Радиолокационное исследование космоса

Радиолокационное исследование космоса

Что представляет собой планета Венера, закрытая от наблюдателей на Земле плотной атмосферой? Как выглядит поверхность Марса и каков состав марсианской атмосферы? На эти вопросы не могли дать ответ телескопы. Но всё изменилось с появлением радиолокации.

Оказалось, что радиоволны, посылаемые радиолокаторами с Земли, отражаются от космических тел так же, как и от земных объектов. Направляя радиосигналы на определённое астрономическое тело, и анализируя отражённые от него сигналы, можно получить информацию о космическом объекте.

Так появилась радиолокационная радиоастрономия, исследующая планеты и их спутники, кометы, астероиды и даже солнечную корону с помощью радиосигналов.

Ближний и дальний космос

Радиолокационное исследование космоса 

Часто выделяют ближний и дальний космос. Граница между ними весьма условна.

Ближним называют космос, исследуемый космическими летательными аппаратами и межпланетными станциями, а дальним считают космос за пределами Солнечной системы. Хотя чёткая граница между ними не установлена.

Считается, что ближний космос находится над атмосферным слоем Земли, вращающимся вместе с ней и называемым околоземным пространством. В ближнем космосе уже нет атмосферы, но на все объекты, находящиеся в нём, всё ещё действует гравитационное поле нашей планеты. И чем дальше от Земли, тем меньшим становится это влияние.

Объекты дальнего космоса – звёзды, галактики, туманности, чёрные дыры, располагающиеся за пределами Солнечной системы.

Ближний космос населяют планеты Солнечной системы, спутники, астероиды, кометы, Солнце. По космическим понятиям расстояние между ними и Землёй считается небольшим. Поэтому их возможно исследовать с помощью радиолокаторов, расположенных на Земле. Это специальные мощные РЛС, называемые планетными радиолокаторами.

Радиолокационное исследование ближнего космоса

Радиолокационное исследование космоса

Центр дальней космической связи в Евпатории

Космические радиолокаторы работают по такому же физическому принципу, что и обычные наземные радиолокаторы, обслуживающие морские суда и самолёты. Радиопередающее устройство планетного радиолокатора генерирует радиоволны, которые направляют на исследуемый космический объект. Отражённые от него эхо-сигналы улавливаются приёмным устройством.

Но из-за огромного расстояния отражённый от космического объекта радиосигнал становится значительно слабее. Поэтому передатчики на планетных радиолокаторах имеют очень большую мощность, антенны - большие размеры, а приёмники - очень высокую чувствительность. Так, например, диаметр зеркала радиоантенны в Центре дальней космической связи под Евпаторией равен 70 м.

Первой планетой, которую исследовали с помощью радиолокации, стала Луна. Кстати, идея послать радиосигнал на Луну, а затем принять его отражение, возникла ещё в 1928 г. и была выдвинута русскими учёными Леони́дом Исаа́ковичем Мандельшта́мом и Никола́ем Дми́триевичем Папале́кси. Но технически реализовать её в то время было невозможно.

Радиолокационное исследование космоса

Леонид Исаакович Мандельштам

Радиолокационное исследование космоса

Николай Дмитриевич Папалекси

Это удалось сделать в 1946 г. американским и венгерским учёным независимо друг от друга. Радиосигнал, посланный с мощного радиолокатора в сторону Луны, отразился от её поверхности и вернулся на Землю через 2,5 секунды. Этот эксперимент позволил вычислить точное расстояние до Луны. Но вместе с этим по картинке отражённых волн удалось определить и рельеф её поверхности.

В 1959 г. были получены первые сигналы, отражённые от солнечной короны. В 1961 г. сигнал радиолокатора отправился в сторону Венеры. Радиоволны, обладающие высокой проницательностью, проникли сквозь её плотную атмосферу и позволили «увидеть» её поверхность.

Затем было начато исследование Меркурия, Марса, Юпитера и Сатурна. Радиолокация помогла определить размеры планет, параметры их орбит, диаметры и скорость их вращения вокруг Солнца, а также исследовать их поверхности. С помощью РЛС были установлены точные размеры Солнечной системы.

Радиосигналы отражаются не только от поверхностей небесных тел, но и от ионизированных следов метеорных частиц в атмосфере Земли. Чаще всего эти следы появляются на высоте около 100 км. И хотя существуют они от 1 до нескольких секунд, этого достаточно, чтобы с помощью отражённых импульсов определить размер самих частиц, их скорость и направление.

Бортовые радиолокаторы на управляемых космических объектах

Радиолокационное исследование космоса

Малый космический аппарат (МКА) «Кондор-Э» с радиолокатором

Источник: http://nevskii-bastion.ru/kondor-e/ ВТС «НЕВСКИЙ БАСТИОН» A.V.Karpenko

Когда на космические орбиты вывели искусственные спутники Земли, а затем космические станции и других управляемые космические объекты, на них начали устанавливать бортовые радиолокаторы. Они имели гораздо меньшие размеры, чем наземные планетные радиолокаторы, но могли приближаться к объекту наблюдения и выполнять важные исследовательские задачи.

Радиолокаторы были установлены на российских космических аппаратах «Венера-15» и «Венера-16». В 1984 г. на Землю были переданы данные, полученные с их помощью. Это помогло составить точные карты поверхности Венеры.

В 2012 г. с помощью бортового радара были открыты залежи водяного льда в кратере Шеклтон на Луне.

Радар MARSIS, установленный на космическом аппарате, выведенном на орбиту Марса в декабре 2003 г. Европейским космическим агентством, мог зондировать поверхность планеты на глубине 5 км. Это позволило ученым собрать информацию о верхних слоях марсианской атмосферы, или ионосферы, исследовать структуру поверхности планеты, а также её внутреннее строение. 

Исследование дальнего космоса

Космические расстояния огромны по сравнению с земными. И радиосигнал, распространяющийся со скоростью света, отразившись от космического объекта, вернётся через какой-то интервал времени. Например, сигнал, посланный к Луне, возвращается на Землю через 2,5 секунды, с Венеры через 4,5 минуты, а с Юпитера он путешествует больше часа.

Можно ли исследовать с помощью радиолокаторов объекты дальнего космоса, расположенные на расстояниях, которые свет преодолевает десятки, сотни, а то и тысячи световых лет? Возможно, когда-нибудь в будущем наука сможет решить эту задачу. Будут созданы сверхмощные радиопередатчики и сверхчувствительные приёмники. Пока же расстояния, на которых космические радиолокаторы способны обнаружить отражённый радиосигнал, ограничены.