Китайская система дальней космической связи
В прошлой моей статье, посвященной запуску нового перспективного космического корабля, мне был задан вопрос по поводу Китайской системы дальней космической связи.
Подумав, я решил вынести его в отдельную статью. Тем более что нет другой области, в которой развитие космонавтики Китайской народной республики, не было бы видно настолько хорошо.
От простого спутника Луны «Чанъэ-1», запущенного в конце 2007 года, для управления которым не было своих нормальных средств, до подготовки запуску полноценной марсианской станции с марсоходом и очень сложной станции по доставки на Землю лунного грунта. Среди АМС, последняя станция, вообще не имеет себе равных.Да, грунт доставлялся на Землю советскими станциями серии Е-8–5, но они были куда проще по конструкции и обладали более простыми возможностями.
Все эти достижения не были бы доступны, если бы за все прошлые годы, китайская система дальней космической связи планомерно не развивалась.
Перед описанием китайской системы, пару слов хотелось бы уделить тому, что из себя вообще представляют антенны системы дальней космической связи (ДКС).
Если типов радиотелескопов существует очень и очень большое количество, то ДКС куда более консервативны. Это определяется жесткими требованиями к ним. Если многие обычные радиотелескопы предназначены для наблюдения звездного неба, то от ДКС требуется отслеживать на фоне этого неба планеты, Луну или межпланетные станции, которые могут обладать достаточно большой угловой скоростью.
Причем, он должен сопровождать эти станции в течение долгого времени. В идеале, все время, когда станция будет в зоне радиовидимости. В том числе и когда станция только вышла из местного горизонта или скоро за него зайдет. При работе с несколькими станциями, нужна возможность оперативного перенацеливания антенны на другую точку на небе.
С технической стороны, это перенацеливание не очень просто, эти антенны обладают очень большими размерами.Десятки метров. Кроме того, они обладают так называемой заполненной апертурой (полным покрытием) чтобы собирать сигнал со всей поверхности зеркала и максимально его усиливать.
В теории, для связи на орбите Луны можно воспользоваться и меньшим диаметром, но и там «размер имеет значение». Бо̀льшая по размеру антенна обеспечит и бо̀льшую энергетику, а значит и скорость передачи информации.
И последнее. Если подавляющее число радиотелескопов, это приемники, то в нашем случае, нужно иметь на антенне передатчик достаточно большой мощности. Собственно, это одно из ключевых отличий. Полноповоротных радиотелескопов большого диаметра много, оснащены же передатчиками считанные единицы. Чаще всего, как раз, относящиеся к системам космической связи.
Можно посмотреть на два классических представителя подобных систем: американский DSS-14 и наш РТ-70. Оба по 70 метров.
И для примера сложности использования обычных радиотелескопов, хочу разобрать китайский FAST (введен в строй в 2016 году), который иногда почему-то относят к китайской системе дальней космической связи.
Это крупнейший в мире 500-метровый радиотелескоп с заполненной апертурой, а значит, должен быть и рекордным по чувствительности.
Вот только так, как он неподвижный, то может достаточно «комфортно» наблюдать только объекты над ним. Двигая облучатель над зеркалом можно немного сдвигать точку наблюдения, но навести на станцию находящуюся рядом с горизонтом, не получиться. Кроме того это только приемник, передатчики, насколько мне известно, на него не монтировали и пока не планируют.
В экстренном случае его можно привлечь для поиска аварийной станции со слабым передатчиком, но в качестве штатной системы связи с межпланетными станциями его использовать нельзя.
Теперь, после небольшой теоретической подготовки, перенесемся в 2007 год и проследим за развитием Китайской системы ДКС.
Начало
24 октября 2007 года в космос отправилась первая китайская лунная станция «Чанъэ-1».Китайские возможности тогда были достаточно скромными.
Для определения траектории станции были привлечены радиотелескопы. Крупнейший из них находился под Пекином в радиообсерватории Миюнь. Данная обсерватория была основана в 60-х и долгие годы ее рабочим инструментом была линейка из двадцати восьми девятиметровых зеркал, так называемый, MSRT (Miyun Synthesis Radio Telescope).
Но в 2002 там же началось возведение крупнейшего на тот момент китайского 50- метрового радиотелескопа.
Начало строительства и финальный результат. На заднем плане можно увидеть антенны MSRT.
Вот снимок со спутника. Кроме описанных систем, можно заметить еще 30-метровый неподвижный радиотелескоп, про который я не смог найти информации.
Данная 50-метровая антенна использовалась для приема научных данных со станции. Также вместе с новым 40-метровым радиотелескопом в Куньмин, она организовала базу интерферометра, при помощи которой можно было определять траекторию аппарата.
Повторюсь, это были только радиотелескопы. Для связи они не подходили. С передающими станциями у Китая тогда было куда сложнее. Для этих целей были построены 18-метровые антенны в Каши и Циндао, но куда бо̀льшим подспорьем стало сотрудничество с Европейским космическим агентством (ЕКА).
В обмен на научную информацию с «Чанъэ-1», ЕКА предоставило 15-метровые антенны своих станции в Испании и Французской Гвиане, а также новую 35-метровую антенну станции Нью-Норсия в Австралии. Для обеспечения работы, Пекинский центр управления был подключен к Европейскому центру спутниковых операций в Дармштадте. На европейских станциях, которые обычно работают в режиме телеуправления, во время ключевых элементов миссии «Чанъэ-1», находились дежурные, чтобы быстро преодолеть любую нештатную ситуацию.
Ключевые сигналы при подлете станции к Луне выдавала испанская станция, а сигнал со станции принимала австралийская. При выходе станции на орбиту спутника Луны, непрерывный контроль осуществляли все три станции. Китайские станции тогда были «на подхвате»
Первый прием информации с «Чанъэ-1» на китайской станции.
Развертывание системы
Следующая китайская станция «Чанъэ-2«была запущенна через три года. И за это время многое успело произойти. В первую очередь, Китай определился со структурой своей системы дальней космической связи. Это было необходимо. Были официально объявлены не только расширенные лунные планы, но и станции, направляющиеся к Марсу и Венере. Каждый раз обращаться к ЕКА не хотелось. В качестве базы их системы ДКС были выбраны два района, один в районе Каши на западе Китая, другой — в районе города Цзямусы на северо-востоке страны. Именно там стали сооружаться приемо-передающие антенны. В Каши — 35-метровая, в Цзямусы– 64- метровая. Радиотелескопы в других районах планировали использоваться для определения траектории аппарата.
Данная схема позволит лучше понять их расположение.
Красным выделены приемо-передающие антенны, синим — некоторые китайские радиотелескопы. По этой схеме видна и основная идея выбора места. Как можно дальше удалить станции ДКС друг от друга, чтобы максимизировать время работы со станцией. К сожалению, полного охвата с территории Китая все равно быть не могло. Разрыв составлял от 8 до 10 часов в сутки. И Китай начал вести переговоры со странами Южной Америки по поводу строительства там центра дальней космической связи.
Строительство указанных станций было законченно в 2012 году. И уже с октября 2012 года Китайский центр дальней космической связи приступил к работе с аппаратом «Чанъэ-2».
Внешний вид 35-метровой антенны станции в Каши
Она же со спутника
ЖангЖуо (Zhang Zhuo) — один из инженеров данного центра. На заднем плане одна из комнат управления.
На этом снимке уже инженер Жанг Лей (Zhang Lei) и либо выше комната с иного ракурса, либо другое помещение. Кстати, если сравнить со снимками станции можно понять где она находится.
Еще большим достижением стало строительство станции в Цзямусы. Причем, что интересно, до строительства называли ее диаметр в 64 метра, а после строительства уже 66 метров
Вот она во время строительства
Вот после
Со спутника. В наличии, почему-то, только снимок 2011 года. Во время строительства станции
Здесь, видимо, сотрудники центра. Можно оценить масштаб сооружения.
Есть и пара снимков из комнаты управления. На них товарищи Cai Boyu и Yue Shilei. Комната, судя по стойкам аппаратуры на заднем плане и надписям над ними, одна и та же.
Схема станций
Но даже после ввода в строй данных антенн, сотрудничество с ЕКА не останавливалось. Станции в Испании, Французской Гвиане и Австралии все так же привлекались для работы и со станциями «Чанъэ-2» и «Чанъэ-3». Более того в 2013 году был подписан долгосрочный договор о сотрудничестве.
Глава департамента международных отношений ЕКА Карл Бергквист (KarlBergquist), так его прокомментировал: «ЕКА и Китай подписали недавно Соглашение о взаимной поддержке, которое предусматривало, что ЕКА может обеспечивать китайскую миссию с помощью нашей сети дальней связи. Но возможно и обратное, то есть ЕКА попросит Китай об использовании китайских антенн дальней связи для какой-нибудь миссии ЕКА. Пока такого не происходило, но я уверен, что это случится в ближайшие несколько лет. Это знак тесных связей, которые существуют между ЕКА и руководителями китайской космической программы».
Последний штрих
Последняя станция китайской системы дальней космической связи была сооружена в Аргентине. Переговоры, о которых упоминалось выше, закончились успешно.
В 2017 году в аргентинской провинции Неукен начались масштабные работы по сооружению приемо-передающей 35-метровой антенны
В октябре 2017 года станция была принята в эксплуатацию
Центр управления
После ввода этой станции, у Китая появилась возможность круглосуточного контроля за межпланетными станциями все 365 дней в году, без каких либо перерывов в расписании. Это очень серьезное достижение. Советский Союз, например, создать подобную систему так и не успел.
Резюмируя выше сказанное, можно сказать, что с 2007 года Китай прошел очень большой путь и его наземная система дальней космической связи полностью готова к следующим космическим пускам. И мы точно о ней услышим в будущих пусках к Луне, Марсу и Венере.
