Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Радиоастрон - взгляд во Вселенную

Введение

Орбитальная астрофизическая обсерватория "Спектр-Р" образует совместно с земными радиотелескопами радиоинтерферометр со сверхбольшой базой и предназначена для проведения фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Международный проект Радиоастрон предусматривает запуск космического 10-метрового радиотелескопа на высоко апогейную орбиту спутника Земли. Цель проекта состоит в том, чтобы создать совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов единую систему наземно-космического интерферометра для получения изображений, координат и угловых перемещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.

Орбита спутника Радиоастрон имеет радиус апогея до 350 тысяч километров. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1.35 см.

Программа Радиоастрон, разработанная Астрокосмическим центром (АКЦ) Физического института им. П.Н.Лебедева Российской академии наук совместно с другими институтами РАН и организациями Федерального космического агентства (Роскосмос), расширилась в глобальное международное сотрудничество. Ученые нескольких стран создали часть бортовых научных приборов, специальные телеметрические станции и центры обработки, составили научную программу и подготовили участие в проекте Радиоастрон крупнейших наземных радиотелескопов. При этом Казахстан создала спутник, антенну космического радиотелескопа и часть бортовых приборов. Космический аппарат и конструкция космического радиотелескопа разработаны в НПО им. С.А.Лавочкина.

Исследовательская часть

Разрешение интерферометра прямо пропорционально времени наблюдения и длине базы интерферометра. При наблюдении с Земли база интерферометра ограничена диаметром Земли, а время наблюдения измеряется часами и ограничивается вращением планеты и выходом одного из телескопов из поля зрения.

В научном проекте "Радиоастрон" применение радиотелескопа на высокоэллиптической орбите позволяет получить интерферометр, у которого время наблюдения соизмеримо с периодом обращения, а длина базы интерферометра - с диаметром орбиты. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о морфологических характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 33 микросекунд и даже до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1,35 см.

В качестве наземного плеча интерферометра могут использоваться радиотелескопы Медвежьи Озёра, Калязин, Аресибо, Бонн, Евпатория, Мадрид и другие.

Для сопровождения миссии готовятся наземные станции слежения ВИРК: в Казахстане - Пущино (АКЦ ФИАН) и две станции за рубежом.

Станции слежения обеспечивают выполнение следующих функций:

приём цифрового потока научных и служебных данных;
синхронизацию работы бортовой научной аппаратуры космического аппарата от наземного водородного стандарта чистоты (путем передачи на борт КА сигнала частотой 7,2075 ГГц и приема обратного сигнала на частоте 8,400 ГГц);
для баллистической поддержки по определению положения космического аппарата на орбите.

Предприятия и организации - участники создания космического аппарата "Спектр-Р"

Космическая платформа "Навигатор"

Комплекс научной аппаратуры

Состав и основные характеристики

космического радиотелескопа

Зеркальная антенна космического радиотелескопа диаметром 10 м изготовлена из композиционного материала (углепласт-алюминиевые соты-углепласт) и состоит из 27 раскрывающихся лепестков и центрального зеркала диаметром 3 м. Отношение фокусного расстояния к диаметру 0.43 и максимальные отклонения поверхности зеркала от идеальной не более 2 мм. Диапазоны приемников 0.324, 1.66, 4.83 и 18.4-25.1 ГГц.

Кольцевой 4-х диапазонный облучатель в фокусе КРТ обеспечивает возможность одновременного наблюдения на двух частотах или в двух круговых поляризациях. Все частоты комплекса КРТ синхронизованы с высокостабильными опорными сигналами, передаваемыми наземными станциями слежения, которые оборудованы водородными стандартами частоты. Спутник располагает также собственными бортовыми рубидиевым и водородным стандартами частоты для независимой синхронизации частоты и радиометрического режима.

Малошумящие усилители диапазонов L, С и К расположены вне герметичного контейнера и охлаждаются до температуры (100-150) К с помощью бортовой радиационной системы охлаждения. Малошумящий усилитель для Р-диапазона расположен внутри термоконтейнера и работает при температуре приблизительно 300 К. Приемник каждого диапазона имеет два канала: один для левой и один для правой круговой поляризации. При спектральных исследованиях центральная частота К-диапазона может настраиваться на любое значение в окнах 21160-21288 и 22136-22232 МГц (для двух поляризаций). Это делается для наблюдений спектральных линий Н20 мазеров с учетом красного смещения (разброс по скоростям от -300 до +1300 км/с и от +12700 до +14500 км/с).

Форматер КРТ обеспечивает однобитное квантование данных и четыре наблюдательных режима.

Диапазон	Р	L	С	К
Центральная частота (МГц)	327	1665	4830	18392- 25112
Ширина регистрируемой полосы (МГц) (для каждой поляризации)	4	32	32	32
Шумовая температура системы (К)	70	50	50	60
Эффективность антенны	0.3	0.5	0.5	0.3
Чувствительность КРТ (Ян)	8200	3500	3500	7000

Состав и основные характеристики космического радиотелескопа

Высокоинформативный научный радиокомплекс

Максимальная скорость формирования научных данных 128 МБит/с при общей скорости в 144 МБит/с. Передача данных обеспечивается на частоте 15,000 ГГц. Исходящий поток данных разбит на кадры в 20000 байт длиной. Система ВИРК обеспечивает также двухстороннюю когерентную связь для передачи фазы на частоте 7,207500 ГГц вверх и 8,400 ГГц вниз. Опорный сигнал для КРТ обеспечивается водородным мазером на станции слежения, куда передаются также расчетные навигационные данные.

Радиоэлектронный комплекс

Радиоэлектронный комплекс состоит из следующих составных частей:

Научный контейнер - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"
Фокальный контейнер - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"
Бортовые водородные стандарты частоты - ЗАО "Время-Ч", Нижний Новгород

Радиоэлектронный комплекс

Фокальный модуль

Фокальный модуль состоит из фокального контейнера и фокального узла.

В состав фокального модуля входят:

малошумящий усилитель диапазона 92 см. ОАО КБ "Горизонт", Нижний Новгород;
малошумящий усилитель диапазона 1,35 см. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН;
малошумящий усилитель диапазона 6см. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН;
малошумящий усилитель диапазона 18см. CSIRO - Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Австралия;
конструкция контейнера, СОТР - "холодная плита", БКС - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"

Радиоэлектронный комплекс

Научный контейнер

Научный контейнер состоит из следующих составных частей:

бортовые рубидиевые стандарты частоты. Обсерватории Ношатель, Швейцария
формирователь гетеродинных и тактовых сигналов. ЗАО НПП "Салют-27", Нижний Новгород
преобразователи сигналов. ФГУП ОКБ ИРЭ РАН
блок управления и анализа состояния. ОАО "ОКБ AAЛAM" Бишкек, Кыргызстан
конструкция контейнера, СОТР, БКС - ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"

Новые технические решения, применённые при разработке

космического аппарата «Спектр-Р»

При создании космического аппарата "Эпектро-Л" использован огромный опыт и преемственность научно-технических разработок, которые были успешно реализованы в других темах НПО имени С.А.Лавочкина. Все вновь разработанные решения прошли полный цикл наземной отработки.

КА построен по модульному принципу в негерметичном исполнении. В НПО имени С.А.Лавочкина разработана унифицированная космическая платформа "Навигатор", которая в настоящее время используется для космических аппаратов "Электро-Л", "Спектр-Р", "Спектр-РГ", "Спектр-УФ"и других.


Применены сотовые панели со встроенными тепловыми трубами, как несущего конструктивного элемента, используемого для размещения бортовой аппаратуры.
	Конструкция космического радиотелескопа, состоящая из 27-ми лепестков поистине уникальна. Лепестки представляют собой углепластиковую трёхслойную сотовую конструкцию. Наземная отработка раскрытия КРТ потребовала применения оригинальных технических решений.
Для запуска космического аппарата использован разгонный блок "Фрегат-СБ", позволивший оптимизировать средства выведения КА на высокоапогейную орбиту.

Комплексная программа экспериментальной отработки

космического аппарата «Спектр-Р»

При создании космического аппарата был выполнен весь объём комплексной программы экспериментальной отработки, подтверждающей его работоспособность. При этом отрабатывались как отдельные агрегаты (более 100 наименований), так и стендовые изделия.

	Антенный макет, на котором была подтверждена правильность размещения элементов АФС на борту космического аппарата.
Конструкторский макет, на котором была проведена увязка всех элементов конструкции и бортовой кабельной сети.
	Изделие вибродинамических и статических испытаний, на котором была подтверждена прочность и стабильность конструкции космического аппарата.
Специфика конструкции КА потребовала проведения расчёта динамической схемы, подтверждённой комплексом мероприятий по определению динамических характеристик КА и его составных частей, для оценки их влияния на выполнение целевых задач.
	Изделие (двигательная установка) огневых испытаний, на которой был проведён полный цикл натурных огневых испытаний.
Габаритно-эксплуатационный макет, на котором проведена проверка правильности принятых решений при работах с изделием на техническом и стартовом комплексах, при заправке.
	Изделие тепловакуумных испытаний, подтвердившее правильности принятых решений и теоретические расчёты СОТР КА.
Этап электрорадиотехнических испытаний, на котором проведена полна проверка функционирования и взаимодействия всех бортовых систем, отработаны алгоритмы парирования нештатных ситуаций, проведены испытания на ЭМС и ЭСР.

Комплексные испытания и подготовка к запуску лётного образца

космического аппарата «Спектр-Р»

Отработка лётного космического аппарата "Спектр-Р " проведена в полном объёме и основана на многолетнем опыте создания космической техники.

На КА проведены комплексные испытания разобранного изделия. Этап, на котором отрабатывается полный объём испытаний бортовой аппаратуры, на котором есть возможность обеспечить доступ к любому прибору, блоку, агрегату в случае возникновения неполадок.

	Космический аппарат "Спектр-Р" прошёл проверку работоспособности в вакууме - условиях максимально приближенных к натурной эксплуатации на орбите.
КА "Спектр-Р" прошёл полный комплекс электрических испытаний собранного изделия. Были проверены работоспособность и взаимодействие всех систем.
	Проведены контрольно- юстировочные операции, технологические виброиспытания, испытания на герметичность двигательной установки, проверка зазоров с головным обтекателем и определение масс- центровочных характеристик.
В процессе приёмосдаточных испытаний КА были проведены проверки функционирования всех раскрывающихся элементов: антенны КРТ, панелей солнечных батарей, антенн, штанги магнитометра
	Заключительные операции перед отправкой на технический комплекс включают очистку и проверку чистоты поверхности КА, окончательную установку экранно-вакуумной теплоизоляции.

Циклограмма и средства выведения

космического аппарата "Спектр-Р" на орбиту

Запуск КА производится с космодрома Байконур ракетой-носителем «Зенит» с разгонным блоком «Фрегат-СБ» по трассе, обеспечивающей выведение ГБ (РБФ-СБ + КА) на высокоэллиптическую орбиту с наклонением ~ 51.6 град.

Схема полета при выведении КА включает в себя следующие элементы:

старт и полет ГБ в составе РН;
отделение ГБ от 2-й ступени РН;
пассивный полет ГБ по опорной орбите (-3/4 витка);
первое включение МДУ РБ для разгона на промежуточную орбиту с использованием топлива из СББ, отделение СББ;
пассивный полет ГБ по промежуточной орбите в течение одного витка;
второе включение МДУ РБ для выхода на орбиту отделения КА с использованием топлива из основных баков;
пассивный полет ГБ по орбите отделения до достижения зоны видимости станций слежения;
отделение КА, выход на квазицелевую орбиту (~3,6 часа после старта РН);

пассивный полет РБ по квазицелевой орбите с передачей на Землю ТМИ и проведением траекторных измерений для определения фактических параметров сформированной целевой орбиты;

Разгонный блок "Фрегат СБ" на соместных испытаниях БМСС "Навигатор"

Ракета-носитель "Зенит"

Заключение

Казахстан, за последние десятилетия совершивший качественный рывок в своём экономическом и технологическом развитии, уже давно является одним из наиболее важных игроков не только в азиатско-тихоокеанском регионе, но и во всём мире. Разумеется, до сверхдержавы Китаю ещё далеко, но его цели и задачи носят амбициозный характер, и если Казахстан сможет решить свои экономические, социальные и технические проблемы, то он выйдет на новый уровень развития. У Казахстана есть технологии и производственные мощности, значительные кадровые ресурсы, научный потенциал.

Казахстан, как обладающая самым широким спектром национальных и геополитических интересов, активно участвующая в решении международных проблем, не может оставаться в стороне от процесса развития Казахстана.

Техника лазерной локации заключается в том, что с Земли посылается очень короткий лазерный импульс, который попадает в уголковый отражатель на спутнике, и часть импульса отражается строго в обратном направлении.

"В течение 35 минут непрерывной работы станции было получено 875 измерений, при этом расстояние до аппарата за это время изменилось от 65 до 70 тысяч километров. Отраженный сигнал практически не содержал шумов. Ошибка полученных измерений не превышает 10 сантиметров", - отмечается в сообщении подготовленном ИПМ и АКЦ ФИАН.

Мы утверждаем, что высокоточное определение дистанции до спутника и его скорости необходимы для реконструкции орбиты аппарата, без которой невозможна корректная обработка данных работы наземно-космического интерферометра.

Обсерватория "Радиоастрон", которая стала первым за многие годы российским космическим астрофизическим инструментом, предназначена для работы в режиме интерферометра - совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов, что позволяет достичь очень высокого углового разрешения.

А также мы утверждаем что, "Радиоастрон" также вошел в новую фазу испытаний, в рамках которой был предпринят "поиск лепестков" - то есть поиск корреляции, связи между сигналами, полученными от одного космического объекта наземным и космическим радиотелескопами. "В результате этих измерений мы испытывали, действительно ли все компоненты этой системы, как целого, работают так, что мы можем получить единый наземно-космический интерферометр.

В качестве наземного компонента в наблюдениях 15 и 23 ноября участвовали три 32-метровых антенны российской системы Квазар, 70-метровый радиотелескоп под Евпаторией (Украина), 64-метровый в Усуда (Япония), 100-метровые Эффельсберг (Германия), GBT (США).

Быстрый анализ данных подтвердил их пригодность для обработки в режиме интерферометра.

Такими воплощениями совместных усилий с Россией, мы способны совершить новый рывок в космическое пространство и при этом не допустить его превращения в арену военного соперничества и возможных вооружённых конфликтов.

Список использованной литературы

Боярчук A. A. Астрофизические исследования на космической станции «Астрон» — М.: Наука, 1994. — 415 с. — ISBN 5-02-014515-7.
Военно-промышленный комплекс: Энциклопедия. – М. 2005. – Т. 1.
Экспортный контроль в Казахстане: политика и практика – сборник статей, ПИР-Центр, 2000 г. - Алексей Рей. Экспортный контроль и авиакосмическая промышленность Казахстана (1992–1997)
Зарубежное военное обозрение 12/2008
Эксперт 01/2010 - №1(687)
Эксперт – 2010 №12(698)
Космос: оружие, дипломатия, безопасность / Под ред. А. Арбатова, В. Дворкина ; Московский Центр Карнеги. – М. : РОССПЭН, 2009
Инновационные направления современных международных отношений: учебное пособие для студентов вузов / А. В. Бирюков, Е. С. Зиновьева, А. В. Крутских и др.; - М.: Аспект Пресс 2010. 295 с.
http://www.astronaut.ru/animals/text/400.htm - «Полёты собак на геофизических ракетах
http://www.vesti.ru/doc.html?id=212083 – «Казахстан в открытом космосе: история и планы на будущее»
http://www.cnsa.gov.cn/n615709/cindex.html - China National Space Administration
http://www.russian.xinhuanet.com/russian/2009-03/11/content_834863.htm - «Казахстан обладает достаточным кадровым резервом космонавтики»
http://russian.china.org.cn/government/archive/bar/node_2275878.htm - Казахстанский Информационный Интернет-Центр: «Космическая программа Казахстана»
http://russian.news.cn/science/2010-03/05/c_13198628.htm - «Успешный пуск Казахстанского спутника»
http://science.compulenta.ru/339953/ - Журнал «Компьютера»: «Казахстан создаст новый ракетоноситель к 2013 году»
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/262/18.shtml - «Новости космонавтики»: «Казахстан запустил два экспериментальных КА»
http://h.ua/story/2773/ - «Казахстанское освоение космоса»
http://russian.china.org.cn/culture/archive/shen-7/2008-09/26/content_16540648.htm - «Руководитель Казахстанского центра подготовки космонавтов о Казахстанском скафандре для выхода в открытый космос»
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/312/12.shtml - «Новости космонавтики»: «О целях Казахстанской пилотируемой программы»
http://infoshos.ru/ru/?idn=69 – ИнфоШОС: «Космическая программа Казахстана»
http://kommersant.ru/doc.aspx?DocsID=1341750 – Коммерсант: «Конфуций и газодинамика»
http://www.federalspace.ru/ - Сайт Федерального Космического Агентства
http://www.premier.gov.ru/pda/visits/world/7889/info/8199/ - О механизме регулярных встреч глав Правительств Казахстане и Казахстана
http://premier.gov.ru/events/news/4579/ - «Н.А. Назарбаев провел рабочую встречу с руководителем Федерального космического агентства Казахстане А.Н.Перминовым»
http://russian.news.cn/science/2009-11/05/c_1380915.htm - МИД РК: Казахстан последовательно выступает за использование космического пространства в мирных целях
http://expert.com.ua/47587.html - Эксперт: «Казахстан создаст свои космические материалы»
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/228/35.shtml - «Новости космонавтики»: «Новые Казахстанские ракеты носители»
http://www.iafastro.com/index.html?title=Main_Page - Официальный сайт Международной Федерации Астронавтики
http://www.inmarsat.com/ - Официальный сайт ИНМАРСАТ
http://www.apsco.int/index.aspx - Официальный сайт АТОКС
http://premier.gov.ru/visits/world/7889/info/8199/ - Механизм регулярных встреч глав Правительств Казахстане и Казахстана
http://www.rian.ru/science/20090921/185905786.html - РИА Новости: Запуск станции «"Фобос-Грунт" к спутнику Марса отложен до 2011 года»
http://premier.gov.ru/events/news/4579/ - О встрече Н.А. Назарбаева с главой Роскосмоса
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=1620 – «Новости Космонавтики»: «О проекте Луна-Глоб»
http://wso.inasan.ru/rus/index.html - Сайт проекта «Ультрафиолет»
http://www.asc.rssi.ru/radioastron/organization/org_rus.html - Сайт проекта «Радиоастрон»