Типы орбит: как спутники и космические аппараты путешествуют по Вселенной

С момента, когда Иоганн Кеплер в XVII веке заложил основы современного понимания движения небесных тел, прошло уже более 400 лет — но его законы остаются фундаментом космонавтики. Сегодня страны по всему миру — от Европы до Азии и Северной Америки — запускают ракеты-носители, способные выводить спутники и межпланетные аппараты на самые разные орбиты: вокруг Земли, Луны, Солнца и других планет.

Но что такое орбита? И какие типы орбит используются в современных космических миссиях?

Что такое орбита?

Орбита — это изогнутая траектория, по которой одно тело движется вокруг другого под действием гравитации. Например, Луна вращается вокруг Земли, а Земля — вокруг Солнца. При этом даже массивные объекты не остаются «неподвижными»: Земля слегка смещается под влиянием Луны (что вызывает приливы), а Солнце тоже колеблется под воздействием планет.

Когда ракета-носитель выводит спутник в космос, она поднимает его на высоту, где атмосфера уже почти не оказывает сопротивления, а затем придаёт ему горизонтальную скорость. Если эта скорость достаточно велика, спутник начинает «падать» вокруг Земли, не касаясь её поверхности — так он переходит на орбиту.

В условиях вакуума космоса трение отсутствует, поэтому спутник может оставаться на орбите годами, выполняя свои задачи — будь то связь, навигация, наблюдение за погодой или изучение Вселенной.

Основные типы орбит

1. Низкая околоземная орбита (LEO)

Высота: до 2000 км (обычно 180–2000 км). Скорость: около 7,8 км/с. Период обращения: примерно 90 минут.

LEO — самая популярная орбита для научных, наблюдательных и пилотируемых миссий. На этой орбите находится Международная космическая станция (МКС), обслуживаемая американскими кораблями SpaceX Crew Dragon, российскими «Союзами», а ранее — европейскими ATV и японскими HTV. Также здесь работают спутники Starlink (США), OneWeb (Великобритания/Индия) и китайские аппараты дистанционного зондирования.

2. Полярная орбита (PO)

Высота: 200–1000 км. Особенность: спутник пролетает над полюсами, «сканируя» всю поверхность Земли по мере её вращения.

Идеальна для глобального мониторинга — от климатических изменений до чрезвычайных ситуаций. Такие орбиты используют индийские спутники Cartosat, российские Метеор-М, американские NOAA и китайские Gaofen.

3. Солнечно-синхронная орбита (SSO)

Подтип полярной орбиты. Высота: 600–800 км. Спутник пролетает над одной и той же точкой Земли каждый день в одно и то же местное время.

Это позволяет получать снимки при одинаковом освещении, что критически важно для долгосрочного анализа. Примеры: европейский Sentinel-2, американский Landsat, индийский Resourcesat, российский Канопус-В.

4. Средняя околоземная орбита (MEO)

Высота: между LEO и геостационарной орбитой (GEO), обычно выше радиационных поясов Ван Аллена. Применение: глобальные навигационные системы.

Здесь работают:

GPS (США),
ГЛОНАСС (Россия),
Galileo (Европа),
BeiDou (Китай).

Эти системы обеспечивают навигацию для авиации, судоходства, смартфонов и военных целей.

5. Геостационарная орбита (GEO)

Высота: 35 786 км над экватором. Период обращения: 23 часа 56 минут — точно совпадает с вращением Земли.

Благодаря этому спутники на GEO кажутся «неподвижными» с точки зрения наземного наблюдателя. Это идеально для телекоммуникаций и метеорологии. Примеры:

Intelsat и GOES (США),
Экспресс и Электро-Л (Россия),
Fengyun (Китай),
INSAT/GSAT (Индия),
EDRS (Европа).

Три таких спутника могут обеспечить почти глобальное покрытие.

6. Переходные орбиты и ГПО (GTO)

Часто спутники не попадают сразу на конечную орбиту. Сначала их выводят на геостационарную переходную орбиту (GTO) — вытянутый эллипс с перигеем в нескольких сотнях километров и апогеем на высоте 35 786 км. В апогее спутник включает двигатели, чтобы «округлить» орбиту.

Эта стратегия используется всеми крупными космическими державами — от SpaceX (США) до Long March (Китай), GSLV (Индия) и Протон/Ангара (Россия).

7. Высокоэллиптические орбиты (HEO)

Эксцентриситет близок к 1 — спутник то приближается к Земле на высокой скорости, то уходит далеко в космос. Такие орбиты полезны для длительных наблюдений издалека.

Примеры:

Российская система Молния (для связи в высоких широтах),
Европейская миссия SMILE (изучение магнитосферы),
Американские ранние разведывательные спутники.

8. Точки Лагранжа

На расстоянии около 1,5 млн км от Земли находятся особые зоны — точки Лагранжа (L1, L2 и др.), где гравитационные силы Солнца и Земли уравновешиваются.

Здесь работают:

James Webb Space Telescope (США/Европа/Канада),
Gaia, Euclid, PLATO (Европа),
Chang’e (Китай планирует миссии к L2),
Aditya-L1 (Индия — солнечная обсерватория в точке L1).

9. Гелиоцентрические орбиты

Некоторые аппараты покидают сферу влияния Земли и выходят на орбиту вокруг Солнца.

Примеры:

Solar Orbiter (Европа/США),
Parker Solar Probe (США),
Chang’e-2 (Китай — после лунной миссии отправился к астероиду),
Rosetta (Европа — комета 67P),
Comet Interceptor (будущая миссия ESA).

Ракеты-носители

Выбор ракеты зависит от массы полезной нагрузки, требуемой орбиты и доступных стартовых площадок. Сегодня в мире действует множество ракет-носителей, созданных разными странами:

Европа

Ariane 6 — мощный носитель (до 21,5 т на НОО), предназначен для тяжёлых спутников и миссий на GEO.
Vega-C — лёгкая ракета (до 2,2 т), идеальна для научных и наблюдательных миссий.

Обе ракеты стартуют с Космодрома в Куру (Французская Гвиана) и могут выводить несколько спутников на разные орбиты за один запуск.

США

Falcon 9 и Falcon Heavy (SpaceX) — многоразовые ракеты, доминирующие на рынке запусков. Falcon 9 регулярно доставляет грузы и астронавтов на МКС.
Atlas V и Delta IV Heavy (ULA) — надёжные носители для национальной безопасности и научных миссий (например, запуск JWST).
SLS (NASA) — сверхтяжёлая ракета для лунных и марсианских миссий.

Россия

Союз-2 — проверенная временем ракета для пилотируемых и грузовых миссий на МКС, а также для запусков с Куру (до 2022 г.).
Протон-М — тяжёлый носитель для GEO и межпланетных миссий (хотя сейчас используется редко).
Ангара — новое семейство ракет (от лёгкой до сверхтяжёлой), призванное заменить устаревшие системы и стартовать с российской территории.

Китай

Long March (Чанчжэн) — широкое семейство ракет: от лёгкой LM-6 до сверхтяжёлой LM-9 (в разработке).
- LM-5 выводила модули китайской станции Tiangong и аппарат Tianwen-1 к Марсу.
- LM-3B часто используется для спутников на GEO.

Индия

PSLV — надёжная лёгкая ракета, известная запуском 104 спутников за один рейс (рекорд 2017 г.).
GSLV Mk III (ныне LVM3) — тяжёлая ракета, использовалась для лунной миссии Chandrayaan-2/3 и вывода спутников на GEO.

Все эти ракеты способны выполнять сложные манёвры: выводить спутники на несколько орбит за один полёт, использовать переходные траектории и даже отправлять аппараты за пределы Земли.

Заключение

Выбор орбиты — это всегда компромисс между задачей миссии, стоимостью запуска и техническими возможностями. От низких орбит, где трудится МКС, до далёких точек Лагранжа, где заглядывают в глубины космоса, — каждая орбита открывает уникальные возможности для науки, технологий и жизни на Земле.

Сегодня космос стал по-настоящему международным: Европа, США, Россия, Китай, Индия и другие страны развивают собственные программы, но часто сотрудничают, объединяя усилия ради общего прогресса. Благодаря развитию ракет-носителей и точному планированию траекторий, человечество продолжает расширять границы своего присутствия в космосе — шаг за шагом, орбита за орбитой.