С думой о Земле
Шрифт:
Устойчивость космической связи достигается в том случае, когда размеры главного зеркала антенны в сотни и даже в тысячи раз превышают длину радиоволны. Если учесть, что ее диапазон лежит в пределах от 3 до 40 сантиметров, то становится ясным, насколько громоздким оно должно быть. А это и приводит к возникновению трудностей.
Качество любой антенны оценивается коэффициентом ее использования, который зависит от формы главного зеркала и дефектов его изготовления, совершенства облучателя, степени затенения зеркала элементами крепления контррефлектора. Еще совсем недавно этот коэффициент составлял 0,5–0,6, а это означает, что в лучшем случае 40–50 процентов площади зеркала практически пропадает. Вот и получается, что, строя антенну диаметром 60
Существенный вклад в решение этой проблемы внес член-корреспондент АН СССР Л. Д. Бахрах. Он предложил заменить традиционную параболическую форму главного зеркала квазипараболической. Такая форма рефлектора помогает добиться более равномерной освещенности его поверхности. Тогда и энергия облучателя используется почти полностью. Если бы не затенение от опор контррефлектора и дефекты изготовления зеркала, коэффициент использования поверхности квазипараболической антенны был бы близок к единице. Новый профиль зеркала нашел первое воплощение в антеннах спутниковой связи, в частности земных станциях «Орбита» и «Москва».
С увеличением диаметра зеркала неизбежно встает еще одна проблема: борьба с деформациями. Их величина растет пропорционально квадрату диаметра зеркала. Так, у 70-метровой антенны деформация в восемь раз больше, чем у 20-метровой, и достигает трех-четырех сантиметров. Вот тут-то и начинаются трудности, ведь неровности формы не должны превышать десятой доли длины волны.
И из этого, казалось бы, безвыходного положения выход был найден. Советский конструктор радиотелескопов П. А. Калачев и немецкий конструктор С. фон Хорнер независимо друг от друга предложили идею, которая сводилась к следующему. Поскольку от деформации избавиться нельзя, то не попытаться ли рационально использовать новую форму зеркала, запланировав ее изменение в процессе проектирования?
Комбинируя смещение контррефлектора и облучателя в зависимости от деформации, можно добиться требуемого хода лучей. Позже, при разработке антенны РТ-70, был найден закон распределения деформации по поверхности произвольной формы для двухзеркальной системы, то есть найдено решение в общем виде. В результате коэффициент использования антенны был поднят до 0,8.
Радиотелескоп был опробован в декабре 1978 года во время работы с автоматическими межпланетными станциями «Венера-11» и «Венера-12». Тогда благодаря его чувствительности ученые смогли определить параметры движения спускаемых аппаратов в атмосфере планеты. С тех пор проведено немало космических, радиоастрономических и радиолокационных исследований, в которых с помощью РТ-70 получены качественно новые результаты.
По сравнению с другими отечественными центрами дальней космической связи крымский радиотелескоп в различных диапазонах волн в 10–35 раз более чувствителен к сигналам, приходящим от автоматических межпланетных станций. Во столько же раз выше скорость приема научной информации, передаваемой с борта этих станций. Это особенно важно для исследования Венеры, поскольку время спуска аппаратов на ее поверхность занимает несколько часов. Именно возможности крымского радиотелескопа обеспечивали прием цветной фотопанорамы поверхности Венеры в 1981 году, информации о локации поверхности планеты аппаратурой станций «Венера-15» и «Венера-16» в 1983 году и в экспериментах с аэростатными зондами «Вега-1» и «Вега-2» в 1985 году.
Интересные результаты получили советские ученые при радиолокации планет. Измерения межпланетных расстояний, выполненные с помощью крымского и других радиотелескопов, легли в основу уточненной теории движения внутренних планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса). Она дает поразительные результаты: в 50–100 раз точнее классической позволяет прогнозировать движение этих планет. Это очень важное достижение. Баллистики получили весьма тонкий инструмент для расчета межпланетных траекторий космических аппаратов.
Антенна РТ-70 дала возможность увидеть рельеф ближайших к нам планет с разрешением по дальности до 1,2 км. В частности, на Марсе определен профиль горы Олимп, максимальная высота которой 17,5 километра.
Этот телескоп позволил радиоастрономам регистрировать слабые источники космического излучения, исследовать их спектр в недоступном ранее диапазоне волн (например, на длинах волн 1,35 и 0,8 см). А именно они несут важную информацию о структуре и движении объектов Вселенной.
Радиоастрономы, опираясь на опыт предшественников, в целях достижения лучшего разрешения стали «объединять» радиотелескопы в радиоинтерферометры с базой чуть ли не в диаметр Земли. Такой антенный дуэт позволяет достичь разрешения в 0,001 секунды, что в 20 раз лучше, чем у самого крупного оптического телескопа. В частности, совсем недавно крымский радиотелескоп был участником такого дуэта в исследованиях кометы Галлея. А в 1979 году советские ученые создали первый в мире космический радиоинтерферометр, в который вошли РТ-70 и установленный на орбитальной станции «Салют-6» радиотелескоп КРТ-10.
Таковы первые, в ряде случаев рекордные, достижения советских ученых при работе с РТ-70. Как всякий новый и совершенный инструмент, он не раскрыл пока полностью своих возможностей, и мы, несомненно, еще станем свидетелями новых космических свершений с использованием крымского радиотелескопа.
Вот что говорил шеф советского «космического» флота Иван Дмитриевич Папанин, известный полярник, дважды Герой Советского Союза, доктор географических наук, возглавлявший Отдел морских экспедиционных работ АН СССР: «Достаточно бегло взглянуть на глобус: он большей частью голубой. Под водой скрыты чуть ли не три четверти земной поверхности. Иначе говоря, радиогоризонт наземных станций ограничен. И, естественно, они рано или поздно теряют космический объект из виду, перестают его слышать, не могут управлять им. А если необходимо связаться с космонавтами, откорректировать траекторию ИСЗ или межпланетной станции как раз в тот момент, когда объект наблюдения вне поля зрения наземных станций? Выход единственный — развернуть сеть передвижных станций слежения в морях и океанах.
Таких кораблей раньше не строили. Задача, стоявшая перед учеными, радиотехниками, корабелами, создавшими первенец „космического флота“, была исключительно сложна. Корабль должен был быть достаточно просторным, чтобы на палубах его разместились гигантские антенны, а в каютах и в трюме — сотни исследователей, тысячи приборов, целый научный институт. Он должен был быстро и четко находить заданную точку океана — для работы в космосе нужно точно знать свои координаты, — и, наконец, в любую бурю палуба его должна быть такой же неподвижной и устойчивой, как скала, — любая, даже самая малейшая качка пагубно сказалась бы на работе антенн и других приборов.
А в общем, он должен сочетать в себе свойства быстрого и надежного корабля с точностью движения ракеты и исследовательские возможности института».
Суда в океане располагаются так, чтобы исключить так называемые глухие витки космических аппаратов. Например, при пилотируемых околоземных полетах из 16 суточных витков 5–6 находятся вне радиовидимости с территории Советского Союза, то есть перерыв в связи может достигать 9 часов.
Расчеты показывают, что уже два корабельных командно-измерительных пункта, находящиеся в определенных точках Атлантического океана, могут исключить глухие витки и обеспечить практически непрерывность контроля за космическим полетом. Это наглядный пример того, что для непрерывной радиосвязи с космическими аппаратами требуется равномерное распределение пунктов КИК по всей планете. Именно это и послужило причиной создания «космической» флотилии. А история ее такова.