Действительно, ведь раньше как-то обходились без них? Да, обходились. Но, учитывая, что уже метровые волны, которые были выбраны для телевизионной передачи, распространяются в зоне прямой видимости, необходимо было построить очень дешевые высотные телевизионные башни, мачты радиорелейных линий. Учитывая обширную территорию бывшего СССР, трудно себе представить стоимость строительства «цепей» приемопередающих станций, вышек, на расстоянии 100-150 км друг от друга.
И тогда пришло время для космических технологий принести практические выгоды, то есть предоставление междугородной связи и телевизионных программ с использованием спутников. Одним из первых таких спутников был спутник «Молния-1». Первый спутник этой серии был запущен 23 апреля 1965 года. Спутники «Молния-1» и наземные приемные станции «Орбита» представляют собой постоянную систему космической связи. Это еще не было прямое спутниковое вещание, но это был важный шаг к этому, и, наконец, это позволило хотя бы как-то оправдать огромные издержки космического полета.
Спутники «Молния-1» были впервые запущены на промежуточную орбиту, а затем включили последний этап двигателя ракеты — в удлиненную эллиптическую орбиту с апогеем над северным полушарием около 40 000 км. Такая орбита обеспечивала продолжительность сеансов связи для пунктов, расположенных на территории бывшего СССР и других стран северного полушария в течение примерно 10 часов. (Здесь необходимо объяснить, особенно молодому читателю, что тогда советское телевидение было 1 — 2 канала с временем вещания 6-8 часов в день, так что 10 часов, в течение которых спутник был видимым на земле станции было вполне достаточно).
Схема полета спутника связи «Молния-1»
Спутник был снабжен двигательной установкой для коррекции орбиты. Мощность бортового ретранслятора равнялась 40 Вт. Спутник ориентировался солнечными батареями на Солнце, а параболической антенной — на Землю. Приемная станция «Орбита» была снабжена приемной антенной с системой слежения за спутником, ведь в отличие от геостационарных спутников, спутник «Молния-1» постоянно перемещался относительно поверхности Земли.
Исходя из сказанного, сделаем вывод: для непосредственного спутникового телевидения спутники с вытянутой эллиптической орбитой мало пригодны как минимум по двум причинам – время видимости спутника и его подвижность. Чтобы удовлетворить потребности современного телемана, при такой системе для беспрерывного приема сигнала надо было бы иметь 2 антенны с постоянно жужжащими моторами системы слежения. Почему же сейчас антенны не «жужжат» (точнее говоря, некоторые жужжат и сегодня, правда, немного по иной причине). А потому, что, как мы только что отметили, сейчас интересующие нас спутники находятся не на вытянутой эллиптической, а на круговой геостационарной орбите.
Геостационарная орбита (ГСО) — круговая орбита, расположенная над экватором Земли (0? широты), находясь на которой, искусственный спутник обращается вокруг планеты с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси, и постоянно находится над одной и той же точкой на земной поверхности. Геостационарная орбита является разновидностью геосинхронной орбиты и используется для размещения искусственных спутников (коммуникационных, телетрансляционных и т. п.)
Преимущества геостационарной орбиты получили широкую известность после выхода в свет научно-популярной статьи Артура С. Кларка в журнале «Wireless World» в 1945 году, поэтому геостационарная орбита иногда называются «орбитой Кларка».
Здесь необходимо немного «увильнуть» от основной темы, и выяснить некоторые аспекты космической механики. Те, кто понимает, почему спутники не падают, могут отдохнуть, а остальным, которых встречал, к удивлению, много постараюсь в общих чертах объяснить, что к чему.
Приходилось слышать разные ответы на вопрос: «Почему спутники не падают?» — потому, что они высоко, потому, что там невесомость, потому, что там нет воздуха, и т.д. и т.п. И так думают не только «простые граждане», когда-то, помню, на уроке физики на вопрос любопытного ученика: «зачем спутнику достигать 1-й космической скорости», учительница ответила: «потому, что в противном случае, для достижения орбиты потребуется очень много топлива». Иными словами, стоит поднять спутник на достаточную высоту, бросить его там, и он будет летать. Это, естественно, не так.
Проведем эксперимент. Возьмем обычную кухонную воронку, вбросим в нее шарик диаметром, желательно, чуть больше выходного отверстия. Теперь, круговыми движениями воронки заставим шарик вращаться на конической поверхности. Чем быстрее вращается шарик, тем выше он поднимется, и наоборот, чем ниже скорость, тем ближе шарик к отверстию. Этим простым опытом мы смоделировали не что иное, как полет спутника (шарик) в гравитационном поле (воронка) Земли. А скорость, при которой шарик вращается на постоянной высоте, можно назвать «первой космической» для воронки.
Теперь, надеюсь, стало понятно: чтобы не упасть, спутнику надо иметь достаточную скорость, при которой возникающая центробежная сила будет уравновешена силой притяжения Земли. Первая космическая скорость для Земли равна 7,9 км/с. Это скорость у поверхности нашей планеты. Чем выше, тем меньше необходимая скорость для удержания спутника в полете. Ведь, из закона всемирного тяготения известно, что тела притягиваются с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Теперь, надеюсь, понятно, чем выше находится спутник, тем меньше его скорость. Например, Международная космическая станция (МКС) обращается на высоте около 350 км со скоростью 7,4 км/с, спутники GPS навигации на высоте 21 000 км уже со скоростью 2,7 км/с, а спутники, о которых мы ведем речь, на высоте 35 786 км со скоростью 0 км/с!!! (скорость дана относительно поверхности Земли, относительно же неподвижного наблюдателя скорость спутника на такой высоте равна 3,07 км/с). Именно такая высота обеспечивает спутнику период обращения, равный периоду вращения Земли. Правда, кроме высоты, необходимы еще два условия — спутник должен обращаться в направлении вращения Земли, и по круговой орбите, точно расположенной прямо над экватором.
Геостационарная орбита
Именно такая орбита называется геостационарной, (или пояс Кларка) а спутники, находящиеся на ней, геостационарными. На геостационарной орбите спутник не приближается к Земле и не удаляется от неё, и, кроме того, вращаясь вместе с Землёй, постоянно находится над какой-либо точкой на экваторе. Длина геостационарной орбиты 264 924 км, то есть, на 1 градус приходится 735,9 км.