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.

/
3.1K
21
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.

6.5K
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.

9.5K
12
2
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
5
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.

4.5K
11
6
40
Красота без здравого смысла
Правда о чудо-скафандре Давы Ньюмен

Первое письмо в редакцию, которое мы решили опубликовать.

16K
22
7
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
12
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!

18K
21
4
159
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?

28K
112
106
1.4K
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?

28K
74
309
701
Играй, гармонь: советские разведчики против гармонистов вермахта

Каждый офицер вермахта на Восточном фронте должен был знать — никаких концертов на передовой. А иначе на звуки музыки придут русские разведчики и «поаплодируют» музыкантам гранатами и автоматными очередями. Именно так нашёл свою смерть гауптман Краум — большой любитель балалаек и гармошек.

20K
51
16
279
Кто кого? Сталин против Сталина

Когда Сталин умер, люди тут же стали рассказывать небылицы про «управление войной по глобусу». Сейчас Иосифа Виссарионовича часто представляют непогрешимым и несгибаемым. Истина же в том, что в военном отношении Сталин был неплохой стратег, но никудышный тактик.

18K
67
645
522
Операция «Козлёнок»: как спецназ ЮЗА встречал Рождество

Что делать, если Рождество встретить хочется за накрытым столом, а всех припасов — сухой паёк? Правильно — проявить недюжинную смекалку. Как южноафриканские полицейские в разгар войны в Анголе отметили новогодние праздники — в нашем материале.

16K
56
15
97
Тест: знаете ли вы биографию маршала Победы Георгия Жукова?

Георгий Константинович Жуков — полководец, сыгравший ключевую роль в победе над нацизмом. Давайте посмотрим, знаете ли вы биографию великого маршала.

16K
8
16
283
Воздушный дредноут: как СССР чуть не построил стометровый самолёт

В начале 30-х в СССР пестовали идею создания самолётов-гигантов. Военные, впечатлённые идеями генерала Дуэ, рисовали в воображении ряды огромных бомбовозов, стройными рядами плывущих к неприятельским индустриальным центрам. ТБ-6 со своим 95-метровым размахом крыла должен был стать крупнейшим, но так и не увидел свет. О судьбе воздушного колосса — в нашей статье.

13K
38
57
111
Китай — забытый фронт Второй мировой

В начале 1944-го японская армия начала масштабное наступление в Китае. «Ити-го» стала последней успешной операцией стран «Оси» во Второй мировой. Могли ли японцы предпринять её раньше и завоевать Китай? Как изменился бы в этом случае ход войны?

13K
56
33
462
Ближневосточная «прохоровка»: иранские «чифтены» против иракских Т-62

Сотни танков сошлись в смертельной схватке, сдаваться не собирался никто… Июль 1943-го, Прохоровка? Нет, январь 1981-го, Хузестан. Именно там развернулось крупное танковое сражение ирано-иракской войны. Об иранской операции «Победа», противостоянии западной и советской бронетехники и противоречивых итогах битвы — в материале WARHEAD.SU.

13K
58
8
426
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.

98K
56
41
467
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.

96K
29
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.

89K
80
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.

62K
94
57
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.

59K
52
57
591
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?

56K
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.

55K
76
35
719
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?

55K
53
42
1.1K
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.

55K
51
11
432
10 «школьных» заблуждений о русской военной истории

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

218K
95
58
897
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.

116K
74
19
869
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.

98K
56
41
467
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.

96K
29
13
81
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.

91K
42
29
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.

89K
80
27
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.

86K
7
3
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.

76K
34
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?

76K
28
17
346