РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ «ВЕНЕРА-15» И «ВЕНЕРА-16».

Радиолокационная система космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» была создана ОКБ Московского энергетического института совместно с Институтом радиотехники и электроники АН СССР. Для картографирования Венеры был разработан новый вид радиолокационной системы, совмещающий в себе радиолокационную станцию с синтезированной апертурой и радиовысотомер (рис. 13). С помощью переключателя к передатчику и приемнику периодически подключаются то антенна радиолокационной станции с синтезированной апертурой, то антенна радиовысотомера.

Рис. 13. Упрощенная блок-схема радиолокационной системы космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16».

 

Прием и регистрация отраженных сигналов, запаздывающих относительно излученного сигнала, производятся в паузе по окончании импульса передатчика (рис.14, а). Зарегистрированная порция сигналов используется затем для построения кадра радиолокационного изображения или получения одного измерения высоты. За 16 мин съемки регистрировалось около 3200 порций сигналов. Излучение и прием через каждую из антенн следуют через 0,3 с (рис. 14, б). Таким образом, в обоих режимах передатчик, приемник, а также регистрирующая аппаратура общие, в то время как антенны разные.

Рис. 14. Циклограммы сигналов радиолокационной системы (а) и работы переключателя антенны (б): РЛС СА — радиолокационная станция с синтезированной апертурой; РВ — радиовысотомер.

 

Метод бокового обзора с синтезом искусственного раскрыва антенны уже давно применяется на Земле для исследования земной поверхности и морских льдов с самолетов. Однако использовать имеющиеся радиолокаторы для съемки с космического аппарата, обращающегося вокруг Венеры, было невозможно по ряду причин. Надо было создать бортовую антенну достаточно больших размеров, чтобы обеспечить на входе приемного устройства радиолокационной станции высокое отношение мощности отраженных сигналов к помехам, создаваемым собственными шумами приемника. При этом надо помнить, что радиолокационная съемка с космического аппарата ведется в диапазоне высот 1000 - 2000 км, что в 100 раз больше, чем при съемке с самолета.

Зеркало антенны бокового обзора имеет форму параболического цилиндра длиной 6 м и шириной 1,4 м. Вторая антенна (радиовысотомера) имеет параболическое зеркало диаметром 1 м. Руководил разработкой антенн в ОКБ МЭИ Б.А. Попереченко.

Необычна форма модуляции зондирующего сигнала, применяемой для разделения отраженных сигналов по времени их запаздывания при построении изображения. Обычно в радиолокационных станциях, устанавливаемых на самолете, используется сигнал в виде периодической последовательности коротких импульсов, при котором отраженные импульсы приходят тем позже, чем дальше от антенны радиолокационной станции расположены соответствующие элементы поверхности.

Однако большая масса импульсного передатчика и высокое питающее напряжение, необходимое для создания большой энергии в коротком импульсе, создают трудности при размещении на космическом аппарате. Поэтому в радиолокационной системе, установленной на космических аппаратах «Венера-15» и «Венера-16», применен проверенный в условиях космического полета передатчик непрерывного излучения от спутника связи «Молния-1» на лампе бегущей волны со средней мощностью 80 Вт. Фаза сигнала передатчика изменяется на 180° в моменты, определяемые специальным кодом. Это так называемая фазокодовая модуляция (рис. 15).

Рис. 15. Модуляция фазы сигнала передатчика. Передатчик излучает непрерывную последовательность импульсов, каждый из которых имеет длительность 1,54 мкс, с начальной фазой 0 или . Значение фазы определяется специальным кодом. В режиме радиолокационной станции с синтезированной апертурой период последовательности содержит 127 импульсов, в режиме радиовысотомера - 31 или также 127.

 

Надо было решить также вопрос с передачей отраженных сигналов на Землю, где осуществлялось построение изображений и измерение высотного рельефа. В самолетных радиолокаторах бокового обзора с синтезированной апертурой отраженный сигнал обычно регистрируется на кинопленку в виде голограммы, которую затем доставляют на наземный пункт, где после ее проявления получают видимое изображение с помощью когерентного оптического процессора (вычислителя). Доставлять кинопленку на Землю со спутника Венеры было неразумно, и конструкторы космического аппарата предложили сначала осуществить прямую передачу информации по радиолинии. При этом одна из антенн, установленных на спутнике планеты (антенна радиолокатора), должна смотреть на Венеру, а вторая (радиолинии) — в это же время отслеживать положение Земли.

Однако в период съемки космический аппарат мог быть заслонен от Земли Венерой, и чтобы сохранить информацию, ее следовало запомнить. На космических аппаратах «Венера-15» и «Венера-16» были установлены проверенные в условиях космического полета цифровые запоминающие устройства, позволяющие записать, а затем считать в радиолинию для передачи на Землю до 100 Мбит (миллионов двоичных единиц) информации. В качестве магнитного носителя информации использовалась специальная магнитная лента (толщина ее в несколько раз тоньше лезвия безопасной бритвы!), что обеспечило высокую надежность записи информации. Руководил разработкой этих ответственных устройств и приспособлением к условиям эксперимента В.С. Баринов.

Скорость поступления информации с выхода приемного устройства радиолокатора в 150 раз выше скорости, с которой может восприниматься информация магнитным запоминающим устройством. Для согласования скоростей поступления и регистрации информации разработано электронное запоминающее устройство емкостью около 30 кбит, собранное на интегральных микросхемах памяти. Электронное запоминающее устройство заполняется информацией с выхода приемника за 0,004 с; затем эта информация переносится на магнитную ленту за 0,6 с, после чего цикл регистрации повторяется. На космическом аппарате были установлены два комплекта запоминающих устройств, работавших со сдвигом на 0,3 с. Они обеспечивали непрерывную запись информации в течение 16 мин съемки.

Средняя частота и мощность отраженных сигналов на входе приемного устройства непрерывно изменяются вследствие изменения высоты космического аппарата, движущегося по эллиптической орбите. На уровень сигналов влияют также характеристики отражающей поверхности. Особенностью радиолокационной системы космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16» является применение цифровых устройств для регистрации отраженных сигналов и адаптации к их уровню и частоте. Цифровая система автоматического регулирования усиления поддерживает в среднем постоянное значение напряжения отраженных сигналов на выходе приемника. Цифровая система автоматической подстройки частоты измеряет среднее значение частоты отраженных сигналов и сводит его к постоянной величине. Результаты измерения напряжения и средней частоты также передавались на Землю для восстановления фактической мощности и частоты отраженных сигналов.

Далее...