Файл: Шебшаевич В.С. Радиотехнические методы и средства контроля траекторий искусственных спутников Земли и космических ракет.pdf

!

f t - £ ¥ U

Редактор И. И. ЧУПЯТОВ

Типолитография ЛКВВИА имени А. Ф. Можайского

-5 -

ПР Е Д И С Л О В И Е

Радиотехнические системы применяются

в настоящее время как основные средства контроля траекторий искусственных спутни­ ков Земли (ЙСЗ) и космических ракет* Начи­ ная с периода наблюден^* за первым совет­

и точные средства контроля.

За последние три года появилась об­ ширная литература, посвящённая применению радиотехнических Методов и средств для и е-

лей контроля космических траекторий. Это -

преимущественно статьи в научно-технических журналах, многие из которых трудно доступны отечественному читателю.

В данной работе сделана попытка обобщить опубликованные в отечественной и зарубежной периодической печати материалы и дать систе­ матическое изложение современных радиотехник ческих методов и средств контроля траекто­ рий ИСЗ и космических ракет. Изложение'ма­ териала подчинено задаче создания учебного пособия.

-5 -

§I . ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ

ИСРЕДСТВ КОНТРОЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ТРАЕКТОРИЙ

Радиотехнические метода нашли в настоящее время широкое применение для. оп­ ределения пространственных координат ис­ кусственных спутников Земли» обращающихся по орбитам, и космических ракет,запускае­ мых в сторону Луны и на орбиты вокруг

Солнца. Измерение координат спутников и космических ракет проводится в интересах контроля их положения на заданных орбитах и траекториях. Поэтому соответствующие;

технические средства называют средствами контроля траектории.

Радиотехнические средства используютоя также для контроля траекторий баллистиче­ ских ракет. Однако своеобразие космических траекторий и режима движения по ним потре­ бовали разработки опециалышх. средств конт­ роля для спутников Земли и космических ракет.

При запуске искусственных спутников Земли доказательства того, что спутник действительно вышел на орбиту вокруг Земли»

- 6 -

пуск и использование искусственных спутни- 'ков Земли как для научных исследований,так и в прикладных целях предполагает, что за­ ранее могут быть известны координаты спут­ ника в определённые моменты времени. Это достигается на основе применения специаль­ ных наземных контрольных станций. Контроль за координатами спутника позволяет уточнить параметры его орбиты, учесть их изменение во времени и предсказать наперёд траекторию движения ЙСЗ,

Успешный запуск космических ракет на Луну и вокруг Луны был бы немыслим без ра­ боты наземйой службы контроля их траекто­ рий о Точно так же, как для обеспечения вождения самолётов на авиационных трассах применяются аэродромные и трассовые сред-

отва контроля их координат, так и при осу­ ществлении .космических полётов потребуется располагать разветвлённой системой конт­ рольных станций, размещённых по территории всего земного шара, а также вне его .

Контроль траекторий основан на приме­ нении различных видов электромагнитной энергии, излучаемой либо отражаемой ракетой

- 7 -

или спутником: световой энергии, тепловой, радиочастотной.

На использовании световых волн.

(в виде отражённого солнечного света или энергии специально установленных;светиль­ ников) основана работа оптических или ви­ зуальных средств контроля. Для визирова­ ния светового источника применяются опти­ ческие трубки и телескопы.

-Тепловые средства контроля исполь­ зуют излучательную способность самого кор­ пуса объекта или раскалённых газов,выбра­ сываемых им, а также отражённой от корпуса энергии. Такими приборами являются инфра­ красные теплопвленгаторы.

Работа радиотехнических средств конт­ роля основана на приеме либо собственного теплового радиоизлучения объекта, либо радиосигналов, отражённых от его корпуса или образованного им ионизированного рледа, либо излучения радиопередатчиков,уста­ новленных на борту объекта.. В первом слу­ чае используются радиометрические пеленга­ торы. во втором - радиолокационные станции. Работа устройств последней группы основана на радионавигационных методах.

Практика показала, что на расстоя­ ниях вплоть до нескольких тысяч километ­

нение ., В целях контроля траектории применя­

ются все основные виды радионавигационных методов - амплитудный, фазовый, частотный и временной» При этом для измерения коор­ динат используют и угломерный способ и

дальномерннй» и ра зност но-даль номерный [ 2 ] Радиотехнические станции контроля

траекторий искусственных спутников Земли и космических ракет обладают рядом специ­ фических черт, связанных о большой ско­ ростью перемещения этих объектов*

Важной особенностью наземных конт­ рольных стан!$ий является координация ра­ боты отдельных устройств, входящих в сис­ тему, при последовательной автоматизации всех .процессов. Для координации' необходи­ мо, чтобы все измерения выполнялись в еди­ ной системе времени, а даяние всех измере-

9

ним передавались в единый центр [ \ _/. Основой для автоматизации расчётов явля­ ется применение цифровых вычислительных машин. Поэтому информация о координатах спутника или ракеты, полученная на каждой из контрольных станций, привязывается к единому астрономическому времени и пере­ даётся по специальным линиям связи в координационно-вычислительный центр.Дан­ ные измерений передаются в кодированном виде, причём применяется система переда­ чи с выявлением ошибок и их исправлением. В координационно-вычислительном центре с помощью цифровых вычислительных машин обрабатывается информация о координатах объекта и вычисляются элементы орбиты спутника Земли или параметры траектории

ракеты. На этой основе вычисляются прогно­ зируемые элементы движения.

Системы контроля траектории искусст­ венных Спутников Земли и космических ра­ кет представляют собой сложнейший измери­ тельный комплекс, включающий в себя боль­ шое количество радиотехнических,электрон­ ных и других устройств.При этом методы и средства контроля космических траекторий Имеют с в о и особенности, отличающие их от

- 1 0 -

методов и средств контроля траекторий бал­ листических ракет.

Рассмотрим некоторые методы контроля траекторий спутников Земли и космических ракет, а также принципы действия соответ­ ствующих контрольных станций, входящих в состав автоматических комплексов для конт­ роля траектории.

§ 2 . АМПЛИТУДНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ

Амплитудные радиопеленгаторные стан­ ции применяются для пеленгования ракет и спутников с целью определения их простран­ ственных координат. Радиопеленгаторные станции имеют особенно большое значение для пеленгования слабых сигналов от удалён­ ных объектов - таких, как космические ра­ кеты. Возможность приёма слабых сигналов и слежения за ними обеспечивается за счёт использования больших площадей ант'енн и- высокочувствительной приёмной аппаратуры.

Радиопеленгаторные станции выполня­ ются обычно как стационарные сооружения, географические координаты которых заранее известны. В результате пеленгования изме­

II

ряются либо горизонтальны© координаты

географические координаты пункта наблюде­ ния известны, возможен переход от одной координатной системы к другой.

Рассматриваемые радиопеленгаторы имеют много общего с радиотел£скопами*используемыми для приёма космического радио­ излучения. В обоих случаях ставится зада­ ча приёма и выделения на фоне шумов слабо­ го сигнала с одновременным определением угловых координат источника излучения. Отличие, в основном,состоит в структуре принимаемого сигнала и в угловой скорости его перемещения относительно антенны пе­ ленгатора. Излучение естественных источ­ ников в большинстве случаев имеет тепло­ вую природу, тогда как на ракетах и ЙСЗ устанавливаются радиопередатчики монохро­ матического или импульсного излучения. Скорость перемещения естественных источ- • ников меньше, чем искусственных.

Обычно одни и те же устройства могут работать и по естественный источникам из­ лучения и по искусственным излучателям.

и -

Многие станции , созданные как радиотеле­ скопы, были впоследствии приспособлены для пеленгования передатчиков, установленных на ракетах и спутниках*

Оценим, какие возможности имеют сов­

ременные амплитудные устройства пространст­

Видно, что угол V пропорционален коэффи­

циенту шума и обратно пропорционален кубу отношения диаметра антенны к длине волны• Поэтому применение малошумящих приёмников и больших антенн при некоторой температура

Тд и заданной волне А приводит к умень-