Антенна в калязине что это
Калязинская радиоастрономическая обсерватория
Калязинская радиоастрономическая обсерватория
Калязинская радиоастрономическая обсерватория (сокращённо КРАО; ранее Центр космической связи Особого Конструкторского Бюро МЭИ «Калязин», сокращённо ЦКС ОКБ МЭИ «Калязин» и «Калязинский пункт космической связи», сокращённо КПКС) — российская радиоастрономическая обсерватория, подразделение Особого конструкторского бюро Московского энергетического института. Находится около города Калязин Тверской области в 200 км к северу от Москвы.
Для чего предназначена?
Калязинская радиоастрономическая обсерватория проводит следующие исследования:
Состав Калязинской радиоастрономической обсерватории
Главным инструментом является радиотелескоп ТНА-1500, созданный ОКБ МЭИ. В обсерватории располагается Калязинская радиоастрономическая лаборатория отдела пульсарной астрометрии ПРАО. С 2001 года ТНА-1500 арендуется АКЦ ФИАН у ОКБ МЭИ.
Лабораторно-производственные помещения располагаются в опоре-здании радиотелескопа общей площадью 840 кв.м.
Труба, которая крутится вместе с тарелкой — шахта лифта с приделанной к ней лестницей (многих мучает вопрос, почему шахта лифта не мешает при поворотах – ответ наглядно продемонстрирован на фото).
Телескоп принимающий и не излучает, поэтому вблизи можно перемещаться без риска для здоровья.
Самая удобная точка для рассмотрения — из-под телескопа. В обычный объектив тарелка не влезает.
На территории стоит вышка высотой метров 25-30 с флюгерами, которые определяют направление и силу ветра. Флюгеры, судя по уходящей от них проводке, действующие. На вышку можно залезть. Макушка ощутимо шатается на ветру.
Численность Калязинской радиоастрономической обсерватории составляет 10 человек.
История создания
Обсерватория запущена в эксплуатацию в 1992 году.
В 2010 году в обсерватории случился страшный пожар, в результате чего пострадало очень дорогое оборудование и главная антенна. Ремонт, а так же восстановление, проводилось в рамках Федеральной космической программы. Данные работы продолжались два с половиной года и закончились в 2012 году.
В ходе работ были произведены замены систем энергоснабжения, модернизирована надзеркальная кабина, в которой располагается комплекс приёмо-передающего оборудования. Осуществлена замена зеркала малого диаметра и усовершенствована форма поверхности основного зеркала. Данные модернизации повысили чувствительность радиотелескопа и открыли новые возможности доступа к более высоким частотным диапазонам исследований космических радиоисточников.
Основные достижения
Цикл радиоастрономических наблюдений по программе «Радиоастрон»;
Первые наблюдения пульсаров с астрометрической привязкой к квазарной системе координат с базой в 7 000 км.
Адрес обсерватории
171573, д. Толстоухово Калязинского района Тверской области, КРАО АКЦ ФИАН.
57 град. 13 мин. 22,8587 сек С.Ш.; 37 град. 54 мин. 01,1533 сек В.Д.; высота над уровнем моря 178,079 м.
Геоцентрические прямоугольные координаты:
Х=2731190,445 м У=2126198,279 м; Z=5339535,645 м.
Интересные факты
Это один из крупнейших в мире радиотелескопов, в России таких всего два (второй находится в подмосковных «Медвежьих озерах»). Оба являются основными элементами всех отечественных и ряда иностранных комплексов, предназначенных для исследования планет Солнечной системы, а также для изучения радиоастрономических объектов нашей Галактики. За истекшие двадцать лет радиотелескоп превратился в один из символов Калязина, наряду с затопленной колокольней.
Технические характеристики комплекса радиоастрономической обсерватории
0,6; 1,7; 2,3; 4,8; 22 ГГц
| по азимуту |
| по углу места |
| +/- 270 |
| 0 — 90 |
Основные параметры приемных комплексов установки «Пульсарного времени» приведены в таблице.
Преобразование к промежуточным частотам осуществляется с помощью конвертеров, установленных непосредственно после МШУ.
Гетеродины выполнены с использованием фазовой автоподстройки частоты по опорному сигналу 5 МГц от квантовых стандартов.
| Приемный комплекс | ПР-0,6 | ПР-1,4 | ПР-2,2 | ПР-8,3 |
| Полоса частот МШУ ГГц | 0,596-0,604 | 1,35-1,45 | 2,07-2,32 | 7,80-8,70 |
| Частота 1-го гетерод. МГц | 562,0; 563,6 | 1590,0 | 2020,0 | 8080,0 |
| 1-ая пром. част. МГц | 38 | 175 | 230 | 300 |
| Температура приемн. К | 40 | 25 | 12 | 14 |
| Полный КИП антенны | 0,53 | 0,5 | 0,55 | 0,3 |
Радиотелескоп оснащен следующими приемно-регистрирующими системами:
Технические параметры пульсарного комплекса АС-600/160 на радиотелескопе РТ-64:
В состав радиотелескопа также входят:
Публикации материалов и данные исследований
Данные исследований Калязинской астрономической обсерватории Вы сможете найти в следующих публикациях:
Калязинская радиоастрономическая обсерватория
У большинства людей город Калязин ассоциируется с колокольней Никольского собора. Несмотря на то, что затопленная колокольня является главным символом Калязина и привлекает множество туристов, на мой взгляд она скучна и не интересна. А главным символом города для меня является радиотелескоп ТНА-1500.Калязинская радиоастрономическая обсерватория — российская радиоастрономическая обсерватория, подразделение Особого конструкторского бюро Московского энергетического института. Введена в строй в 1992 году.
Основным инструментом является радиотелескоп ТНА-1500, созданный ОКБ МЭИ.
В обсерватории располагается Калязинская радиоастрономическая лаборатория отдела пульсарной астрометрии ПРАО.
В обсерватории постоянно работает 10 человек персонала.
Радиотелескоп ТНА-1500 или РТ-64: D = 64 м, F/0.37.
Полноповоротный параболический рефлектор, минимальная рабочая длина волны = 1 см, общая масса = 3800т, масса зеркала = 800т, вторичное зеркало D = 6 м.
В обсерватории были проведены радиоастрономические наблюдения по программе «Радиоастрон» и первые наблюдения пульсаров с астрометрической привязкой к квазарной системе координат с базой в 7 000 км.
В 2010 году в обсерватории произошёл пожар, в результате которого пострадало дорогостоящее оборудование и главная антенна. Реконструкция и восстановление в рамках Федеральной космической программы продолжались 2 года. В ходе работ проведена замена системы энергоснабжения, реконструирована надзеркальная кабина, в которой размещён комплекс приёмо-передающего оборудования.
Проведена замена зеркала малого диаметра и улучшена форма поверхности главного зеркала. Всё это повысило чувствительность радиотелескопа и сделало доступным более высокий частотный диапазон наблюдений космических радиоисточников.
Это второй подобный инструмент. Первый был построен в 1969 году в «Медвежьих озёрах», в 15 километрах восточнее Москвы. В общем, будете проезжать мимо, обязательно посмотрите!
Вообще, радиотелескоп — это инструмент для приёма собственного радиоизлучения небесных объектов (в Солнечной системе, Галактике и Метагалактике) и исследования их характеристик, таких как: координаты, пространственная структура и т.д.
Астрофизическая обсерватории «Спектр-М» («Миллиметрон»). В погоне за «кротовыми норами»
На конец десятилетия запланирован запуск астрофизической обсерватории «Спектр-М» («Миллиметрон») – четвертого и последнего космического аппарата из серии «Спектр». Находясь в полутора миллионах километров от Земли и прячась в ее тени, этот мощнейший телескоп пронизывающим взглядом будет наблюдать и изучать самые таинственные явления во вселенной. Особый интерес вызывает поиск «кротовых нор» – своеобразных порталов между галактиками, существование которых пока рассматривается только в теории.
Космическая обсерватория «Миллиметрон» в каком-то смысле является продолжателем традиций «Спектра-Р» – первого аппарата серии для исследования Вселенной, запущенного на орбиту в 2011 г. и прослужившего семь с половиной лет. И это закономерно, учитывая, что разработчиком обоих проектов является одна организация – Астрокосмический центр (АКЦ) Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН). Аппараты роднит диаметр параболической антенны-зеркала, составляющий ни много ни мало десять метров. Однако «Миллиметрон», в отличие от предшественника, будет работать в двух режимах – одиночном и режиме интерферометра – в кооперации с наземными телескопами.
Было запланировано создать четыре обсерватории серии «Спектр» для изучения астрономических объектов в различных диапазонах электромагнитных волн. Первый аппарат – «Спектр-Р» – стартовал в 2011 г. и наблюдал небесные тела в радиодиапазоне. Отправленная на орбиту летом 2019 г. обсерватория «Спектр-РГ» нацелена на построение полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне и сейчас активно работает.
В середине десятилетия эстафету подхватит разрабатываемый аппарат «Спектр-УФ», который будет собирать информацию о далеких объектах в ультрафиолете. Завершит масштабный проект обсерватория «Спектр-М», чьей задачей станет исследование Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах.
На каждом этапе инструмент обеспечит непревзойденную зоркость. Высочайшая чувствительность во время «сольной» работы будет достигнута благодаря глубокому охлаждению, которое защитит бортовую аппаратуру от «теплового шума». А режим интерферометра предполагает, что вместе с наземными радиотелескопами «Миллиметрон» сможет образовать систему, работающую как одно огромное чуткое электронное око. Эта связка даст возможность получить гигантское угловое разрешение (3.7.10-8 угловых секунд), позволяющее разглядеть даже самые удаленные объекты с невероятно малым угловым размером.
Что касается диапазона исследований, то у «Миллиметрона» он будет беспрецедентно широким – с длиной волны от 70 мкм (тепловое излучение средней длины) до 10 мм (миллиметровые волны), в то время как предшественник вел наблюдения в чистом радиодиапазоне.
В числе отличий и координаты точки назначения: «Спектр-Р» вглядывался в бесконечность, вращаясь вокруг Земли по эллиптической орбите, а «Миллиметрон» для выполнения своей миссии направится в точку Лагранжа L2, находящуюся на прямой линии между Солнцем и нашей планетой на расстоянии 1.5 миллиона километров от Земли в направлении Солнце–Земля. Орбита в окрестности точки L2 была выбрана главным образом для обеспечения охлаждения до сверхнизких температур.
Главное зеркало «Миллиметрона», где отразятся ответы на загадки Вселенной, отправится в космическое путешествие аккуратно сложенным и раскроется как огромный космический цветок сразу по выведении на орбиту. После этого его полет к точке L2 составит еще три месяца. Это время будет использовано для начального охлаждения конструкции.
У обсерватории-цветка будет 24 трансформируемых лепестка и центральное стационарное зеркало диаметром три метра. На каждом лепестке будет установлено по три панели из высокомодульного углепластика с алюминиевым радиоотражающим покрытием. Кинематика раскрытия зеркала будет такой же, как и у обсерватории «Спектр-Р», но устройство раскрытия модернизировано для достижения более высокой точности этого процесса.
«Раскрытие каждого лепестка происходит вокруг своей индивидуальной оси, сориентированной в пространстве таким образом, чтобы избежать взаимного пересечения между соседними лепестками, – объясняет и.о. главного конструктора проекта Евгений Голубев. – При этом вращение всех лепестков синхронизировано между собой специальным механизмом». Лепестки космического цветка будут зафиксированы по краям специальными защелками. «Цветущий» в холодном космосе, «Миллиметрон» с легкостью будет собирать излучение благодаря большому диаметру и высокоточной поверхности.
По словам руководителя АКЦ ФИАН, научного руководителя проекта Сергея Лихачева, готовящаяся миссия – «это уровень космического телескопа имени Джеймса Уэбба или даже выше». Хотя российский и американский аппараты рассчитаны на работу в разных диапазонах электромагнитного излучения («Джеймс Уэбб» будет работать в видимом и среднем инфракрасном cпектре, а «Миллиметрон» – в субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах), отечественный телескоп будет иметь несомненное преимущество: он позволит изучать объекты, закрытые межзвездной пылью.
В диапазоне, на работу с которым настроен «Джеймс Уэбб», они просто не видны, а «Миллиметрон» сможет достаточно хорошо наблюдать Вселенную и сквозь «завесу» пыли, объяснила ученый секретарь АКЦ ФИАН Татьяна Ларченкова.
Например, активное звездообразование – загадочный и при этом очень «пыльный» процесс. С помощью «Спектра-М» ученые надеются узнать, как именно рождаются звезды и как развивается этот процесс. В отличие от зарубежного коллеги, «Миллиметрон» сможет также проводить быстрые обзоры небольших секторов неба.
Если продолжить сравнение с аппаратом «Спектр-Р», то ученые гораздо шире рассматривают потенциал «Миллиметрона» и в рамках второго этапа, когда он будет действовать как единое целое с наземными телескопами. Дело в том, что «Спектр-Р» работал на гораздо большей длине волны, что было не очень удобно для изучения черных дыр из-за межзвездного рассеивания излучения. При уменьшении длины волны сильно снижается и эффект рассеивания, поэтому «Миллиметрон» сможет рассмотреть весьма далекие области, куда взгляд «Спектра-Р» никогда бы не проник.
По словам Татьяны Ларченковой, на сегодняшний день наиболее перспективными наземными партнерами «Миллиметрона» являются интерферометрическая сеть «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope) – телескопы восьми обсерваторий на разных континентах, а также «Атакамская большая [антенная] решетка миллиметрового диапазона» (Atacama Large Millimeter Array) – комплекс радиотелескопов, расположенный в чилийской пустыне Атакама.
Кроме того, в рамках проекта возможно сотрудничество с Международной радиоастрономической обсерваторией «Суффа», строящейся в Республике Узбекистан. Особые надежды возлагаются на совместную работу с «Телескопом горизонта событий». Проведенное учеными моделирование показало, что общими усилиями обсерватории смогут получать изображения, качество которых будет в шесть-десять раз лучше, чем то, что «Телескоп горизонта событий» получает сейчас.
Характеристики обсерватории и ее будущее «место работы» позволили ученым сформировать амбициозную научную программу. Как отметил Сергей Лихачев, «Миллиметрон» поможет ответить на самые актуальные вопросы в области современной астрофизики и космологии, «начинаяот «кротовых нор» и заканчивая образованием того мира, в котором мы живем».
Основные направления работы: исследования процессов в ранней Вселенной, изучение геометрии пространства-времени вблизи сверхмассивных черных дыр, поиск воды и биомаркеров в нашей галактике.
Татьяна Ларченкова объяснила, что при определении приоритетов важно было выявить задачи, которые до запуска «Миллиметрона» не будут решены другими проектами. Строгая иерархия работ оправдана ограниченным временем работы в режиме активного охлаждения (порядка трех лет), которое даст «Миллиметрону» особую чувствительность в режиме одиночного телескопа. На этом этапе он сможет пробиться взглядом к очень слабым объектам, например самым первым галактикам.
Что касается астробиологических задач, они присутствовали в концепции проекта с самого начала и со временем все глубже прорабатывались. «С психологической точки зрения поиск признаков внеземной жизни для человечества представляет наибольший интерес, – замечает Татьяна Ларченкова. – В контексте исследования воды нам интересны ледяные спутники Сатурна и Юпитера. Их наблюдения, в том числе спектральные, нужны, чтобы понять состав их поверхностей, атмосфер, изучать их льды и понять, из чего они состоят. Такие спектральные исследования как раз сможет проводить наша обсерватория».
«Миллиметрон» будет в первую очередь интересоваться такими спутниками планет-гигантов, как Европа, Ганимед, Титан и Энцелад. Особенно привлекает возможность изучить окрестности Сатурна, к которому в ближайшие годы не планируется направлять автоматические межпланетные миссии с Земли. С помощью телескопа ученые смогут оценить астробиологический потенциал Энцелада и Титана, под поверхностью которых предположительно есть океаны с условиями, пригодными для живых организмов. Анализ химического состава этих миров поможет ученым исследовать особенности взаимодействия океана с поверхностью спутника и ответить на вопрос, есть ли там жизнь.
В ПОГОНЕ ЗА «КРОТОВЫМИ НОРАМИ»
В объектив «Миллиметрона» попадут также центральные области активных ядер галактик. По всей видимости, это сверхмассивные черные дыры, но нельзя исключать, что некоторые из них окажутся «кротовыми норами». «Издали эти объекты могут вести себя очень похоже», – говорит Андрей Андрианов, заведующий лабораторией математических методов обработки астрофизических наблюдений АКЦ ФИАН.
«Благодаря уникальному разрешению и высокой чувствительности, «Миллиметрон» сможет близко подобраться к горизонту событий любой черной дыры и увидеть, что она собой представляет, – продолжает Татьяна Ларченкова. – Конечно, это возможно только для объектов активных ядер ближайших к нам галактик, в которых есть достаточно массивная центральная черная дыра или ”кротовая нора“».
Поиск «кротовых нор» – одна из самых интересных и захватывающих задач «Миллиметрона». В отличие от черных дыр, эти таинственные объекты в космосе наблюдателями пока не обнаружены. На сегодняшний день «кротовая нора» – это гипотетическое явление, существование которого допускается общей теорией относительности. Она предположительно состоит из двух входов, своеобразных порталов, которые могут располагаться на значительном удалении друг от друга, возможно, даже в разных Вселенных. Открытие этих объектов произвело бы революцию в наших представлениях о пространстве и окружающем мире. Благодаря своим параметрам «Миллиметрон» сможет приблизиться к разгадке этой тайны.
Открытие кротовых нор означало бы переворот в современной астрофизике, доказывающее существование принципиально новых объектов, сложную топологическую структуру пространства, и даже существование других вселенных.
Как рассказали Сергей Лихачев и Евгений Голубев, в настоящее время создается ряд опытных образцов различных составных частей космической обсерватории. Один из самых высокотехнологичных образцов – система раскрытия главного зеркала. Помимо раскрытия лепестков и их фиксации в рабочем положении с высокой точностью, она выполняет функции силовой конструкции главного зеркала (для восприятия нагрузок выведения на ракете-носителе). Когда зеркало «Миллиметрона» раскроется, оно должно будет зафиксироваться с погрешностью не более 1 мм – сложнейшая задача, учитывая его габариты. Однако она выполнима: прежде на конструкторско-технологическом макете главного зеркала была достигнута точность раскрытия 0.3 мм.
Изготовление составных частей, сборка и испытания модуля полезной научной нагрузки будут проводиться на предприятии «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва, где сейчас и изготавливается экспериментальный образец десятиметровой антенны.
Как ранее сообщалось в СМИ, изначально в Федеральной космической программе (ФКП) на 2016–2025 годы на создание «Спектра-М» было заложено 11 млрд руб. Однако в 2019 г. стало известно, что финансирование сокращено в два раза. Ранее на проект выделялись 1.36 млрд руб в 2015–2017 гг. и 2 млрд руб в 2017–2021 гг. Для изготовления и испытания необходимой аппаратуры в 2021 г. было выделено еще 2.2 млрд руб. Полученная сумма рассчитана на ближайшие четыре года.
Подзабытый гигант: радиотелескоп ТНА-1500
Одни уникальные инженерные объекты далекого прошлого сохраняются почти в первозданном виде (Шуховская башня), хотя и теряют было значение, другие же постепенно теряют былой лоск, а затем полностью разрушаются. Многие уникальные объекты, построенные в советскую эпоху, сейчас выглядят лишь как декорации к фильму ужасов — нагромождение серого бетона, битого кирпича и ржавых железных конструкций. Одним своим видом они навевают печаль. А стоит вам подсчитать стоимость объекта и печаль многократно усиливается — миллиарды рублей буквально валяются под ногами кучами мусора.
Но есть сооружения, которым повезло выстоять период упадка, продолжить работу и получить дальнейшее развитие. На заглавной фотографии вы видите объект, в прошлом называвшийся Центром космической связи Особого Конструкторского Бюро МЭИ «Калязин». Сейчас название более лаконично — Калязинская радиоастрономическая обсерватория. Она расположена в 200 километрах к северу от Москвы и на ее территории находится уникальный радиотелескоп ТНА-1500, он же РТ-64 (РТ — радиотелескоп, а 64 — диаметр антенны).
На территорию комплекса вас никто не пустит, но можно подъехать достаточно близко, чтобы оценить масштаб сооружения
Совместно с MAPS.ME мы готовили обзор интересных космических событий на 2015-2016 годы, где впервые упомянули РТ-64. Настало время рассказать подробнее. Объект привлекает внимание размерами: диаметр телескопа, предназначенного для фундаментальных космический исследований, составляет 64 метра. Общая масса равна примерно 3800 т, масса зеркала — 800 т.
До 2010 года объект внешне выглядел неважно, большое количество ржавчины буквально поглощало радиотелескоп. Однако после продолжительного ремонта РТ-64 стал как новый.
Калязинская обсерватория занимается радиоспектральными астрономическими исследованиями, исследованиями пульсаров, а также поиском галактических, внегалактических объектов и получением данных от космически отдаленных спутников. В обсерватории на постоянной основе работает 10 сотрудников.
Труба, которая крутится вместе с тарелкой — это шахта лифта с приделанной к ней лестницей.
Однако почему именно Калязино? Ведь этот радиотелескоп существует не в единственном экземпляре (в России и СНГ их всего семь, а в Евпатории и Уссурийске были установлены еще более внушительные 70-метровые антенны), но в сети по большей части вы встретите фотографии одного объекта. Разгадка, как нам кажется, кроется в живописности окружающих пейзажей: рядом протекает река Волга, вокруг на десятки километров расположены только леса. Впрочем, есть и чисто технический фактор узнавания: Калязинский телескоп отличается тем, что его зеркало может поворачиваться по горизонтали на 360 градусов, а по вертикали — больше чем на 90 градусов. Когда целый стадион, поднятый в небо, начинает вращаться — это зрелище завораживает.
Стоит оговориться, что история радиотелескопа в Калязине началась уже после развала СССР. Он был введен в строй в 1992 году, а регулярные наблюдения по программе хронометрирования пульсаров в Калязине начались в 1995 г. Однако его строительство началось в 1974 году и продолжалось 18 лет.
Центр в Калязине — это филиал Центра космической связи «Медвежьи озера». В 17 км от Москвы, в месте, называемом Медвежьими озерами, расположен идентичный радиотелескоп. Сооружение телескопа началось в 1969 году, а в работу он вступил в 1979 году. Оба радиотелескопа информационно связаны друг с другом и могут рассматриваться как единый комплекс. Сам центр появился гораздо раньше, он был основан в 1958 году на 26-м километре Щёлковского шоссе, в деревне Долгое Лёдово, и использовался в качестве испытательного полигона, на котором проходили испытания и отработку бортовые и наземные антенные устройства.
По сообщениям очевидцев, рядом с телескопом в Медвежьих озерах вырыт котлован 6-метровой глубины. В этом котловане на дне установлены приемники, чтобы проверять, как подводные лодки будут ловить сигнал.
Полноповоротная параболическая антенна ТНА-1500 была возведена особым конструкторским бюро Московского энергетического института (ОКБ МЭИ) и длительное время использовалась для задач дальней космической связи и космической навигации. Строительство началось с фундамента в виде 800 равномерно расположенных десятиметровых железобетонных свай, забитых в грунт и соединенных монолитным железобетонным диском, на котором возвели опорное здание.
В 1983-84 годах РТ-64 принимал данные радиолокационной съемки и тепловой карты планеты Венера, затем участвовал в программах Вега (1986 г.), когда были приняты изображения кометы Галлея, и Фобос (1988-89 гг.).
Изначально принимать данные автоматических межпланетных станций «Венера-15» и «Венера-16» с локаторами «Полюс-В» на борту должен был 70-метровый телескоп в Евпатории, однако в силу ряда организационных и технических проблем резервный пункт в «Медвежьих Озерах» на базе ТНА-1500 выполнил основной объем работ.
В 1967 году на территории полигона состоялся первый пробный сеанс спутниковой связи с Владивостоком.
«Отцом» этого телескопа можно считать академика Алексея Богомолова, ставшего основоположником всей советской радиоэлектроники. Вам это имя может быть не знакомо, но почти вся радиоэлектроника, работавшая в советское время в космосе и на ракетах, была создана коллективом, возглавляемым Богомоловым. Он был мощнейшим специалистом в области разработок радиоастрономических и радиофизических комплексов. Алексей Богомолов закончил Московский энергетический институт с отличием в 1937 году по специальности «Передача электрической энергии и объединение электрических систем». В 1955 году он был избран заведующим кафедрой радиотехнических приборов.
Когда начались разработки первых боевых ракет, то появилась необходимость обеспечивать непрерывный контроль траектории полета и получение текущей информации о работе двигателей и систем, управляющих полетом ракеты. В 1954 году началась разработка ракеты Р-7, которая семь лет спустя вывела на орбиту Гагарина. Разработку телеметрических и траекторных средств для новой ракеты поручили коллективу Богомолова и в кратчайшие сроки была создана телеметрическая система «Трал».
В 1960-65 годах под руководством Богомолова были сооружены антенны сначала с диаметром зеркала 32 метра, а затем с диаметром 64 метра для обеспечения связи с межпланетными исследовательскими аппаратами, запускаемыми к планетам Солнечной системы. Первой высокоэффективной зеркальной антенной системой, появившейся в Центре космической связи, была многоцелевая антенна ТНА-200, использовавшаяся в ряде дальних космических операций.
Зачем понадобилось строить два одинаковых радиотелескопа, расположенных не так далеко друг от друга? На самом деле наличие двух ТНА-1500 дает возможность для получения высокоточных сигналов, эквивалентных получаемым данным с радиотелескопом с антенной порядка 80 м. На сегодняшний день это единственный имеющийся в России комплекс такого класса, находящийся в рабочем состоянии и решающий широкий спектр задач по радиоастрономии.
Из 11 существовавших на то время в мире радиотелескопов диаметром более 60 м три находились в России и два из них были созданы в ОКБ МЭИ. ОКБ МЭИ получило уникальную базу для проведения научных исследований и обеспечения дальней космической связи. В суровые 90-е годы на РТ-64 радиоастрономические исследования проводились фактически без финансирования, усилиями нескольких научных институтов и сотрудников Московского энергетического института. Главное, что эти уникальные и красивые глобальные сооружения сохранились до наших дней и продолжают космические исследования.
Данная статья была скопирована с geektimes.ru
Калязино? Вы хоть Википедию чтоль откройте перед публикацией. Тверская обл., г. Калязин
Поставил бы плюсца, да много дней прошло.
Очень интересный пост.
Когда вижу такие радиотелескопы или просто большие параболические антенны, всё время вспоминают фильм «Посредник».
Шесть лет «Хаябусы-2»
«Хаябуса-2» в 21 метре над астероидом, фото JAXA
«Хаябуса-2» — уже второй японский аппарат, который привез образцы астероида. Первый «Хаябуса» стартовал 9 мая 2003 и после эпической истории превозмогания разнообразных неисправностей все-таки сумел привезти пылинки астероида Итокава, которые можно было рассмотреть только под микроскопом. А сейчас от астероида Бенну возвращается аппарат NASA OSIRIS-REx, его прибытие ожидается 24 сентября 2023. Для чего отправляются эти миссии?
Прежде всего, дело в том, что астероиды могут содержать информацию об истории молодой Солнечной системы. Вещество протопланетного диска, которое сформировалось в планеты, испытало множество столкновений, нагрев, геологические преобразования. А в космосе могут летать гораздо лучше сохранившиеся свидетели. Собственно говоря, они и летают: когда аппарат New Horizons пролетел мимо транснептунового объекта (486958) Аррокот оказалось, что он — самый примитивный (в смысле минимально изменившийся) объект из всех, которые посещали космические аппараты. Он оказался двумя слипшимися планетезималями — 21 и 15 км диаметром, причем сами планетезимали в свою очередь оказались состоящими из слипшихся более мелких объектов.
(486958) Аррокот, фото NASA
Увы, удаленность транснептуновых объектов делает их изучение сложным. Можно пролететь мимо, как это сделал New Horizons, но вот выйти на орбиту вокруг такого астероида, не говоря уж о возвращении образцов, на порядки сложнее.
Еще одна важная задача — изучение околоземных астероидов непосредственно. Если когда-нибудь таки появится серьезно угрожающий Земле объект, то для успешного изменения его орбиты крайне желательно знать состав и структуру астероидов, чтобы меры воздействия оказались эффективными.
Также миссия «Хаябусы-2» решала и инженерные задачи — нужно было отработать улучшения, сделанные по результатам полета первого аппарата. А еще хотелось проверить возможность создания компактных и легких импакторов. Дело в том, что на орбите, сравнимой с земной, небесное тело очень серьезно прожаривается Солнцем — на дневной стороне Луны температура выше 100°С. Летучие элементы испаряются. Но обычно нагревается только поверхность — уже на десятках сантиметров глубины температуры практические постоянные и отрицательные. Хорошо бы иметь легкое простое устройство, чтобы создать кратер и добраться до лучше сохраняющихся на глубине образцов.
«Хаябуса-2» (в переводе «Сапсан-2») представляет собой сравнительно легкую, простую и недорогую, но при этом имеющую большие возможности автоматическую межпланетную станцию. Его масса составляет 609 кг. На способном поворачиваться по двум осям подвесе установлены четыре ионных двигателя, из которых одновременно могут работать три (четвертый запасной). Они могут развивать тягу от 5 до 28 грамм. Небольшая тяга компенсируется высоким удельным импульсом — 3000 секунд, и маршевая двигательная установка имеет запас характеристической скорости 3,2 км/с. Электропитание обеспечивают раскладные солнечные панели без возможности поворота, обеспечивающие 2,6 кВт на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца. Также аппарат оснащен двухкомпонентными двигателями ориентации на высококипящих компонентах тягой 2 килограмма каждый и общим количеством 12 штук.
Научным оснащением станции являются три навигационные камеры, одна с телеобъективом (ONC-T) и две широкоугольные (ONC-W1 и ONC-W2), еще одна камера CAM-H для съемок пробоотборника, установленная на пожертвования, спектрометр NIRS3, работающий в ближнем инфракрасном диапазоне, тепловизор TIR, лидар (лазерный дальномер), пробоотборник с тремя ячейками под образцы, отделяемая камера DCAM3, четыре ровера, экспериментальный импактор SCI и пять прицельных маркеров. Прицельные маркеры представляют собой ярко белые мягкие шарики и используются как реперные точки для навигации автоматики на небольшой высоте над серой поверхностью астероида.
«Хаябуса-2» с попутчиками, здесь и далее, если не указано иное, фото JAXA
«Хаябуса-2» отправился в полет на японской ракете-носителе H-IIA 3 декабря 2014. Вместе с ним летели три попутчика: студенческий радиолюбительский ретранслятор Shin’en 2, PROCYON, который должен был пролететь мимо другого астероида, но сломался, и космический арт-объект ARTSAT2-DESPATCH: немаленькая скульптура 50х50 см и массой 30 кг, которая первые десять часов передавала телеметрию, затем в течение ста часов генерировала на борту и передавала по радиолюбительскому каналу поэзию, а после 110 часа — только температуру на борту. «Хаябуса-2» отделился первым, спустя 1 час и 47 минут полета.
Орбита «Хаябусы-2», анимация Phoenix7777/Wikimedia Commons
Сложность миссии с выходом на орбиту вокруг астероида заключается в том, что надо перейти на траекторию, близкую к орбите цели, и оказаться рядом с целью, причем погасив относительную скорость. Также современная космическая техника проектируется из принципа, что лучше лететь на несколько лет дольше, пользуясь гравитационными маневрами у планет, но сэкономить на массе аппарата или запасах топлива. Поэтому «Хаябуса-2» добирался до астероида три с половиной года.
За первый год полета зонд проверил ионные двигатели и изменил свою скорость всего-то на 60 м/с. Спустя ровно год он совершил гравитационный маневр у Земли, получив бесплатные 1,6 км/с скорости, и изменил наклонение орбиты. Затем уже пришел черед собственных двигателей. Во время первой фазы «Хаябуса-2» изменил скорость на 127 м/с за 798 часов, во время второй — на 435 за 2593 часа, и во время финальной третьей, тормозя относительно астероида, на 393 м/с за 2475 часов.
27 июня 2018 года «Хаябуса» прибыл на орбиту вокруг астероида. За время перелета астероид 1999 JU3 получил собственное имя Рюгу в честь подводного волшебного дворца Рюгу-дзё из японских сказок. Согласно этим сказкам, рыбак отправился в подводный дворец и вернулся с подарками от хозяина дворца, дракона Рюдзина. Аналогия с миссией «Хаябусы-2» вполне очевидна. Из-за названия, топонимы на астероиде теперь берутся из сказок народов мира — так на Рюгу появились районы Колобок и Страна чудес Алисы.
Астероид Рюгу был обнаружен в 1999 году и относится к подтипу Cb самого распространенного (75% всех известных) класса C — углеродистых астероидов. Он принадлежит к группе аполлонов и является потенциально опасным. Рюгу имеет шарообразную форму с выраженным экваториальным хребтом, что делает его похожим на волчок или соединенные донцами конусы. Диаметр астероида составляет примерно 900 метров, а массу оценивают в 450 миллионов тонн. Для сравнения, это миллион Международных космических станций или 1,1 массы живущих сейчас людей.
Сила тяжести на Рюгу составляет 1/80000 «же», а орбитальная скорость на рабочей высоте «Хаябусы-2», 20 км — примерно 40 миллиметров в секунду.
Еще по данным радарных наблюдений с Земли было установлено, что астероид вращается в ретроградном (противоположном обычному) направлении. Необычное направление вращения, экваториальный хребет, большое количество булыжников и малое количество пыли говорят о том, что Рюгу является результатом столкновения и когда-то вращался гораздо быстрее. Неожиданно большое количество крупных булыжников серьезно затруднило планирование работ на астероиде и повысило их рискованность.
Первая пара роверов
В первую волну «десанта» 21 сентября 2018 пошли два ровера, которые перевозили в одном контейнере. В момент старта аппарата они имели имена 1A и 1B, но к моменту сброса получили личные имена HIBOU («сова» по-французски) и OWL («сова» по-английски) соответственно. Это были небольшие и легкие (1,1 кг) аппараты, каждый с двумя камерами, датчиком температуры, фотодиодом, акселерометрами и гироскопами. Интересным был способ передвижения роверов по астероиду — на них стоял электромотор с эксцентриком, аналог которого вибрирует у вас в смартфонах. Колеса, гусеницы или другие способы передвижения банально не работали бы в условиях очень низкой тяжести. HIBOU проработал 36 земных суток и сделал 609 фото, OWL — 3 суток и сделал 39 фото.
Фото с ровера 1A (HIBOU)
А вот так выглядит день на астероиде, анимация по фото ровера 1B (OWL)
Вторым, 3 октября 2018, был сброшен ровер MASCOT, разработанный Германским аэрокосмическим центром (DLR). MASCOT расшифровывается как «Мобильный разведчик поверхности астероида». Это более тяжелый аппарат, весящий 10 кг, и имеющий более серьезное научное оснащение — спектроскопический микроскоп, терморадиометр, магнитометр и более качественную камеру. Аппарат приастероидился вверх тормашками, перевернулся при помощи аналогичного первой группе двигателя с эксцентриком и потом на нем же перемещался по астероиду. Но у ровера не было солнечных панелей, так что спустя 17 часов его батареи банально сели.
Поверхность астероида, фото MASCOT/DLR
Теперь настала очередь забора образцов. Но сначала стоит разобраться, каким образом этот забор происходит.
У края трубки пробоотборника установлены три «орудия», которые по конструкции напоминают некоторые бесшумные пистолеты (например, российский ПСС). В трубке, которая одновременно является патроном, располагаются метательное вещество, обтюратор (одновременно пыж и поршень) и танталовая пуля весом 5 грамм. Тантал был выбран, чтобы легко отделить следы пули от образцов. Электрозапал поджигает метательный заряд, он расширяется и выталкивает пулю со скоростью 300 м/с. При этом обтюратор останавливается, упираясь в выступ около дульного среза, запирая продукты сгорания в стволе-патроне и не загрязняя ими образцы. Пуля ударяет в поверхность астероида, выбрасывая вверх ее частички, которые упаковываются в герметичную камеру в спускаемом аппарате. У «Хаябусы-2» было три выстрела и три камеры для образцов.
Как вы помните, поверхность астероида была очень неудобной. «Хаябусе-2» нужен был ровный участок без больших булыжников и уклона, в районе экватора (чтобы не поворачивать солнечные панели в сторону от Солнца) и температурой не выше 97°С, чтобы не перегреть сам аппарат.
Первый прицельный маркер сбросили 25 октября 2018. Затем проводили репетиции, на КДПВ как раз фото с тренировочного снижения до 21 метра. И только 22 февраля 2019 произошли касание, выстрел и успешный забор образцов.
2,5 килограмма меди после подрыва превращаются в ударное ядро, движущееся на скорости 2 км/с. Если искать военные аналогии, то SCI похож на противотанковые самоприцеливающиеся боеприпасы СПБЭ-К к разовой бомбовой кассете РБК-500 РФ или BLU-108/B в кассете SUU-66/B стран NATO. Только в SCI подрыв происходит по таймеру, а не по обнаружению теплового излучения вражеского танка.
Всем хорош SCI — маленький да легкий, но есть у него серьезный недостаток — после подрыва в случайном направлении разлетаются осколки, которыми было бы очень обидно повредить аппарат-носитель. Поэтому использовался следующий алгоритм: «Хаябуса-2» сбрасывал импактор, затем специальную камеру DCAM3 и прятался за астероидом.
DCAM3 — цилиндрик с батарейками, двумя камерами, аналоговой и цифровой, и антеннами для передачи отснятого. У него нет вообще никаких двигателей или системы ориентации. На фото он в крепежном гнезде, из которого выбрасывается с закручиванием. Вращение стабилизирует направление съемки.
5 апреля 2019 были сброшены SCI и DCAM3. На фото ниже результат.
В итоге получился кратер диаметром 14,5 м по уровню поверхности, 17,6 м по верху. В центре образовалась яма глубиной 3 метра. Два больших булыжника были сдвинуты в сторону. Анимация позволяет наглядно посмотреть изменения было/стало.
Естественно, кратер стал основным кандидатом для следующего касания с забором образцов. 30 мая 2019 был сброшен второй прицельный маркер, и 11 июля «Хаябуса-2» коснулся астероида с ошибкой всего 60 см относительно точки прицеливания.
Бомбы исследуют гравитацию
Третьего касания решили не проводить — это был бы излишний риск. Так что «Хаябуса-2» стал закругляться. Два прицельных маркера были сброшены 17 сентября на перпендикулярные орбиты, полярную и экваториальную, для измерения гравитационных характеристик астероида по их полету. 2 октября также в качестве пассивного тела был сброшен ровер MINERVA-II-2, который, увы, сломался еще до прибытия к астероиду.
MINERVA-II-2 в свободном падении
Общая карта работ на астероиде с указанием местных названий:
Возвращение и посадка
13 ноября 2019 «Хаябуса-2» направился к Земле. Здесь задача уже была проще — для доставки образцов достаточно было перейти на курс, пересекающийся с Землей, не учитывая относительные скорости. На всякий случай зонд держали на траектории, которая проходила совсем рядом с планетой, затем 26 ноября аппарат изменил свою скорость всего на 1,2 метра в секунду и перешел на траекторию, которая оканчивалась на полигоне Вумера в Австралии. За 12 часов до входа в атмосферу «Хаябуса-2» сбросил спускаемый аппарат и ушел в сторону. Капсула с образцами благополучно воткнулась в атмосферу, затормозила, раскрыла парашют и приземлилась на полигоне 5 декабря 2020.
В итоге оказалось, что ожидания ученых были перевыполнены с лихвой. Научное оборудование было сконструировано так, чтобы для анализа хватило 0,1 грамма астероида. Однако «Хаябуса-2» привез в 50 раз больше — целых 5,4 грамма!
Обратите внимание, что образцы от первого и второго касания сильно отличаются по размеру. И во втором контейнере невольно оказался кусок пробоотборника. Все остальные части орбитального аппарата никак не смогут вернуться на Землю.
Изучение полученных образцов активно ведется сейчас и будет вестись еще долго. А про научные статьи можно сказать, что они только начали появляться. Что мы успели узнать?
Рюгу является результатом столкновения, после которого образовалась куча обломков, слипшаяся под воздействием притяжения друг к другу. Астероид представляет собой «кучу щебня» (термин, пока не переведенный официально на русский язык) и имеет пористость больше 50%, то есть внутри пустой больше чем наполовину. Вообще, стоит отметить, что сейчас считается, что значительная доля астероидов, если даже не большинство, состоит из таких же куч щебня, а не является чем-то монолитным.
Поверхность астероида очень молодая, 8.9 ± 2.5 млн. лет, и усеяна большими, >3 м в диаметре, камнями, тоже пористыми. Но можно найти редкие светлые камни, скорее всего, от ударившего тела. Кроме цвета они отличаются еще профилем нагрева и охлаждения, то есть, имеют другой химический состав.
Еще один важный вопрос — история воды в молодой Солнечной системе. И здесь не факт, что конкретно Рюгу даст нам какие-то сенсации. Дело в том, что родительское тело, из которого он сформировался, похоже, подверглось нагреву в прошлом, и в результате астероид оказался гораздо суше, чем ожидалось.
Как вы могли заметить, орбитальный аппарат «Хаябусы-2» не сгорел в атмосфере и продолжает полет по плану расширенной миссии. Спустя четыре с половиной года, в июле 2026, он пролетит мимо астероида 1001 CC21, который относится к редкому типу L. Это будет скоростной пролет, не выход на орбиту. Заодно команда миссии получит опыт работы в условиях, когда объект изучения пролетает мимо аппарата за считанные часы. В 2027 и 2028 ожидаются еще два гравитационных маневра у Земли. А летом 2031 «Хаябуса-2» должен выйти на орбиту астероида 1998 KY26, необычность которого заключается в том, что он быстро вращается. Конечно, исследования будут вестись только оставшимися научными инструментами. У зонда остался один сбрасываемый маркер, и, формально, один выстрел, но уже нет контейнера для образцов и спускаемого аппарата, в котором они могли бы вернуться на Землю. Но, не сомневаюсь, что продленная миссия также окажется очень интересной.
Для тех, кому удобнее, видео лекции.
Автор: Филипп Терехов
Видео нарезано с советского научно-популярного фильма 1957 года «Дорога к звёздам».
Забавный факт: когда фильм снимался, в космосе ещё никто не побывал. Но когда фильм был уже на монтажном столе, произошёл запуск советского Спутника-1, и кадры с ним пришлось доснимать и добавлять в фильм в срочном порядке.
Если вы окажетесь на Луне, обязательно посетите эти места
Предлагаем вашему вниманию краткий список 34 достопримечательностей Луны (фото+местоположение).
Ад, Москва, Альпы. Коперник и Шрёдингер. Лава, водовороты, призраки, цепочки, разломы и складки. Катящиея камни и «Y».
Добро пожаловать на Луну!
1. Лава внутри лавы
Лавовый канал внутри лавового канала. Долина Шрётера в океане Бурь
Аполлон — гигантский (диаметр — около 524 км) древний ударный кратер, неофициально именуемый бассейном Аполлон, в южном полушарии обратной стороны Луны. Название присвоено в честь американской космической программы Аполлон.
3. Кратер Коперника
4. Конусообразные потоки лавы
Лава, стекающая в кратер Пифей. Изображение шириной около 600 м.
Лунные водовороты в Море Мечты шириной 282 км.
6. Динамичный ландшафт
Кратер Эйткен, 135 км ширины и 6 км глубины. Сложный ландшафт с пятиугольным кратером.
Гора Хэдли 4 км высоты 25 км ширины
9. Кратер Шрёдингера
312-километровый кратер Шрёдингера
10. Цепочки кратеров
Кратер Hell Q радиусом 3.4 км
110-километровый разлом Rupes Recta. Высота стен — 240-300 метров.
Автор: Алексей Стаценко
Начинается космическая эпоха ISRU
Строительство на Луне с использованием ровера-экскаватора-самосвала RASSOR в представлении художника NASA
В реальных условиях
MOXIE в разрезе, анимация NASA
Установка работает, засасывая через HEPA-фильтр марсианскую атмосферу, сжимает ее примерно в 100 раз спиральным компрессором, нагревает до 800° C и подает на распечатанный на 3D-принтере блок твердооксидного электролиза. В нем молекула углекислого газа на пористом катоде теряет атом кислорода, уходящий через твердотельный электролит (Стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония YSZ) на анод. В целом из двух молекул углекислого газа CO2 получается две молекулы угарного газа CO и молекула кислорода O2.
Блок твердооксидного электролиза, изображение M. Hecht, J. Hoffman et al.
Необходимо отметить, что MOXIE пришлось адаптировать к возможностям марсохода. Например, спиральный компрессор был вынужденной мерой, чтобы уложиться в ограничения размера, веса и энергопотребления. И если простым увеличением ячеек можно линейно наращивать производительность блока электролиза, то компрессор масштабируется только в 10 раз, а дальше уже придется искать другие варианты. Несмотря на старания инженеров, MOXIE потребляет в три раза больше электричества, чем производит радиоизотопный термоэлектрический генератор Perseverance, поэтому в течение марсианского года его собираются включать всего десять раз (с возможным, а, точнее, ожидаемым, продолжением миссии). На первом этапе будут изучаться в реальных условиях характеристики конструкции, на втором ее проверят в разных погодных условиях, а на третьем инженеры собираются поэкспериментировать, например, сравнивая работу при разных температурах. Ожидается, что MOXIE будет способен производить до 10 грамм кислорода в час.
Изображение Space Applications Services
Европейское космическое агентство собирается в 2025 году отправить на Луну автоматическую межпланетную станцию с технологическим демонстратором использования местных ресурсов. 12 мая оно объявило, что заключило контракт с бельгийским стартапом Space Applications Services на создание трех экспериментальных установок для производства кислорода из лунного реголита.
Известно, что лунный реголит содержит до 45% кислорода, при этом остальное тоже ценно: кремний, железо, кальций, алюминий, титан. Space Applications Services должны будут реализовать две технологии добычи кислорода: FFC Кембриджский процесс и водородное восстановление ильменита.
Слева исходный реголит, справа после обработки. Металлический блеск означает восстановление оксидов металлов. Фото ЕКА
Водородное восстановление ильменита является еще одной перспективной технологией. Если в Кембриджский процесс можно загружать реголит прямо с поверхности, то здесь требуется отделить ильменит (титанистый железняк) от оливина, анортита и пироксена. Затем ильменит FeTiO3 помещается в закрытый сосуд с водородом и нагревается. Получается железо, диоксид титана и вода. Воду затем разлагают электролизом на водород и кислород. Водород идет на восстановление новой порции ильменита, а кислород можно использовать для своих целей.
Ожидается, что Space Applications Services продемонстрируют на Луне полный и масштабируемый технологический процесс, пригодный для будущих миссий.
Прототип, первая и вторая версии RASSOR, фото NASA
Помимо непосредственно производящих кислород и другие полезные ресурсы заводов, нужна и служебная техника, которая бы занималась добычей и транспортировкой. И в NASA уже много лет разрабатывают концепт одновременно ровера с высокой проходимостью, бульдозера и погрузчика. Называется он RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot). В первой версии, упоминания о которой относятся к 2013, он был гусеничным, а вторая версия стала колесной. Интересно, что барабаны по краям служат одновременно ковшом экскаватора, кузовом самосвала и даже колесами. На испытаниях ровер перемещался по крайне пересеченной местности, копал траншеи и возил грунт. Сложно сказать, как будут выглядеть космические экскаваторы и самосвалы через век, но уже испытанные конструктивные решения RASSOR имеют высокие шансы на реализацию.
Европейское космическое агентство экспериментировало со спеканием реголита концентрированным солнечным светом.
Автор: Филипп Терехов
Итоги 2020 г в космонавтике
Онлайн-лекция состоялась 22 января 2021 года.
2020 год в мировой космонавтике был ознаменован «возвращением американцев в космос», то есть полётами астронавтов на пилотируемых кораблях, построенных в США, завершением операции по доставке грунта с астероида Рюгу японским аппаратом «Хаябуса-2», и впервые за 44 года доставке лунных пород китайской станцией «Чанъэ-5». В России продолжились лётные испытания тяжёлой ракеты-носителя «Ангара-А5». Эти и другие события ждут вас на подведении итогов космонавтики за 2020 год.
Лектор: Александр Викторович Хохлов, популяризатор космонавтики, член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России, член Российской академии космонавтики имени К. Э. Циолковского, автор газеты «Троицкий вариант — Наука» и онлайн-издания «Медуза».
Мы уже сегодня можем создать космический лифт (только его нужно будет свесить с Луны)
Космические лифты могут кардинально уменьшить стоимость выхода в космос, однако до сего момента они не были технически реализуемыми
Возможно, главнейшим препятствием на пути распространения человечества по солнечной системе служит запредельно высокая стоимость выхода из гравитационного колодца Земли. Так, по крайней мере, считают Зефир Пенуар из Кембриджского университета в Британии и Эмили Сэндфорд из Колумбийского университета в Нью-Йорке.
Проблема в том, что ракетные двигатели должны выбрасывать массу в одном направлении, чтобы получать тягу, двигающую космический корабль в другом. И для этого требуется огромное количество топлива, которое в итоге выбрасывают – но которое тоже нужно ускорять вместе с кораблём.
В итоге стоимость вывода на орбиту единственного килограмма полезного груза колеблется где-то в районе десятков тысяч долларов. Долететь до Луны и обратно будет ещё дороже. Поэтому все очень заинтересованы в поисках более дешёвого способа выйти на орбиту.
Одна из идей заключается в постройке космического лифта – кабеля, протянувшегося с Земли на орбиту, по которому можно было бы вскарабкаться в космос. Преимущество его в том, что процесс перемещения по кабелю можно будет питать солнечной энергией, поэтому топливо с собой тащить не потребуется.
Но и тут есть проблема. Подобный кабель должен быть чрезвычайно прочным. Потенциальным материалом для него могли бы стать углеродные нанотрубки, если бы их можно было сделать достаточно длинными. Но существующие сегодня варианты материалов пока ещё слишком непрочные.
И тут на сцену выходят Пенуар и Сэндфорд, подошедшие к идее с другой стороны. Они утверждают, что их вариант космического лифта, который они называют космическим тросом, можно сделать из материалов, доступных уже сегодня.
Сначала немного контекста. Обычно космический лифт представляют себе в виде кабеля, закреплённого на земле, и простирающегося за пределы геосинхронной орбиты, на высоту около 42 000 км.
Масса такого кабеля будет значительной. Поэтому его нужно сбалансировать, закрепив на другом конце соответствующую массу. В итоге лифт будет поддерживать центробежная сила.
Уже много лет физики, авторы фантастической литературы и мечтатели восторженно подсчитывали величины этих сил, только чтобы затем прийти в уныние от результатов. Нет ни одного достаточно прочного материала, способного противостоять им – ни паутина, ни кевлар, ни новомодные углепластики.
Поэтому Пенуар и Сэндфорд избрали другой подход. Вместо того, чтобы крепить кабель на Земле, они предлагают закрепить его на Луне и свесить в направлении Земли.
Космический лифт на космическом тросе
Разницу обуславливают центробежные силы. Обычный космический лифт должен совершать один оборот в день, в соответствии с вращением Земли. Однако лунный трос совершал бы один оборот всего раз в месяц – это гораздо меньшая скорость, и, соответственно, меньшие силы.
Более того, силы распределяются по-другому. Протянутый с Луны к Земле трос пройдёт через точку в пространстве, в которой притяжение Земли и Луны компенсируют друг друга.
Это т.н. точка Лагранжа, и она становится главной особенностью космического троса. Ниже её, т.е., ближе к Земле, гравитация притягивает трос к планете. Над ней, ближе к Луне, гравитация тянет трос ближе к лунной поверхности.
Пенуар и Сэндфорд быстро показывают, что если протянуть кабель от Луны до поверхности Земли, то воздействие, которое будет оказывать на него Земля, станет слишком большим для любых существующих сегодня материалов. Однако трос не обязательно тянуть до поверхности планеты для того, чтобы он стал приносить пользу.
Главный результат исследователей состоит в том, что они показали – прочные современные материалы, типа углепластика Zylon, могут выдержать силы, действующие на кабель, протянутый от Луны до геосинхронной орбиты. Далее они предполагают, что устройство, доказывающее принципиальную работоспособность проекта, можно сделать в виде кабеля толщиной в карандашный грифель, и свесить с Луны за несколько миллиардов долларов.
Цель амбициозная, однако, по сравнению с текущими космическими миссиями – не запредельная. “Протянув трос, закреплённый на Луне, в гравитационный колодец Земли, мы можем построить стабильный кабель, позволяющий передвигаться от точки, лежащей недалеко от Земли, к поверхности Луны”, – сказали Пенуар и Сэндфорд.
Экономия была бы грандиозной. “Проект уменьшил бы количество топлива, необходимого для достижения Луны, в три раза”, – говорят они.
А также открыл бы для изучения совершенно новый участок космоса – точку Лагранжа. Она интересна тем, что в ней и гравитация, и градиент гравитации равны нулю, благодаря чему в ней безопасно заниматься строительством. Градиент гравитации на низкой околоземной орбите делает эту орбиту гораздо менее стабильной.
“Если уронить с МКС инструмент, он будет с ускорением двигаться от вас, – пишут Пенуар и Сэндфорд. – В точке Лагранжа градиентом гравитации практически можно пренебречь. Выроненный инструмент останется рядом с рукой гораздо дольше”.
Также в этом регионе почти нет обломков. “Предыдущие миссии практически не затрагивали точку Лагранжа, а проходящие через неё орбиты хаотичны, что значительно уменьшает количество метеоритов”, – говорят они.
По этим причинам Пенуар и Сэндфорд утверждают, что обеспечение доступа к точке Лагранжа будет одним из главных преимуществ космического троса. “Мы считаем, что колония в точке Лагранжа станет важнейшим и самым влиятельным результатом для начала использования космического троса (и исследования космоса), – говорит они. – Такая база позволит создавать и поддерживать новое поколение космических экспериментов. Можно представить себе телескопы, ускорители частиц, детекторы гравитационных волн, виварии, электростанции и точки запуска миссий по всей Солнечной системе”.
Эта интересная работа обеспечивает новый взгляд на идею космического лифта. Недорогие путешествия к точке Лагранжа, Луне и другим местам могут стать значительно дешевле и доступнее.