Дослідження космічного простору. Радіолокація
Радіолокація - область науки і техніки, предмет якої - спостереження різних об'єктів (цілей) радіотехнічними методами: їхнє виявлення, розпізнавання, визначення їхніх координат і швидкості й ін.
Розрізняють активну і пасивну радіолокації. При активній радіолокації об'єкт опромінюється радіохвилями, що посилаються радіолокаційними системами (РЛС), у результаті чого виникають сигнали від об'єкта. Активна радіолокація, у свою чергу, підрозділяється на радіолокацію з пасивною й активною відповідями.
При радіолокації з пасивною відповіддю виявлення роблять по сигналі, відбитій від об'єкта після опромінення його електромагнітними хвилями. У цьому випадку сигнал, випромінюваний РЛС, називають зондувальним, а сигнал, що приходить від мети, - відбитим чи луною-сигналом. Значення відбитого сигналу залежить від властивостей об'єкта, що відбивають.
При радіолокації з активною відповіддю виявлення роблять по сигналу, ретрансльованому об'єктом. При цьому прямий сигнал називають запитальним, а сигнал прихожий від мети, - відповідаючим. Ретрансляційну апаратуру, що знаходиться на об'єкті, іменують відповідачем. Інтенсивність відповідного сигналу залежить від потужності встановленого на об'єкті ретрансляційного передавача. Дальність дії цих РЛС набагато більше дальності дії РЛС із пасивною відповіддю. Однак такі РЛС можуть працювати тільки з "своїми" об'єктами. Їх в основному використовують для супроводу ракет і інших об'єктів, що володіють слабкими властивостями, що відбивають, а також для впізнання "своїх" об'єктів.
Пасивна радіолокація заснована на прийомі власного радіовипромінювання об'єктів. РЛС із пасивною радіолокацією не має передавача. Вона має лише спрямовану прийомну антену, що уловлює випромінювання об'єкта, приймач, що підсилює прийняті радіосигнали, і пристрою, за допомогою яких відбуваються реєстрація й аналіз цих сигналів. Такі РЛС використовують для дослідження явищ, що відбуваються в космічному просторі (радіотелескопи), а також для визначення місця розташування кораблів і літаків по радіомаяках (радіопеленгація).
Основний є активна радіолокація, що надалі іменується просто радіолокацією. У радіолокації застосовують РЛС із безупинним і імпульсним випромінюванням енергії.
Ще А. С. Попов помітив, що радіохвилі мають здатність відбиватися. На цьому і заснований принцип дії радіолокаційної станції. Могутній промінь радіолокаційного передавачам фокусується великою антеною в напрямку досліджуваного об'єкта, фіксується і вивчається відбитий радіосигнал, на основі чого робляться висновки про ті чи інші характеристики об'єкта. Перші роботи зі створення радіолокаційних систем почалися в нашій країні в середині 30-х років. Вперше ідею радіолокації висловив науковий співробітник Ленінградського електрофізичного інституту (ЛЕФІ) П. К. Ощепков ще в 1932 році. Пізніше він же запропонував ідею імпульсного випромінювання.
16 січня 1934 року в Ленінградському фізико-технічному інституті (ЛФТІ) під головуванням академіка А. Ф. Іоффе відбулася нарада, на якому представники ПВО РККА поставили задачу виявлення літаків на висотах до 10 і дальності до 50 км у будь-який час доби й у будь-яких погодних умовах. За роботу взялися кілька груп винахідників і вчених. Уже влітку 1934 року група ентузіастів, серед яких були Б. К. Шембель, В. В. Цимбалин і П. К. Ощепков, представила членам уряду досвідчену установку. Проект одержав необхідне фінансування й у 1938 році був випробуваний макет імпульсного радіолокатора, що мав дальність дії до 50 км при висоті мети 1,5 км. Творці макета Ю. Б. Кобзарев, П. А. Погорелко і Н. Я. Ченців у 1941 році за розробку радіолокаційної техніки були визнані гідними Державної премії СРСР. Подальші розробки були спрямовані в основному на збільшення дальності дії і підвищення точності визначення координат. Станція РУСЯВА - 2 прийнята влітку 1940 роки на озброєння військ ПВО не мала аналогів у світі по своїх технічних характеристиках, вона послужила гарну службу під час Великої Вітчизняної війни при обороні Москви від нальотів ворожої авіації. Після війни перед радіолокаційною технікою відкрилися нові сфери застосування в багатьох галузях народного господарства. Без радарів тепер немислимі авіація і судоводіння. Радіолокаційні станції досліджують планети Сонячної системи і поверхня нашої Землі, визначають параметри орбіт супутників і виявляють скупчення грозових хмар.
Визначення координат цілі радаром виробляється з урахуванням обраної системи координат. Вибір тієї чи іншої системи координат зв'язаний зі сферою застосування радіолокаційної установки. Наприклад, наземна радіолокаційна станція (РЛС) спостереження за повітряною обстановкою вимірює три координати цілі: азимут, кут місця і похилу дальність (полярна система координат).
Рис.1. Система координат оглядової РЛС.
Радіолокація станція відповідний сигнал
- кут місця, - кут азимута, R - похила дальність
Розрізняють два основних режими роботи РЛС: режим огляду (сканування) простору і режим спостереження за метою. У режимі огляду промінь РЛС по строго визначеній системі переглядає весь чи простір заданий сектор. Антена, наприклад, може повільно повертатися по азимуті й у той же час швидко нахилятися нагору і вниз, скануючи по куті місця. У режимі спостереження антена увесь час спрямована на обрану мету, і спеціальні системи, що стежать, повертають її слідом за рухомою ціллю.
Використання американських планетних радіолокаторів для дослідження космічного сміття дозволило вимірити на низьких орбітах ІСЗ концентрацію і розподіл часток з розмірами від 2 мм. До цих досліджень експериментальні дані про міліметрове космічне сміття практично були відсутні.
Радіолокаційні дослідження навколоземних астероїдів дозволили різко збільшити надійність багаторічних (на інтервалі до 700 років) прогнозів їхнього руху, що найбільше актуально для так званих потенційно небезпечних астероїдів, яких на 15 вересня 1999 року відкрито 187 штук. Радіолокаторам удалося з Землі "розглянути" астероїди, вилучені на мільйони кілометрів, синтезувати їхні зображення і тривимірні моделі з дозволом, що дозволяє аналізувати геологічні особливості цих об'єктів. Так, при недавній радіолокації астероїда 1999 JG був досягнутий рекордний дозвіл, рівне 7,5 метрам по поверхні, що при дальності до нього більш 8 млн. км еквівалентно кутовому дозволу в 0,2 мілісекунди дуги (це приблизно в 500 разів вище дозволу кращого оптичного телескопа).
За допомогою радіолокації вперше експериментально доведений (1980 рік) наявність у комети компактного ядра. Природне космічне сміття, що оточує ядро комети і представляє собою рій сантиметрових часток, також уперше був виявлений і досліджений за допомогою радіолокації. Крім того, саме радіолокація дозволяє визначити точну траєкторію небезпечної комети, оскільки, на відміну від оптики, тут виміряються координати центра мас ядра, а не фотоцентра коми.
Можливості тієї чи іншої радіолокаційної системи визначаються в першу чергу її енергетичним потенціалом SF. Крім того, немаловажні також місце розташування (широта) РЛС і кути огляду передавальної і приймальні антен. Якщо широти високі, то ряд об'єктів виявляється недоступний. Наприклад, у вересні 2004 року астероїд 4179 Таутатіс пройде від Землі на відстані всього 0,0104 АЕ, однак через велике негативне відмінювання в період максимального зближення (-60°), він не буде видний з Євпаторії (широта + 45°), а тим більше з Калязіна і Ведмежих Озер (широта + 54°). Аналогічно і для кутів огляду - нерухома антена в Аресібо може супроводжувати мету в межах ± 20 градусів щодо зеніту, що відповідає щоденної тривалості радіолокації визначеного об'єкта менш 2,4 години.
Найбільшими можливостями тут володіє радар у Голдстоуні, що через більш короткий, чим у локаторів в Аресібо і Євпаторії, довжини хвилі, забезпечує виявлення більш дрібних часток. Для локатора ОКБ МЕІ при розрахунках використана прийомна антена діаметром порядку 25 м, що повинна знаходиться недалеко від передавальної, оскільки при великому рознесенні (база Мео - Калязін дорівнює 150 км) засвічуваний обсяг, а отже і частота реєстрації часток, занадто малі.
Пропонований комплексний підхід до досліджень світу ближнього космосу "у цілому", що радіолокаційні методи дозволяють реалізувати за допомогою могутніх наземних систем, виправданий і в методичному, і в економічному аспектах. Підготовка і проведення радіолокаційних експериментів вимагають досить значних часу і засобів. У той же час, коло вітчизняних вчених і фахівців, приваблюваних для радіолокації навколоземних астероїдів, практично мало відрізняється від того колективу, що міг би знадобитися для організації аналогічних експериментів по радіолокації космічного сміття. Тому раціонально в майбутньому планувати комплексні радіолокаційні дослідження ближнього космосу, орієнтуючись при цьому на створення найбільш чуттєвої, російсько-української системи, що складає з 70 м антени і передавача 6-см діапазону із середньою потужністю 150 квт у Євпаторії і двох 64 м антен ОКБ МЕІ, що буде потрібно дооснастить двухканальними мало шумливими приймальними системами, що необхідно для радіолокаційної поляриметрії. Конструкція Євпаторійської антени дозволяє встановлювати на ній могутні передавачі з водяним охолодженням, тому згодом можлива модернізація з метою значного збільшення радіолокаційного потенціалу за рахунок переходу на хвилю 3,5 см (чи 4,2 см) і установки в Євпаторії передавача потужністю до 0,5 мегават.
У 1995 році під єдиним науковим і організаційним керівництвом був успішно виконаний перший міжнародний експеримент по міжконтинентальній радіолокації небесного тіла - навколоземного астероїда 6489 Голевка. В експерименті брали участь вчені і фахівці п'яти країн трьох континентів - США, Росії, України, Японії і Німеччині, і були задіяні шість найбільш великих параболічних антен. Тому, на нашу думку, що спирається на придбаний досвід, труднощів російсько-української взаємодії при радіолокаційних дослідженнях космосу носять найчастіше надуманий вузьковідомчий характер і можуть бути переборені при наявності погодженої програми досліджень і цільового адресного фінансування.
У якості найбільш ефективних можна було б привести наступні напрямки радіолокаційних досліджень ближнього космосу [13]:
1) Космічне сміття. Як уже було сказано вище, розрізняють дві основні області підвищеної концентрації космічного сміття (КС) - низькі, з висотою до 1000 км, орбіти і геостаціонарне кільце. Доцільність повторення "beam-park" експериментів, запропонованих і вперше здійснених Р. Голдстейном у США, полягає в тім, що всі попередні виміри потоку, розподіли й еволюції низкоорбітального КС виконані тільки в західній півкулі і украй важливо зрозуміти, наскільки обгрунтовані припущення про його просторову однорідність.
Виміру в області геостаціонарного кільця практично відсутні, тому тут необхідні планомірні дослідження. Ми могли б зайняти в цьому напрямку лідируюче положення, оскільки на американських локаторах такі дослідження поки не плануються через їхній дуже щільне завантаження іншими космічними і радіоастрономічними дослідженнями, а в інших країнах такі могутні інструменти, як Євпаторійський локатор, відсутні.
2) Навколоземні астероїди і комети. Перші радіолокаційні дослідження ОЗО були початі в США в 1968 році і до дійсного часу (середина 1999 року) усього досліджене 56 навколоземних астероїдів і 6 комет. У числі цих досліджень і проведені нами в 1992 році перша поза США радіолокація навколоземного астероїда 4179 Таутатис і в 1995 році перша міжконтинентальна радіолокація навколоземного астероїда 6489 Голевка. Крім США і Росії поки немає країн, здатних здійснювати самостійні радіолокаційні дослідження навколоземних астероїдів і комет.
У випадку ОЗО найбільшу цінність могли б представляти виміри допплерівських зміщень і запізнювання ехосигналів, що дозволяє радикально уточнити орбіти цих об'єктів і оперативно оцінити ступінь астероїдної небезпеки. Як уже відзначалося, на основі Євпаторійськой антени діаметром 70 м і встановленого там могутнього передавача 6-см діапазону і з залученням інших найбільших параболічних антен Європи й Азії (у першу чергу це дві 64 м антени ОКБ МЕІ, 70 м антена і передавач в Уссурійську, 32 м антена ІПА РАНЕЙ) можна було б регулярно, з частотою 2-3 нових навколоземних об'єктів у рік, проводити радіолокаційні дослідження їх динаміки, фізичних і геолого-мінералогічних властивостей.
Література
- 1. Зайцев А. Л., А. Г. Сокольский, О. Н. Ржига, А. С. Вишлов, А. П. Кривцов. Радіолокаційні дослідження астероїда // Радіотехніка й електроніка, 38, № 10, 1993. 2. Зайцев А. Л. Радіолокаційні дослідження комет. Радіотехніка й електроніка, 43, № 9, 1076-1080, 1998. 3. Зайцев А. Л. Програма радіолокаційних досліджень навколоземного космічного простору. У сб. "Проблеми сучасної радіоастрономії", Санкт-Петербург, ИПА РАНЕЙ, тім 2, стор. 184-185, 1997. 4. Основи радіолокації і телебачення. А. А.Німець, В. И.Федотов, Москва, Вища школа, 1984р. 5. Победоносцев К. А. Пропозиції ОКБ МЕИ по створенню радіолокатора для моніторингу навколоземного космічного сміття. Факс з ОКБ МЕИ, отриманий у ИРЕ РАНЕЙ 22.09.1999. 6. Ржига О. Н. і Зайцев А. Л. Можливості радіолокаційного комплексу Центра далекого космічного зв'язку під Євпаторією по дослідженню забруднення навколоземного простору. У сб. "Навколоземна астрономія", ИНАСАН, Москва, 116-127, 1998. 7. Радіолокація без формул. М. К.Размахнин, Москва, Радянське радіо,1971р.
Похожие статьи
-
Друга національна космічна програма - Освоєння космічного простору
Космічний супутник експеримент апарат Кінець 90-х років минулого століття був ознаменований значними змінами в підходах провідних держав світу до...
-
Вступ - Освоєння космічного простору
Серед найважливіших завоювань людства дослідження та освоєння космічного простору займають одне з провідних місць. 4 жовтня 1957 р. пролунали сигнали...
-
Вступ, Мікробіологічні дослідження метеоритів - Космічна роль зелених рослин
Успіхи сучасної науки і техніки призвели до того, шо у 1969 році людина вперше висадилася на Місяці. З упевненістю можна припустити, що вже через кілька...
-
Третя національна космічна програма - Освоєння космічного простору
Завершується робота над проектами другої космічної програми України. Досягнення космічної галузі в 1991 -- 2001 роках, структурні зміни, що відбулися в...
-
Космічні кораблі-супутники - Космічні літальні апарати
Космічний орбіта ракета супутник Назва п'яти важких автоматичних штучних супутників Землі, запущених у Радянському Союзі в 1960-1961 p. з метою...
-
Оптичний телескоп зображення Актуальність теми. Двометровий (2-м) дзеркальний телескоп на піку Терскол ( ? = 2H 49M 59.854S, = 43П 16?...
-
Космічні апарати побували на Місяці, Венері, Марсі, долетіли навіть до далеких Юпітера і Сатурна і передали на Землю відомості про природу цих планет....
-
Перша космічна швидкість - Косічні швидкості та закони Кеплера
Перша космічна швидкість (кругова швидкість) - швидкість, яку необхідно надати об'єкту без двигуна, нехтуючи опором атмосфери і обертанням планети, щоб...
-
Космічний корабель (КК) - Космічні літальні апарати
Літальний апарат для польотів у космос людини. Від інших типів космічних літальних апаратів KK відрізняється наявністю герметичної кабіни з...
-
Вступ Однією з найперспективніших галузей України нині с авіацій - на промисловість. Вона налічує 43 підприємства, на яких працює близько 100 тис. людей....
-
Новий етап дослідження Місяця - Місяць
Не дивно, що перший політ космічного апарата вище навколоземної орбіти був спрямований до Місяця. Ця честь належить радянському космічному апарату...
-
Новий етап дослідження Місяця - Місяць - супутник Землі
Не дивно, що перший політ космічного апарата вище навколоземної орбіти був спрямований до Місяця. Ця честь належить радянському космічному апарату...
-
Космічні системи зв'язку - Використання космічних апаратів в інтересах людства
Використання космічної техніки істотно підвищило ефективність системи зв'язку, дозволило зв'язати між собою всі куточки земної кулі, дало змогу широко...
-
Генеральний конструктор космічних кораблів - Розвиток космонавтики в Україні
Щоб розрахунки і формули втілилися в реальні космічні апарати, щоб людина змогла справді відірватися від землі і вийти у космічний простір, мав прийти...
-
Ракети-носії України, Космічна станція - Космічні літальні апарати
Циклон - Циклон - 2 * Циклон - 3 * Циклон - 4 Зеніт - Зеніт - 2 * Зеніт - 2SLБ * Зеніт - 3SL * Зеніт - 3SLБ * Зеніт - 3SLBФ Дніпро - Дніпро Маяк - Маяк -...
-
Класифікація - Космічні літальні апарати
Ракети-носії класифікують за кількістю ступенів (одноступінчасті, двоступінчасті і т. д.). Їх також можна розділити на одноразові й багаторазові....
-
Історія - Космічні літальні апарати
Більшість перших запускаємих ракет, розроблених наприкінці п'ятдесятих років 20-го століття, була отримана з шляхом незначної модернізації військових...
-
К. Е.Ціолковський казав: "В даний момент я не бачу іншого засобу виходу в Космос окрім апаратів, що побудовані на принципі реактивного руху. Якби я мав...
-
Штучні супутники відкрили нову еру в науці про вимір Землі - еру космічної геодезії. Вони внесли до геодезію нову якість - глобальність; завдяки великим...
-
Сергій Павлович Корольов (1907-1966) - Космонавтика. Космічний корабель. Космодром
Сергій Павлович Корольов - конструктор перших ракетно-космічних систем. Він народився на Україні, в місті Житомирі, в родині вчителя. С. П. Корольов...
-
Космодром - Космонавтика. Космічний корабель. Космодром
Земні шляхи ракет закінчуються на космодромах. Тут ракети та космічні апарати збирають воєдино з окремих частин, перевіряють, готують до пуску і,...
-
Проведено дослідження оптичних систем Річі-Кретьєна та куде 2-м телескопа на піку Терскол та проаналізовано вплив на якість сформованого оптикою...
-
У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету та задачі дослідження, коротко описано методи, використані у роботі, відмічено наукову...
-
Третя космічна швидкість - Косічні швидкості та закони Кеплера
Третьою космічною швидкістю називають мінімальну швидкість, яку потрібно набрати тілу (наприклад, космічному апарату) поблизу поверхні Землі, щоб воно...
-
Вступ - Використання космічних апаратів в інтересах людства
Мета: Використання космічних апаратів для розвитку людства, підвищення якості зв'язку, для більшої комунікабельності населення Землі. Використання...
-
Сучасні дослідження - Про комети
Комета астроном загроза Проект "Вега" ("Венера-комета Галлея") був одним з найскладніших в історії космічних досліджень. Він складався з трьох частин:...
-
У космічний політ під сонячним вітрилом - Сонячна система та перспективи її освоєння
Незважаючи на швидкий розвиток космічної техніки і поява все нових типів космічних апаратів, повсюдно виникають завдання, що виходять за рамки...
-
Стерилізація космічних кораблів - Космічна роль зелених рослин
Висока стійкість земних мікробів до екстремальних факторів і надзвичайно сильно виражена їх здатність до пристосування примушує з усією серйозністю...
-
Космічна ракета - Космічні літальні апарати
Космічна ракета - багатоступінчаста ракета для виведення космічних апаратів (штучних супутників Землі, АС, космічних кораблів) на орбіту супутника Землі...
-
Пристосування мікроорганізмів до екстремальних умов - Космічна роль зелених рослин
Фізичні і хімічні умови на Марсі суворі порівняно із земними. Проте вони досить "м'які", якщо їх зіставити з умовами на деяких інших планетах і в...
-
Вступ - Космічні літальні апарати
Світовий простір, який оточує Землю, називають грецьким словом космос . У повсякденному житті під цим поняттям розуміють простір поза межами земної...
-
Космонавтика - Космонавтика. Космічний корабель. Космодром
У своїх мріях, відображених у казках, легендах, фантастичних романах, людство здавна прагнуло в космос; про це свідчать і численні (як правило,...
-
Дослідження - Малі тіла Сонячної системи
У більшість земних телескопів астероїди видно лише як точки на небі. Тільки найпотужніші наземні та орбітальні телескопи на зразок телескопа Хаббла...
-
Соціологічне дослідження - це система логічно послідовних методологічних, методологічних та організаційно-технічних процедур. Метою її є глибоке...
-
Проблема - це питання, на яке треба відповісти, але знань для відповіді бракує. Для цього і проводиться дослідження. Проблема тим відрізняється від...
-
Потенціал космічної промисловості - Космічна галузь України. Ракетобудування
Ракетно-космічна галузь України має значний економічний та науково-технічний потенціал. На початок 1992 р. В Україні налічувалося близько 600...
-
Вступ - Космічна галузь України. Ракетобудування
Космонавтика авіація україна Актуальність теми: Україна - одна з небагатьох країн світу, в якій авіакосмічна промисловість має досить високий рівень...
-
Соціологічний метод за Н. Смелзером - це правила та способи, за допомогою яких установлюється зв'язок між фактами, гіпотезами та теоріями. Соціологічний...
-
Космічний скафандр - Космонавтика. Космічний корабель. Космодром
Космічний скафандр - це герметичний костюм, в якому космонавт може жити і працювати у відкритому космічному просторі, на поверхні небесних тіл. Скафандр...
-
Космічний корабель - Космонавтика. Космічний корабель. Космодром
Космічний корабель - це літальний апарат, призначений для польоту людей або перевезення вантажів у космічному просторі. Космічні кораблі для польоту з...
Дослідження космічного простору. Радіолокація