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.

/
3.6K
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!»

Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.
Hoвости СМИ2
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.

7.7K
8
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.

12K
21
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.

21K
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.

14K
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.

11K
17
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.

5K
12
6
40
Красота без здравого смысла
Правда о чудо-скафандре Давы Ньюмен

Первое письмо в редакцию, которое мы решили опубликовать.

17K
25
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.

15K
16
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
23
4
159
Невозможная эвакуация Ханко: как пулемёты-призраки прикрывали отход советского гарнизона

У советских войск, оборонявшихся на полуострове Ханко, не было сложной электроники. Однако они сумели превратить пулемёты в дотах и дзотах в автоматические, чтобы обмануть финнов и получить шанс на эвакуацию. Она была почти невозможной, но стала первым успехом советского флота в годы войны.

40K
143
41
1.2K
Госсекретарь США Помпео дал старт новой холодной войне

Мы долго думали, как лучше отреагировать на сенсационную речь Майка Помпео, но в итоге решили, что любые аналитики и эксперты тут бессильны — этот текст прекрасен сам по себе. WARHEAD.SU предлагает вам полный перевод речи госсекретаря Майка Помпео, в которой он объявил Китайскую Народную Республику прямым и явным врагом США и всего «свободного мира».

32K
50
314
6.2K
Пистолет-пулемёт Калашникова снова встанет в строй. Возвращение к корням?

22 июля 2020 года концерн «Калашников» объявил о появлении на свет нового образца — ППК-20, пистолета-пулемёта Калашникова образца 2020. Что это значит, и кому может пригодиться новое оружие? Мы разобрались.

29K
63
18
822
Почему арбалеты проиграли раннему огнестрелу?

Хороший мощный арбалет — дальнобойное точное оружие. Почему и как оно сдало позиции огнестрелу?

25K
80
133
1.5K
Не стрелявшие в спины: подвиг заградотрядов 16-й армии

Заградительные отряды — не расстрельные команды. И бойцы таких подразделений совершали настоящие подвиги. Как заградотрядовцы 16-й армии стали последним рубежом советской обороны на реке Жиздра в августе 1942-го — в нашем материале.

24K
120
241
1.9K
Операция «Римон-20»: советские лётчики против ВВС Израиля

МиГи против «фантомов» и «миражей». 30 июля 1970 года в небе Египта случилось, пожалуй, одно из самых знаменитых воздушных сражений в послевоенной истории. Каким его видели люди в кабинах самолётов, на советских и израильских командных пунктах, — в материале WARHEAD.SU.

24K
84
206
449
Туалетные войны: подводники против тыловиков

Война без туалетной бумаги — это ад. Особенно на подводной лодке. Как американские подводники «воевали» с тыловиками за право нормально ходить в гальюн — в нашем материале.

23K
94
21
583
Маузер Папанина: «Веллер врёт, а люди верят»

Что будет, если к разобранному «Маузеру С96» подкинуть маленькую детальку? Есть разные мнения на этот счёт… И, конечно, не обошлось без баек.

21K
84
299
480
Зачем СССР столько танков?

Часто удивляются — зачем СССР нужно было так много танков? И правда, на фото и видео советских парадов видны необозримые ряды бронетехники. СССР часто делал больше танков, чем весь остальной мир, вместе взятый. Почему?

21K
78
202
116
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.

84K
128
64
979
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?

65K
81
78
862
10 «школьных» заблуждений о предвоенных репрессиях в Красной армии

Красную армию обезглавили перед войной. 1941 года не было бы, если бы не 1937-й. А может быть, наоборот, репрессии — это очищение? Так как же всё было на самом деле?

53K
110
378
786
«Месть за муки»: как сражались освобождённые из плена красноармейцы

Те, кто прошёл ужасы немецкого плена, рвались в бой, едва лишь выйдя на свободу. Ими двигала жажда мести, желание расплатиться с мучителями. Вновь оказавшись в строю, они показывали себя отличными, дисциплинированными солдатами. Пример тому — участие бывших пленных в форсировании Одера в составе 47-й гвардейской танковой бригады.

48K
73
88
1.7K
В лучах чужой славы: липовые ветераны

Эти люди появляются практически на каждом крупном мероприятии, посвящённом Великой Отечественной войне. Они получают свою толику славы, почёта и уважения, зачастую проникая туда, куда «простым смертным» путь оказывается заказан. Они попадают на страницы печатных изданий, в статьи, телепередачи, открытки, картины. Это — липовые ветераны.

46K
129
134
6.1K
Маниакальный ужас: топ-7 серийных убийц древности и Средневековья

Жиль де Ре, граф Дракула, кровавая графиня Батори — их вы и так прекрасно знаете. Но были и другие — те, кому не довелось попасть в учебники, хотя деяния их были едва ли не более омерзительными. Семёрка забытых убийц далёкого прошлого — в нашем сегодняшнем материале.

42K
45
14
238
Самый тёмный час: штурм Грозного

Штурм Грозного зимой 1994-95 годов стал крупнейшей катастрофой современной российской армии. Операция, которую планировали провести быстро и красиво, обернулась оглушительной трагедией. Как же так вышло?

41K
134
107
1.4K
Пожалуй, худшее историческое кино: сериал «Екатерина. Самозванцы»

Если вы хотите в подробностях узнать, как не надо снимать исторические сериалы, то сейчас для этого есть все шансы — на экраны страны вышел сериал «Екатерина. Самозванцы». В нём плохо абсолютно всё — от сценария до игры актёров. WARHEAD с огромным усилием начал знакомиться с новым масштабным телепроектом.

41K
50
60
844
Невозможная эвакуация Ханко: как пулемёты-призраки прикрывали отход советского гарнизона

У советских войск, оборонявшихся на полуострове Ханко, не было сложной электроники. Однако они сумели превратить пулемёты в дотах и дзотах в автоматические, чтобы обмануть финнов и получить шанс на эвакуацию. Она была почти невозможной, но стала первым успехом советского флота в годы войны.

40K
143
41
1.2K
10 «школьных» заблуждений о русской военной истории

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

289K
132
95
897
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.

155K
41
14
81
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.

140K
77
55
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.

134K
102
25
869
Как начинают войны: ликбез

Чтобы пересчитать все горячие точки планеты в 2017, вам не хватит пальцев обеих рук. В 2016 году в них погибло более 130 тысяч человек, что значительно меньше, чем в 2014, но примерно столько же, сколько в 2015. Хотя официально ни одной войны сейчас не идёт. Война вообще-то запрещена.

112K
52
10
274
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.

106K
59
34
457
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.

103K
104
29
742
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.

101K
12
4
276
Кто такие гренадеры: могучие великаны военной истории

Многие почему-то зовут их гренадёрами. Это ошибка, но возможно, в таком наименовании подсознательно отразилась сама суть этого рода войск. Ведь гренадеры всегда были не прочь надрать пятую точку любому противнику.

86K
47
8
358