itemscope itemtype="http://schema.org/WebPage"

Телескопы-спринтеры, или Как поймать спутник

Как измеряют расстояние от Земли до космических объектов, их скорость и орбиту, для чего наблюдают за космическим мусором и почему тупят дорожные навигаторы — сейчас расскажем.

/
3.2K
22
14
31

Как измеряют расстояние от Земли до космических объектов, их скорость и орбиту, для чего наблюдают за космическим мусором и почему тупят дорожные навигаторы — сейчас расскажем.

Большинству телескопов не надо быть быстрыми. Даже несмотря на движение Земли относительно наблюдаемых объектов — это физическое явление называется параллакс, — скорость движения большинства систем для наблюдений за звёздами и другими небесными телами составляет не более нескольких градусов в час. Многие телескопы вообще не перемещают за весь сеанс наблюдения.

А вот в Санкт-Петербурге, в научно-производственном центре «Прецизионная электромеханика» университета ИТМО, создают цифровые электроприводы для телескопов и других систем наблюдения, требующих быстрого и точного перемещения.

Что же это за объекты, для наблюдения за которыми требуются такие системы?

В поисках мусора

Несмотря на всё большее количество материалов, посвящённых теме космического мусора, люди до сих пор не до конца осознают масштабов этой проблемы. Количество запусков увеличивается год от года, растёт и число запускаемых космических аппаратов.

Да, космос огромен. Но наиболее удобные и используемые орбиты уже сейчас достаточно сильно загружены.

Требуется контролировать все объекты, включая даже самые небольшие обломки космического мусора, чтобы запускать новые космические аппараты на «свободное место», не подвергая их дополнительному риску. И без необходимости изменять орбиту, расходуя на манёвр такое нужное топливо. К тому же после нескольких столкновений космических аппаратов или уничтожения их ракетой, запущенной с Земли (тут последними отличились Индия и Китай), надо учитывать огромное количество обломков. В том числе и очень маленьких.

С учётом космических скоростей каждый такой обломок обладает огромной кинетической энергией.

Частицы мусора размером с яблоко хватит для уничтожения практически любого спутника или целого модуля Международной космической станции.

Если раньше включением двигателей космических кораблей МКС корректировала свою орбиту только для того, чтобы компенсировать воздействие атмосферы, то в последние годы этот манёвр всё чаще приходится применять, чтобы избежать столкновения с обломками космического мусора.

Следят за такими объектами многие страны. И, хотя информацией друг с другом они делятся, стараются всё наблюдать достаточно обособленно. Причина понятна: слишком уж схожи слежение за прекратившими работу космическими аппаратами и за военными спутниками-инспекторами потенциальных противников. Суть работы одинаковая — постоянная проверка орбиты объекта и предупреждение в случае её изменения.

Кроме определения орбиты вариантов наблюдения за спутниками-инспекторами немного. До начала движения объекта не выйдет точно определить, для чего предназначен тот или иной космический аппарат. Поэтому следят за всеми, а отмечают те, которые изменили свою орбиту.

Телескопы-спринтеры, или Как поймать спутник

Самая главная проблема такой работы заключается в том, что по низкой околоземной орбите спутники проносятся очень и очень быстро. Слишком быстро для земных наблюдателей. Время пролёта составляет десятки секунд, не более того. Для их поиска и отслеживания используют так называемые телескопы траекторных измерений (ТТИ). За это время система наведения ТТИ должна успеть точно нацелить телескоп на объект согласно внешнему источнику — альманаху, в котором находятся параметры орбиты наблюдаемых спутников. И перемещать телескоп, не выпуская объект из вида. В это время лазерный дальномер прибора с помощью лазерного луча вычисляет расстояние до космического аппарата и записывает результаты. Чем больше таких измерений дальности с привязкой ко времени и угловым координатам поворота телескопа, тем точнее можно определить характеристики объекта — орбиту, скорость и то, насколько он может быть опасен.

После завершения измерений система должна максимально быстро навестись на следующую цель и вновь «выстрелить» в неё лазерным лучом несколько раз для уточнения координат.

В настоящее время такие оптико-электронные комплексы составляют основу автоматизированной системы предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС) — российской системы по слежению за космическим мусором. Установки, входящие в эту систему, очень разные. Маленькие имеют размер с современную стиральную машинку. Большие могут быть гораздо объёмнее.

Например, в ближайшее время сотрудники центра «Прецизионная электромеханика» будут настраивать электроприводы опорно-поворотного устройства большого телескопа на заводе «Тяжмаш» в городе Сызрань. Это телескоп для Алтайского оптико-лазерного центра имени Германа Титова, диаметр зеркала которого составляет более трёх метров, а вес — более девяноста тонн. Естественно, что и электропривод такого телескопа должен быть гораздо мощнее.

Часть установок находятся на территории России, часть за рубежом — например, в одной из крупнейших обсерваторий Бразилии Пико дос Диас. Всё это позволяет получать максимально полную картину о космическом мусоре по всему миру. Ну и не только о мусоре, как вы понимаете.

Российская станция ОЭК ОКМ, установленная в Бразилии
Российская станция ОЭК ОКМ, установленная в Бразилии (источник фото)

По словам специалистов, система способна обнаруживать в космосе на орбитах разной высоты объекты размером всего в несколько сантиметров. Вообще, характеристики подобных телескопов указываются через «звёздную величину», но эту характеристику ещё нужно переводить в размер в зависимости от дальности. Для простоты, — объекты размером с волейбольный мяч такие телескопы обнаруживают без проблем.

Каждый такой фрагмент космического мусора классифицируется и вносится в общемировые каталоги слежения. В настоящее время подобных набралось не меньше десятка: в одном — лишь потенциально опасные объекты, в другом — только космические аппараты, как действующие, так и не подающие признаков жизни.

ЦЭСП внутри телескопа

Именно для таких быстрых, но при этом очень точных прецизионных систем и создают приводы в санкт-петербургском ИТМО.

Большинство телескопов траекторных измерений представляют собой двухосевые альт-азимутальные (то есть имеющие угломестную, или вращающуюся в вертикальной плоскости ось поворота) и азимутальные (имеющие вращающуюся в горизонтальной плоскости ось поворота) монтировки, на которые и устанавливается объектив телескопа и/или система лазерных дальномеров.

Вращение осей монтировки обеспечивают синхронные электродвигатели с постоянными магнитами. Именно они позволяют цифровому электросиловому приводу (ЦЭСП) очень быстро и очень точно перемещаться. Раньше использовались двигатели украинского производства, но последние несколько лет используют белорусские, хотя у них есть свои особенности.

Если упрощать, то работает ЦЭСП следующим образом. От центрального компьютера системы наведения на управляющий контроллер привода приходит серия координат, соответствующих траектории полёта объекта космического мусора или космического аппарата. Контроллер при помощи транзисторного преобразователя с широтно-импульсной модуляцией формирует напряжение заданной амплитуды и частоты в обмотках электродвигателей осей телескопа и, в соответствии с подаваемым напряжением, поворачивает оси телескопа на заданный угол, нацеливая объектив прибора в нужную точку небесной сферы.

Однопунктовая система для внешнетраекторных измерений ММКОС Сажень-ТА
Однопунктовая система для внешнетраекторных измерений ММКОС «Сажень-ТА» (источник фото)

При этом специальные датчики углового положения осей телескопа с очень большой чувствительностью (разрешение датчика, использующего для уточнения углового положения специальное кольцо с насечкой, составляет примерно 2 в 24 степени) позволяют определить точность позиционирования и в случае необходимости скорректировать ошибку. Такой датчик способен измерять угловое положение с погрешностью в сотые доли угловой секунды. Сам же электросиловой привод позволяет обеспечивать точность углового положения осей телескопа по датчикам при сопровождении космического объекта в одну угловую секунду — это всего лишь 0,00027 градуса, или менее одной миллионной части окружности (в полном обороте 360 градусов или 1 296 000 секунд).

Зачем нужна такая точность? Всё дело в том, что, например, при попытке «дотянуться» лазерным лучом до спутника ГЛОНАСС на средневысокой орбите высотой 19100 километров одна угловая секунда отклонения приведёт к тому, что лазерный луч окажется в ста метрах от того места, где должен находиться спутник. К счастью, луч лазера сфокусирован таким образом, чтобы диаметром пучка компенсировать возможные ошибки.

Специалисты из ИТМО с гордостью говорят, что их система показывает результаты не хуже зарубежных L3 Technologies и MARS Scientific. Например, перспективная система лазерного сопровождения космических объектов SGSLR, разрабатываемая в интересах NASA, имеет схожие требования по точности наведения (суммарная ошибка наведения осей опорно-поворотного устройства — две угловые секунды). На данный момент эта система существует только в виде прототипа NGSLR, и в Goddard Geophysical and Astronomical Observatory строится следующий опытный образец.

Уточняя ГЛОНАСС

Где ещё работают такие системы? Часть цифровых электросиловых приводов производства ИТМО установлена в лазерных станциях комплекса средств фундаментального обеспечения, создаваемого в рамках программы развития национальной системы ГЛОНАСС для увеличения точности работы системы.

Проект получил шифр «Точка» и нацелен на уменьшение погрешности работы системы ГЛОНАСС до пяти сантиметров с нынешних 50-200 — за счёт субмиллиметровой точности измерения дальности до навигационных спутников.

Телескопы-спринтеры, или Как поймать спутник

За счёт чего предполагается этого достигнуть?

Вся работа современной спутниковой системы геопозиционирования основана на точном времени прохождения пакета сигналов от спутника до устройства, в котором используются эфемериды — схемы расположения спутников на своих орбитах в данный момент. Устройство получает сигналы со спутников, измеряет, сколько времени пакет сигналов добирался от каждого из них, и на основании этого высчитывает своё местонахождение. Минимальное количество спутников для этого — четыре, но чем больше аппаратов видит устройство, тем точнее оно определяет свои координаты.

Проблема в том, что даже небольшая ошибка в позиции спутника на орбите и времени его прохождения в итоге приводит к отклонениям в работе навигатора или программы в смартфоне. Вот и получается, что навигатор ошибается на пару-тройку метров от реального положения.

Как можно избежать этой ситуации? Использовать системы комплекса лазерной дальнометрии искусственных спутников Земли. Да, они тоже работают на электроприводах, созданных в ИТМО.

Кроме лазерного дальномера система в идеале должна получать сигнал от атомных часов. Чтобы не только определять координаты космического аппарата, но и сверять его время.

Предполагается, что таких систем будет очень много (в настоящее время работают лишь несколько). За счёт внесения более точной информации в эфемериды — что происходит регулярно — все навигаторы и телефоны получают обновлённые данные с орбитами и временем прохождения спутников. Соответственно, постепенно будет повышаться точность работы ГЛОНАСС.

Система Сажень-ТМ, установленная в ЮАР
Система «Сажень-ТМ», установленная в ЮАР

Кроме неё подобные системы используются и для слежения за взлетающими ракетами — как космическими, так и баллистическими. Стоящий на «Байконуре» комплекс «Сажень-ТА» помогает определять точные координаты стартующей ракеты в реальном времени и корректировать первые манёвры космического аппарата. А для инфракрасного канала нашлась ещё одна работа: во время заправки ракеты комплекс помогает определить, насколько полно заправлены баки топливом и жидким кислородом, чтобы избежать возможной аварии.

Так что, выходя из дома и пользуясь навигатором, иногда вспоминайте: в это время по всей Земле работают десятки станций, измеряющих расстояние от Земли до спутников и других космических объектов. Напряжённо жужжат электроприводы, вычерчивая максимально точные и очень быстрые фигуры, пытаясь поспеть за пролетающими спутниками. Небо режут лазерные лучи, непрерывно измеряющие расстояние до космических аппаратов. И всё это для того, чтобы вы поменьше ругались: «Ну что это за навигатор, опять на несколько метров ошибся и меня на другую сторону дороги отправил!»

Hoвости СМИ2
«‡„ÛÁ͇...
Илон Маск опять доставляет
На сей раз — космический беспилотник

Американские ВВС запускают в космос Илона Маска. В смысле, не его самого, а ракеты SpaceX Falcon 9. К одной из них будет пришпандорен X-37B — засекреченный космический челнок, который в сентябре совершит свой пятый полёт.

6.9K
7
3
56
Бумажный космос Вернера фон Брауна

Благородному искусству заработка на космическом стартапе давно стукнуло полвека. Семьдесят не за горами. Но из всех адептов космической многоразовости Вернер фон Браун оказался автором не только одного из самых первых, но и самых запоминающихся проектов.

11K
17
3
69
Пепелац с транклюкатором
Атомный космос Страны Советов

Мирным космосом в далёкие пятидесятые и не пахло. Заведомое преимущество США в ядерных вооружениях нужно было хоть как-то парировать. Желательно — «ещё вчера». Одним из таких несимметричных ответов предсказуемо стал проект советского орбитального бомбардировщика с ядерным оружием на борту.

20K
18
6
91
Лунная соната для бластера
Чем и как армия США хотела воевать за Луну

В далёком 1959 году армия США всерьёз готовилась в недалёкой перспективе воевать на Луне: логика «холодной войны» предполагала скорую милитаризацию космоса. К грядущим боям готовились по-настоящему, в том числе разрабатывали и оружие вида ужасного для космодесанта.

13K
17
7
138
С орбиты на Землю вручную и на глаз

Бывает, пишешь об исторических фактах и понимаешь: не поверят. Потому как вместо фактов чаще всего сочиняется сплошная дичь. Тем не менее, реальная космическая программа двадцатого века состоит из такой вот «дичи» чуть ли не полностью.

10K
15
5
160
Лунные мусорщики
Космический сбор металлолома

Прошлый век ― эпоха космических свершений. Больших и маленьких, популярных и забытых. Одним из них стал первый межпланетный сбор мусора.

4.7K
12
6
40
Красота без здравого смысла
Правда о чудо-скафандре Давы Ньюмен

Первое письмо в редакцию, которое мы решили опубликовать.

16K
23
9
272
К вечной славе десанта!
Мобильная пехота подполковника Ригга

Водку пьянствовать и безобразия творить подполковник Боб Ригг начал ещё в 1943 году, когда служил военным наблюдателем у красных казаков. В его биографии отмечают даже аресты, пусть и без особых уточнений, за что именно. Месяц в китайской тюрьме у коммунистов в 1947 году окончательно сломал и без того нестойкую психику подполковника.

14K
13
1
20
«Итака», полная десанта
Вокруг света за 45 минут

Ранние шестидесятые породили целую россыпь проектов тяжёлых и сверхтяжёлых космических транспортных систем. Морпехи США в целом и генерал Уоллес М. Грин, в частности, полагали, что им не помешает ракетная мобильность в пределах земного шара. Потому что нельзя просто взять и не полетать на межконтинентальном ракетном слонопотаме!

19K
21
4
159
Ад над Германией: самый огромный провал «летающих крепостей»

17 августа 1943 года американские лётчики готовились к масштабному рейду вглубь Германии — это должно было стать жёстким и впечатляющим ударом по вражеской промышленности. Но на деле американцев ждала самая кровавая воздушная битва в небе над Третьим рейхом.

18K
66
34
688
Почему Россия массово скупает патроны: мини-расследование WARHEAD.SU

Мы расспросили экспертов и выяснили: скупают не только патроны, но и оружие; спрос местами вырос не на 130%, а на 500%; и ещё — средний чек некоторых оружейных магазинов достиг 1,5 млн рублей.

15K
39
1
460
На грани жизни и смерти: прошло ли время штурмовиков?

Одни классы самолётов появляются, другие исчезают, но вокруг некоторых из них не утихают споры. И самый главный объект для обсуждений — штурмовики. Казалось, они окончательно погибли в 50-х, с наступлением сверхзвуковой эры. Затем их класс возродился, но сейчас вновь стоит на пороге исчезновения. Почему так сложилось и какая судьба ждёт штурмовики?

11K
66
92
384
Как заразить Сан-Франциско: незаметно и безнаказанно

Американская военщина распыляет микробы по американскому же городу… 70 лет назад это было не фантастикой и не бредом, а просто скучной реальностью. Осенью 1950 года американский тральщик бороздил воды бухты Сан-Франциско. Но бороздил не просто так, а с абсолютно секретной миссией. Он распылял в воздухе бактерии. Зачем?

12K
51
58
340
Китай в ловушке: как довести до краха великую империю

Нанкинский договор заставил Китай открыть для свободной торговли с европейцами порты Амой, Фучжоу, Нинбо и Шанхай. Остров Гонконг перешёл в вечное владение Великобритании. Империи Цин предстояло выплатить Лондону 21 миллион долларов в течение трёх лет! Это был первый унизительный и неравноправный договор Китая с европейцами. Но как же так получилось?

12K
51
38
374
Лучшие аниме для «настоящих пацанов»

Многие терпеть не могут аниме. Дескать, это всё какая-то «девчачья дичь». И совершенно зря. Аниме — огромный мир, по разнообразию сравнимый с игровым кинематографом. В нём есть настолько лихие и крутые боевики разных видов и стилей, что многие классические образчики жанра могут разве что постоять в стороне и нервно покурить.

11K
20
29
204
В погоне за чудом. Мифы о реактивных истребителях Третьего рейха

Третий рейх в свои последние годы имеет очень противоречивый образ в массовом сознании. С одной стороны, это уже обречённое преступное государство, а с другой — страна с немыслимым уровнем технологий, особенно в авиации. Многие уверены, что немцы опережали своих противников чуть ли не на десятилетия. Но так ли это? Мы разобрались.

11K
72
84
459
Самая большая в мире мышь: сверхтяжёлый танк «Маус»

Масса и размеры боевых машин неуклонно растут. Сходите на «Армию» и обалдейте от габаритов того же Т-15! Но даже новейшие танки не «разжирели» настолько, чтобы составить конкуренцию «Маусу» — порождению 40-х годов. Как немцы дошли до создания двуухсоттонного танка, мог ли существовать батальон «маусов» и как бы с ним стали бороться?

11K
56
31
415
Гибель первой женщины-палубника, или Что скрывает американский флот

Не успела американская морская авиация привыкнуть к первой женщине за штурвалом F-14, как она погибла в авиакатастрофе. Официальной версией признали отказ техники, но дальнейшее расследование поставило её под сомнение. О гибели Кары Халтгрин, споры о которой не утихают и по сей день, — в нашем материале.

11K
43
32
163
Острее бритвы: как правильно точить ножи

Пришли на шашлыки, а тупой «дедушкин» ножик не режет мясо? Вовремя затачивать надо было! Чтобы вы больше не попали впросак в такой ситуации — наша статья о том, как же правильно «лечить» затупившиеся клинки.

125K
64
48
467
Советская пехота держит удар: как растерялись «тигры»

«Разгромить!» — такой безапелляционный приказ получил свежий 507-й тяжёлый танковый батальон «тигров». Его машины 21 марта 1944 года выгрузились с платформ в районе Львова прямо к началу нового наступления Красной армии. Ожидания немецкого командования по поводу чудесной силы «тигров» оказались обмануты самым подлым образом.

97K
90
27
742
Средневековые убийцы, или О чём на самом деле сказка про Красную Шапочку?

Все мы в детстве слышали историю про девочку и волка. Но вряд ли догадывались, какая тьма, какой ужас стоят за ней. О событиях, ставших основой всеми любимой сказки, — в материале WARHEAD.SU.

66K
98
58
979
Ликбез: численность средневековых армий

Ничто не вызывает столько споров у историков, как вопрос о численности средневековых армий. По страницам серьёзных монографий и научно-популярных книг ходят цифры, порой очень плохо сопоставимые с реальностью. Так сколько же воинов могло выставить средневековое государство? WARHEAD.SU разобрался.

62K
54
57
591
Монгольские нукеры против рыцарей: битва при Легнице

Сравнивать крестоносцев и монголов, казалось бы, заведомо бесполезное занятие. Ведь где рыцарство, а где хитрые азиаты? Однако 9 апреля 1241 года под Легницей, что в Силезии, произошла великая битва, которая поможет ответить на вопрос: какая же военная культура прошлого превосходит остальные?

59K
59
47
1.1K
Партизанские реалии: насколько точными были полевые сводки?

«Чем дальше в лес, тем толще партизаны», гласит известная шутка. В начале 1944 года, когда Красная армия освободила значительную часть Украины, штаб партизанского движения захотел проверить — а так ли были точны сводки?

57K
69
68
862
Битва за Радзехов: анти-Расейняй Великой Отечественной

«Советские КВ и Т-34 были неуязвимы для немецкой артиллерии летом 1941 года!» — такие утверждения можно встретить и сегодня. Обычно дальше вспоминают прибалтийский Расейняй и одинокий КВ против 4-й танковой группы. Но ход боевых действий подсказывает, что была и полная его противоположность. Имя ей — Радзехов.

57K
77
35
719
Стройка века по-немецки: Атлантический вал

«Мы построим свою линию укреплений, с пушками и адским пламенем!» — решили немцы в 30-е годы, обиженно наблюдая, как тем же самым вовсю уже занимается весь остальной мир. Немецкая пропаганда утверждала, что Атлантический вал неприступен и любая попытка высадки обречена. Но союзники решили, что этот вал не так страшен, как его малевал доктор Геббельс.

57K
52
11
432
Бомбардировщик «Сотка»: бесполезный шедевр

Великий самолёт, превосходящий все аналоги, но погубленный интригами похлеще, чем в «Игре престолов». Речь идёт, разумеется, о бомбардировщике Сухого Т-4 «Сотка». Многие считают провал этой программы чуть ли не трагедией государственного масштаба. Так ли это и кого можно обвинить? Мы разобрались.

50K
38
9
466
10 «школьных» заблуждений о русской военной истории

На Куликовом поле не было пехоты, стрельцы не воевали в красном, Карл XII не нападал на Россию!

233K
105
63
897
Острее бритвы: как правильно точить ножи

Пришли на шашлыки, а тупой «дедушкин» ножик не режет мясо? Вовремя затачивать надо было! Чтобы вы больше не попали впросак в такой ситуации — наша статья о том, как же правильно «лечить» затупившиеся клинки.

125K
64
48
467
Взгляд Запада: каким видели советский спецназ в Афганистане

Советского спецназа на Западе очень боялись — и заслуженно. О наших бойцах писали в зарубежной прессе, рассказывали душманы. За Spetsnaz пристально следили за океаном. О подвигах бойцов в Афганистане ходило много легенд. Какие из них правда? Сейчас расскажем.

125K
83
21
869
Плавучие ветераны Второй мировой: самые старые действующие военные корабли

Вторая мировая была настолько давно, что корабли, принимавшие в ней участие, уже давно превратились в плавучие музеи. Но не все! Некоторые всё ещё стоят в строю и гордо несут флаги своих стран. Мы собрали для вас подборку самых интересных кораблей-ветеранов.

119K
33
13
81
Советская пехота держит удар: как растерялись «тигры»

«Разгромить!» — такой безапелляционный приказ получил свежий 507-й тяжёлый танковый батальон «тигров». Его машины 21 марта 1944 года выгрузились с платформ в районе Львова прямо к началу нового наступления Красной армии. Ожидания немецкого командования по поводу чудесной силы «тигров» оказались обмануты самым подлым образом.

97K
90
27
742
Ликбез: зачем танку бревно

Танк — это вам не шуточки, а грозная боевая машина, обвешанная орудиями смерти! Но кроме привычных всем пушек, пулемётов и гусениц на нём частенько можно увидеть самые странные навороты. И по степени непонятности одно из первых мест занимает обычное бревно. Казалось бы, зачем оно на танке? Мы разобрались.

95K
45
29
457
Тест: Какой вы военачальник?

Всегда мечтали стать Верховным Главнокомандующим, но что-то мешало? Опыт знаменитых военачальников прошлого поможет подготовиться как следует и избежать ошибок. Пройдите тест WARHEAD.SU и узнайте, какой стиль командования войсками ближе именно вам.

90K
7
4
276
Гиганты в тупике
Мы не увидим их в небе

Бомбардировщики — самые большие, сложные и дорогие боевые самолёты своего времени. Ведь доставлять на территорию противника смертельный груз — это задача, на которую сил и средств не жалеют. Однако, попытка внедрения даже самых амбициозных идей часто даёт осечку. Взглянем на чудовищ, которых породил временный сон разума некоторых конструкторов.

78K
35
14
172
Рожок, бубен и мясорубка: что поможет перезарядить быстрее?

Запас патронов бывает двух видов: «мало» и «всё равно мало». Однако просто забить рюкзак патронами — тоже не выход. Процесс перезарядки для противника вовсе не повод по-джентльменски прекратить стрельбу. Перезаряжаться желательно как можно быстрее и реже, а патроны таскать уже «готовыми к употреблению». Что же для этого придумали?

77K
28
17
346