Tehiskaaslane (satelliit) — definitsioon, tüübid ja ajalugu

Satelliit on objekt, mis tiirleb teise objekti ümber. Kosmoses võivad satelliidid olla looduslikud või inimtekkelised. Kuu on looduslik satelliit, mis tiirleb ümber Maa. Enamik inimtekkelisi satelliite tiirleb samuti Maa ümber, kuid mõned tiirlevad ka teiste planeetide, Päikese või Kuu ümber. Satelliite kasutatakse mitmel otstarbel. On olemas ilmasatelliidid, sidesatelliidid, navigatsioonisatelliidid, luuresatelliidid, astronoomiasatelliidid ja paljud muud satelliidid. Arthur C. Clarke populariseeris sidesatelliidi idee.

Maailma esimene tehissatelliit, Sputnik 1, saadeti Nõukogude Liidu poolt 4. oktoobril 1957. aastal. See üllatas kogu maailma ja Ameerika Ühendriigid tegid kiiresti tööd oma satelliidi orbiidile saatmiseks, alustades sellega kosmosevõidujooksu. Sputnik 2 startis 3. novembril 1957 ja viis orbiidile esimese elusoleva reisija, koera nimega Laika. Ameerika Ühendriigid käivitasid 31. jaanuaril 1958 oma esimese satelliidi nimega Explorer 1. Ühendkuningriik käivitas oma esimese satelliidi 1962. aastal.

Sellest ajast alates on Maa ümber orbiidile saadetud tuhandeid satelliite. Mõned satelliidid, eelkõige kosmosejaamad, on orbiidile saadetud osade kaupa ja kokku pandud.

Määratlus ja põhitüübid

Satelliit võib olla looduslik (näiteks Kuu) või inimtekkelise päritoluga (tehissatelliit). Tehissatelliidid jagunevad otstarbe järgi mitmeks peamiseks rühmaks:

• Ilmasatelliidid (maapinna ja atmosfääri jälgimine)
• Sidesatelliidid (telekommunikatsioon, TV, internet)
• Navigatsioonisatelliidid (nt GPS, GLONASS, Galileo)
• Luuresatelliidid (sõjaline ja luureotstarve)
• Teadus- ja astronoomiasatelliidid (vaatlus, kosmoseuuringud)
• Kaugseire- ja maapildisatelliidid (keskkonna- ja maaressursside jälgimine)
• Kosmosetehnilised ja katsetussatelliidid (nt cubesatid ja minisatelliidid)
• Kosmosejaamad ja logistilised varustussatelliidid (ISS, varustuskapslid)

Orbiidid ja nende omadused

Satelliidi orbiit määrab suure osa tema tööst ja võimalustest. Levinumad orbiiditüübid:

• LEO (Low Earth Orbit) — madal orbiit (umbes 160–2 000 km). Paljud tugifunktsioonid, Maa vaatlus, rahvusvaheline kosmosejaam ja väiksemad satelliidikonstellatsioonid asuvad siin.
• MEO (Medium Earth Orbit) — keskmine orbiit (kümnete kuni mitme tuhande kilomeetri kõrgusel). Näiteks mõned navigatsioonisüsteemid (GPS) töötavad MEO-s.
• GEO (Geostationary Orbit) — geostatsionaarne orbiit ~35 786 km kõrgusel ekvaatori kohal. Satelliit näib vaatlejale Maa pinnal paigal püsivat, mis sobib hästi sideteenuste ja televisiooni edastamiseks.
• HEO (Highly Elliptical Orbit) — tugevalt elliptiline orbiit, mis annab pikki vaatlusaegu kõrgetel laiuskraadidel või spetsiifilisi katseid.
• Päikesesünkrooniline orbiit — spetsiaalne LEO tüüp, kus satelliit läbib iga ala alati sarnase valgustingimuse juures; kasulik maapildistamisel ja ilmavaatlusel.
• Polaarsed orbiidid — satelliit liigub üle Maa pooluste, võimaldades kogu planeedi katvust aja jooksul.

Satelliidi ehitus ja tööiga

Tehissatelliidi peamised osad on:

• Satelliidibuss (platform) — sisaldab elektroonikat, juhtimist, toiteallikat ja soojusjuhtimist.
• Koormus (payload) — instrument või antenn, mis täidab satelliidi peamist ülesannet (kaamerad, sideantennid, mõõteseadmed).
• Toiteallikas — tavaliselt päikesepaneelid koos akudega öö- või varjajaegadeks.
• Attitude control — orientatsiooni ja stabiliseerimise süsteemid (mähised, reaktsioonivõllid, väljundpõhised süsteemid).
• Propulsioon — manööverdamiseks ja orbiidi korrigeerimiseks; määrab osa eluea.

Satelliidi tööiga sõltub kütusest, elektroonika- ja paneelite vastupidavusest, kosmilise kiirguse mõjust ning orbiidi enesepüsivusest (nt madalates orbiitides põhjustab atmosfääriline hõõrdumine järkjärgulist langemist). Lõppfaasis viiakse mõned satelliidid juhitult atmosfääri põlemiseks (deorbit), teised suunatakse „kalmetsooni“ (graveyard orbit).

Kasutusvaldkonnad ja ühiskondlik tähtsus

Satelliidid toetavad igapäevast elu ja teadust mitmel viisil:

• Ilmaennustus ja kliimauuringud — täpsed andmed pilvisuse, temperatuuri ja tuulte kohta.
• Telekommunikatsioon ja internetiühendus — eriti raskesti ligipääsetavates piirkondades.
• Navigatsioon ja positsioneerimine — GPS ja teised süsteemid võimaldavad täpset liikumise juhtimist.
• Maa kaugseire — põllumajandus, metsanduse, katastroofihalduse ja linnaplaneerimise toetuseks.
• Teaduslikud missioonid — kosmoloogia, eksoplaneetide otsing, päikesesüsteemi uurimine.
• Kaitse ja luure — riiklik julgeolek, situatsiooniteadlikkus ja piirivalve.

Ajaloost lühemalt ja märgilised sündmused

Sputnik 1 käivitamine 1957. aastal tähistas inimkonna esimest suurt sammu tehissatelliitide ajastusse. 1958. aastal lansseeritud Explorer 1 avastas näiteks Van Alleni vööndid — näide, kuidas varajased missioonid kiiresti teadmist lisasid. 1960ndatel hakati orbiidile saatma esimesi side- ja telekommunikatsioonisatelliite (näiteks Telstar ja hiljem geostatsionaarsed Syncom-sarja satelliidid), mis muutsid rahvusvahelise suhtluse mastaapi.

Parem tehnoloogia, odavamad raketid ja mikroelektroonika on 21. sajandil võimaldanud väikeste ja taskukohaste satelliitide (cubesat) laialdast kasutuselevõttu ning suuremahuliste konstellatsioonide (nt andmesidevõrgud) loomist Maa madalates orbiitides.

Praegused väljakutsed ja tulevikutrendid

Põhilised väljakutsed:

• Ruumijäätmed — mittetöötavad satelliidid ja kosmoseprügi suurendavad kokkupõrkete riski ja võivad tekitada Kessleri sündroomi (kaskaadne kokkupõrgete teke).
• Orbiidikonkurents — eriti madalates orbiitides, kus ruumi jagavad mitmed operaatorid ja konstellatsioonid.
• Regulatsioon ja rahvusvaheline koostöö — tarvis on selgeid reegleid käitumiseks, andmete jagamiseks ja päästemeetmeteks.

Tulevikutrendid hõlmavad on-orbit teenuseid (remont, täiendamine), jätkusuutlikkuse standardite kehtestamist, suuremaid teadusmissioone Kuule ja Marsile, autonoomseid süsteeme satelliitidel ning suuremaid komertsprojekte (mega-konstellatsioonid, kommertsstatsioonid). Samuti arenevad tehnoloogiad nagu elektriline propulsioon, tekstiilist ja kokkupandavad antennid ning tehisintellekti-põhine andmetöötlus pardal.

Kokkuvõte

Satelliidid on tänapäeva ühiskonna ja teaduse lahutamatu osa — nad toetavad side- ja navigatsioonivõrke, jälgivad keskkonda, aitavad teadlastel mõista universumit ning võimaldavad rahvusvahelisi koostööprojekte kosmoses. Tehnoloogia ja regulatsioon peavad arenema kiiresti, et tagada orbiiditeenuste jätkusuutlikkus ja ohutus tulevikus.

Praegu orbiidil olevad satelliidid

Tehissatelliidid on pärit enam kui 50 riigist ja nad on kasutanud kümne riigi satelliitide stardivõimalusi. Praegu töötab paarsada satelliiti, kuid tuhanded kasutamata satelliidid ja satelliidi fragmendid tiirlevad Maa ümber kosmosejäätmetena. Suurim satelliit on rahvusvaheline kosmosejaam, mille on kokku pannud mitu eri riiki (sh NASA, ESA, JAXA ja RKA organisatsioonid). Selle pardal elab tavaliselt kuuest astronautist või kosmonautist koosnev meeskond. See on pidevalt hõivatud, kuid meeskond vahetub. Hubble'i kosmoseteleskoopi on kosmoses viibivad astronaudid mitu korda remontinud ja uuendanud.

On ka inimtekkelisi satelliite, mis tiirlevad ümber millegi muu kui Maa. Mars Reconnaissance Orbiter on üks neist, mis tiirleb Marsi ümber. Cassini-Huygens tiirleb ümber Saturni. Venus Express, mida juhib ESA, tiirleb Veenuse ümber. Kaks GRAIL-satelliiti tiirlesid kuni 2012. aasta detsembrini Kuu ümber. Mitmed satelliidid on juba aastaid tiirelnud ümber Päikese ja üks lisandub 2019. aastal.

Inimtekkelistel satelliitidel on mitu peamist kasutusviisi:

• Teaduslik uurimine
• Maa seire - sealhulgas ilmaprognoosid ning tormide ja reostuse jälgimine
• Side - sealhulgas satelliittelevisioon ja telefonikõned
• Navigatsioon - sealhulgas globaalne positsioneerimissüsteem (GPS)
• Sõjaline - sealhulgas luurefotod ja side (tuumarelvad ei ole kosmoses lubatud).

Animatsioon, mis näitab GPS-satelliitide orbiite keskmisel Maa orbiidil.


ESTCube-1 on loodud teaduslikeks uuringuteks.

Orbits

Enamik inimtekkelistest satelliitidest on madalal Maa orbiidil (LEO) või geostatsionaarsel orbiidil. Orbiidil püsimiseks peab satelliidi külgsuunaline kiirus tasakaalustama gravitatsioonijõudu. Madalal orbiidil olevad satelliidid on sageli vähem kui tuhande kilomeetri kõrgusel maapinnast. Maa lähedal, LEO-s, peavad satelliidid liikuma kiiremini, et püsida orbiidil. Madalad orbiidid sobivad hästi satelliitide jaoks, mis pildistavad Maad. Paljud teevad tööd, mis nõuavad suurt orbitaalkallet (nad pendeldavad ekvaatori kohal ja all), et nad saaksid suhelda või vaadata teisi piirkondi. Satelliiti on lihtsam panna madalale Maa orbiidile, kuid Maa pealt vaadatuna tundub satelliit liikuvat. See tähendab, et satelliitantenn (teatud tüüpi antenn) peab alati liikuma, et saata või vastu võtta sidet selle satelliidiga.

Keskmine orbiit töötab hästi GPS-satelliitide puhul - Maa vastuvõtjad kasutavad satelliidi muutuvat asukohta ja täpset aega (ning sellist tüüpi antenni, mida ei pea suunama), et leida, kus Maal vastuvõtja asub. Kuid pidevalt muutuv positsioon ei tööta satelliittelevisiooni ja muud tüüpi satelliitide puhul, mis saadavad ja võtavad vastu palju teavet. Need peavad olema geostatsionaarsel orbiidil.

Geostatsionaarsel orbiidil olev satelliit liigub ümber Maa sama kiiresti kui Maa pöörleb, nii et maapinnalt vaadates tundub, et ta on paigal (ei liigu). Selleks, et satelliit saaks niimoodi liikuda, peab ta olema otse ekvaatori kohal ja 35 786 kilomeetri (22 236 miili) kõrgusel maapinnast.

Satelliit geostatsionaarsel orbiidil.

Küsimused ja vastused

K: Mis on satelliit?

K: Milleks kasutatakse satelliite?

K: Millal saadeti esimene tehissatelliit orbiidile?

K: Kes oli esimene elusolev reisija, kes saadeti orbiidile?

K: Millal Ameerika Ühendriigid oma esimese satelliidi orbiidile tõid?

K: Millal käivitas Ühendkuningriik oma esimese satelliidi?

K: Mitu satelliiti on sellest ajast alates orbiidile saadetud?

Otsing