Системы слежения за полетом ракеты
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:
Павильоны дополнялись мобильными пунктами измерения дальности:
На самой ракете сигнал от наземных пунктов принимался на специальные подвижные антенны и через них же отправлялся обратно:
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:
«Спутник-3», антенна «Трала» — загогулина, похожая на кипятильник, на первом плане
На земле же стояли сначала односпиральные антенны:
Затем появились футуристические четырехспиральные антенны:
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:
Система телеметрии спутников Telstar
А сейчас телеметрию стартующих «Союзов» принимают на комплекс МКА-9 с антенной «Ромашка»:
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»
А затем создали более совершенную систему «Кама»
Мобильный вариант
В США же со времен «Меркуриев» и практически до сего дня используется радар AN/FPS-16:
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:
Оптические системы
Весьма полезны могут быть наблюдения в оптическом диапазоне. Например, можно наглядно убедиться, что боковые блоки ракет семейства «Р-7» отошли нормально:
Для сравнения современные кадры с подобной системы на космодроме Куру:
В СССР первоначально использовались кинотеодолит КТ-50 и кинотелескоп КСТ-80. Оба телескопа наводились по уже знакомой системе «Бинокль»:
Из более современных известна система «Сажень-Т»:
В США сейчас используются оптические системы нескольких фирм. Contraves-Goerz:
FlightLine:
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:
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:
Кроме задач NASA эти же телескопы использовались для фиксации прыжка Феликса Баумгартнера, они же снимали полеты и катастрофу SpaceShipTwo.
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:
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.
