параметры состав и строение первого искусственного спутника земли
Краткий ответ
Первый искусственный спутник Земли — ПС-1 («Простейший спутник-1»), запущен 4 октября 1957 года с космодрома Байконур ракетой Р-7. Это был герметичный шар из алюминиевого сплава с четырьмя штыревыми антеннами и двумя радиопередатчиками — без двигателя, без научных приборов и без системы ориентации.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Масса | 83,6 кг |
| Форма и размер | шар диаметром 580 мм (радиус 0,29 м) |
| Корпус | алюминиево-магниевый сплав, стенка ≈ 2 мм, герметичный |
| Среда внутри | азот под давлением ≈ 1,3 атм |
| Антенны | 4 штыря: две по 2,4 м и две по 2,9 м |
| Передатчики | 2 шт., 20,005 и 40,002 МГц, мощность ≈ 1 Вт |
| Сигнал | импульсы длительностью ≈ 0,3 с |
| Питание | серебряно-цинковые аккумуляторы |
| Орбита | перигей ≈ 215 км, апогей ≈ 939 км, наклонение 65,1° |
| Период обращения | ≈ 96 мин |
| Время на орбите | 92 суток, ≈ 1440 витков |
Состав и строение
1. Корпус — две сваренные полусферы. Внутри — герметичный объём, в котором размещалась вся аппаратура. Снаружи — полированная поверхность.
2. Антенны. Четыре упругие штанги, закреплённые на корпусе в сложенном виде; после отделения от ракеты они раскрылись пружинами. Две — длиной 2,4 м, две — 2,9 м, разной длины, чтобы передатчики не «мешали» друг другу и излучение было ближе к круговому.
3. Радиопередатчики (2 шт.). Работали попеременно на 20,005 и 40,002 МГц, давая знаменитое «бип-бип». Мощность около 1 Вт — этого хватало, чтобы сигнал принимали радиолюбители по всему миру.
4. Система питания. Серебряно-цинковые аккумуляторы — они и составляли основную часть массы.
5. Датчики и телеметрия. Датчики температуры и давления. Их показания передавались не отдельным каналом, а изменением частоты следования импульсов: изменилась длительность паузы — значит, изменилась температура или давление внутри.
6. Терморегулирование. Вентилятор гонял азот внутри корпуса, выравнивая температуру (около 20–30 °C), чтобы электроника не перегрелась на Солнце и не замёрзла в тени.
Почему сделано именно так
- Шар. У шара минимально возможное отношение площади поверхности к объёму: \(\frac{S}{V} = \frac{4\pi R^2}{\frac{4}{3}\pi R^3} = \frac{3}{R}\). Меньше поверхность — меньше теплообмен с космосом и проще удержать температуру. Плюс шар — самая прочная форма для сосуда под давлением и самая предсказуемая с точки зрения аэродинамики.
- Герметичность и азот. Азот — инертный газ: не окисляет контакты, хорошо проводит тепло от приборов к стенкам. А ещё по падению давления датчик сразу обнаружил бы пробой корпуса микрометеоритом.
- Два передатчика на разных частотах. Резерв: если один откажет, связь сохранится. Плюс разные частоты по-разному проходят через ионосферу.
- Нет двигателя и ориентации. Задача была минимальной: выйти на орбиту и «подать голос». Поэтому спутник и назвали простейшим.
Проверка результата
Оценим по данным, правдоподобна ли масса. Объём шара: \(V = \frac{4}{3}\pi R^3 = \frac{4}{3}\cdot 3{,}14\cdot 0{,}29^3 \approx 0{,}10\ \text{м}^3\). Средняя плотность: \(\rho = \frac{83{,}6}{0{,}10} \approx 820\ \text{кг/м}^3\) — меньше плотности воды, что логично: корпус тонкий, внутри в основном газ и лёгкая электроника.
Площадь поверхности: \(S = 4\pi R^2 \approx 1{,}06\ \text{м}^2\). Масса оболочки из алюминия при толщине 2 мм: \(m = S\cdot t\cdot\rho_{\text{Al}} = 1{,}06\cdot 0{,}002\cdot 2700 \approx 5{,}7\ \text{кг}\). Значит, из 83,6 кг на корпус приходится лишь несколько килограммов, а остальное — аккумуляторы, передатчики, датчики, крепёж. Цифры сходятся.
