космические летательные аппараты, предназначенные для проведения физических исследований околоземного межпланетного космического пространства, небесных тел Солнечной системы и их окрестностей. В отличие от высотных зондов, высотных зондирующих ракет, К. з. осуществляют измерения на удалениях от земной поверхности, превышающих радиус Земли. Применительно к спутникам, выведенным на орбиты с малым и средним эксцентриситетом, термин "К. з." не употребляется. К категории К. з. относятся космические летательные аппараты, запускаемые к Луне и планетам. Первый в мире К. з., получивший название "Луна-1", запущен в СССР 2 января 1959. Он был выведен на гиперболическую орбиту относительно Земли и, двигаясь по ней, прошёл 4 января 1959 вблизи Луны, покинул сферу действия тяготения Земли и стал первой искусственной планетой Солнечной системы. Космические аппараты, выводимые на гелиоцентрические орбиты, часто называют дальними К. з. К. з., предназначенные для исследований Луны, Марса, Венеры, в отечественной практике часто называют автоматическими межпланетными станциями (АМС), лунными станциями и т. п. В США такие аппараты называются лунными зондами, марсианскими зондами и т. п. Космическими станциями часто называются зонды для исследования периферийных областей околоземного космического пространства и межпланетного пространства (например, американские спутники IMP, советские К. з., входившие в системы "Электрон"). Типичными К. з. являются космические аппараты серии "Зонд" (СССР) и аппараты серии "Пионер" (США). Они предназначались для исследования околоземного и межпланетного пространства; аппараты серии "Зонд", начиная с "Зонда-3", доставили много ценных сведений для изучения Луны и её окрестностей (см. также "Луна").

Научные измерения на К. з. осуществляются либо при помощи бортовой аппаратуры (измерения потоков частиц, магнитного поля и т. д.), либо путём фотографических исследований и дистанционных измерений. Полученные в эксперименте результаты обычно передаются по телеметрическим или телевизионным каналам (например, эксперименты с "Луной-3", аппаратами серии "Венера" и др.) или доставляются на Землю в возвращаемом аппарате (например, некоторые из аппаратов серии "Зонд", "Луна-16").

На межпланетные трассы К. з. выводятся обычно с промежуточной орбиты ИСЗ. Посадка их на др. небесные тела осуществляется обычно также с промежуточной орбиты искусственного спутника. При возвращении на Землю (например, некоторых аппаратов серии "Зонд") практикуется вход аппаратов в атмосферу непосредственно со второй космической скоростью (См. Космические скорости). Параметры траектории К. з. определяются с помощью системы радиотехнических наблюдений. Иногда для этой цели используются фотографические наблюдения комет искусственных (См. Кометы) (например, при запуске "Луны-1" и "Луны-2").

С помощью К. з. получены первые экспериментальные данные о периферийных областях околоземного космического пространства. Обнаружена и детально исследована Магнитосфера Земли. Открыт ("Луна-1", "Луна-2") Солнечный ветер - непрерывный поток частиц, излучаемых Солнцем в спокойных условиях, и выбросы частиц, характерных для повышений активности Солнца. Наряду с исследованием этих потоков были изучены и "вмороженные" в них магнитные поля, а также взаимодействие потоков солнечного ветра с магнитосферой Земли, что имеет большое значение для изучения динамики магнитных бурь, возникновения полярных сияний и др. геофизических явлений, обусловленных солнечно-земными связями.

К. з., запущенные к Венере и Марсу, позволили получить экспериментальные данные о ближайших окрестностях и атмосферах этих планет; с помощью К. з. получены фотографии поверхности Луны и Марса, изучены физические характеристики лунного грунта. Последние исследования осуществлялись как непосредственно на Луне, так и на образцах лунного грунта, доставленных на Землю.

Существует международная система регистрации и обозначения К. з. (см. в ст. Искусственные Спутники Земли). В национальных программах космических исследований сериям К. з. часто даются собственные названия: серии "Луна", "Зонд", "Маринер" и т. п.

Лит.: Dictionary of technical terms for aerospace use, Wash., 1965.

М. Г. Крошкин.

Флуктуации электрические в приёмной антенне (См. Антенна), обусловленные радиоизлучением Солнца, звёзд, планет, межзвёздной среды и т.д. (см. Космическое радиоизлучение); независимо от их природы, проявляются при радиоприёме так же, как и шумы теплового происхождения (см. Шумы атмосферы, Шумы Земли). Интенсивность Ш. к. оценивают т. н. яркостной температурой неба - эквивалентной температурой гипотетической небесной сферы, окружающей антенну и обладающей свойствами абсолютно чёрного тела (См. Абсолютно чёрное тело). При этом критерием эквивалентности служит равенство уровней теплового излучения (См. Тепловое излучение) (по всем направлениям) гипотетической сферы и реальных источников Ш. к. температура неба быстро убывает с уменьшением длины волны λ. В частности, принимаемые антенной с широкой диаграммой направленности усреднённые Ш. к. (шумовой фон неба) падают с уменьшением λ пропорционально λ^―2,4; например, при λ ≈ 5 см температура Ш. к. (см. Шумовая температура) составляет около 15 К.

И. М. Айнбиндер.

первая, вторая, третья, критические значения скорости космического аппарата в момент выхода его на орбиту (т. е. в момент прекращения работы двигателей ракеты-носителя) в гравитационном поле. Каждая К. с. вычисляется по определённым формулам и может быть физически интерпретирована как минимальная начальная скорость, при которой космический аппарат, запускаемый с Земли, может или стать искусственным спутником (первая К. с.), или выйти из сферы действия тяготения Земли (вторая К. с.), или покинуть Солнечную систему, преодолев притяжение Солнца (третья К. с.). В литературе встречаются 2 варианта математического определений К. с. В одном из вариантов К. с. может быть вычислена для любой высоты над земной поверхностью или любого расстояния от центра Земли.

Первая К. с. υ_I на расстоянии r or центра Земли определяется по формуле , где f - постоянная тяготения, М - масса Земли. Принимается (см. Фундаментальные астрономические постоянные) fM = 398603 км³/сек². В небесной механике эта скорость называется также круговой скоростью, т. к. в задаче двух тел движение по кругу радиуса r тела с массой m вокруг др. тела, обладающего несравнимо большей массой М (при М >> m), происходит именно с такой скоростью.

Если в момент выхода на орбиту космический аппарат имеет скорость υ₀ = υ_I, перпендикулярную направлению на центр Земли, то его орбита (при отсутствии возмущений) будет круговой. При υ₀ < υ_I, орбита имеет форму эллипса, причём точка выхода на орбиту расположена в апогее. Если эта точка находится на высоте около 160 км, то сразу же после момента выхода на орбиту спутник попадает в лежащие ниже плотные слои атмосферы и сгорает. Т. о., для указанной высоты первая К. с. является минимальной для того, чтобы космический аппарат стал спутником Земли. На больших высотах космический аппарат может стать спутником и при υ₀, несколько меньших υ_I, вычисленной для этой высоты. Так, на высоте 300 км космическому аппарату для этого достаточно иметь скорость на 45 м/сек меньшую, чем υ_I.

Вторая К. с. υ_II на расстоянии r от центра Земли определяется по формуле . Вторая К. с. называется также скоростью освобождения (убегания, ускользания), или параболической скоростью, т. к. при начальной скорости υ₀ = υ_II, тело с массой m в задаче двух тел будет двигаться относительно тела с массой М (при М >>m) по параболической орбите и удалится сколь угодно далеко, освобождаясь, в известном смысле, от гравитационного воздействиям. Скорости, меньшие параболической, называются эллиптическими, а большие - гиперболическими, т. к. при таких начальных скоростях движение в задаче двух тел с массами m и М (при М >> m) происходит по эллиптической или гиперболической орбитам соответственно.

Значения первой и второй К. с. для различных высот h, отсчитываемых от уровня моря на экваторе (h = r - 6378 км), приведены в табл. 1.

Табл. 1. - Первая (υ_I) и вторая (υ_II) космические скорости для разных высот (h) над уровнем моря

------------------------------------------------------------

| h, км | υ_I км/сек | υ_II км/сек |

|----------------------------------------------------------|

| 0 | 7,90 | 11,18 |

|----------------------------------------------------------|

| 100 | 7,84 | 11,09 |

|----------------------------------------------------------|

| 200 | 7,78 | 11,01 |

|----------------------------------------------------------|

| 300 | 7,73 | 10,93 |

|----------------------------------------------------------|

| 500 | 7,62 | 10,77 |

|----------------------------------------------------------|

| 1000 | 7,35 | 10,40 |

|----------------------------------------------------------|

| 5000 | 5,92 | 8,37 |

|----------------------------------------------------------|

| 10000 | 4,94 | 9,98 |

------------------------------------------------------------

Понятия К. с. применяются также при анализе движения космических аппаратов в гравитационных полях любых планет или их естественных спутников, а также Солнца. Так можно определить К. с. для Венеры, Луны, Солнца и др. Эти скорости вычисляются по приведённым выше формулам, в которых в качестве М принимается масса соответствующего небесного тела. Значения fM для некоторых небесных тел приведены в табл. 2.

Табл. 2. - Значения гравитационной постоянной для Луны, Солнца и планет

----------------------------------------------------------

| Небесное тело | fM, км³/сек² |

|---------------------------------------------------------|

| Луна | 4,903․10³ |

|---------------------------------------------------------|

| Солнце | 1,327․10¹¹ |

|---------------------------------------------------------|

| Меркурий | 2,169․10⁴ |

|---------------------------------------------------------|

| Венера | 3,249․10⁵ |

|---------------------------------------------------------|

| Земля | 3,986․10⁵ |

|---------------------------------------------------------|

| Марс | 4,298․10⁴ |

|---------------------------------------------------------|

| Юпитер | 1,267․10⁸ |

|---------------------------------------------------------|

| Сатурн | 3,792․10⁷ |

|---------------------------------------------------------|

| Уран | 5,803․10⁶ |

|---------------------------------------------------------|

| Нептун | 7,026․10⁶ |

|---------------------------------------------------------|

| Плутон | 3,318․10⁵ |

----------------------------------------------------------

Третья К. с. υ_III определяется из условия, что космический аппарат, достигнув границы сферы действия тяготения (См. Сфера действия тяготения) Земли (т. е. расстояния около 930000 км от Земли), имеет относительно Солнца параболическую скорость (вблизи орбиты Земли эта скорость равна 42,10 км/сек). Относительно Земли в этот момент скорость космического аппарата не может быть меньше 12,33 км/сек, для чего, согласно формулам небесной механики, при запуске вблизи поверхности Земли (на высоте 200 км) скорость космического аппарата должна составлять около 16,6 км/сек.

В др. варианте математического определения первая, вторая и третья К. с. вычисляются по тем же формулам, но только для самой поверхности шаровой однородной модели Земли (радиусом 6371 км). В этом смысле первая К. с. является круговой скоростью, а вторая К. с. - параболической скоростью, рассчитанными для поверхности Земли. При этих условиях К. с. имеют единственные значения: первая К. с. равна 7,910 км/сек, вторая - 11,186 км/сек, третья - 16,67 км/сек. При гипотетическом запуске космического аппарата с поверхности такой модели Земли, принимаемой абсолютно гладкой и лишённой атмосферы, К. с. в точности отвечают физической интерпретации, указанной в начале статьи.

Аналогично К. с. могут быть вычислены также и для поверхностей др. небесных тел. Так, для Луны первая К. с. составляет 1,680 км/сек, вторая - 2,375 км/сек. Вторая К. с. для Венеры и Марса равна, соответственно, 10,4 км/сек и 5,0 км/сек.

Лит.: Дубошин Г. Н., Небесная механика. Основные задачи и методы, М., 1963; Левантовский В. И., Механика космического полета в элементарном изложении, М., 1970; Руппе Г. О., Введение в астронавтику, пер. с англ., т. 1, М., 1970.

Ю. А. Рябов.

Полет зонда к Солнцу требует решения многих инженерных проблем, связанных с поддержанием в нем температуры, при которой могут работать электронные приборы.

"Гелиос". Два западногерманских зонда "Гелиос" были запущены американскими ракетами "Титан-Центавр" 10 декабря 1974 и 15 января 1976 на орбиту вокруг Солнца для его изучения с относительно близкого расстояния. Это был совместный проект НАСА и ЕКА; каждое из них установило на зондах по 11 приборов для всестороннего изучения Солнца.

"Улисс". Особым солнечным зондом стал "Улисс", также совместно созданный НАСА и ЕКА. Этот аппарат, запущенный 6 октября 1990, предназначен для изучения Солнца и межпланетной среды над и под солнечными полюсами. Для этого его орбита должна существенно выходить из плоскости эклиптики, что требует гораздо больших затрат энергии. Эта дополнительная энергия была получена путем гравитационного маневра при сближении с Юпитером в феврале 1992. При первом облете Солнца "Улисс" прошел в 80,2. к югу и к северу от солнечного экватора, соответственно 13 сентября 1994 и 31 июля 1995, и получил уникальную информацию, поскольку с Земли невозможно исследовать эти области.

SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). Запущенный 2 декабря 1995 совместно НАСА и ЕКА на околосолнечную орбиту в точку Лагранжа L1 системы Земля - Солнце, этот зонд получает великолепные изображения Солнца в различных диапазонах спектра, а также изучает солнечную корону, используя внезатменный коронограф (с помощью которого уже было открыто несколько комет, влетевших в атмосферу Солнца).

В МЕЖПЛАНЕТНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Пространство между большими планетами Солнечной системы почти пусто, но и оно может немало рассказать о метеороидах, солнечном магнитном поле и заряженных частицах - электронах и протонах. Первым зондом для исследования этих областей был американский "Пионер-5", запущенный 11 марта 1960. Он двигался по орбите между Землей и Венерой, передавая данные об условиях в межпланетном пространстве, пока не удалился от Земли на рекордное для тех лет расстояние в 36,2 млн. км.

В начале 1960-х годов в НАСА разработали простые и легкие (63 кг), стабилизированные вращением зонды для исследования межпланетного пространства, которые выводились относительно дешевой ракетой "Дельта". На орбиту вокруг Солнца вывели четыре аппарата: "Пионер-6, -7, -8 и -9" (запущены 16 декабря 1965, 17 августа 1966, 13 декабря 1967 и 8 ноября 1968), причем два между орбитами Венеры и Земли и два между Землей и Марсом. Связь с ними была прекращена лишь в марте 1997. Кроме научных исследований, эти зонды решали важную практическую задачу, предупреждая о мощных солнечных вспышках, которые могли быть опасны для астронавтов "Аполлона".

автоматический космический аппарат для прямого изучения объектов Солнечной системы и пространства между ними. Космические зонды проводят исследования планет, пролетая мимо них, двигаясь вокруг них по орбите, влетая в их атмосферу или достигая их поверхности. Прямые исследования далеких объектов с помощью приборов, установленных на космических зондах, дополняются наблюдениями с поверхности Земли и ее искусственных спутников. См. также АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА; РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АСТРОНОМИЯ; РАДИОАСТРОНОМИЯ; ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ.

Космические зонды могут сделать то, что недоступно приборам на Земле или на околоземной орбите: они могут получить изображения далеких объектов с близкого расстояния, измерить электромагнитные поля вокруг них, проделать прямой физический и химический анализ их атмосферы и поверхности, провести сейсмические исследования. В этой статье рассказано о развитии техники космического зондирования, а научные результаты описаны в статьях: СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА; АСТЕРОИД; КОМЕТА.

См. также: