dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Ракета ко Дню Космонавтики.

(А. Соколов.)

SpaceX начали выводить на орбиту спутники связи, предназначенные для реализации проекта глобального беспроводного доступа к Интернету. А нам, конечно, интересно подумать над занимательными побочными эффектами данного масштабного начинания. Один из этих эффектов такой: так как это спутники связи, на борту у них есть приёмники, передатчики и антенны. При этом, так как требуется организовать широкополосную многоканальную качественную связь, все эти элементы обладают высокой гибкостью в плане управления: на дворе двадцать первый век, так что, скорее всего, на борту будет система с полностью перенастраиваемой логикой, способная быстро и точно генерировать весьма сложные сигналы. Все эти параметры необходимы для эффективного кодирования и оптимизации использования радиоканала.

И все те же параметры отдельного спутника – отлично подходят для создания орбитального радара. При этом, для решения SpaceX заявлена высокоскоростная связь между спутниками (судя по всему, речь вообще идёт об оптических каналах) и особое внимание уделяется точности определения положения спутников в пространстве (если там будут оптические каналы, то взаимное расположение можно измерять чрезвычайно точно). Это означает, что спутники смогут эффективно осуществлять согласованную обработку сигналов. Очевидно, что связь между спутниками является критическим параметром и в смысле обеспечения высокоскоростного доступа к Сети. А для гипотетического радара – это мощная платформа, позволяющая реализовать алгоритмы цифровой обработки сигналов и построить все мыслимые конфигурации радиолокационных систем. Если нужна бистатическая радиолокация, то одни спутники могут передавать зондирующий сигнал, другие – принимать его, корректируя результат на основе опорных данных, полученных по внутренней сети группировки. Предположим, что требуется синтезировать апертуру (это метод повышения чувствительности и разрешающей способности РЛС, заменяющий огромную физическую антенну на перемещение приёмника) – для этого тоже имеется отличный фундамент: есть точное общее время, известно положение всех приёмников в пространстве и приёмники-спутники постоянно движутся по довольно стабильным траекториям. Сложно придумать что-то лучше.

Таким образом, получаем адаптивный орбитальный радиолокационный комплекс, который наблюдает всю поверхность Земли – технология, сошедшая со страниц научно-фантастических романов.

Ещё немного о навигации: из NASA сообщают, что успешно на практике использовали рентгеновские пульсары для определения положения аппарата в космическом пространстве. В качестве приёмника сигналов послужила рентгеновская обсерватория NICER, установленная на борту Международной космической станции, а сам эксперимент называется SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology).

Логика работы данного прототипа навигационной системы такая же, как описана в научной фантастике: периодические сигналы пульсаров обладают высокой стабильностью, соответственно, если их правильно подобрать, то можно вычислять положение приёмника. Что и продемонстрировали для МКС – отклонение (радиус) получилось лучше 10 миль, для космической навигации вполне достаточно (обещают улучшить).

А, так сказать, с литературной точки зрения, самое занятное – это если выяснилось бы, что пульсары действительно являются маяками, созданными некоторой древней цивилизацией, а сейчас земляне научились использовать их в своих навигационных целях.

Спускаемый марсианский модуль “Скиапарелли”, как сообщает ESA, возможно, потерян: телеметрия неожиданно обрывается, похоже, что алгоритм торможения был выполнен нештатным образом. Посадка модуля на Марс – задача сложнейшая, ESA тут всё ещё продолжает тестировать технологии.

Очень смелое заявление для SpaceX – они собираются доставить тяжёлый аппарат на Марс не позднее 2018 года (ссылка на Washington Post, там, соответственно, вся статья построена на историческом противопоставлении космических достижений США и СССР). 2018 – слишком близко. Конечно, новые методы проектирования и имеющийся задел мог ли бы помочь, но пока что это выглядит нереальным сроком.

Очевидно, что основная технологическая проблема – это посадка на Марс: там сложен не столько сам метод посадки (торможение и пр.), сколько навигация – для того, чтобы система посадки смогла сработать в штатных рамках, нужно тщательно вывести аппарат на требуемую траекторию. Маневрирование должно выполняться в автоматическим режиме. Правда, соответствующий опыт есть у NASA – это единственное агентство, которое, в недавнем прошлом, успешно доставляло на Марс относительно тяжёлые аппараты. NASA обещает опытом поделиться.

У SpaceX есть опыт посадки ступеней своих ракет на плавучую платформу. Это тоже непростая задача, но это другая задача, если сравнивать её с посадкой на Марс. Там и скорости будут другими, и система в целом. Так что особой пользы от отработанных программ и алгоритмов не будет, нужны другие алгоритмы и программы. Но, конечно, если всё получится, это будет серьёзный прорыв. Там и до пилотируемого полёта вдруг станет сильно ближе.

День Космонавтики. Традиционная ракета.

(А. Леонов, А. Соколов, «”Восток” направляется на старт».)

Первая ступень ракеты-носителя SpaceX Falcon 9 совершила успешную посадку, а сама ракета при этом успешно вывела на орбиту несколько спутников.

Всё это обещает существенное удешевление доставки на околоземную орбиту.

Как известно, гражданский сигнал GPS может быть модифицирован оператором так, чтобы резко снизить точность (либо вообще сделать использование сигнала бесполезным). Искажения можно включать для определённых регионов на земле (сейчас пишут про территорию Сирии). Военный сигнал не только отделён от гражданского, но и содержит дополнительные ключи и опорную информацию, поэтому продолжает давать точные данные, если только его не задавили помехами. Ставить помехи масштабным военным системам GPS не так уж и просто. А самое интересное, что отличным инструментом порчи спутниковой навигации является помехопостановщик, находящийся на орбите. Я писал об этом несколько лет назад, и не один раз. Так что интереснее обсуждать вариант, когда GPS не только портит свой сигнал, но и служит источником помех для конкурирующих систем, конечно, только над некоторой территорией. (Естественно, никто не отменял различных секретных спутников, также находящихся на орбите – но они не так хорошо подходят для глобального воздействия, просто потому, что их меньше, и они вряд ли предназначены для таких экзотических задач.)

Addon: поясню – основное преимущество спутника GPS, как активного помехопостановщика, мешающего работе других систем (например, ГЛОНАСС), в том, что этот спутник заточен на работу со сходными сигналами. То есть, он оснащён передатчиками, антеннами и задающей управляющие параметры вычислительной техникой, которые предназначены для формирования именно такого сигнала, который используют приёмники других систем. Естественно, кодирование и частоты отличаются, но они логически очень близки к возможностям спутника GPS.

Сегодня аппарат NASA New Horizons пролетит максимально близко от Плутона. New Horizons стартовал в том же году, когда Плутон исключили из числа планет Солнечной системы. Но самое занятное, что на борту космического аппарата находится плутониевый источник электроэнергии – термогенератор, построенный на изотопе Плутоний-238 (элемент назван в честь Плутона, тогда ещё планеты).

В Сети опубликовали снимки, изображающие штатовские разведывательные спутники серии Lacrosse (Onyx), используемые NRO. Снимки, как пишут, сделаны российской наземной станцией. Это спутники, оснащённые, помимо прочего, радарами высокого разрешения. Запускались в период с 1988 по 2005 год.

Антенны, установленные на спутниках, можно использовать и в пассивном режиме, принимая излучаемые с земли сигналы. Либо – принимая сигналы, излучаемые другими спутниками. “Многополярная” радиолокация с околоземной орбиты вообще может о многом рассказать. Размеры антенн хорошо видны на снимках. При этом, Lacrosse 5 использует прямоугольную антенну (скорее всего, это активная решётка). Что вполне ожидаемо для относительно современного спутника, запущенного в 2005 году. Основная проблема с подобными антеннами – это их упаковка: средства вывода на орбиту стеснены в объёмах, поэтому антенна конструируется разворачивающейся по той или иной сложной схеме.

Lacrosse 2.

Lacrosse 3.

Lacrosse 4.

Lacrosse 5.

(Источник снимков.)

Первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 снова совершила жёсткую посадку на плавучую платформу: ступень опрокинулась после достаточно сильного удара о платформу. Но, вроде бы, дела обстоят лучше, чем в прошлый раз.