Введение

Американский спутник, запущенный в 1958 году; старейший искусственный объект, находящийся на орбите Земли. «Авангард-1» (Harvard обозначение: 1958 Beta 2, COSPAR ID: 1958 002B) — американский спутник, ставший четвёртым искусственным спутником Земли, успешно запущенным после «Спутника-1», «Спутника-2» и «Эксплорера-1». Запуск состоялся 17 марта 1958 года. «Авангард-1» был первым спутником, использующим солнечные батареи для электропитания. Хотя связь со спутником была потеряна в 1964 году, он и верхняя ступень его ракеты-носителя остаются старейшими рукотворными объектами на орбите. Достаточно маленький и легкий, чтобы его можно было нести в одной руке, «Авангард-1» был назван советским премьер-министром Никитой Хрущёвым «спутником-грейпфрутом».

Конструкция космических аппаратов

Космический аппарат представляет собой алюминиевую сферу диаметром 6 дюймов (152 мм) с антеннами, размахом в 3 фута. Он содержит передатчик мощностью 10 мВт, частотой 108 МГц, работающий от ртутной батареи, и передатчик мощностью 5 мВт, частотой 108,03 МГц, питаемый шестью солнечными элементами, установленными на корпусе спутника. Из сферы выдвигаются шесть длинных антенн – пружинных антенн из алюминиевого сплава. Передатчики использовались главным образом для передачи инженерных данных и данных слежения, а также для определения общего содержания электронов между спутником и наземными станциями.

Миссия

17 марта 1958 года трёхступенчатая ракета-носитель вывела спутник "Авангард" на эллиптическую орбиту с периодом 134,27 минуты, наклоненную под углом 34,25°. Первоначально предполагалось, что орбита будет существовать 2000 лет, однако было установлено, что давление солнечной радиации и атмосферное торможение при высокой солнечной активности вызывали значительные возмущения высоты перигея спутника, что привело к сокращению прогнозируемого срока его службы примерно до 240 лет.

Радиомаяк

Телеметрический передатчик мощностью 10 мВт, работающий от ртутных батарей в диапазоне 108 МГц и использовавшийся для научных спутников Международного геофизического года (IGY), и передатчик Minitrack мощностью 5 мВт, частотой 108,03 МГц, питаемый шестью солнечными элементами, применялись в составе системы отслеживания по углу сравнения фаз радиосигналов. Система передавала сигналы через шесть пружинных антенн спутника, изготовленных из алюминиевого сплава. Отслеживание спутника осуществлялось с помощью этих передатчиков и наземных станций Minitrack, расположенных по всему миру.

Конструкция для измерения плотности атмосферы

Из-за своей симметричной формы, спутник "Вангард-1" использовался исследователями для определения плотности верхних слоев атмосферы в зависимости от высоты, широты, сезона и солнечной активности. По мере непрерывного вращения спутника по орбите, он незначительно отклонялся от расчетных положений, накапливая всё большее смещение из-за сопротивления остаточной атмосферы. Измеряя скорость и время орбитальных сдвигов, а также характеристики сопротивления корпуса, можно было ретроспективно вычислить параметры атмосферы. Было установлено, что атмосферное давление, а следовательно, сопротивление и потеря орбиты, оказались выше ожидаемых, поскольку верхние слои атмосферы Земли постепенно переходят в космическое пространство. Этот эксперимент был тщательно спланирован до запуска. Первоначальные предложения Научно-исследовательской лаборатории (НРИ) по проекту предусматривали конические корпуса спутников, что позволило бы избежать необходимости в отдельных обтекателях и механизмах отделения, а также связанных с ними проблем веса и возможных отказов. Радиослежение должно было собирать данные и определять положение. В начале программы к нему добавили оптическое слежение (с использованием сети камер Baker-Nunn и визуальных наблюдателей). Группа ученых предложила изменить конструкцию на сферическую, диаметром не менее и, по возможности, больше.

Сфера обладала бы постоянным оптическим отражением и постоянным коэффициентом сопротивления, зависящим только от размера, в то время как свойства конуса менялись бы в зависимости от его ориентации. Джеймс Ван Аллен из Университета Айовы предложил цилиндрический спутник, основанный на его опыте работы с ракетами-зондами, который стал Explorer 1, первым американским спутником. В конечном итоге, НРИ приняла сферу диаметром в качестве "испытательного аппарата", а для последующих спутников был установлен диаметр . Считалось, что экономия веса, достигнутая за счет уменьшения размеров и упрощения приборного оснащения на ранних спутниках, является приемлемой. Поскольку "Вангард-1", "Вангард-2" и "Вангард-3" до сих пор находятся на орбите с практически неизменными характеристиками сопротивления, они представляют собой базовый набор данных об атмосфере Земли, которому более 60 лет, и сбор данных продолжается.

После миссии

После завершения научной миссии в 1964 году, "Авангард-1" превратился в нефункционирующий объект – как и верхняя ступень ракеты-носителя, после завершения маневра изменения скорости (delta-v) для вывода "Авангард-1" на орбиту в 1958 году. Оба объекта остаются на орбите. Первоначально прогнозировалось, что "Авангард-1" просуществует до 2000 лет, однако давление солнечной радиации и возмущения от атмосферного торможения в периоды высокой солнечной активности повлияли на его перигей, сократив срок службы и предполагаемый срок сгорания в атмосфере до примерно 240 лет, что произойдет к концу 22-го века. По мере того, как космические полеты становятся обыденностью, и особенно по мере приближения даты его схода с орбиты, некоторые предлагают извлечь спутник как ценный артефакт ранней космической эры.

Пятидесятилетие

Спутник Vanguard 1 и верхняя ступень ракеты-носителя удерживают рекорд по продолжительности пребывания в космосе среди всех созданных человеком объектов и, следовательно, пролетели над поверхностью Земли большее расстояние, чем любой другой искусственный объект. Небольшая группа бывших сотрудников NRL и NASA поддерживала связь между собой, и ряд государственных учреждений были попрошены отметить это событие. Морская исследовательская лаборатория (NRL) отметила это событие однодневной встречей в NRL 17 марта 2008 года. Встреча завершилась моделированием траектории спутника при его прохождении через орбитальную область, видимую из Вашингтона, округ Колумбия (где он виден с поверхности Земли). Национальная академия наук запланировала проведение семинаров в ознаменование 50-летия Международного геофизического года.