Satelliidid

Martin Köstner

Satelliidiks nimetatakse mõne planeedi, enamasti on selleks Maa, tehiskaaslast. Kosmoseaparaadi abil on võimalik uurida ka planeetide looduslikke kaaslasi. Sellisel juhul on nad lennutatud kaaslase, mitte planeedi enda orbiidile. Otstarbeid on tehissatelliitidel rohkem kui üks. Need võimaldavad informatsioonihankimist kaugete planeetide ja galaktikate kohta, edastavad meteroloogiaalast teavat Maa kohta ja aitavad uurida keskkonna arengut. Lisaks eelnevale on satelliitide süsteem asendamatu tänapäevases telekommunikatsiooni ja kaardistamise vallas.

Satelliidi tööpõhimõte

Teelesaatmine toimub enamasti kanderaketi abil ja Maa pöörlemise suunas. Selleks, et aparaat orbiidile jõuaks on vaja saavutada I kosmiline kiirus, milleks Maa puhul on 7,9 km/s. Peale kanderaketi eraldumist saab tehiskaaslane mootorite abil muuta oma orbiiti, orbiidilt lahkuda, ühenduda kosmoselaevaga või teha muid manöövreid. Põhiliselt jaotatakse satelliidid rakenduslikeks ja teaduslikeks tehiskaaslasteks. Töölaadilt võivad teaduslikud tehiskaaslased olla passiivsed, kui maapinnal registreeritakse kaugseire teel neilt peegelduvat päikesekiirgust või nende endi soojuskiirgust või kui neile on paigutatud laserkiirepeegeldi, või aktiivsed, kui nende pardal asub uurimisaparatuur või nad lähetavad kaugseiret ja -mõõtmisi võimaldavaid signaale. Aktiivsel tehiskaaslasel on informatsiooni kogumise, salvestamise ja edastamise seadmed, näiteks raadiotelemeetriaseadmed, laser ja mõõteaparatuur. Seadmete energiaallikana kasutatakse päikesepatareisid, akumulaatoreid ja kütuseelemente ning tuumapatareisid. Pikemaajalisteks vaatlusteks ja mõõtmisteks sisustatud tehiskaaslased on orbitaalobservatooriumid ja orbitaaljaamad.

Satelliitsidesüsteemi ehitus ja tööpõhimõte

Informatsiooni ülekandmiseks kahe kaugel asetseva punkti vahel kasutatakse sageli raadioreleeliine, mis koosnevad kahest lõppjaamast ja ühest või enamast vahejaamast-retranslaatorist. Kuna retranslaatorite vahekaugus maapinnal on piiratud otsenähtavusega, ei saa see olla suur (<40 km). Seetõttu on tuhandete kilomeetrite pikkune sideliin rohkete retranslaatorite tõttu küllalt kallis. Satelliitsidesüsteemides (SSS) asub retranslaator kosmoses. See on nähtav laial territooriumil, nn teenindusalal, mille mõõtmed sõltuvad satelliidi kõrgusest ja satelliidilt lähtuva kiirguse suunatusest, ning laia kiire korral võib teenindusala hõlmata kolmandikku Maa pinnast. Satelliitsidesüsteemis võib olla kaks või enam Maa jaama ning satelliitidel asetsevaid retranslaatoreid. Satelliit püsib orbiidil ilma energiakuluta. Satelliidil asuvaid sideseadmeid varustatakse energiaga päikesepatareide abil. Satelliidi antennid vahendavad informatsiooni kandvat elektromagnetilist raadiokiirgust Maa jaama antennidega. Satelliidi retranslaatori kaudu võivad sidet pidada Maa jaamad, mis asuvad teeninduspiirkonnas. Selles piirkonnas kindlustatakse informatsiooni kvaliteetseks vastuvõtuks vajalik signaali tase. Piisab kolmest satelliidist, et luua globaalne satelliitsidesüsteem (SSS). Satelliitide orbiidid võivad asetseda ekvatoriaal-, polaar- ja kaldtasapinnal. Orbiidi ja ekvaatori tasandite vahelist nurka nimetatakse kaldeks ja tähistatakse i-ga. Kui i=0° , on orbiit ekvatoriaalne, kui i=90° on orbiit polaarne, kui 0° <i<90° , siis on tegu kaldorbiidiga. Väga populaarne on geostatsionaarne orbiit, mis kujutab endast ekvatoriaalset orbiiti kõrgusega 35 785 km. Sellisel orbiidil tiirlemise periood on üks ööpäev. Kui kosmoseaparaadi liikumise suund ühtib Maa pöörlemise suunaga, siis Maa pealt vaadates tundub kosmoseaparaat liikumatuna.

Esimene tehissatelliit

Esimeseks tehissatelliidiks sai nõukogude ‘Sputnik 1’, mis saadeti välja 4. oktoobril 1957. Sellest sündmusest algas “kosmoseralli” Nõukogude Liidu ja USA vahel. Eesmärgiks oli uurida esimesena kosmost, saata sinna inimene ja maanduda Kuul. ‘Sputnik 1’ oli esimene satelliidiseerias, mida nimetati Sputniku programmiks. Missiooniks oli atmosfäärilised uuringud, mille pikkuseks 3 kuud. Satelliit aitas tuvastada kõrgete atmosfäärikihtide tihedust ja saatis välja raadio-signaali. Kuna ‘Sputnik 1’ kest oli täidetud rõhu all oleva lämmastikuga, siis võimaldas see esimesena avastada meteoriite. Temperatuurimuutus meteoriidi läheduses (satelliidi siserõhk langes) võeti Maal signaalina vastu. ‘Sputnik 1’ liikus kiirusel 29 000 km/h ja väljastas signaali 20.005 ja 40.002 MHz, mida võtsid vastu raadioamatöörid üle kogu maailma. 22 päeva pärast said saatja patareid tühjaks (26. oktoobril 1957). Esimene tehissatelliit põles ära 4. jaanuaril 1958, kui see kukkus orbiidilt tagasi Maa atmosfääri. Kokku läbis ‘Sputnik 1’ umbes 60 miljonit kilomeetrit ja viibis orbiidil 3 kuud.

Astronoomilised satelliidid

Kosmoses paiknevad uurimisjaamad, millega jälgitakse kaugemaid planeete, galaktikaid ja teisi avakosmose objekte. Maalt pole võimalik sarnaseid uuringuid sooritada, sest meie atmosfäär filtreerib ja moonutab sissetulevat elektromagnetkiirgust. Teleskoop, mis tiirleb orbiidil (väljaspool Maa atmosfääri), võimaldab ilma segajateta ( õhu soojusturbulents ja Maale saabuva loomuliku valguse saaste) teadmisi saada. On kiirgusi, mida Maa pinnalt uurida on võimatu. Näiteks röntgenastronoomia. Ka infrapuna ja ultraviolett kiirguste tuvastamine on suurelt jaolt takistatud. Kosmoses paiknevaid uurimisjaamu saab laias laastus jagada kaheks: 1) missiooniga kaardistada taevas täies ulatuses ja 2) ülesandega uurida valitud osi kosmosest.

Sidesatelliit

Sidesatelliit on tehiskaaslane, mis paigutatakse kosmosesse telekommunikatsiooni eesmärgil. Modernsed satelliidid kasutavad erinevaid orbiite, sealhulgas geostatsionaarset orbiiti. Nende eesmärgiks on tagada laevaside, liiklusvahendite ühendus, lennu- ja teiste terminalide ühendus. Muidugi ja TV ja raadioside. Geostatsionaarne orbiit on kosmoses tihedaima asustusega ala, seal paiknevad ümber kogu ekvaatori sajad sidesatelliidid, mis tagavad inimestele sellised mugavused nagu telefoni, faksi, andmeedastuse, televisiooni, sõnumiedastuse ja muud sellelaadsed teenused. Selliste sidesatelliitide tüüpiline esindaja on Galaxy XI, mis startis 1999. aastal kanderakteil Ariane 4. Galaxy sarnaneb karbiga, millel on mitu satelliitantenni ja muud varustust. See satelliit paikneb ekvaatori kohal, tema läänepikkus on 91 ning ta teenindab Põhja-Ameerika ja Brasiilia kliente. Seda haldab rahvusvaheline sideorganisatsioon PanAmSat, mis on hetkel maailma juhtiv satelliidipõhiste kommertssideteenuste pakkuja ja kellel on 20 üleilmsesse võrgustikku kuuluvat satelliiti. Satelliidil Galaxy XI on transponderid, mis töötavad kindlal lainealal. Transponderid on kombineeritud saatjad – vastuvõtjad, mis võtavad vastu raadiosignaale ja edastavad automaatselt, sageli küll erineval sagedusel. Satelliidile edastatud signaalid on kohale jõudes nõrgad ning neid tuleb võimendada. Signaalid võetakse vastu ning saadetakse tagasi Maale, kasutades selleks täpse ehitusega paraboolantenne või peegeldajaid, mis suunavad signaalid Maale kindlale alale, mida nimetatakse levialaks, vahel ka jalajäljeks. Satelliidil on 20 C-riba ja 40 Ku-riba transponderid. C-riba transponderid teenindavad kaabeltelevisiooni kliente, Ku-riba aparatuuri kasutatakse videojaotuseks ning andmebaasivõrgustiku ja teiste üldsideteenuste jaoks. Mitme transponderi korral nõuab satelliidi töö palju elektrienergiat, seda toodavad tohutu suurte tiibadena laiuvad päikesepaneelid, mille siruulatus on 62 m, see on rohkem kui Boeing 747 tiival. Päikesepaneelide fotoelemendid on enamasti tehtud galliumarseniidist (mitte ränist), see tagab kaks korda suurema energiatootlikkuse. Paneelid on stardi ajal vastu kosmoseaparaati kokku volditud ning nad laotuvad laiali alles orbiidil. Neil on piki mõlemat paneeli äärt veel peegeldavad pinnad, mis moodustavad fotoelementidel päikesekiirte kogumiseks nõgusa renni. Galaxy XI võib toimida 10 kW võimsusega ja ta on siiani suurim ja võimsaim erakommertssidesattelliit. Ta kaalub 2,77 tonni. Samal ajal aitavad Maa-lähedasel orbiidil asuvad satelliidid kaasa üleilmse mobiilside ettevalmistamisele. Selle hulka kuuluvad ka häälsõnumid, faks ja andmeedastus. Globalstari satelliidisüsteem pakub satelliitteenuseid neile telefonivõrkude klientidele, kes liiguvad väljaspool levipiirkonda – inimestele, kes töötavad kohas, kus pole maapealseid tugisüsteeme, ja elanikele, kes elavad viletsa sideteenusega riikides, kus helistamisvajaduse rahuldamiseks on seni saanud kasutada vaid lauatelefone. Süsteemi saab kasutada ka rahvusvaheliste reiside korral, kui on vaja pidevat ühendust hoida. Telefonid näevad välja ja töötavad nagu mobiil- ja tavatelefonid, kuid selle erinevusega, et nad töötavad enam-vähem kõikjal ja kannavad kõne üle äärmiselt selge satelliitsignaali kujul. Nii nagu “kõverad torud” või peeglid, püüavad 48 Maa-lähedasel orbiidil tiirlevat Globalstari satelliiti signaalid kinni, hõlmates üle 80% Maa pinnast. Hõlmamata jäävad vaid kaugemad polaaralad ja osa ookeani keskel olevaid piirkondi. Kõne püüab kinni mitu satelliiti ja see ei lase kõnel kaduma minna isegi siis, kui telefon on mingi satelliidi levialast väljas.

Miniatuursed satelliidid

Ebaharilikult väikesed ja tavaliselt alla 500 kg kaaluvad satelliidid. Üks põhjuseid, miks selliseid väikseid tehissatelliite kasutada on maksumus. Suuremate satelliitide kosmosesse lennutamiseks on vaja suuremaid rakette, mis ühtlasi läheksid ka märksa kulukamaks. Miniatuurseid satelliite on odavam teele saata ka korraga.

Minisatelliit

‘Märgmassiga’ (kütus kaasa arvatud) 100-500 kg. Nende puhul kasutatakse sama tehnoloogiat, mis suuremategi puhul, aga nad on lihtsamad ja kergemad.

Mikrosatelliit

10-100 kg (koos kütusega). Seda terminit kasutatakse vahel ka suuremate tehiskaaslaste puhul. Disainitud on nad selleks, et töötada koos või ’rivis’.

Nanosatelliit

’Märgmassiga’ 1- 10 kg. Samamoodi töötavad nad enamasti koos ja lisaks kasutatakse suuremat ’emasatelliiti’, mis kogu info kokku kogub.

Pikosatelliit

0,1-1 kg (kütus kaasa arvatud). Töötavad hulgakesi koos ja kindlasti on vaja suuremat ’emasatelliiti’, mis saaks informatsiooni koguda ja vastuvõtjale saata.

Satelliitide missioonid

Side- ja kommunikatsioon
Maakera kaugseire
Ilmateenistus
Teaduslik uurimine

Kasutatud kirjandus

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite
2. T. Furniss ”Kosmosetehnika” 2001 Tallinna Raamatutrükikoda lk 174-200
3. http://www.fyysika.ee/doc/akad_4_satelliit.pdf