Файл: Козелкин В.В. Основы инфракрасной техники учебник.pdf

Устройство одного нз вариантов навигационного датчика си­ стемы ориентации космических кораблей, предназначенных для исследования Венеры и Марса, показано па рис. 10.8. Датчик обеспечивает ориентацию по направлению местной вертикали с расстояния от 160 000 до 10 000 км.

Для поиска планеты применяют сканирующее устройство с вращающимися в противоположных направлениях оптическими клиньями. Клинья вращаются с заданными скоростями (пример-

но 100 и 300 об/мин), при этом мгновенный угол поля зрения системы, равный 0,5X0,5°, описывает в пространстве четырех­ лепестковую диаграмму поиска в пределах угла обзора 70° (см. рис. 10.8, б). В режиме поиска четырехлепестковая диаграмма вращается с постоянной скоростью около 5 об/мин. При попада­ нии планеты в поле зрения системы сигнал рассогласования по­ лучается путем измерения длительности и фазы электрических импульсов с ИК-приемника внутри каждого лепестка диаграммысканирования. Органы управления изменяют положение косми­ ческого аппарата, добиваясь равенства сигналов рассогласова­ ния. Это будет соответствовать совпадению оси системы с цент­ ром диска планеты.

части спектра, в которой собственное излучение этих планет мак­ симально. Коротковолновое солнечное излучение срезается опти­ ческим фильтром.

Для ориентации кораблей и спутников может служить излу­ чение Солнца. Слежение за Солнцем необходимо также для соответствующей ориентации солнечных батарей в течение по­ лета космического корабля. Так как Солнце является мощным источником излучения, система ориентации по нему может быть

280

электронные блоки; 3—двигатель системы обнаружения; 4—редук­ тор; 5—фотодиод опорного напряжения; б—источник света; 7—окно

281

выполнена проще п надежней, чем по другим светилам. Для проведения коррекции траектории полета, как уже указыва­ лось выше, применяют астроориентаторы с датчиками солнечной ориентации и звездными датчиками. В этих датчиках использу­ ются оптико-электронные координаторы, принцип действия кото­ рых аналогичен координаторам, описанным в гл. IX.

Навигация в космосе с помощью приборов ИК-техники ус­ пешно дополняет визуальные и радиотехнические методы на­ вигации.

§10.2. П Р И Б О РЫ Д Л Я АСТРОФИЗИЧЕСКИХ

ИМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

При помощи Ш\-раднометров и спектрометров, используемых вместе с телескопами, получено большое количество астрофизи­ ческих данных о температуре звезд и планет, их составе и строе­ нии атмосферы. На рис. 10.9 показана запись температуры лун­ ной поверхности ИК-радпометром, схема которого приводилась нами ранее (см. рис. 8.11). Эти измерения показали, что полно­ стью освещенная Луна имеет температуру +120° С, тогда как лунная поверхность, не освещенная Солнцем, охлаждается до

—150° С. В Ш\-областп спектра исследовались излучения Солн­ ца, Луны, планет и ряда звезд. Однако наблюдения с земной поверхности создают ряд ограничений и приводят к неточностям в измерениях вследствие непрозрачности атмосферы для целого ряда участков ИК-спектра. Изменяющаяся влажность воздуха, наличие облачности, изменение климатических условий и люми­ несцентное свечение верхних слоев атмосферы даже в ночное время ограничивают возможности исследований. Для получения более точных данных ИК-аппаратура должна быть поднята на большую высоту на управляемом аэростате, ракете или установ­ лена на орбитальной или межпланетной космической станции. Так, например, при полете космического корабля «Аполлон XVII» в 1972 г. вокруг Луны на нем был установлен сканирую­ щий инфракрасный радиометр, предназначенный для точного измерения распределения температур на поверхности Луны. Принцип действия радиометра был аналогичен принципу дейст­ вия тепловизора для снятия тепловой карты местности (см.§ 8.2), развертка по местному осуществлялась вращающимся зеркалом с углом сканирования 1623. Приемником являлся термисторный болометр. Радиометр позволял определять температуру по-, верхности Луны с точностью до 1°С в диапазоне от —213° С до

+ 127° С.

На рис. 10.10 показана схема и общий вид ИК-телескопа, предназначенного для ракетных наблюдений в дальней инфра­ красной области спектра (от 10 мкм до 1,5 мм). Зеркальная си­ стема телескопа 1 с параболическим зеркалом диаметром 166 мм расположена внутри охлаждаемого жидким гелием корпуса 9,

282

сти от планет. Намечается проведение исследования ИК-спектра солнечного излучения, отраженного от поверхности Марса для проверки предположения о существовании некоторых форм рас­ тительной жизни на Марсе. На рис. 10.11 показано устройство

ИК-спектрометра, для установки иа космическом корабле, запус­ каемом в направлении Марса.

Зеркальный объектив 5 диаметром 102 мм создает Ш\-изо- бражение участка поверхности Марса на входной щели 3 моно­ хроматора. Попадающее в объектив излучение модулируется с частотой 300 Гц вибратором

Установка исследовательской аппаратуры на спутниках и меж­ планетных станциях позволяет значительно расширить возмож­ ности исследований в космическом пространстве. В метеорологи­ ческих спутниках существенная роль отводится приборам инфра­ красной техники, позволяющим изучить радиационный баланс земной поверхности, величину и непрерывное перемещение об­ лачных покрытий, производить температурное зондирование атмосферы. Системы метеорологических спутников позволяют наблюдать почти за всей поверхностью земного шара; данные, передаваемые с этих спутников на Землю, дают возможность прогнозировать погоду для различных районов нашей планеты.

На рис. 10.12 показано размещение PIK-аппаратуры на аме­ риканском метеоспутнике «Тирос-П». На борту спутника уста­ новлены три прибора для измерения ИК-излученнй: пятнканальиый радиометр с малым полем зрения 1, двухканальный радио­

285

метр 2 с широким полем зрения и НК-датчик горизонта 3. Пя­ тиканальный радиометр состоит из пяти независимых радиомет­ ров, каждый из которых выделяет определенные участки спектра, соответствующие: отраженному от Земли солнечному излучению, собственному излучению Земли, излучению водяных паров атмосферы, отраженному излучению от облаков и окну прозрачности атмосферы 7,5—12 мкм. Поперечный разрез одного из каналов радиометра показан на рис. 10.13, а.

Оптическая ось прибора наклонена к оси вращения спутника под углом 45° (см. рис. 10.12). Во время вращения спутника при

с каждого направления. Переменное напряжение на выходе при­ емника пропорционально разности излучений со стороны Земли и от космического пространства. Излучение от космоса является в данном случае опорным излучением, относительно которого измеряется значение разности. Сигнал от приемника излучения усиливается электронным усилителем 1 на транзисторах и пере­ дается по каналу радиосвязи на Землю.

Поле зрения любого из пяти каналов радиометра определяет­ ся размерами приемника излучения и равно 5x5°. Оптическая

12,7 мм. Так как каждый канал радиометра рассчитан на рабо­ ту в различных участках ИК-спектра, оптические материалы для каждого канала также отличаются между собой. В табл. 10.1 приведены данные спектральной чувствительности каждого ка­ нала, а также материалы, использованные для изготовления линз

286