Наземные оптико-электронные и квантово-оптические средства европейской системы контроля космического пространства ч2 (2016)

Полковник Я. Пак,
кандидат технических наук, доцент;

капитан 2 ранга Е. Хабаров,
кандидат технических наук

В первой части статьи* рассматривались проблемы реализации Европейским космическим агентством программы создания европейской системы контроля космического пространства, приводились состав участников, расходы на ее реализацию, задействуемые средства, описание и отдельные характеристики наземных оптико-электронных и квантово-оптических разведывательно-информационных средств, их географические координаты и др.

Таблица 5 Характеристики телескопа станции "ОГС"
Минимальный блеск обнаруживаемого КО, зв. величин	21,m0
Схема оптико-механического тракта:	Телескоп Кассегрена
диаметр главного зеркала, м	1,016
диаметр центрального отверстия, м	0,215
Конфигураций Кассегрена (длинно- и короткофокусная):
диаметр вторичного зеркале, мм	327
относительное отверстие	f/13,3; f/4,5
угловое поле зрении, град	0,75; 0,709
Конфигурация кудэ:
диаметр вторичного зеркала, мм	287,6
относительное отверстие	f/38,95
угловое поле зрения, мин	0,8
Тип (марка) фотоприемика в коротком фокусе:	ПЗС (сборка из 4 EEV 42-40)
формат ПЗС-матрицы, пикселей	2048x2048
размер пикселя, мкм	13,5
Тип монтировки:	Экваториальная английского типа
угол наклона часовой оси, град	28,3
скорость переброса поля зрении телескопа, град/с	2
точность позиционирования не хуже, угл, с (СКО)	10
точность сопровождения не хуже, утл. с (СКО)	2,5 за 1ч

Наземная оптическая станция "Огс" (OGS - Optical Ground Station) ЕКА входит в состав обсерватории Тейде на о. Тенерифе (Канарские о-ва, Испания), географические координаты - 28°18'04,3" с. ш., 16°30'37,9" в. д. Основным инструментом станции "Огс" является 1-м дистанционно управляемый телескоп Кассегрена (фирма "Карл Цейсе") на английской монтировке с каналом кудэ в южной опоре.

Станция "Огс" решает задачи тестирования бортовых терминалов лазерной связи КА и обнаружения космического мусора искусственного происхождения, астероидов и близких к Земле космических тел, а также стандартных астрономических наблюдений. Между о-вами Тенерифе и Пальма Канарского архипелага на дистанции около 140 км проводятся эксперименты в интересах разработки лазерных систем связи и изучения эффектов квантовой коммуникации.

Оптико-механический тракт телескопа может работать в конфигурациях Кассегрена (два варианта - длиннофокусный для астрономических наблюдений и короткофокусный для обнаружения КА и космического мусора) или кудэ.

На корпусе телескопа размещены три волоконно-оптических усилителя общей мощностью 40 Вт. На каждый усилитель через волоконно-оптические соединители от двух КОГ подается оптическая мощность. Один лазер предназначен для поиска КА, а другой - для связи с ним по оптическому каналу. Выходные оптические системы коммуникационных лазеров диаметром 40 мм смонтированы на обечайке входной апертуры.

В составе станции "Огс" применяются два комплекта аппаратуры - в фокусе Кассегрена на тыльной стороне телескопа и в термостабилизированном помещении лаборатории кудэ.

Характеристики телескопа "Огс" и состояние неба в районе обсерватории Тейде позволяют обнаруживать в области геостационарной орбиты и каталогизировать космический мусор линейным размером от 40 см, что является наилучшим показателем среди европейских оптико-электронных средств.

Быстродействующие роботизированные телескопы "Тарот" и "Тарот-S (outh)" (TAROT - Telescopes а Action Rapide pour les Objets Transitoires), размещенные соответственно на плато Калерн (Франция, Приморские Альпы, географические координаты - 43°45'07,4" с. ш., 6°55'25,5" в. д.) и на горе Ла-Силья (160 км севернее г. Ла-Серена, Чили), входят в состав Европейской южной обсерватории (OSA - European Southern Observatory), имеющей географические координаты 29°15'36,3" ю. ш., 70°43'57,4" з. д.

Конструктивно телескопы идентичны. Управление ими осуществляется через глобальную информационную сеть Интернет или в оперативном режиме через специальную сеть регистрации гамма-вспышек в глубоком космосе GCN (Gamma-ray Coordinates Network).

План работы корректируется после каждого запроса. Изображения объектов, получаемые в формате RAW, обрабатываются автоматически и выдаются оператору через браузер. Ежегодно телескопы "Тарот" и "Тарот-S" предоставляют около 80 тыс. изображений.

Роботизированный телескоп "Цимлат" (ZIMLAT - Zimmerwald Laser and Astrometric Telescope) обсерватории Циммервальд астрономического института Бернского университета (Швейцария); географические координаты - 46°52'38' с. ш., 7°27'54,8" в. д.) представляет собой автоматический квантово-электронный комплекс, решающий задачи астрометрии КО естественного и искусственного происхождения, а также измерения дальности до КА на высоте 300-23000 км в режиме СЛД.

Таблица 6 Характеристики телескопа "TAPOT/TAPOT-S"
Минимальный блеск обнаруживаемого КО (за 10 с), за. величин	17,m0
Предельное значение проницающей способности, зв. величин	20,m0
Схема оптико-механического тракта	Телескоп Ньютона
Диаметр первичного зеркала, м	0,25
диаметр вторичного зеркала, м	0,14
относительное отверстие	f/3,4
Тип/марка фотоприёмника:	ПЗС, "Андор" (Marconi CCD42-40)
формат ПЗС-матрицы, пикселей	2 048 x 2 048
угловое поле зрения, град.	1,86x1,86
мгновенное поле зрения, с/пиксель	3,3
Тип монтировки:	Экваториальная типа вилки
Угловая скорость, град/с	До 80
угловое ускорение, град/с2	До 120

В дневное время и в сумерки "Цимлат" функционирует только в качестве лазерного дальномера. В ночное время, в зависимости от приоритетности целей, возможны как астрометрия КО, так и работа в режиме СЛД. Переключение между режимами осуществляется за время не более 30 с.

Для астрометрических наблюдений на "Цимлат" установлены две видеокамеры на длине фокуса 4 м: КМОП "Андор Нео" (фирма "Андор") и ПЗС SI1100 ("Спектрал").

Фотометрирование КА осуществляется ПЗС-камерой серией кадров формата 200 х 200 пикселей (2,60' х 2,60'), центрированных на объекте. Время накопления может составлять 0,2 с и более. Предусмотрено использование различных оптических фильтров в зависимости от яркости объекта. Интервал дискретизации составляет примерно удвоенное значение времени накопления. После сбора 500 малоформатных кадров ПЗС-матрица переключается в формат 2 064 х 2 048 пикселей (26,6' х 26,6') на 20 с, что необходимо для перекалибровки приемника и уточнения позиции фо-тометрируемого КА, затем осуществляется повторный сбор 500 кадров формата 200x200 пикселей.

Наблюдение за низкоорбитальными КА ведется в течение всего их прохода в кадре, а за средне- и высокоорбитальными - в течение заданных интервалов времени (не более 20 мин). В зависимости от яркости объекта возможно применение фильтров либо варьирование времени накопления сигнала.

КМОП-камера "Андор Нео" позволяет осуществлять сбор фотометрической информации без каких-либо периодов калибровки с высокой частотой дискретизации - порядка нескольких десятков герц. Однако применение этого средства требует наличия подготовленного оператора.

В настоящее время западные специалисты проводят тестирование КМОП-матрицы и разрабатывают ПАО для нее в интересах автоматизации работы.

Таблица 7 Характеристики телескопа станции "Цимлат"
Минимальный блеск обнаруживаемого КО, зв. величин	20,m0
Схема оптико-механического тракта: схема	Кассегрена (Ритчи-Кретьен)
диаметр главного зеркала, м	1
относительное отверстие	f/1; f/2; f/4; f/8
Тип фотоприемника:	КМОП/ПЗС
формат КМОП/ПЗС пикселей	2560x2160/2048x2064
размер матрицы КМОП/ПЗС, мм	17x14/31x31
размер пикселя КМОП/ПЗС, мкм	5,5/15
угловое поле зрения КМОП/ПЗС, мин,	10/30
Тип монтировки:	Альт-азимутальная
угловая скорость, град/с	До 30
угловое ускорение, град/с2	До 20
Квантово-оптический генератор:	Твердотельный (Nd:YAG)
длина волны, нм	1 064,532
энергия в импульсе, мДж	21,9
длина импульса, пс	58
частота следования импульсов, Гц	90-110

Таким образом, ЕКА поэтапно разворачивает независимую Европейскую систему контроля космического пространства, в рамках которой задействуются национальные и частные наземные оптико-электронные и квантово-оптические разведывательно-информационные средства. В зависимости от возможностей и предназначения того или иного оптического инструмента они используются либо для обзора пространства, либо для высокоточного измерения угловых координат и дальности до КО искусственного происхождения, находящихся на средних и высоких околоземных орбитах. Однако основные средства размещены на территории Европы, за исключением французского телескопа "Тарот-S" в Чили, что значительно ограничивает возможности системы ЕвроККП в целом.

До конца 2016 года ЕКА предусматривает завершить тестирование и интеграцию рассмотренных разведывательно-информационных средств в рамках существующей ЕвроККП. До 2020 года планируется увеличение количества привлекаемых инструментов, в том числе и вне территории Европы, а также наращивание информационных ресурсов и возможностей по обработке собираемой информации.

* Начало см.: Зарубежное военное обозрение. - 2016. - № 8. - С. 63-70.

Зарубежное военное обозрение. 2016, №9, С. 69-74