На выставке Фотоника-2022 мое внимание привлек стенд корпорации Системы прецизионного приборостроения (АО НПК "СПП"). Эта компания входит в госкорпорацию #Роскосмос и осуществляет полный замкнутый цикл в области разработки и производства систем прецизионного приборостроения, в том числе квантово-оптических и оптико-электронных систем.
Как и многие космические сферы, по характеру своей деятельности эта компания вовлечена в широкую международную кооперацию. Речь идет о международной службе лазерной дальнометрии (ISLR).
Служба лазерной дальнометрии, если просто, имеет общую для всех задачу измерения времени и расстояния пути лазерного луча туда и обратно от наземной станции до рефлектора орбитального спутника. Вся планета Земля покрыта такими станциями, среди них российские, причем наши станции работают не только в России, но и в ЮАР и Бразилии. Важно подчеркнуть, что данные измерений активно используются в геодезии, геофизике, для изучения Луны и в фундаментальных науках. Санкции Запада эту тему международной кооперации обходят стороной, ведь иностранные лаборатории получают данные с российских спутников, и наоборот. Например, с 17 по 30 апреля 2022 проходит(ила) кампания отслеживания 7 индийских спутников ( IRNSS) в восточной части Индийского океана с целью определения их перформанса на орбите.
Немалую часть деятельности НПК СПП составляют малые спутники и ретрорефлекторы - уголковые отражатели, которые устанавливаются на этих спутниках для отражения приема и отражения лучей.
Ключевое слово прецизионные в названии нашей компании подчеркивает требования к точности измерений, точность по объектам наблюдений растёт вместе с прогрессом и измеряется уже в миллиметрах. Остановимся в этой связи на нетривиальных способах обеспечения точных наблюдений. Речь пойдет о внутренней и внешней калибровке. Для внешней калибровки как раз и запускают в космос спутники-"мишени", среди которых ISLR на высоте 690 км верно служит спутник Ларец (2003 г.р.)
Хотя общая схема радиолокации объекта в небе выглядит нехитро, надо "всего лишь" измерить время в пути сигнала до этого объекта и обратно, на практике возникают сложности. Состояние атмосферы земли вовсе нестабильно и неоднородно, а форма объекта вовсе не идеальна, что влияет на результаты измерений. Запустив в космос некий эталон (спутник), исследователи получают способ параллельной оценки нужного объекта.
Здесь нам необходимо разобрать понятие ЭПР - Эффективная поверхность (или площадь) рассеяния, измеряемая в квадратных метрах. В физическом смысле это отношение потока мощности отражённой волны (на земную РЛС) к потоку мощности падающей на цель (от этой РЛС). ЭПР цели в силу того, что "путь туда и обратно" луча пролегает примерно по одной трассе, не зависит ни от интенсивности излучаемой волны, ни от расстояния между станцией и целью.
В результате получаем элементарную систему уравнений. На земле мы измеряем потоки мощности отраженной волны от объекта наблюдения и спутника-"мишени". Известно также, какой поток мощности должен был от РЛС прийти на эталонную мишень и отразиться от неё. Рассчитываем калибровочные коэффициенты на основе соотношение теоретических значений по эталону и эмпирически полученных по нему. Получаем в итоге уточненные данные о том, какой поток мощности пришелся на объект наблюдения. Точность, разумеется, не абсолютная, но близкая к ней.
Увы, в процессе эксплуатации металлического спутника-цели (как Ларец) происходит постепенное снижение скорости его вращения вокруг собственного центра масс из-за взаимодействия наведенных токов с магнитным полем Земли. Дело в том, что во время магнитных бурь на поверхности металлических конструкций возникают наведенные электрические токи. А это сказывается на точности измерений. В связи с этим предприняты меры к созданию стеклянных спутников.
Разрабатывается на этой основе спутник “ГЛАСС” (Геодезический Лазерный Автономный Сферический Спутник, GLASS – Geodesic Laser Autonomic Spherical Satellite). “ГЛАСС” будет обеспечивать наивысшую точность измерения дальности для существующих активных спутников на более высокой орбите. Первоначально предполагалось 1500-2000 км, но 6 июня 2021г. было заявлено, что два спутника Гласс поднимут в 2025г. на высоту более 5 тыс. метров. На орбите (высота около 1000 км) сейчас работают 2 геодезических военных спутника России Космос 2517 и Космос 2540 весом по 1400 кг, предназначенные для определения гравитационного поля Земли, глобальных смещений Земной коры, изучения высоты морской поверхности и движения приливов. Также геодезические задачи решают спутники группировки Глонасс. Заметим, что Гласс весит только 18 кг, а его коллега Ларец - 23,9 кг.
На высоту 2000 км в 2025г. собираются поднять 2 спутника Блитц М-2. Их родитель спутник Блитц (Ball lens in the space) относился к классу наноспутников, поскольку весил (изначально) 7,53 кг. Судьба обещала Блитцу не очень быстрый путь в космос. Скажем, запущенный в декабре 2019 года космический аппарат «Блиц-М» при выведении на орбиту не отделился от разгонного блока «Бриз-КМ», поэтому он не был включен в перечень запущенных орбитальных объектов.
Принцип работы Ларец и Гласс строится на размещении множества (до 60) уголковых отражателей (УО) на шаровой поверхности, на каждый из которых может попасть луч лазера. Но многоэлементные РС имеют значительную ошибку цели и ненулевую сигнатуру, что препятствует достижению субмиллиметровой точности измерений. Недостатки можно преодолеть путём реализации спутника в виде сферической стеклянной линзы (Блитц), фокусирующей падающую плоскую волну на своей противоположной поверхности с отражающим покрытием. В данном случае оптический путь лазерного луча внутри шара не зависит от угла прихода, и не искажаются форма и длительность сигнала
тему космической лазерной связи на Фотоника 2022 на моем канале смотрите здесь
Материал включен в Подборку "Связь. Технологии" и Бизнес и экономика, Смотрите уникальные материалы в блоге Друг Истории
Признателен за поддержку! Чтобы поддержать автора, ставьте пожалуйста лайки и подписывайтесь на канал исторической аналитики.
Душин Олег, журнал №101 Друг Истории, анонсы публикаций также Tелеграмм канал Друг Истории.
