Орбиты искусственных космических объектов

Орбиты искусственных космических объектов, траектории движения космических аппаратов (КА). Отличаются от орбит небесных тел естеств. происхождения главным образом наличием активных участков, на которых КА движется с включенным реактивным двигателем. Часто, однако, под О. и. к. о. понимают лишь участки пассивного (с выключенным двигателем) полёта. Орбиты КА изучаются в астродинамике.

По характеру движения КА вблизи исследуемого небесного тела различают орбиты пролёта, спутниковые орбиты, орбиты посадки (жёсткой и мягкой). По орбите пролёта КА движется с гиперболической скоростью относительно исследуемого небесного тела и после сближения с этим телом покидает его окрестность (см. Космические скорости). Коррекция орбиты пролёта реактивными импульсами производится обычно до момента сближения, на участке же сближения коррекция, как правило, не производится, и КА совершает пассивный полет. Спутниковые орбиты КА характеризуются эллиптическими скоростями движения относительно исследуемого небесного тела. Для вывода КА на спутниковую окололунную или околопланетную орбиту необходимо уменьшить скорость КА при сближении с небесным телом до эллиптической, что достигается реактивным торможением КА. Для жёсткой посадки КА на поверхность небесного тела характерна большая относительная скорость КА в момент соприкосновения с поверхностью небесного тела. В результате жёсткой посадки КА, как правило, разрушается. Орбиты жёсткой посади являются частными случаями орбит пролёта или спутниковых орбит, когда часть орбиты проходит под поверхностью небесного тела и столкновение с этой поверхностью прекращает движение КА. Мягкой посадкой называется такая, при которой относительная скорость KA в момент контакта с поверхностью небесного тела не достигает значений, приводящих к разрушению КА. Мягкая посадка обеспечивается тормозящей реактивной тягой на участке спуска КА или парашютной системой, если небесное тело имеет достаточно плотную атмосферу.

Орбиты КА выбираются и рассчитываются заранее, в соответствии с задачами, которые решаются при запуске КА. При выборе орбит КА большую роль играют вопросы экономного расхода горючего и увеличения полезного веса КА, поэтому стремятся максимальным образом использовать силу тяготения исследуемого тела для изменения траектории в нужном направлении. Примером такого рода является полёт автоматической межпланетной станции (АМС), выведенной на орбиту 4 октября 1959 третьей советской космической ракетой. В момент сближения с Луной АМС прошла на расстоянии 6500 км от поверхности Луны и сфотографировала её обратную сторону; под действием притяжения Луны её траектория изогнулась и АМС возвратилась к Земле со стороны Северного полушария. Пройдя на расстоянии 4700 км от поверхности Земли, АМС передала снимки на Землю.

Так как КА имеют малые размеры и массы, то на их орбиты наряду с силами тяготения заметно влияют сопротивление атмосферы (Земли или планет) и световое давление, которые практически не влияют на движение естественных небесных тел. В движении искусственных спутников Земли (ИСЗ) наиболее заметны возмущения от сопротивления атмосферы и от сжатия Земли. Под действием сопротивления атмосферы орбита постепенно уменьшается в размерах - происходит вековое уменьшение большой полуоси и эксцентриситета таким образом, что высота перигея орбиты уменьшается во много раз медленнее, чем высота апогея. Следствием уменьшения размеров орбиты является уменьшение периода обращения ИСЗ вокруг Земли и ускорение видимого движения ИСЗ. Эти изменения орбиты происходят тем быстрее, чем ближе орбита к поверхности Земли. При высоте круговой орбиты порядка 150-160 км и ниже изменения настолько быстры, что ИСЗ не успевает сделать полного оборота и падает на Землю. Сжатие Земли вызывает два основных эффекта в движении ИСЗ: вращение плоскости орбиты ИСЗ вокруг оси Земли, происходящее в направлении, обратном движению ИСЗ (попятное движение линии узлов орбиты), и вращение самой орбиты в её плоскости (движение линии апсид). Скорость движения линии узлов равна нулю, если плоскость орбиты перпендикулярна к плоскости земного экватора. Направление движения линии апсид зависит от наклона орбиты к плоскости экватора и совпадает с направлением движения ИСЗ в орбите, если наклон орбиты i < 63?26'; если наклон больше этого значения, то линия апсид движется в направлении, обратном направлению орбитального движения спутника.
Выбранная (расчётная) орбита КА, из-за неизбежных отклонений режима работы двигателей от расчётного при запуске и коррекциях, реализуется не вполне точно. Орбита непрерывно изменяется под воздействием возмущающих сил. Поэтому возникает задача измерения видимого движения КА и определения параметров (элементов) реальной орбиты по результатам этих измерений. Наиболее распространены радиотехнические методы наблюдений, позволяющие определять расстояния до КА и его радиальные скорости. Движение близких к Земле КА (ИСЗ, лунные зонды) измеряется также по результатам наблюдений, позволяющих определять угловые координаты КА (обычно прямое восхождение и склонение или азимут и высоту), а также при помощи лазерных дальномеров. Уточнённые значения параметров (элементов) орбиты используются для расчёта корректировочных импульсов и для прогноза движения КА (вычисления эфемериды) при последующих наблюдениях КА.
Лит.: Левантовский В. И., Механика космического полета в элементарном изложении, М., 1970; Эльясберг П. Е., Введение в теорию полёта искусственных спутников Земли, М., 1965; Эскобал П. Р., Методы определения орбит, пер. с англ., М., 1970.
? Ю. В. Батраков.