Наземные оптико-электронные и квантово-оптические средства европейской системы контроля космического пространства (2016)

Полковник Я. Пак,
кандидат технических наук, доцент;

капитан 2 ранга Е. Хабаров,
кандидат технических наук

Европейское космическое агентство (ЕКА) с 2009 года реализует программу создания европейской системы контроля космического пространства (ЕвроККП) в рамках программы "Ситуационная осведомленность в космосе" - ССАП (SSAP - Space Situational Awareness Programme). Основной целью ССАП является обеспечение независимого контроля и использования космического пространства странами Европы путем сбора и предоставления заинтересованным потребителям своевременной и качественной информации о состоянии космической обстановки и прогнозе ее развития. В настоящее время ЕКА и европейские национальные космические агентства в значительной степени зависят от данных, предоставляемых американской сетью контроля космического пространства.

В этой программе принимают участие 18 европейских государств: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Греция, Дания, Италия, Испания, Люксембург, Норвегия, Польша, Португалия, Румыния, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария, Швеция. Ведущая роль принадлежит Великобритании, Германии, Испании, Италии и Франции. По состоянию на 1 января 2016 года ими израсходовано около 100 млн евро.

Этими странами 16 июня 2015 года в Париже было подписано соглашение об объединении усилий в течение следующих пяти лет с целью развертывания независимой ЕвроККП, для чего на данный период выделено 70 млн евро.

ЕКА для наблюдения за областями средних околоземных (2000-33800 км) и геосинхронных (33800-37800 км) орбит задействует наземные оптико-электронные и квантово-оптические разведывательно-информационные средства, которые функционально разделены на обзорные и измерительные.

К числу обзорных средств относятся следующие оптико-электронные инструменты: телескопы астрономической обсерватории Ла-Сагра (Испания), телескопы оптико-электронного поста (оэп) "Старбрук" (Великобритания), телескопы "Тфрм" обсерватории Монтсек (Испания) и "ЦимСМАРТ" обсерватории Циммервальд (Швейцария).

В группу измерительных средств входят квантово-оптические (станции лазерной дальнометрии - СЛД) и оптико-электронные инструменты измерения угловых координат космических объектов (КО): СЛД обсерватории Грац-Люстбюхель (Австрия), обсерватория лазерной дальнометрии Матера "Млро" (Италия), наземная оптическая станция "Огс" (Канарские о-ва, Испания), быстродействующие роботизированные телескопы "Тарот" и "TapoT-S(outh)" (Франция, Чили), роботизированный телескоп "Цимлат" обсерватории Циммервальд астрономического института Бернского университета (Швейцария).

В будущем запланировано привлечение дополнительных наземных оптико-электронных средств, а также развертывание системы ККП космического базирования.

Ниже приведены описание и отдельные характеристики наземных оптико-электронных и квантово-оптических разведывательно-информационных средств, которые используются в настоящее время в составе ЕвроККП.

Обзорные средства. Астрономическая обсерватория Ла-Сагра (OLS -Observatorio Astronomico de La Sagra) расположена в 34 км от н. п. Пуэбла-де-Дон-Фадрике (провинция Гранада, Испания; географические координаты обсерватории - 37o59'02,2" с. ш., 23°35'2,2" в. д.) в горах Сьера-де-ла-Са-гра. Она была открыта 14 июня 2009 года в интересах выполнения программы по изучению астероидов Солнечной системы (LSSS - La Sagra Sky Survey) в качестве удаленного оптико-электронного поста обсерватории Мальорки (ОАМ - Observatorio Astronomico de Mallorca), размещенной на одноименном острове (провинция Балеарские о-ва, Испания; географические координаты обсерватории - 39°38'33" с. ш., 02°57'02" в. д.).

Инструментами обсерватории Ла-Са-гра являются четыре дистанционно управляемых роботизированных телескопа "Центурион-18" фирмы "Астро воркс", три из которых обзорные и используются в интересах ЕКА для наблюдения за областью средних и геосинхронных орбит, а один предназначен для высокоточного измерения угловых координат КО. Обзорные телескопы установлены в астропавильонах с откатной крышей, а координатный размещен в отдельной астробашне с раздвижным куполом.

Характеристики телескопов
  "Центурион-18" "ТФРМ" "ЦИМсмарт"
Проницающая способность (КО), зв. величин 19,m0 13,m6 17,m0
Схема оптико-механического тракта: Телескоп Ньютона Модернизированный Шмидт Телескоп Ньютона
диаметр входного зрачка, м   0,5 0,2
диаметр зеркала, м   0,78  
диаметр апертуры, м 0,45    
относительное отверстие f/2,8 f/0,96 f/3.8
Тип (марка) фотоприемника:   ПЗС (Kodak KAF16803) ПЗС (FLI MicroLine 16803-65 b/w)
формат ПЗС-матрицы, пикселей    4096x4096 4096x4096
размер пикселя, мкм   9 9
угловое поле зрения, град.   4x4 3,9
мгновенное поле зрения, с/пиксель   3,88  
поле зрения, кв. град -1    
Тип монтировки Экваториальная типа вилки   Экваториальная немецкого типа, ASA DDM85XL
Скорость переброса поля зрения телескопа град/с     13
точность позиционирования не хуже, угл, с (СКО)     12
точность сопровождения не хуже, угл. с (СК0)     0,35 за 5 мин

Телескоп "Центурион-18" (номинальный диаметр апертуры 18,2 дюйма), построенный по схеме Ньютона, представляет собой однозеркальный светосильный астрограф с фотоприемником любого типа, который устанавливается в прямом фокусе. Стоимость телескопа составляет около 70 тыс. евро.

Обсерватория Ла-Сагра является оптико-электронным постом наблюдения за околоземным космическим пространством, оборудованным современными телескопами простой и надежной конструкции, которые в текущей конфигурации могут функционировать как минимум до 2025 года. В процессе эксплуатации возможны незначительные усовершенствования, связанные прежде всего с модернизацией фотоприемников и наращиванием возможностей программно-алгоритмического обеспечения (ПАО). По мере наработки статистики возможен переход на полностью автоматический режим работы. В дальнейшем не исключена замена всех телескопов обсерватории на более совершенные модели.

Таблица 2 Характеристики ОЭС "СТАРБРУК"
Проницающая способность, зв. величин 14,m0
Время накопления кадра, с 10
Диаметр апертуры, м 0,15
Относительное отверстие f/2,8
Поле зрения, град, 5 х 3,5/3,5 х 3,5
Мгновенное поле зрения, угл. с 9/12
Тип монтировки Экваториальная немецкого типа

Оптико-электронный пост "Старбрук" (АвБ "Троодос" ВВС Великобритании, гора Троодос, о. Кипр; географические координаты обсерватории - 34°54'48" с. ш., 32053'9" в. д.) предназначен для оперативного наблюдения за областями средних и геосинхронных орбит. На ОЭП размещены два широкоугольных 0,15-м телескопа-рефрактора, которые разработаны и эксплуатируются британской фирмой "Спейс инсайд лтд".

При создании "Старбрук" использованы коммерческие комплектующие и программно-алгоритмическое обеспечение совместно с оригинальными компонентами. Ключевой особенностью данной системы является применение широкоформатных ПЗС-матриц и мощного вычислительного комплекса. Это необходимо для реализации поисковых возможностей в пределах 400 кв. град/ч в интересах оперативного захвата и анализа изображений больших областей неба.

Типовой объем изображений, полученных в течение периода наблюдения, составляет около 10 Гб. Обработка осуществляется на многоядерной ЭВМ "Эппл Мак" с операционной системой на ядре "Юникс".

ОЭП "Старбрук", функционирующий без обслуживающего персонала, - это автономное роботизированное средство, работающее в соответствии с динамическим расписанием в течение каждой ночи, что позволяет максимизировать эффективность наблюдения.

Телескоп "Тфрм" (TFRM - Telescope Fabra ROA at Montsec) установлен на территории обсерватории Монтсек (OAdM - Observatory Astronomic del Montsec), которая находится в 50 км севернее г. Льейда/Лерида (Каталония, Испания); географические координаты ОЭС - 42°03'05" с. ш.; 00°43'46" в. д.. Он функционирует в интересах обсерватории "Фабра" Академии наук Барселоны и Морской обсерватории Испании.

"Тфрм" является обзорным оптико-электронным инструментом, который предназначен для оперативного наблюдения за большими областями космического пространства.

Телескоп, созданный на базе модернизированной камеры Бейкера-Нанна, представляет собой роботизированный оптико-электронный инструмент с широкоугольной светосильной оптической системой (установлен в моторизированную по всем осям экваториальную монтировку).

Программно-алгоритмическое обеспечение телескопа базируется на архитектуре "клиент-сервер" с использованием протокола связи между устройствами INDI (Instrument-Neutral Distributed Interface), который разработан в интересах дистанционного либо автоматического управления роботизированными средствами, в том числе и через Интернет. Обзор космического пространства осуществляется как автоматически, так и автоматизировано.

Малоопертурный роботизированный телескоп "ЦимСМАРТ" (ZimSMART -Zimmerwald SMall Aper-ture Robotic Telescope) обсерватории Циммервальд (10 км южнее г. Берн, Швейцария) является обзорным оптико-электронным инструментом с широким полем зрения, который на регулярной основе ведет наблюдение за областями средних и геостационарных орбит.

Собираемая координатная информация позволяет в автоматическом режиме обновлять каталог КО искусственного происхождения. При этом частный каталог обсерватории Циммервальд включает объекты с высоким отношением площади к массе, находящиеся на геостационарной и высоких эллиптических орбитах. Кроме того, телескоп "ЦимСМАРТ" выполняет роль испытательного стенда, на который могут устанавливаться различные фотоприемники и с помощью которого могут тестироваться ПАО для оптимизации процесса обнаружения КО. Он создан на базе астрографа "ASA 8N" фирмы "Астро системс Аустриа".

Телескоп "ЦимСМАРТ" используется в рамках стандартной программы наблюдений не менее чем 180 ночей в течение года. Широкое поле зрения позволяет обнаруживать большое количество КО по их следу в кадре.

Измерительные средства. Станция лазерной дально-метрии обсерватории Грац-Люстбюхель (Satellite Laser Ranging (SLR) Station Graz-Lustbuhel) предназначена для обнаружения и высокоточного измерения дальности до низкоорбитальных космических объектов искусственного происхождения (прежде всего, космического мусора). СЛД, принадлежащая институту исследования космоса Академии наук Австрии, расположена на восточной окраине г. Грац (горный хребет Люстбюхель, провинция Штирия), географические координаты - 47°04'01,7" с. ш., 15°29'36,7" в. д.

В 2013 году СЛД в г. Грац включена в программу ЕКА, а в 2014-м интегрирована и действует в рамках развертываемой ЕвроККП.

Лазерный дальномер (ЛД) станции построен на базе 0,5-м приемного телескопа Кассегрена, снаружи которого смонтированы излучающая оптическая система с диаметром апертуры 0,1 м и комплект детектирующего оборудования. ПАО адаптировано для сопровождения космического мусора.

Для создания лазерного излучения могут использоваться различные твердотельные квантово-оптические генераторы. Оборудование СЛД регулярно модернизируется. В середине 2015 года конфигурация ЛД включала лазер последнего поколения, в качестве активной среды которого применен легированный неодимом ванадат (Nd:Van): длина волны 532 нм, частота повторения импульсов 2 кГц, длина импульса 10 не, энергия импульса 0,4 мДж.

В состав детектирующего оборудования входят однофотонные детекторы типа "Спад" (SPAD - Single Photon Avalanche Detector): C-SPAD диаметром 200 мкм предназначен для работы по юстировочным отражателям, SAP-500 -500 мкм и PGA-200-1064-80 мкм - для измерения дальности до космического мусора.

На базе станции проводятся научные исследования, связанные прежде всего с разработкой и совершенствованием аппаратуры обнаружения диффузно отраженных фотонов. Такая аппаратура позволяет при несущественном снижении точности измерения дальности до КО улучшить точность определения параметров орбит в целом.

В качестве одного из перспективных направлений развития лазерной дальнометрии в Европе рассматривается создание бистатических и многопозиционных систем путем синхронизации работы нескольких станций. В частности, в ходе экспериментов СЛД в г. Грац используется в активном режиме и облучает КО, а диффузно отраженные от него фотоны детектируются на трех приемных СЛД в обсерваториях Циммервальд (дистанция 600 км), Веттцелль (Германия 400 км) и Хермонсо (Великобритания 1 200 км). Однако полученные результаты показывают значительную зависимость измерений от погодных условий в местах дислокации приемных пунктов, что не позволяет достичь заданных точностных показателей.

В перспективе планируется увеличить количество стационарных СЛД, работающих в пассивном режиме (рассматриваются, в частности, станции в районе городов Потсдам, Боровик, Рига, Грассе и Матера), а также развернуть мобильные приемные станции.

Обсерватория ЛД Матера "Млро" (MLRO - Matera Laser Range Observatory) Космического агентства Италии (ASI -Agenzia Spaziale Italiana) используется в дневное и ночное время для обнаружения и высокоточного измерения дальности до КО искусственного происхождения с орбитами от 400 км, а также лазерной локации Луны. СЛД расположена в г. Матера, географические координаты - 40°38'55,2" с. ш., 16°42'16,3" в. д.

Лазерный дальномер станции, выполненный на базе 1,5-м приемного телескопа Кассегрена с каналом кудэ, является двухдиапазонным и может работать на длинах волн 532 и 355 нм в одном из трех режимов измерения дальности: одноцветном (длина волны 532 нм, энергия в импульсе 100 мДж, его длина 40 пс, частота следования импульсов 10 Гц), двухцветных асинхронном и синхронном (532 нм, 60 мДж и 355 нм, 30 мДж соответственно).

На базе СЛД г. Матера исследовательской группой "КвантумФьюче" (QuantumFuture) университета в г. Падуя (Италия) проводятся различного рода научные работы в области квантовой теории (оптические системы, коммуникации и астрономия). Кроме того, станция принимает участие в экспериментах австрийской обсерватории Грац-Люстбюхель по развитию многопозиционной лазерной локации.

(Окончание следует)

Зарубежное военное обозрение. 2016, №8, С. 63-70

Всего комментариев: 0
avatar