Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
При взаимодействии спускаемого аппарата (СА) с атмосферой формируется плазменный слой, экранирующий прохождение радиоволн. В результате радиосвязь с космическими аппаратами, возвращающимися на Землю, на высотах от ~ 80 до 40 км практически невозможна. Время прохождения данного участка траектории СА транспортного пилотируемого корабля (ТПК) «Союз» — около 12 минут. Существует принципиальная возможность устранить этот перерыв в связи, используя лазерный канал передачи информации. С этой целью один терминал связи должен быть размещен на СА, за одним из иллюминаторов, а другой — на наземной станции. Возможность реализации подобной системы зависит от оптических свойств плазмы — величин поглощения и излучения на длинах волн, соответствующих лазерному излучению, а также уровня поглощения в слое отложений на иллюминаторе, образующемся в результате процесса абляции теплозащитного покрытия СА [1, 2]. Надежные данные по указанным вопросам могут быть получены только по результатам измерений в натурных условиях.
В этой связи в РКК «Энергия» был предложен космический эксперимент (КЭ) «Плазма-СА». К числу целей КЭ, помимо экспериментального исследования плазмы и процессов загрязнения иллюминатора относится также экспериментальное определение возможности связи с СА путем регистрации в ИК диапазоне тестового сигнала, передаваемого лазером с поверхности Земли.
Подобный эксперимент планируется провести впервые. При разработке научной аппаратуры (НА) «Плазма-СА» особое внимание уделяется ее безопасному размещению в СА ТПК «Союз», а также возможности наблюдения СА с Земли на участке траектории, где присутствует плазменный слой.
В состав научной аппаратуры «Плазма-СА», размещаемой в СА ТПК «Союз», входят оптическая система обеспечения измерений (ОСОИ) и электронная система обеспечения измерений (ЭСОИ).
Основные требования к размещению связаны с необходимостью установки части НА (обеспечивающей сбор излучения) на иллюминатор СА, а также обеспечением безопасности и удобства работы экипажа. Фактически, единственно возможным вариантом является размещение аппаратуры на визире ВСК4-сб12 вместо рассеивающего экрана, на штатных креплениях экрана после выполнения всех операций с визиром и отстрелом его внешней части. Анализ различных вариантов компоновки и конструкции НА показал, что предлагаемый изначально моноблочный вариант исполнения не может быть использован, поскольку масса моноблока существенно превышает массу штатного экрана, а кроме того, при взведении амортизаторов кресел перед посадкой, корпус НА упирается в ноги командира экипажа. В итоге был предложен вариант с тремя блоками — выносным блоком (ВБ), основным блоком (ОБ) и блоком имитатора свечения плазмы (ИСП). Во время проведения эксперимента ВБ размещается на ВСК4-сб12. ОБ размещается в контейнере бортовой документации (расположен со стороны правого кресла космонавта). Блоки соединены электрическими и оптическим кабелями. Суммарная масса НА составляет не более 5 кг, причем масса ВБ — не более 0,8 кг.
Для выполнения части КЭ, связанной с регистрацией на борту СА тестового сигнала в ИК диапазоне, используется наземный источник калибровочного сигнала (НИКС). Для оценки возможности регистрации, а также определения требований к характеристикам НИКС была проанализирована траектория спуска СА ТПК «Союз» и связанные с ней баллистические ограничения на проведение КЭ.
Для подтверждения возможности использования НИКС при выполнении КЭ определялись, исходя из баллистических условий, следующие параметры:
Места расположения НИКС задаются линией, по которой движется точка пересечения оптической оси ВСК4 с поверхностью Земли, сопровождая траекторию движения СА. Положение данной точки определяется высотой СА над поверхностью Земли, скоростью движения СА по траектории, углом атаки СА; углом направления вектора скорости относительно местного горизонта; углами крена и конусности корпуса СА (равен 6°).
Пересечение конической поверхности, ограничивающей поле видимости сигнала НИКС, с поверхностью Земли, образует эллипс, через один из фокусов которого проходит ее ось симметрии. Геометрия указанного эллипса находится из представленных выше параметров траектории с учетом угла поля зрения через иллюминатор ВСК4 (12°). Длительность пребывания НИКС в рассчитанном поле видимости определяется размерами эллипса, реальным положением НИКС и скоростью движения СА.
На основании геометрической схемы измерений, пользуясь известными методиками расчета потерь мощности лазерного излучения при прохождении атмосферы [3, 4], рассчитываются требуемые параметры лазера НИКС.
В качестве иллюстрации подхода, используя данные измерений по одной из реальных траекторий спуска СА ТПК «Союз», была выбрана возможная точка размещения НИКС (на территории Казахстана, вблизи трассы М32). Этой точке соответствуют следующие параметры: расстояние от НИКС до Байконура — 130 км, до расчетной точки посадки — 430 км, до СА — 115 км; скорость движения СА — 6600 м/с; угловая скорость видимого движения СА — 2,6 °/с; азимут СА в момент наблюдения — NW 3 °; угол возвышения СА над горизонтом — 25 °; длина и ширина эллипса видимости НИКС — 4,5 и 3,7 км; продолжительность приема сигнала НИКС — 0,7 с.
Представленные результаты позволяют сделать следующие выводы:
Таким образом, условия проведения КЭ «Плазма-СА» в части баллистических и конструктивных ограничений могут быть выполнены.
