Солнце сдует геостационарные спутники

Шотландские ученые нашли способ решения давно назревающей проблемы – перенаселенности геостационарной орбиты Земли различными спутниками.

Геостационарная толкучка

Если на трехмерную карту нанести все космические аппараты, летающие вокруг Земли, нетрудно заметить, что большое число спутников образуют тонкое кольцо радиусом 36 тыс. километров, лежащее в плоскости экватора. Это так называемая геостационарная орбита. Она уникальна тем, что, двигаясь по ней, спутники могут зависать над одной и той же точкой на поверхности Земли. Такое обстоятельство делает геостационарную орбиту чрезвычайно привлекательной для запусков в первую очередь спутников связи, а также метеорологических, разведывательных и навигационных аппаратов. И сейчас на геостационарной орбите находится около полутысячи космических аппаратов, поэтому с Земли приходится следить за тем, чтобы спутники не мешали друг другу.

В 1984 году американский физик Роберт Форвард предложил идею расширить геостационарную орбиту, оборудовав спутники солнечными парусами. Идея проста – ориентировать парус так, чтобы солнечный ветер оказывал на спутник силу, перпендикулярную плоскости экватора. Это, считал Форвард, позволит спутникам зависать как слегка севернее, так и немного южнее истинной геостационарной орбиты. Позднее некоторые ученые показали, что идея Форварда нереализуема, так как не учтенная им проекция силы, параллельная экватору, не позволит орбите стать устойчивой.

Однако аспирант Шахид Бэйг и профессор Колин Макиннс из Лаборатории перспективных космических проектов шотландского университета в Стратклайде математически доказали правоту Форварда.

Как ветром сдует

«Большинство спутников двигаются по кеплеровским орбитам, названным в честь Иоганна Кеплера. Любой неуправляемый спутник в космосе летает по своей кеплеровской орбите. Однако мы нашли семейство некеплеровских орбит, на которых движение спутников не подчиняется обычным законам орбитального движения. Спутники на таких орбитах обращаются вокруг Земли с периодом 24 часа. Давление солнечного света, отраженного от паруса, способно сдвинуть орбиту спутника выше или ниже геостационарной и слегка удалить центр орбиты в сторону от Солнца»,— пояснил Макиннс.

Рассчитать семейства новых орбит ученым удалось, решая задачу двух тел в присутствии постоянно действующего возмущающего фактора. Сдвиг орбиты будет находиться в пределах 50 километров над геостационарной, однако, по мнению ученых, это значительно облегчит вывод новых спутников. По словам ученых, их открытие может приблизить реализацию еще одной давней, красивой научной идеи. Спутник, висящий над одной и той же точкой на поверхности, идеально подходит для передачи на Землю энергии Солнца. Для этого превращенную солнечной батареей в ток энергию Солнца планируется передавать на Землю в виде узконаправленного пучка микроволнового излучения, а на поверхности – утилизировать ее при помощи приемника. Работа шотландских ученых опубликована в Journal of Guidance, Control and Dynamics.