Тема 2.1. Прием сигналов из космоса. Лекция № 1. Евпаторийский комплекс.

Тема 2.1. Прием сигналов из космоса.
Лекция № 1. Евпаторийский комплекс.
План лекции:
1. Центр Дальней Космической Связи.
2. Радиоастрономический телескоп «РТ-70» и «РАТАН-600».
3. Национальный Центр Управления и Испытаний Космических Средств (НЦУИКС).
4. Объекты ближнего космоса.
1. Центр Дальней Космической Связи.
Евпаторийский комплекс - Национальный Центр Дальней Космической Связи структурно
входит в состав Национального Космического Агентства Украины и объединяет наземные
средства управления космическими аппаратами и средства контроля геофизической обстановки.
История создания и развития Центра Дальней Космической Связи неотделима от истории
исследования космическими средствами Луны и планет Солнечной системы. Предполагалось
создать два Центра Дальней Космической Связи: в г. Евпатории и в г. Уссурийске.
В 1960 году был создан комплекс капитальных зданий и сооружений Центра в приморском
равнинном районе Крыма неподалеку от г. Евпатории. Первоначальную техническую основу
Центра составлял космический радиотехнический комплекс "Плутон" оснащенный тремя
уникальными огромными антеннами (две приемные и одна передающая), расположенными в
нескольких километрах одна от другой. Антенны представляют собой по восемь параболических
"чашек" каждая, установленных на орудийные платформы, снятые со списанного линкора.
Антенные системы имеют эффективную поверхность около 1000 кв. метров. Излучаемая
передатчиком мощность радиосигнала достигала 120 кВт, что позволило осуществлять радиосвязь
на дальности до 300 млн. км. Таких радиотелескопов не было нигде в мире.
12 февраля 1961 года Центр Дальней Космической Связи приступил к управлению полетом
первой в мире автоматической межпланетной станции "Венера-1".
В 1965 году были осуществлены запуски аппаратов "Венера-2" и "Венера-3". Впоследствии
был запущен целый ряд космических аппаратов серий "Луна", "Венера", "Марс", с помощью
которых отрабатывались вопросы динамики полетов и посадки на планеты Солнечной системы,
изучение атмосферы планет, передачи информации.
Рисунок 1. Антенная система радиотехнического комплекса «Плутон».
В последующем предстояла посадка спускаемого аппарата на Луну и доставка на Землю
лунного грунта и с этой задачей успешно справилась автоматическая станция "Луна-4". Стартовав
к Луне 9 августа 1976 года, она 18 августа совершила мягкую посадку на Луну. Грунтозаборное
устройство произвело бурение на глубину около 2-х метров. 22 августа возвращаемый аппарат
автоматической станции "Луна-4" доставил образцы грунта на Землю.
Для исследования характеристик лунной поверхности на достаточно больших площадях
требовались передвижные автоматические средства. Для этого в НПО им. С.А.Лавочкина были
созданы уникальные самоходные исследовательские лаборатории - "Луноход-1" и "Луноход-2".
Приятно отметить, что именно на нашей Крымской земле, недалеко от Евпатории, был создан
лунный полигон, на котором проводились земные испытания "Луноходов" специалистами Центра
Дальней Космической Связи. Работы по управлению "Луноходами" проводили опытные
специалисты. В общей сложности обе машины проработали на лунной поверхности более года,
преодолев около 48-ми километров по поверхности Луны, Центр Дальней Космической Связи
принял от них около 300 фототелевизионных репортажей, несколько десятков тысяч отдельных
снимков и результаты бурения лунного грунта в сотнях точек, находившихся друг от друга на
расстоянии от нескольких метров до десятков километров.
Очень много времени уделялось специалистами Центра вопросам исследования Венеры,
было получено очень много научных результатов. Так, 22 июля 1972 года впервые была
осуществлена мягкая посадка автоматической межпланетной станции "Венера-8" на освещенную
сторону планеты, где были проведены прямые измерения характеристик атмосферы, впервые
было выполнено прямое определение химического состава грунта. С помощью последующих
аппаратов: "Венера-9" и "Венера-10" впервые было получено четкое изображение поверхности
Венеры.
Ученых страны и специалистов Центра не меньше интересовала и четвертая планета
Солнечной системы - Марс. В октябре 1962 года была запущена автоматическая станция "Марс-1",
которая впервые в истории вышла на орбиту искусственного спутника Марса 19 марта 1963 года.
Это явилось началом изучения Марса автоматами. В мае 1971 года были запущены к Марсу
автоматические межпланетные станции "Марс-2" и "Марс-3". Полет их к Марсу продолжался
более полугода. Комплексные исследования в межпланетном пространстве продолжались на всем
пути длиной в 470 млн. км. Станции вышли на околомарсианские орбиты и длительное время
проводили научные исследования. Специалисты Центра Дальней Космической Связи постоянно
''держали руку на пульсе Вселенной", управляя работой этих аппаратов, принимая служебную и
научную информацию.
а)
б)
Рисунок 2. а) Радиотелескоп с зеркалом 32 м в поселке Школьный;
б) Поворотный механизмрадиотелескопа.
2. Радиоастрономический телескоп «РТ-70».
Многолетний опыт управления автоматическими межпланетными станциями, эксплуатация
наземных станций дальней космической связи, достижения в области электроники, информатики,
радиотехники, машиностроении, вычислительной математики и других отраслей науки и
производства позволили создать беспрецедентный научно-исследовательский комплекс радиоастрономический телескоп РТ-70.
Рисунок 3. Радиотелескоп с диаметром зеркала 70 м.
2. Радиоастрономический телескоп «РТ-70».
Многолетний опыт управления автоматическими межпланетными станциями, эксплуатация
наземных станций дальней космической связи, достижения в области электроники, информатики,
радиотехники, машиностроении, вычислительной математики и других отраслей науки и
производства позволили создать беспрецедентный научно-исследовательский комплекс радиоастрономический телескоп РТ-70.
Рисунок 3. Радиотелескоп с диаметром зеркала 70 м.
Его строительство проводилось в течение 5-ти лет с 1973 по 1978 годы. В
крупномасштабной работе по созданию РТ-70 участвовали многие научно-исследовательские
институты, конструкторские бюро, заводы, строительно-монтажные и другие организации. По
комплексу параметров, по сочетанию огромных размеров со всепогодностью, остротой "зрения",
способностью работать в разных диапазонах радиоволн антенна РТ-70 не имеет равных в мире.
Поразительны технические данные и возможности РТ-70:
Размер зеркала антенны
Высота всей антенны
Площадь его зеркала
Общий вес всей конструкции
Рабочая дальность действия
- 70 м, (в нем практически можно разместить
футбольное поле);
- 83 метра;
- 2500 кв. метров;
- 5200 тонн;
- 10 млрд. км комплекса.
Радиосигнал это расстояние преодолевает за 18 часов. Если представить себе радиолинию
из двух таких антенн, то можно было бы обмениваться информацией на расстоянии 20 световых
лет. В пределах этого расстояния находится около, 70 звездных систем. РТ-70 способен
осуществлять связь и обмен информацией с автоматическими межпланетными станциям в
пределах всей Солнечной системы. Его можно использовать и как радиотелескоп для
исследования весьма отдаленных объектов Вселенной. Можно смело сказать, что антенна РТ-70 сооружение уникальное, с на редкость удачным сочетанием конструктивных и радиотехнических
решений.
С декабря 1978 года РТ-70 Центра Дальней Космической Связи в г. Евпатории является
постоянным участником по реализации космических программ дальнего космоса. Первое
"крещение" антенна получила именно в декабре 1978 года, когда на нее велся прием информации,
переданной спускаемыми аппаратами межпланетных станций "Венера-11" и "Венера-12" при их
движении в атмосфере планеты и с ее поверхности. В 1980 - 1982 годах с помощью РТ-70
осуществлялась радиолокация планет Венера, Марса, Меркурия.
В 1981 -1982 годах впервые были получены цветные фотографии поверхности Венеры со
спускаемых аппаратов "Венера-14", "Венера-13".
С 1983 по 1991 годы проводилась большая программа космических исследований
Вселенной с помощью космического аппарата "Астрой"Очень большой интерес мировой общественности вызвал проект по исследованию кометы
Галлея (проект "Вега" – Венера - комета Галлея). Осуществление этого проекта стало первым
важным началом в реализации программы исследований малых тел Солнечной системы
средствами космической техники. Для этого 15 и 23 декабря 1984 года поочередно были запущены
два космических аппарата "Вега-1" и "Вега-2". С 1992 года из Центра в течение 8-ми (!!!) лет
проводилось управление международной космической обсерваторией "Гранат".
Значительное место в работе ЦДКС занимает международный многоспутниковый проект
по изучению Солнечно - Земных связей и физических процессов в космосе - "Интербол".
Таким образом, Центр Дальней Космической Связи в г. Евпатории выполняет свои
сложнейшие задачи по управлению космическими аппаратами в рамках международного
сотрудничества, развиваясь и совершенствуясь, принося своим трудом авторитет нашему
Государству.
3. Национальный Центр Управления и Испытаний Космических Средств (НЦУИКС).
Помимо международных программ, Центр проводит большую работу по реализации
Национальной космической программы. Памятным днем для Национального космического центра
в г. Евпатории стал день 31 августа 1995 года. В этот день в 10 часов 50 минут был дан старт
ракете-носителю "Циклон", которая вывела на орбиту первый украинский национальный спутник
"Січ-1", предназначенный для оперативного получения информации с целью решения задач
исследования Земли из космоса (растительного покрова, состояния атмосферы, метеопрогноза,
состояния воды Черного моря, разведке полезных ископаемых и т.п.) в рамках национальных и
международных космических программ. Этому запуску предшествовала напряженная и
кропотливая работа специалистов Евпаторийского космического центра. В очень короткие сроки
был создан Центр Управления Полетами КА "Січ-1" с использованием новейшей современной
вычислительной техники и технологии.
Высокопрофессиональный коллектив Евпаторийского Центра Космической Связи в ходе
управления космическим аппаратом "Січ-1" провел ряд научных экспериментов, позволивших
сделать много открытий и отработать новые технологии, дать народному хозяйству очень много
информации, которая используется в интересах экономики.
В 1996 году, в соответствии с Указом президента Украины в г. Евпатории на базе Центра
Дальней Космической Связи создан Национальный Центр Управления и испытаний космических
средств (НЦУИКС). Этот Центр предназначен для управления космическими аппаратами в рамках
национальных и международных космических программ.
Основные направления деятельности НЦУИКС:
1. Управление полетами национальных космических аппаратов различного назначения;
2. Оказание услуг по управлению КА в рамках международных программ;
3. Контроль техническими средствами сейсмической обстановки и других геофизических явлений
на территории Украины и Земного шара;
4. Проведение перспективных научных исследований;
5. Оказание широкого спектра услуг в различных сферах деятельности.
В ближайшие годы предполагается:
• создание в г. Евпатории Международного Центра Космических Исследований (МЦКИ);
• оснащение Национального Космического Центра новой современной электронной техникой;
• участие в ряде международных космических экспериментов и управлении международными
космическими аппаратами, такими как "Спектр", "Реликт", "Фобос-грунт";
• проведение ряда интересных научных исследований Галактики.
Мировое содружество признало, что сейчас, накануне 3-его тысячелетия, невозможно
обойтись без космической деятельности. В новом тысячелетии Украина предполагает разработку
и внедрение различных космических программ, направленных на использование космических
технологий для улучшения жизни на Земле.
Радиолокация позволяет оперативно получать высокоточную измерительную информацию
о множестве естественных и искусственных объектов ближнего космоса, всесторонне изучать их
динамику, эволюцию и физико-минералогические свойства, способствуя тем самым
комплексному решению проблемы защиты Земли от потенциально опасных астероидов, и
космических аппаратов от космического мусора. Поэтому, учитывая сравнительно высокие
затраты на подготовку и эксплуатацию мощных наземных радиолокационных систем и расходы на
проведение измерений, наиболее рационально планировать также и комплексные исследования
мира ближнего космоса "в целом". Здесь оптимальной по чувствительности, стоимости и срокам
ввода в строй является российско-украинская разнесенная система Евпатория (70 м антенна и
передатчик 6-см диапазона мощностью 150 кВт) - Медвежьи Озера и Калязин (две 64 м приемные
антенны). Потенциальные возможности этой системы позволяют регулярно. 2-3 раза в год,
проводить исследования очередных астероидов в периоды их сближения с Землей. Одновременно
с этим можно было бы организовывать исследования миллиметрового (от 1,7 мм) космического
мусора на низких орбитах и сантиметровых (от 1 см) фрагментов геостационарного кольца Опыт
российско-украинского взаимодействия в ходе подготовки и выполнения первых отечественных
радиолокационных исследований астероидов 4179 Таутатис и 6489 Голевка свидетельствует о том,
что при едином научном руководстве, наличии согласованной программы и адресном
финансировании под конкретные эксперименты, организационные трудности не являются
непреодолимыми.
4. Объекты ближнего космоса.
Границы ближнего космоса довольно произвольны, за его начало обычно принимают
низкие орбиты ИСЗ, а окончание - либо 100 расстояний до Луны, что составляет около 38 млн. км
(или 0,256 АЕ), либо минимальное расстояние до Венеры, ближайшей к нам планеты (0,27 АЕ),
либо, просто, величину, равную 0,3 АЕ. Синонимами термина "ближний космос" являются
словосочетания "околоземное космическое пространство" и "околоземное пространство".
Относительно недавно стало ясно, что мир ближнего космоса довольно плотно населѐн,
причем не только постоянными, но и периодически появляющимися объектами. К группе
объектов, постоянно доступных для радиолокационных исследований, кроме Луны и множества
искусственных спутников, относится также орбитальный космический мусор, группирующийся, в
основном, на низких орбитах и в области геостационарного кольца. Вторую группу составляют
так называемые околоземные объекты (ОЗО, Near-Earth Objects - NEO), под которыми понимают
те астероиды и кометы, которые, имея сильно вытянутые орбиты, периодически сближаются с
Землѐй при своѐм движении вокруг Солнца. По состоянию на 15 сентября 1999 года открыто 834
ОЗО, из них 135 - с начала года. В эту же группу можно включить метеороиды и метеорные
потоки, представляющие собой естественный космический мусор, связанный с теми или иными
кометами и движущийся вдоль их орбит. Кроме короткопериодических, ближний космос
эпизодически посещают также и долгопериодические кометы, последней из которых была комета
Хиакутаке, минимальное расстояние до которой составило 0,1 АЕ.
Высокая эффективность наземных радиолокационных исследований объектов ближнего
космоса связана, прежде всего, со сравнительно небольшими, по космическим масштабам,
расстояниями до них. При использовании для исследования этих объектов мощных планетных
радиолокаторов отношение сигнал/шум принимаемых эхосигналов, убывающее, как известно,
пропорционально четвертой степени расстояния, в ряде случаев оказывается вполне достаточным
для оперативного получения новой надежной и достоверной научной информации.
Рисунок 4. Радиотелескоп в Зеленчукской долине «РАТАН-600».