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.

/
3.4K
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
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.

7.2K
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
19
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.

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.

4.8K
12
6
40
Красота без здравого смысла
Правда о чудо-скафандре Давы Ньюмен

Первое письмо в редакцию, которое мы решили опубликовать.

16K
24
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
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.

41K
122
132
6.1K
Жил грешно и умер смешно. 5 нелепых смертей командующих «Оси»

Умереть при приземлении на минное поле. Стать жертвой пропеллера собственного самолёта. Отдать концы, попав под раздачу ни за что. Многие командующие стран «Оси» погибли на Восточном фронте при весьма затейливых обстоятельствах. В нашей подборке — наиболее «отличившиеся» кадры: те, кому в смерти не повезло. И поделом.

28K
137
125
2.3K
Как отучить дезертиров сдаваться в плен — метод сержанта Глазкова

Чтобы отучить бойца переходить на сторону врага, нужен особист. Только не такой, как в «Штрафбате», а настоящий герой-чекист, способный на риск и подвиг. Таким оказался сержант НКВД Иван Глазков из 114-й стрелковой дивизии. После него желание принимать перебежчиков у противника отпало раз и навсегда.

26K
74
317
2.1K
Всегда стоят насмерть: румыны о советских солдатах и РККА

«Остаётся мёртвым, где поставил командир». В разгар битвы за Сталинград командование 3-й румынской армии разослало в свои части документ, оценивавший боевые качества Красной армии. Это исследование базировалось на оценке вермахта, которую румыны обогатили своим опытом войны с СССР. О том, как видели РККА и красноармейцев их враги, — в нашем материале.

23K
87
45
3.6K
Дизайн против функциональности: разбираем новый скафандр SpaceX

Скоро к Международной космической станции стартует новый пилотируемый космический корабль Crew Dragon! И пока все ждут этого эпохального события, мы решили разобрать последние фотографии модных скафандров, разработанных компанией SpaceX, и взяли комментарий у Николая Моисеева — специалиста по скафандростроению и основателя компании Final Frontier Design.

21K
56
85
1.8K
«Куда пропали пленные Эйзенхауэра?»: тайна миллиона солдат Третьего рейха

Злобные американцы во главе с генералом Эйзенхауэром уморили миллион немцев! Или нет? Что на самом деле случилось с солдатами Третьего рейха в американском плену — в нашей статье.

19K
93
189
458
Танк или недоразумение: как воевал Т-60

Одни говорят, что это был едва ли не худший танк войны — слабый, с малокалиберной пушчонкой, тонкой бронёй и дохлым мотором, который даже ездить без «старших братьев» не всегда мог. Другие — что именно эта машина спасла Москву. Кто же прав? И вообще, что такое Т-60 — танк или недотанк, «машина танкового шлейфа»?

19K
85
132
788
Удача, полководческий талант и дурость противника: пять неравных битв Средневековья

У вас нет денег, ваши вассалы разгромлены, а союзники готовы вонзить нож в спину. Как воевать? Спокуха! Победить сильного врага можно, даже уступая ему в численности. Немного везения, грамотные манёвры и идиотизм противника творят чудеса. Даже в Средневековье, где всем рулит рыцарская кавалерия.

17K
79
56
1.4K
Почему английские лучники сражались без штанов при Азенкуре?

Известная, славная битва вошла в историю Англии — сражение при Азенкуре, когда английские лучники напрочь разбили французов. Правда, в учебниках обычно опускают один забавный факт, о котором мы вам и расскажем.

17K
77
34
2.9K
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.

72K
110
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.

66K
62
71
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?

63K
63
48
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?

61K
73
76
862
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.

60K
61
11
432
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.

58K
78
35
719
Если бы Союз проиграл: 5 альтернативно-исторических мифов о будущем Третьего рейха

Что было бы, если бы СССР проиграл Великую Отечественную? Как заявляют фанатичные любители немецкого орднунга, в этом случае Германия стала бы непобедима, завоевала бы весь мир, вышла бы первой в космос… Вот только такая оценка не выдерживает критики. WARHEAD.SU подробно разобрал пять излюбленных тезисов рейхофилов.

51K
70
406
703
«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.

45K
68
83
1.7K
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?

44K
95
353
786
10 «школьных» заблуждений о русской военной истории

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

257K
117
83
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.

128K
35
13
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.

133K
74
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.

130K
95
24
869
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.

100K
98
29
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.

98K
53
31
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.

94K
8
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.

79K
38
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?

79K
29
18
346