Как работает связь с космическими аппаратами

Помимо вывода человека в космос у нас есть и другие задачи - исследование удаленных космических объектов. Беспилотные космические зонды передают нам изображения замерзших морей Титана и ураганов на южном полюсе Сатурна. Проблема лишь в том, что они там, а мы здесь. И для получения космических снимков с глубины космоса требуются самые передовые технологии, так как же это осуществляется?

Чтобы достичь Сатурна у космического зонда Кассини ушло 10 лет. Зонд преодолел расстояние в 3, 5 миллиона километров.

А сигналы от него до Земли доходят всего за 1 час 20 минут. Проблема в том, что достигнув Земли, сигнал утрачивает мощность. Сигнал в 20 миллионов раз слабее, чем мощность батарейки для часов. Уловить его также труд как шум крыльев бабочки в момент артобстрела. Чтобы услышать этот сигнал потребуется сеть космических слухоаппаратов, стоимостью во много миллионов долларов.

Спутниковая система Рабледо да Чавелло, расположенная под Мадридом состоит из 4 параболических антенн, способных принимать из космоса самые слабые сигналы. Главная параболическая антенна имеет зеркало, диаметром более 70 метров и является одной из самых больших в мире. Но в космических масштабах это совсем немного. Чтобы уловить слабый и рассеянный радиосигнал с Кассини зеркало антенный должно быть повернуто таким образом, чтобы отраженный от стенок сигнал всегда направлялся точно в центр, на 8- метровое зеркало. С него сигнал поступает на усилитель, который усиливает сигнал, в котором мы, как надеемся, содержатся отличные снимки из космоса.

Не забываем, что Земля постоянно движется, поэтому для отслеживания зонда зеркало антенны, весом 3, 5 тысячи тонн поворачивается. Но перемещение предмета, который в 35 раз тяжелее космического челнока это непростая задача.

Зеркало вращается на 4 шариковых подшипниках весом в 1 тонну каждый.

Они несут на себе зеркала уже 35 лет и порядком износились. Настал момент их заменить. И замена подшипников стоимостью в 2, 5 миллиона долларов - это крайне трудоемкая задача. На изготовление новых подшипников ушло почти 15 месяцев. А теперь их нужно еще поднять на высоту 45 метров. Все монтажники, выполняющие работу, имеют навыки альпинизма. Ведь навыки нужны для того, чтобы добраться до подшипников и демонтировать их. На протяжении 4 недель, необходимых для замены подшипников монтажники будут работать в сложнейших условиях при скорости ветра, достигающей 50 километров в час.

Нужно демонтировать все. Все гнездо целиком. А для этого необходимо вывинтить 8 болтов, диаметром 5 сантиметров, которые удерживают гнездо и уже тогда опускать краном старый подшипник. Ошибка здесь может обойтись куда дороже, чем ущемленного самолюбия. После установки новых подшипников антенна сможет точно поворачиваться след за зондом Кассини, который бороздит глубины космоса.

Антенны настроены не только на прием сигналов, зонду нужно сдавать объекты для съемки и управлять его двигателем. Именно для этой цели антенна передает в космос узконаправленные радиосигналы. Но как определить местоположение зонда?

Ведь, чтобы задать команду нужно сначала его найти. Один способ вычисления координат космического объекта, находящегося на удалении в 1, 5 миллиарда километров от Земли - радиотриангуляция. Она напоминает обычную ориентировку на местности только в масштабах космоса. Две наземные станции, расположенные на заданном расстоянии, сравнивают угол, под которым сигнал попадает на зеркало антенны. А если вы хорошо знаете тригонометрию, то вам не составит труда установить координаты зонда.

Теперь, когда есть координаты зонда можно координировать действия зонда. Одно ело обнаружить цель, а вот совсем другое достать ее сигнал. Тут математикой не обойдешься. Чтобы послать сигнал на орбиту Сатурна главная антенна использует мощность в 400 киловатт, что приблизительно составляет мощность 500 микроволновок. Если вы окажетесь на зеркале антенны в момент передачи сигнала, то поджаритесь не хуже, чем яблочный пирог в печи.

Мощности этой антенный хватает для того, чтобы послать сигнал за пределы солнечной системы на зонд Войджер, находящийся на расстоянии в 16 миллиардах километров. Инженер, обслуживающий антенну, может заслежено ей гордится. Эта антенная единственная в мире, которая принимает сигнал с Войджера. А находится он на огромном расстоянии, за пределами солнечной системы.

Но даже если мощности луча хватает для достижения границ солнечной системы, навестись на такой объект, как Кассини 7 метров высотой и 4 метра шириной на расстоянии в 1, 5 миллиарда километров крайне сложно. Для этого нужна твердая рука)). Для придания зеркалу антенной устойчивости имеются 4 стальные опоры, высотой 33 метра. Но они исправно служили 35 лет, теперь требуют ремонта. А это значит, что настало время сварочных работ. Сварочные работы необходимы для придания точности опорам, что позволяет повысить точность наведения. Для повышения устойчивости опоры фиксируют стальными пластинами. Но как бы хорошо не было настроено зеркало антенны рано или поздно сигнал заслонит этот надоедливый объект.

Ввиду вращения Земли параболические антенны имеют линию видимости на Кассини всего 8 часов в день. Радиоволны не способны проходить через планету. Поэтому слежение за зондом берут на себя две другие станции- Камбра в Австралии и Голстоун в Калифорнии, расположенные под углов 120 градусов и неотрывно следящие за космосом. За одну ночь эти телескопы передают более 10 тысяч команд на Кассини.