Школьная Энциклопедия
Nav view search
Навигация
Искать
Радиолокационное исследование космоса
Подробности Категория: Радио Опубликовано 11.10.2015 19:33 Просмотров: 4996
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
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
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.
Леонид Исаакович Мандельштам
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
Малый космический аппарат (МКА) «Кондор-Э» с радиолокатором
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.
Источник
Радиолокатор космического базирования — Space-based radar
Радиолокатор космического базирования — это радиолокационные системы космического базирования, которые могут иметь любое из множества целей. Ряд спутников для наблюдения за Землей, таких как RADARSAT , использовали радар с синтезированной апертурой (SAR) для получения информации о местности и растительном покрове Земли .
СОДЕРЖАНИЕ
Военный
В Соединенных Штатах Discoverer II был предложенной программой военных космических радаров, инициированной в феврале 1998 года как совместная программа ВВС, DARPA и NRO . Идея заключалась в обеспечении индикации наземных движущихся целей (GMTI) с высоким разрешением, а также для получения изображений с помощью SAR и цифрового картографирования с высоким разрешением. Эта программа была отменена Конгрессом в 2007 году. SBR — менее амбициозная версия Discoverer II.
Радиолокатор космического базирования ( SBR ) — это группировка активных радиолокационных спутников, предлагаемая Министерством обороны США . Система SBR позволит обнаруживать и отслеживать самолеты , океанские суда (аналогично советской программе США-А ) и, возможно, наземные транспортные средства из космоса. Затем эта информация будет передана в региональные и национальные командные центры, а также на воздушные командные пункты E-10 MC2A .
Активные военные радиолокационные спутники
- Индийский РИСАТ
- Американский лакросс
- Русский Кондор
- Японский спутник сбора информации
- Немецкий SAR-Lupe
- Китайский Хуаньцзин
Радиолокаторы наблюдения за Землей
Использование радиолокационного датчика для наблюдения Земли целей было начато НАСА / JPL «ы Seasat спутник, который нес три различные радиолокационные датчиков:
- радар с синтезированной апертурой (SAR) для получения изображений с высоким разрешением
- радиолокационный высотомер для измерения топографии океана
- ветер скаттрометр скорости и направление ветров меры
После Seasat , SAR, высотомеры и рефлектометры использовались в ряде других космических миссий.
В то время как SAR, в принципе, аналогичен своим бортовым аналогам (с преимуществом увеличенного покрытия и всемирного доступа, предлагаемого спутниковой платформой), два других предназначены для работы со спутниками.
Спутниковый радар-высотомер — это радар обзора надира с очень высоким разрешением по дальности, который измеряет топографию поверхности океана с точностью порядка нескольких сантиметров. Кроме того, анализ амплитуды и формы эхо-сигнала позволяет получить информацию о скорости ветра и высоте волны соответственно. Некоторые радиолокационные высотомеры (такие как CryoSat / SIRAL) используют методы синтетической апертуры и / или интерферометрии : их уменьшенная площадь покрытия позволяет отображать более грубые поверхности, такие как полярные льды.
Ветер рефлектометр отмечает тот же участок поверхности океана из различных ( по крайней мере , 3) углов зрения , как спутник проходит мимо, измеряя эхо амплитуду и соответствующую поверхность отражательной способности . На отражательную способность влияет «шероховатость» поверхности океана, на которую, в свою очередь, влияет ветер, а также зависит от его направления, этот прибор может определять скорость и направление ветра.
Эти три типа радаров в настоящее время используются на нескольких спутниках. Скаттерометры имеют большое значение для оперативной метеорологии, позволяя реконструировать поля ветра в глобальном масштабе. Данные радиолокационных высотомеров используются для точного определения геоида, мониторинга приливов, океанских течений и других крупномасштабных океанских явлений, таких как Эль-Ниньо .
Приложения SAR разнообразны: они варьируются от геологии до мониторинга сельскохозяйственных культур, от измерения морского льда до мониторинга стихийных бедствий и наблюдения за движением судов, не говоря уже о военных приложениях (многие гражданские спутники SAR фактически являются системами двойного назначения). По сравнению с оптическими аналогами получение изображений SAR дает большое преимущество в том, что на них не влияют метеорологические условия, такие как облака, туман и т. Д., Что делает его предпочтительным датчиком, когда необходимо обеспечить непрерывность данных. Кроме того, интерферометрия SAR (как двухпроходная, так и однопроходная, как использовалась в миссии SRTM ) позволяет производить точную трехмерную реконструкцию.
Другие типы радаров использовались для миссий по наблюдению за Землей: радары осадков, такие как миссия по измерению тропических осадков , или облачные радары, подобные тому, который используется на Cloudsat .
Как и другие спутники наблюдения Земли , радиолокационные спутники часто используют солнечно-синхронные орбиты, поэтому суточные колебания растительности игнорируются, что позволяет более точно измерять долгосрочные колебания.
Радиолокационные спутники наблюдения за Землей включают:
Планетарные радары
Большинство радаров, используемых в качестве полезной нагрузки в планетарных миссиях (то есть, не считая бортовых радаров, таких как стыковочные и посадочные радары, используемые в Apollo и LEM ), относятся к двум категориям: радары формирования изображений и эхолоты.
Радары формирования изображений : радары с синтезированной апертурой — единственные инструменты, способные преодолевать тяжелый облачный покров вокруг планет, таких как Венера , которая была первой целью для таких миссий. Два советских космических аппарата ( Венера 15 и Венера 16 ) сфотографировали планету в 1983 и 1984 годах с помощью РСА и радиолокационных высотомеров . Зонд Магеллан также изображается Венера в 1990 и 1994 гг.
Единственной другой целью радиолокационной миссии был Титан , самый большой спутник Сатурна , чтобы проникнуть в его непрозрачную атмосферу. Радар зонда Кассини , который вращался вокруг Сатурна в период с 2004 по 2017 год, давал изображения поверхности Титана во время каждого пролета Луны. Кассини РЛС была системой многомодовой и может работать как радиолокаторы с синтезированной апертурой , радиовысотомер , скаттерометр и радиометром .
Зондирующие радары : это низкочастотные (обычно ВЧ — от 3 до 30 МГц — или ниже) георадары , используемые для сбора данных о подповерхностном строении планеты. Их низкая рабочая частота позволяет им проникать на сотни метров или даже километров под поверхность. Методы синтетической апертуры обычно используются для уменьшения воздействия на землю (из-за низкой рабочей частоты и малых допустимых размеров антенны луч очень широкий) и, таким образом, нежелательного эха от других объектов на поверхности.
Первый запущенный радарный эхолот был ALSE (Apollo Lunar Sounder Experiment) на борту Apollo 17 в 1972 году.
Другие эхолота инструменты пролетов (в данном случае вокруг Марса ), являются MARSIS (Mars Advanced Radar для подповерхностного и ионосферного зондирования) на борту европейского космического агентства «s Mars Express зонд, и SHARAD (марс неглубоко РАДАР эхолот) на JPL » s Mars Reconnaissance Орбитальный аппарат (MRO). Оба в настоящее время работают. Радиолокационный эхолот также используется на японском лунном зонде SELENE , запущенном 14 сентября 2007 года.
Аналогичный прибор (в основном предназначенный для зондирования ионосферной плазмы ) был запущен в японскую марсианскую миссию Нозоми (запущен в 1998 году, но проигран).
Источник