Сторінка
1

Дослідження космічного простору. Радіолокація

Радіолокація - область науки і техніки, предмет якої - спостереження різних об'єктів (цілей) радіотехнічними методами: їхнє виявлення, розпізнавання, визначення їхніх координат і швидкості й ін.

Розрізняють активну і пасивну радіолокації. При активній радіолокації об'єкт опромінюється радіохвилями, що посилаються радіолокаційними системами (РЛС), у результаті чого виникають сигнали від об'єкта. Активна радіолокація, у свою чергу, підрозділяється на радіолокацію з пасивною й активною відповідями.

При радіолокації з пасивною відповіддю виявлення роблять по сигналі, відбитій від об'єкта після опромінення його електромагнітними хвилями. У цьому випадку сигнал, випромінюваний РЛС, називають зондувальним, а сигнал, що приходить від мети, - відбитим чи луною-сигналом. Значення відбитого сигналу залежить від властивостей об'єкта, що відбивають.

При радіолокації з активною відповіддю виявлення роблять по сигналу, ретрансльованому об'єктом. При цьому прямий сигнал називають запитальним, а сигнал прихожий від мети, - відповідаючим. Ретрансляційну апаратуру, що знаходиться на об'єкті, іменують відповідачем. Інтенсивність відповідного сигналу залежить від потужності встановленого на об'єкті ретрансляційного передавача. Дальність дії цих РЛС набагато більше дальності дії РЛС із пасивною відповіддю. Однак такі РЛС можуть працювати тільки з «своїми» об'єктами. Їх в основному використовують для супроводу ракет і інших об'єктів, що володіють слабкими властивостями, що відбивають, а також для впізнання «своїх» об'єктів.

Пасивна радіолокація заснована на прийомі власного радіовипромінювання об'єктів. РЛС із пасивною радіолокацією не має передавача. Вона має лише спрямовану прийомну антену, що уловлює випромінювання об'єкта, приймач, що підсилює прийняті радіосигнали, і пристрою, за допомогою яких відбуваються реєстрація й аналіз цих сигналів. Такі РЛС використовують для дослідження явищ, що відбуваються в космічному просторі (радіотелескопи), а також для визначення місця розташування кораблів і літаків по радіомаяках (радіопеленгація).

Основний є активна радіолокація, що надалі іменується просто радіолокацією. У радіолокації застосовують РЛС із безупинним і імпульсним випромінюванням енергії.

Ще А.С. Попов помітив, що радіохвилі мають здатність відбиватися. На цьому і заснований принцип дії радіолокаційної станції. Могутній промінь радіолокаційного передавачам фокусується великою антеною в напрямку досліджуваного об'єкта, фіксується і вивчається відбитий радіосигнал, на основі чого робляться висновки про ті чи інші характеристики об'єкта. Перші роботи зі створення радіолокаційних систем почалися в нашій країні в середині 30-х років. Вперше ідею радіолокації висловив науковий співробітник Ленінградського електрофізичного інституту (ЛЕФІ) П.К. Ощепков ще в 1932 році. Пізніше він же запропонував ідею імпульсного випромінювання.

16 січня 1934 року в Ленінградському фізико-технічному інституті (ЛФТІ) під головуванням академіка А. Ф. Іоффе відбулася нарада, на якому представники ПВО РККА поставили задачу виявлення літаків на висотах до 10 і дальності до 50 км у будь-який час доби й у будь-яких погодних умовах. За роботу взялися кілька груп винахідників і вчених. Уже влітку 1934 року група ентузіастів, серед яких були Б. К. Шембель, В.В. Цимбалин і П. К. Ощепков, представила членам уряду досвідчену установку. Проект одержав необхідне фінансування й у 1938 році був випробуваний макет імпульсного радіолокатора, що мав дальність дії до 50 км при висоті мети 1,5 км. Творці макета Ю. Б. Кобзарев, П. А. Погорелко і Н. Я. Ченців у 1941 році за розробку радіолокаційної техніки були визнані гідними Державної премії СРСР. Подальші розробки були спрямовані в основному на збільшення дальності дії і підвищення точності визначення координат. Станція РУСЯВА- 2 прийнята влітку 1940 роки на озброєння військ ПВО не мала аналогів у світі по своїх технічних характеристиках, вона послужила гарну службу під час Великої Вітчизняної війни при обороні Москви від нальотів ворожої авіації. Після війни перед радіолокаційною технікою відкрилися нові сфери застосування в багатьох галузях народного господарства. Без радарів тепер немислимі авіація і судоводіння. Радіолокаційні станції досліджують планети Сонячної системи і поверхня нашої Землі, визначають параметри орбіт супутників і виявляють скупчення грозових хмар.

Визначення координат цілі радаром виробляється з урахуванням обраної системи координат. Вибір тієї чи іншої системи координат зв'язаний зі сферою застосування радіолокаційної установки. Наприклад, наземна радіолокаційна станція (РЛС) спостереження за повітряною обстановкою вимірює три координати цілі: азимут, кут місця і похилу дальність (полярна система координат).

Рис.1. Система координат оглядової РЛС

a - кут місця, b - кут азимута, R – похила дальність

Розрізняють два основних режими роботи РЛС: режим огляду (сканування) простору і режим спостереження за метою. У режимі огляду промінь РЛС по строго визначеній системі переглядає весь чи простір заданий сектор. Антена, наприклад, може повільно повертатися по азимуті й у той же час швидко нахилятися нагору і вниз, скануючи по куті місця. У режимі спостереження антена увесь час спрямована на обрану мету, і спеціальні системи, що стежать, повертають її слідом за рухомою ціллю.

Використання американських планетних радіолокаторів для дослідження космічного сміття дозволило вимірити на низьких орбітах ІСЗ концентрацію і розподіл часток з розмірами від 2 мм. До цих досліджень експериментальні дані про міліметрове космічне сміття практично були відсутні.

Радіолокаційні дослідження навколоземних астероїдів дозволили різко збільшити надійність багаторічних (на інтервалі до 700 років) прогнозів їхнього руху, що найбільше актуально для так званих потенційно небезпечних астероїдів, яких на 15 вересня 1999 року відкрито 187 штук. Радіолокаторам удалося з Землі "розглянути" астероїди, вилучені на мільйони кілометрів, синтезувати їхні зображення і тривимірні моделі з дозволом, що дозволяє аналізувати геологічні особливості цих об'єктів. Так, при недавній радіолокації астероїда 1999 JG був досягнутий рекордний дозвіл, рівне 7,5 метрам по поверхні, що при дальності до нього більш 8 млн. км еквівалентно кутовому дозволу в 0,2 мілісекунди дуги (це приблизно в 500 разів вище дозволу кращого оптичного телескопа).