Ударила "Молния": 50 лет первому советскому спутнику на геостационарной орбите
Ровно полвека назад, 29 июля 1974 года ракета-носитель «Протон-К» с разгонным блоком «ДМ» вывела на геостационарную орбиту экспериментальный космический аппарат «Молния-1С», созданный специалистами Научно-государственного объединения прикладной механики имени Решетнева. С запуска этого спутника началось освоение Советским Союзом стационарной орбиты. Запуск позволил в последующие годы создать крупнейшую группировку космических аппаратов, обеспечивающих покрытие всей территории страны сетью вещания и связи, открыл для СССР новые возможности для непосредственного телевизионного вещания за рубеж.
Что такое геостационарная орбита и чем она хороша
Геостационарная орбита (ГСО) - это когда искусственный спутник вращается вдоль экватора вокруг Земли с той же угловой скоростью, что и Земля. Это возможно, если орбита спутника круговая, на удалении от Земли около 36 000 км и с близким к нулю наклонением к плоскости экватора. Спутники, летящие по этой орбите, совершают оборот вокруг Земли за 24 часа и таким образом как бы «висят» над одной точкой экватора. Такое расположение спутника связи даёт ряд существенных преимуществ: спутник неподвижен относительно земного наблюдателя, поэтому нет необходимости строить на Земле сложные антенные системы, отслеживающие движущиеся спутники, исключает технические проблемы меняющегося допплеровского сдвига частоты сигналов, усложняющего связь. Кроме того, с высоты геостационарной орбиты всего один спутник может охватить своим сигналом около трети Земного шара. Но есть у ГСО и два недостатка: отсутствие его видимости из полярных и приполярных районов, а также необходимость довольно высокой по тем временам мощности спутниковых ретрансляторов (транспондеров).
Понятие геостационарной орбиты появилось в начале двадцатого столетия. О преимуществах орбиты на высоте 35 900 километров с периодом равным периоду обращения Земли писали Константин Циолковский (Российская империя, РСФСР, СССР), Герман Оберт (Австро-Венгрия, Дойч Рейх, ФРГ), Герман Поточник (Австро-Венгрия, Королевство Югославия, Австрия) и Артур Кларк (Великобритания, Шри-Ланка). В своей статье о внеземных ретрансляторах он описал сеть геостационарных спутников, располагаемых через равные интервалы над земным экватором.
Первый спутник на геостационарную орбиту (Syncom-3) был запущен в США в августе 1964 года.
Как все начиналось
Выгодность создания ретранслятора на геостационарной орбите для нашей необъятной страны стала очевидной сразу после запуска первого спутника, а, может, и раньше. Ведь чтобы иметь устойчивую связь с Дальним Востоком, необходимо построить сотни высоченных башен с ретрансляторами.
В 1961 году, после полета Гагарина главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королёв обратился с письмом в ЦК КПСС и Совет Министров СССР, в котором предложил создать спутниковую систему связи, которую можно было бы использовать не только для трансляции телевизионных и радиопередач Советского Союза всему миру, но и в интересах Минобороны для связи с удаленными гарнизонами, надводными и подводными кораблями в акватории мирового океана.
Соответствующее постановление было принято, и 31 декабря 1961 года в «Правде» появилась статья страшно засекреченного Королёва , подписанная «Проф. К.Сергеев», в которой он описал несекретную часть своей идеи: «Еще мало изученные пространства космоса, несомненно, представляют большой практический интерес для решения целого ряда прикладных задач народного, хозяйственного и научного значения. Можно ожидать в ближайший период времени создания системы спутников-станций для целей связи и ретрансляции радио — и телевизионных передач, для навигации судов и самолетов, для систематического наблюдения за погодой, а в будущем, быть может, и для некоторого активного воздействия на формирование погоды».
Работы по «связному» космическому аппарату, получившего название «Молния», начались в проектном секторе Евгения Рязанова отдела № 9 ОКБ-1, которым руководил Михаил Тихонравов. У проектантов было огромное желание создать космический аппарат – ретранслятор телевизионных и радиосигналов непосредственно на геостационарной орбите, но расчеты баллистиков показали, что самая мощная в то время ракета-носитель 8К78 (позже тоже получившая название «Молния») не могла доставить на ГСО более 100 кг. Но такой маленький спутник не мог быть оснащен достаточным количеством передающих и приемных систем необходимой мощности и потому не удовлетворял разработчиков бортовой и ретрансляционной аппаратуры.
Решено было, пока нет более мощной ракеты, отказаться от использования ГСО и выводить аппараты связи на высокоэллиптические орбиты с наклонением около 65 градусов к экватору, летая по которым спутник поднимался на высоту 40 000 км над северным полушарием и опускался до высоты около 400 км над южным. Такая орбита в течение 8-9 часов обеспечивала длительность непрерывной видимости со спутника Москвы и Владивостока.
На такую орбиты РН 8К78 могла вывести огромный по тем временам спутник массой 1600 кг. Для сравнения, в США в то время стремились создать спутник связи массой всего около 300 кг.
Такое решение позволяло разместить на спутнике больше зарезервированных устройств и систем, и тем самым существенно повысить его надежность и увеличить ресурс до года. Использование на спутниках солнечных батарей большой площади и буферных батарей большей массы позволяло создавать более мощные бортовые ретрансляторы. Полуторатонная масса спутника позволяла иметь на его борту достаточно топлива для многократной коррекции траектории.
И такой спутник «Молния-1» был создан в ОКБ-1 (ЦКБЭМ, НПО «Энергия). К лету 1964 года изделие № 2 было готово к запуску с Байконура. 4 июня 1964 года при выведении спутник был потерян из-за аварии второй ступени ракеты-носителя 8К78.
Следующий пуск 22 августа 1964 года стал частично успешным. Спутник №1, получивший открытое название «Космос-41», был выведен на расчетную орбиту высотой 394 х 39 855 км, наклонением 64 град, периодом обращения 11 часов 54 минуты. К сожалению, обе (основная и дублирующая) параболические антенны развернулись не полностью. Использовать спутник по назначению было невозможно, но другие системы нового изделия показали надежную работу.
И только спутник «Молния-1» № 3, запущенный 23 апреля 1965 года, показал свои возможности: жители Дальнего Востока впервые могли в реальном времени смотреть первомайский военный парад 1965 года, проходивший в Москве.
В 1966 году серийное производство «Молнии-1» было запущено в филиале №2 ОКБ-1 (позже - ОКБ-10, КБ прикладной механики, НПО ПМ, ОАО ИСС), руководимое Михаилом Решетнёвым.
В дальнейшем от одиночных пусков перешли к созданию спутниковых систем и более совершенных спутников. Например: в 1967 году стала функционировать система спутниковой связи для обеспечения телефонно-телеграфного сообщения на территории СССР, а также для передачи программ Центрального телевидения на 20 специально созданных земных станций с антеннами диаметром 12 метров (система «Орбита») на базе «Молния-1+». Благодаря «Орбите» к началу 1968 года количество зрителей ЦТ выросло на 20 млн человек. Кроме того, группировка КА «Молния-1+» входила в систему связи и боевого управления Ракетных войск стратегического назначения.
В дальнейшем были созданы системы на базе КА «Молния-2» (1971), «Молния-3» (1974), «Молния-1Т» (1983), «Молния-3К» (2001). Но от идеи использовать геостационарную орбиту не отказались.
Начало освоения геостационара
В конце 1960-х годов в ОКБ-52 под руководством генерального конструктора Владимира Челомея был создан тяжёлый трёхступенчатый носитель «Протон-К», который при использовании совместно с разработанным в ЦКМЭМ (бывшее ОКБ-1) разгонным блоком «ДМ» мог выводить тяжёлые спутники на давно желанную геостационарную орбиту. В КБ прикладной механики началась разработка нового мощного связного аппарата «Грань», предназначенного исключительно для работы на геостационарной орбите.
Для отработки технологии использования РН «Протон К»\РБ «ДМ» для выведения полезной нагрузки на ГСО в марте 1974 года был успешно запущен габаритно-весовой макет аппарата «Грань» массой 2 тонны, известный под названием «Космос-637».
А вот для отработки принципов и систем связи с геостационарными спутником в КБ ПМ была создана модификация готовившегося к серийному выпуску обновленного аппарата «Молния-1+» (11Ф658), получившая название «Молния-1С».
«Молния-1С» — экспериментальный спутник связи, первый советский космический аппарат, выведенный на геостационарную орбиту. Запуск произведён 29 июля 1974 года с космодрома Байконур ракетой-носителем «Протон-К» с разгонным блоком типа «ДМ». Аппарат массой 1600 кг, выведен на геостационарную орбиту с параметрами: расстояние от поверхности Земли 35 850 км, наклонение к плоскости экватора 0 градусов 4 минуты, период обращения 23 часа 59 минут.
Расчётный срок работы спутника был определён в два года, но проработал более трёх лет — до 4 августа 1977 года. За это время были отработаны процедуры не только вывода на ГСО, приведения спутника в расчётную орбитальную позицию и стабилизации на ней. Конструкторы получили необходимую информацию о функционировании бортовых систем на геостационаре, испытали новейшие технологии спутниковой радиосвязи и передачи данных. Его эксплуатация продемонстрировала высокую эффективность использования космических аппаратов на орбите данного типа.
«Молния-1С» был первым и единственным аппаратом типа «Молния», работавшим на геостационарной орбите. Этот аппарат и сейчас находиться на орбите. Его медленный дрейф в точку захоронения отслеживается средствами Системы контроля космического пространства Космических войск ВКС России.
Со временем на смену «Молнии -1С» пришли аппараты более совершенные, созданные специально для ГСО. В 1975 года на геостационаре свое место занял первый спутник связи серии «Радуга» (11Ф638, кодовое название «Грань»). Эти спутники основали Единую систему спутниковой связи, принятую на вооружение в 1979 году. Кроме обеспечения телефонно-телеграфной связью Вооруженных сил спутники «Радуга» использовались и в гражданских целях: один из ретрансляторов работал в интересах народного хозяйства СССР и даже использовался международной организацией «Интерспутник».
За «Радугой» последовали новые разработки: «Экраны», «Горизонты» и другие спутники связи вплоть до современных «Экспрессов» и «Ямалов».
В настоящее время на геостационарной орбите работают несколько десятков космических аппаратов, которые входят в отечественные системы телекоммуникации и связи, а также Системы предупреждения о ракетном нападении.
Спутники типа «Молния» больше не выпускаются. Последний аппарат был запущен 18 февраля 2004 года.
