Штучні Супутники Землі ( ШСЗ ) - космічні літальні апарати, виведені на орбіти довкола Землі і призначені для вирішення наукових і прикладних завдань.

Користуючись законом всесвітнього тяжіння і ІІ законом Ньютона, можна розрахувати швидкість, яку необхідно надати тілу, щоб воно рухалося по коловій орбіті навколо Землі. Ця швидкість буде дорівнювати квадратному кореню з відношення гравітаційної сталої та маси Землі до суми радіусу Землі і висоти, на якій знаходиться тіло.

Мінімальну швидкість, яку необхідно надати тілу в горизонтальному напрямі, щоб воно стало штучним супутником Землі, називають першою космічною швидкістю. Її можна розрахувати як квадратний корінь з радіусу Землі і прискорення вільного падіння. Перша космічна швидкість приблизно дорівнює 8 кілометрів за секунду.

Запуск першого ШСЗ, що став першим штучним небесним тілом, створеною людиною, був здійснений в СРСР 4 жовтня 1957 і з ' явився результатом досягнень в області ракетної техніки, електроніки, автоматичного управління, обчислювальної техніки небесної механіки і ін. розділів науки і техніки.

За допомогою цього вперше була виміряна щільність верхньої атмосфери ( по змінах його орбіти ), досліджені особливості поширення радіосигналів в іоносфері, перевірені теоретичні розрахунки і основні технічні рішення, пов ' язані з виведенням ШСЗ.

1 лютого 1958 на орбіту був виведений перший американський ШСЗ ( штучний супутник Землі ) « Експлорер -1», а декілька пізніше самостійні запуски виробили і інші країни : 26 листопада 1965 Франція ( супутник « А -1»), 29 листопада 1967 Австралія (« ВРЕСАТ -1»), 11 лютого 1970 Японія (« Осумі »), 24 квітня 1970 КНР ( Китайська Народна Республіка ) (« Китай -1»), 28 жовтня 1971 Великобританія (« Просперо »).

У практиці космічних досліджень широкого поширення набула міжнародна співпраця. Так, в рамках науковотехнічної співпраці соціалістичних країн запущений ряд ШСЗ. Перший з них « Інтеркосмос -1» був виведений на орбіту 14 жовтня 1969.

Всього до 1973 запущено понад 1300 ШСЗ різного типа, у тому числі близько 600 радянських і понад 700 американських і ін. країн включаючи пілотовані космічні кораблі - супутники і орбітальні станції з екіпажем.

Відповідно до міжнародної домовленості космічний апарат називається супутником, якщо він зробив не менше одного звороту довкола Землі. Інакше він вважається ракетним зондом, що проводив виміри уздовж балістичної траєкторії, і не реєструється як супутник. Залежно від завдань, що вирішуються з допомогою ШСЗ, їх підрозділяють на науководослідницькі і прикладні.

Якщо на супутнику встановлені радіопередавачі, та або інша вимірювальна апаратура, імпульсні лампи для подачі світлових сигналів і т. п., його називають активним.

Пасивні ШСЗ призначені зазвичай для спостережень із земної поверхні при вирішенні деяких наукових завдань ( до таких ШСЗ належать супутники - балони, що досягають в діаметрі декількох десятків мкоду ).

Науково - дослідницькі служать для досліджень Землі, небесних тіл, космічного простору. До їх числа відносяться, зокрема, геофизичні супутники, геодезичні супутники, орбітальні астрономічні обсерваторії і ін.

Прикладними є супутники зв язку, метеорологічні супутники, ШСЗ для дослідження земних ресурсів, навігаційні супутники, супутники технічного призначення ( для дослідження дії космічних умов на матеріали, для випробувань і відробітку бортових систем ) і ін.

ШСЗ, призначені для польоту людей, називаються пілотованими кораблями - супутниками. На екваторіальній орбіті, лежачій поблизу плоскості екватора, називаються екваторіальними, на полярній ( або приполярною ) орбіті, яка проходить поблизу полюсів Землі, полярними, виведені на кругову екваторіальну орбіту, видалену на км. від поверхні Землі, і рухомі в напрямі, співпадаючому з напрямом обертання Землі, « висять » непорушно над однією точкою земної поверхні ; такі супутники називаються стаціонарними.

Відповідно до міжнародної системи реєстрації космічних об ' єктів ( ШСЗ, космічних зондів і ін.) в рамках міжнародної організації КОСПАР в космічні об ' єкти позначалися роком запуску з додаванням букви грецького алфавіту, відповідної порядковому номеру запуску в даному році, і арабської цифри номери орбітального об ' єкту залежно від його яскравості або міри наукової значущості.

Відповідно до різноманітності наукових і прикладних завдань, що вирішуються з допомогою ШСЗ, супутники можуть мати різні розміри, масу, конструктивні схеми, склад бортового устаткування. Наприклад, маса найменшого ШСЗ ( з серії « ЕРС ») всього 0,7 кг ; радянський ШСЗ « Протон -4» мав масу близько 17 т.

Енергоживлення бортової апаратури більшості ШСЗ здійснюється від сонячних батарей, панелі яких орієнтуються перпендикулярно напряму сонячних променів або розташовані так, щоб частина з них освітлювала Сонцем при будь - якому його положенні відносно ШСЗ ( так звані всенаправлені сонячні батареї ).

ШСЗ виводяться на орбіти за допомогою автоматичних керованих багатоступінчастих ракет - носіїв, які від старту до деякої розрахункової крапки в просторі рухаються завдяки тязі, що розвивається реактивними двигунами.

Ця дорога, звана траєкторією виведення ШСЗ на орбіту, або активною ділянкою руху ракети, складає зазвичай від декількох сотень до двох - трьох тис. км.. Ракета стартує, рухаючись вертикально вгору, і проходіт крізь найбільш щільні шари земної атмосфери на порівняно малій швидкості ( що скорочує енергетичні витрати на подолання опору атмосфери ).

При підйомі ракета поступово розвертається, і напрям її руху стає близьким до горизонтального. На цьому майже горизонтальному відрізку сила тяги ракети витрачається не на подолання гальмівної дії сил тяжіння Землі і опору атмосфери, а головним чином на збільшення швидкості. Після досягнення ракетою в кінці активної ділянки розрахункової швидкості ( по величині і напряму ) робота реактивних двигунів припиняється ; це так звана точка виведення ШСЗ на орбіту.

Контроль руху ШСЗ і вторинних орбітальних об ' єктів здійснюється шляхом спостережень їх із спеціальних наземних станцій. За результатами таких спостережень уточнюються елементи орбіт супутників і обчислюються ефемериди для майбутніх спостережень, у тому числі і для вирішення різних наукових і прикладних завдань.

По використовуваній апаратурі спостереження ШСЗ розділяються на оптичних, радіотехнічних, лазерних ; по їх кінцевій меті на позиційні ( визначення напрямів на ШСЗ ) і далекомірні спостереження, виміри кутової і просторової швидкості.

Найбільш простими позиційними спостереженнями є візуальні ( оптичні ), виконувані за допомогою візуальних оптичних інструментів і дозволяючі визначати небесні координати ШСЗ з точністю до декількох хвилин дуги.

Для вирішення наукових завдань ведуться фотографічні спостереження за допомогою супутникових фотокамер, що забезпечують точність визначень до 12¢¢ по положенню і 0,001 сік за часом.