Научно-популярно о космосе и астрономии (lozga) wrote in engineering_ru,
Научно-популярно о космосе и астрономии
lozga
engineering_ru

Системы слежения за полетом ракеты

01.jpg
Когда ракета-носитель отрывается от стартовой площадки и начинает свою недолгую, но яркую жизнь, за ней следят не только фанаты космонавтики по интернет-трансляции. Специальные устройства в разных диапазонах принимают данные с борта, все ли в порядке, измеряют траекторию полета, фиксируют полет в оптическом диапазоне и отслеживают траекторию падения отработавших ступеней и сброшенного головного обтекателя.

Радиоуправление


На заре ракетной техники только радиокоррекция с Земли могла обеспечить требуемую точность наведения межконтинентальной баллистической ракеты. Поэтому и в США для "Атласов" и в СССР для "Р-7" пришлось строить пункты управления дальностью. В СССР это были капитальные строения, в которых антенна пеленгатора стояла в трехэтажном павильоне:

02.jpg

Павильоны дополнялись мобильными пунктами измерения дальности:

03.jpg

На самой ракете сигнал от наземных пунктов принимался на специальные подвижные антенны и через них же отправлялся обратно:

04.jpg

Система радиокоррекции могла определять скорость с точностью 0,5 м/с, а дальность с ошибкой не больше 50 м. Но уже в начале 60-х инерциальные системы достигли сравнимой точности, и от наземных пунктов отказались.

Телеметрия


Лучший способ узнать, что происходит на ракете - поставить на нее датчики и в режиме реального времени отсылать информацию на землю. Аварии развиваются быстро, и часто только последние миллисекунды могут сказать о причине случившегося. Поэтому каждая ракета-носитель несет на себе систему телеметрии и антенны передачи ее на землю. На земле же стоят приемные комплексы. Золотая эра советской космонавтики прошла под знаком системы телеметрии "Трал", характерные антенны которой легко узнаваемы на первых космических аппаратах:

05.jpg
"Спутник-3", антенна "Трала" - загогулина, похожая на кипятильник, на первом плане

На земле же стояли сначала односпиральные антенны:

06.jpg

Затем появились футуристические четырехспиральные антенны:

07.jpg

Первоначально телеметрические данные писались на кинопленку. Это было просто, но пленки нужно было проявлять, и даже очевидные причины аварии определялись не сразу. Затем стали использовать магнитные ленты, а сейчас телеметрию пишут в цифровом формате. После аварии РН "Falcon" в твиттере Маска говорилось о проблемах извлечения последних кадров телеметрии HEX-редактором. Возможно, это говорит о том, что телеметрия "Falcon'а" писалась не совсем в реальном времени.

Забавно, что мода на четырехспиральные антенны не ограничивалась одним полушарием Земли - за океаном стояли похожие системы:

08.jpg
Система телеметрии спутников Telstar

А сейчас телеметрию стартующих "Союзов" принимают на комплекс МКА-9 с антенной "Ромашка":

09.jpg

Траекторные измерения


Траекторные измерения позволяют определить параметры полета ракеты-носителя, а также они используются для измерения параметров орбиты спутников и пилотируемых кораблей. Как правило, системы траекторных измерений могут работать в двух режимах. В первом фиксируется сигнал ответчика на космическом аппарате, а во втором система работает как обычный радар, измеряя параметры отраженного от цели радиосигнала. В СССР на заре освоения космоса использовали систему "Бинокль"

10.jpg

А затем создали более совершенную систему "Кама"

11.jpg
Мобильный вариант

В США же со времен "Меркуриев" и практически до сего дня используется радар AN/FPS-16:

12.jpg

Его точность по дальности достигает 5 м, а по направлению - 0,1 миллирадиан, и это для объекта на орбите!

Системы аварийного подрыва


В советских/российских космических традициях принято в случае аварии выключать двигатели ракеты - в степях Байконура ракета может падать спокойно, не рискуя свалиться кому-нибудь на голову. В США же пуски выполнялись из густонаселенной местности, и в случае аварии необходимо было быстро разрушить ракету на неопасные куски. Для этого на всех ракетах стоят специальные системы подрыва. Ненаправленные антенны готовы принять сигнал при любом положении кувыркающейся ракеты, а расположенные в нужных местах небольшие заряды взрывчатки эффективно ее разрушат. С земли же эта система контролируется с внешне ничем не примечательного трейлера:

13.jpg

Оптические системы


Весьма полезны могут быть наблюдения в оптическом диапазоне. Например, можно наглядно убедиться, что боковые блоки ракет семейства "Р-7" отошли нормально:

14.jpg

Для сравнения современные кадры с подобной системы на космодроме Куру:

17.gif

В СССР первоначально использовались кинотеодолит КТ-50 и кинотелескоп КСТ-80. Оба телескопа наводились по уже знакомой системе "Бинокль":

17.jpg

Из более современных известна система "Сажень-Т":

18.jpg

В США сейчас используются оптические системы нескольких фирм. Contraves-Goerz:

19.jpeg

FlightLine:

20.jpg

21.jpg
Обратите внимание на антенны под телескопом - они обеспечивают наведение и автосопровождение цели, а еще с их помощью можно получать телеметрию и держать голосовую связь с экипажем

MARS:

22.jpg

23.jpg
Обратите внимание на установку с плоскими антеннами справа

Оптические системы оказались очень полезны при расследовании катастрофы шаттла "Колумбия". Именно они зафиксировали удар отвалившегося куска теплоизоляции по передней кромке левого крыла:

25.jpg

Кроме задач NASA эти же телескопы использовались для фиксации прыжка Феликса Баумгартнера, они же снимали полеты и катастрофу SpaceShipTwo.

26.jpg
SpaceShipTwo в полете, фото с телескопа MARS

Кроме радиоантенн оптические системы могут дополняться лазером. В этом случае к телескопу и фотометру добавляется полезная функция лазерного дальномера:

27.jpg
Работает "Сажень-Т". Точность измерения расстояния до спутника - до двух сантиметров!

Системы фиксации падения отработанных ступеней


Интересным подвидом траекторных систем являются системы фиксации падения отработанных ступеней. Для России это новое направление - на Байконуре первая ступень падает в степь, и ее можно легко обнаружить. И часто бывает так, что местные жители увозят ступень на металлолом раньше, чем на место падения прибывают специалисты Роскосмоса. С новым космодромом "Восточный" так не получится - ступень будет падать в тайгу, и найти ее без знания точных координат будет очень сложно. Поэтому сейчас проходят испытания систем фиксации мест падения:



Помните плоские антенны на фотографии с MARS? Здесь хорошо виден аналогичный радар, который на "Восточном" будет применяться для слежения за сброшенным головным обтекателем.

Дополнительная информация



Очень интересный фильм о ракете Р-7



Много материала было взято с сайта КИК-СССР.

По тегу "незаметные сложности" - ракеты и спутники, стартовые сооружения и орбиты и много чего еще.

Уфимцы! На этой неделе, 25-27 сентября будет Фестиваль Науки. Не забудьте, там будет масса интересного.

Tags: космос, мониторинг
Subscribe
promo engineering_ru april 30, 2014 15:00 70
Buy for 200 tokens
Originally posted by zilm at Как будут ремонтировать автомобили с углепластиковым кузовом? Когда инженеры BMW создавали свои подзаряжаемые автомобили, они столкнулись с необходимостью снижения веса. Аккумуляторы делают электромобиль или плагин-гибрид тяжелее аналога с ДВС, а…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 25 comments