3.3.3 Геодезические спутники

Геодезические спутники предназначаются для точного определения формы Земли и конфигурации ее гравитационного поля. Эти данные важны как для научных целей, так и для составления точных топографических карт и наведения ракет дальнего действия.

Несферичность гравитационного поля Земли искажает траектории движения всех спутников, и любой из них в той или иной степени может использоваться для геодезических измерений. Так, уже первый искусственный спутник, запущенный в 1957 г., позволил уточнить значение экваториального сжатия Земли. Однако для более точных измерений геопотенциала необходимо минимизировать влияние на траекторию других возмущающих факторов, прежде всего сопротивления атмосферы.

По этой причине специализированный геодезический спутник должен иметь максимальное отношение массы к площади поперечного сечения (минимальный баллистический коэффициент) и выводиться на высокую, предпочтительно круговую орбиту.

Спутники, предназначенные специально для геодезических измерений, стали запускаться в СССР с 1968 г. Они выводились ракетами С-1 («Космос») на круговые орбиты высотой 1200 км с наклонением 74 градуса, и их сигналы были очень похожи на сигналы дебютировавших годом ранее навигационных спутников. Это вполне объяснимо, так как техника доплеровских измерений может использоваться и для навигации и геодезических целей. Однако не образующие упорядоченной системы одиночные спутники не позволяют проводить привязку в произвольное время и в произвольном месте, что делает очевидным их использование преимущественно для геодезических измерений.

Отдельные спутники данной серии выводились на орбиты, отличающиеся от остальных по наклонению («Космос-480» и «Космос-708»). Для навигации это сулило бы только дополнительные сложности, но для геодезических целей сопоставление измерений при различных наклонениях представляет интерес.

С 1972 г. высота орбит геодезических спутников увеличилась до 1300—1400 км, что могло быть связано либо с некоторым уменьшением их массы, либо с улучшением энергетических характеристик носителя «Космос»¹, а с 1981 г. геодезические спутники стали запускаться более грузоподъемным носителем «Циклон» (F-2). Новые спутники выводились на орбиты высотой 1500 км и наклонением 73,6 или 82,6 градуса, В 1989 г. очередной спутник этого типа, «Космос-1950», был назван «элементом комплекса «Гео-ИК» и сообщалось, что его бортовое оборудование включает передатчик для доплеровских измерений, импульсную лампу и лазерные уголковые отражатели.

Внешний вид «Космоса-1950» (рис. 3.8) показывает его конструктивное родство с низкоорбитальными навигационными спутниками, объясняющееся близостью задач и сходством используемых методик. Установленная на спутнике импульсная лампа способна выдавать серии из 9 вспышек с энергией 800—1200 джоулей до 55 раз в сутки. Фотографирование их на фоне звездного неба позволяет определить местоположение точки наблюдения с точностью до 15 метров [13]. (Такая же методика использовалась на американских геодезических спутниках «Анна-1» и «Геос», запускавшихся в 1962—1975 гг.). Ограниченный ресурс бортовых систем диктует необходимость запусков геодезических спутников в среднем раз в год. Несравненно более долговечными являются пассивные спутники, оборудованные уголковыми отражателями для лазерной локации. Первым спутником такого класса стал американский «Лагеос», выведенный на орбиту в 1976 г. В СССР уголковые отражатели начали устанавливаться на спутниках системы «Глонасс», а в 1989 г. вместе с очередными парами «Глонассов» были запущены два специальных геодезических спутника «Эталон».

Спутники «Эталон» аналогичны по конструкции «Лагеосу» и представляют собой сферический корпус диаметром 1294 мм из алюминиево-титанового сплава, в который вмонтировано 306 сборок из 7 кварцевых уголковых отражателей каждая. Шесть из более чем 2100 отражателей каждого спутника изготовлены из германия и предназначаются для проведения в будущем измерений в инфракрасном диапазоне.

Впоследствии планировалось запустить еще два «Эталона», хотя спутники, в которых нечему ломаться, на орбитах высотой около 19000 километров могут функционировать практически вечно.