták szakaszainak passziválása (a robbanás megakadályozása érdekében, a szétválasztással vagy szétválasztással keletkező törmelékek számának csökkentése) bevetési mechanizmusok, költségeik miatt azonban jelenleg csak bizonyos űrügynökségek, köztük a CNES alkalmazzák önkéntes alapon.
Az 1967-es űrszerződés tiltja atomfegyverek pályára küldését vagy tömegpusztítást. De nem akadályozza a műholdak használatát, amelyek célja a katonai erők támogatása vagy segítése a földön. Ma a fegyverek, csakúgy, mint a legmodernebb hadseregek csapatai, részben katonai műholdak, különösen a felderítő, a kommunikációs és a helymeghatározó műholdak függőségébe kerültek. De eddig egyetlen műhold sem kapott támadási képességet. Az Egyesült Államok álláspontját követve, vágyakozva arra, hogy megvédje magát minden nukleáris támadástól és megszentelje az űrt, a szakemberek felidézik az űr arzenalizációjának (ez a megszentelt kifejezés) forgatókönyvét , vagyis fegyverek telepítését. képes vagy más műholdak vagy célok megsemmisítésére a földön az űrből, vagy műholdak megsemmisítésére a földről. Az összehangolt európai védelmi politika hiánya, különösen a katonai űr területén, amelynek költségvetése meghaladja a nemzeti kapacitásokat, nagyon rossz helyzetbe hozza Európát, ha ez a forgatókönyv megvalósul. A világűr teljes demilitarizálására irányuló szerződés mindeddig nem kapott aláírást.
Források
Egyéb művek