Радиосвязь - штука хорошая. Но так уж вышло, что Земля круглая. Так что "закинуть" радиоволны за горизонт выходит не всегда. Да, если правильно подобрать частоту, можно отразить сигнал от верхних слоёв атмосферы. Или даже от Луны. И передать информацию на огромные расстояния. Но все эти переотражения рождают помехи и ослабляют сигнал. И сильно зависят от погоды земной и космической. Так что лучше бы передавать сигнал в прямой видимости. Можно построить высокую-высокую вышку-ретранслятор, которую будет видно издалека. Или даже целую сеть таких вышек, связанных друг с другом. Собственно, так сотовая связь и устроена. Но везде таких вышек не настроить. Особенно где-нибудь в тундре. Можно делать их ну очень высокими, чтоб их было видно ещё дальше. Но опять же всему есть пределы. Так как же поднять ретранслятор повыше? Самолёт? Дирижабль? Ага, спутник!
Но тут всё тоже не так просто. Вышка стоит на месте и никуда не девается. А вот спутник летит с первой космической скоростью. В худшем случае, пролетать над головой он будет примерно раз в полтора часа и в зоне радиовидимости он пробудет несколько минут. Давайте запустим на эту же орбиту несколько спутников, так чтобы хотя бы один из них был постоянно виден. Уже лучше. Но вот незадача, Земля не только круглая, но ещё и вращается! И пока спутник делает один оборот вокруг Земли, Земля тоже немного проворачивается под ним. То есть для наблюдателя на поверхности орбита будет подобно солнцу заходить за горизонт. И спутников опять не видно. Не беда, добавим ещё больше спутников для бога спутников! Но только не на ту же самую орбиту, а немного повернём её относительно оси вращения Земли. Теперь когда одна группа спутников скроется за горизонтом с противоположной стороны станет видна другая. Всё, теперь имеем бесперебойную связь. Но... группировка спутников телефонной связи Iridium, например, насчитывает 66 штук. Сейчас это не проблема, но вот во времена тёплой ламповой и немного транзисторной электроники сделать лёгкий и мощный ретранслятор было несколько проблематично.
Можно как-то иначе? Можно! Запульнём спутник ещё выше! Да так, чтобы его было видно с половины земного шара. Теперь для бесперебойной связи нужно всего несколько штук. Или нет? А закавыка в том, что чем больше высота орбиты, тем больше и период обращения спутника. Иными словами, спутник теперь делает оборот не за полтора часа, а, скажем, часов за шесть. А если поднять орбиту ещё выше? Причём не абы как, а так, чтобы период составил ровно 24 часа. Земля делает один оборот. Спутник делает один оборот. Имеем геосинхронную орбиту. Получается, спутник будет как бы висеть в одной точке на небе? Ну, не совсем. Он будет описывать восьмёрки или круги вокруг одной точки. А всё потому, что орбита, как правило, наклонена относительно экватора. Причём чем дальше от экватора космодром, тем наклонение орбиты будет больше. Ну ничего, наклонение орбиты можно обнулить и в полёте. Теперь имеем настоящий геостационарный спутник, который честно висит над одной точкой поверхности где-то на экваторе. А на небе он будет выглядеть неподвижной точкой. Один раз наводим на него антенну и радуемся. Для одной отдельной взятой страны достаточно и одного спутника. И трёх, чтобы связаться с любой точкой Земли.
Всем хороша геостационарная орбита, да вот только уж очень много энергии нужно, чтобы вывести спутник на такую высокую орбиту. Да ещё и на коррекцию наклонения уходит топлива прилично, если конечно не прямо с экватора запускать. Проще отправить спутник к Луне и даже к Марсу, чем вывести его на геостационарную орбиту. Ну или этот спутник связи должен был быть очень лёгким. Значит, мощный ретранслятор туда не впихнуть. И ещё один минус, который был актуален для СССР. Если смотреть на спутник с экватора, то он будет висеть прямо над головой. И чем дальше уходить от экватора, тем ближе он будет к горизонту. А уж совсем на северах он будет еле-еле показываться из-за горизонта. И может скрыться за холмиком или за лесом. Ну и больше помехи, ведь сигналу приходится продираться сквозь атмосферу намного дольше. А США уже наступают на пятки. В 1960 году они запустили Echo-1, первый спутник связи. Фактически, это был всего лишь тридцатиметровый надувной шар, который всего лишь отражал сигнал с поверхности Земли. Ну и что делать, когда хочется свою систему спутниковой связи? А придумаем свою хитрую орбиту! Вместо 24 часов периода сделаем 12. И не будем уменьшать наклонение. И сделаем её не круговой, а эллиптической, причём сильно вытянутой. В результате спутник будет виден над всей территорией СССР примерно 10 часов в день. Компенсируем двумя дополнительными аппаратами. Теперь вместо 100 кг на геостационарной орбите имеем полторы тонны на этой новой орбите. Так что спутник можно хорошенько набить не самой лёгкой советской аппаратурой связи. Прикрутить побольше солнечных батарей. Установить систему ориентации и коррекции орбиты, которыми в 1965 году обладал далеко не каждый спутник. Вот и "Молния-1". Эта серия спутников использовалась для телевещания, телефонной и телеграфной связи. Ну и конечно же военными. Да и сама эта хитрая орбита теперь именуется как "Молния".
Molniya-1 communication satellite by Sunder_59, on Flickr
