Страница 108 из 123
Существенное значение имеет метод разгона АМС ракетой-носителем. При непрерывной работе всех ступеней ракеты вес полезного груза зависит не только от величины скорости, которую надо сообщить АМС в конце участка разгона, но и от угла наклона скорости к горизонту. При больших углах наклона скорости сила тяготения Земли препятствует разгону. Поэтому заданную скорость легче сообщить в горизонтальном направлении, а большие углы наклона могут привести к лишнему расходу топлива и большим потерям в весе автоматической межпланетной станции. Чтобы АМС вышла на сферу действия Земли, имея скорость в нужном направлении, при непрерывном разгоне может потребоваться в конце участка разгона скорость, круто наклоненная к горизонту.
Этого можно избежать, если применить метод разгона с промежуточным выходом на орбиту спутника. Спутник, несущий на борту космическую ракету, выводится ракетой-носителем на круговую орбиту с минимальными потерями. Разгон космической ракеты, стартующей с борта спутника, производится почти в горизонтальном направлении. Выбрав надлежащим образом плоскость орбиты спутника, место и время старта со спутника, можно обеспечить выход АМС на сферу действия с нужным направлением скорости.
Наличие мощной ракеты-носителя и применение старта с борта спутника позволили вывести на межпланетную орбиту к Венере АМС весом 643, 5 килограмма.
Используя старт с борта спутника, выгодно осуществлять разгон космических аппаратов при их запусках не только к Венере, но и по самым разнообразным космическим трассам.
Как уже говорилось, даты старта и сближения с Венерой выбираются так, чтобы величина скорости выхода АМС из сферы действия Земли была возможно меньше. Это определяет ряд диапазонов дат старта и сближения, выгодных с точки зрения энергетики ракеты. Приемлемые интервалы дат старта составляют 1-2 месяца и периодически повторяются примерно через 19 месяцев. Один из таких интервалов приходится на конец 1960 начало 1961 года. Это и было использовано при запуске 12 февраля.
Из сферы действия Земли АМС выходит на эллиптическую орбиту периодического движения вокруг Солнца. В связи с этим для различных энергетически выгодных траекторий время полета до сближения с Венерой может сильно различаться. Существуют трактории при полете, по которым встреча АМС с Венерой происходит на первой половине оборота АМС вокруг Солнца, на второй половине оборота и т. д.
Для запуска 12 февраля выбрана траектория, при которой встреча происходит на первой половине оборота. Траектории другого типа имеют по сравнению с этой некоторые недостатки: существенно увеличивается время полета, существенно возрастает зависимость величины отклонения АМС у Венеры от ошибок в конце участка разгона. Кроме того, расстояние от Земли до Венеры в момент сближения с планетой для этих траекторий будет, как правило, значительно больше, чем в реализованном случае.
Чтобы АМС прошла в непосредственной близости от планеты, надо было ее вывести на расчетную траекторию с большой степенью точности. Даже при очень небольших отклонениях в величине скорости, сообщенной АМС в конце участка разгона, она пролетит на значительном расстоянии от планеты. Ошибки в величине скорости на 1-3 метра в секунду, при полной скорости более 11 тысяч метров в секунду, и ошибки в направлении скорости на 0,1-0,3 градуса могут привести к изменению минимального расстояния АМС от Венеры на 100 тысяч километров. Такую же величину отклонения дает и ошибка во времени старта ракеты на 1 минуту.
Отклонения траектории АМС от Венеры могут также произойти за счет того, что положение Венеры известно лишь с определенной точностью. За счет этого в расчете отклонения орбиты АМС от Венеры могут быть ошибки, даже превышающиерадиус планеты. Основным источником этой погрешности является недостаточная для этих целей точность измерения астрономической единицы (среднего расстояния от Земли до Солнца), определяющей масштаб солнечной системы.
Более точное знание астрономической единицы чрезвычайно важно для космических полетов.
По изложенным выше причинам для обеспечения достижения космическим аппаратом планеты необходимы весьма точные измерения траектории полета, а такжв возможность небольшой коррекции движения во время полета к планете с помощью специальных устройств.
При достаточно точных траекторных измерениях на большом участке полета АМС можно произвести уточнение астрономической единицы.
Измерительно-управляющий комплекс
Для управления АМС, определения ее орбиты и двухсторонней связи с АМС на расстоянии до сотни миллионов километров был создан автоматизированный измерительный радиотехнический комплекс.
Создание комплекса поставило перед советскими учеными и инженерами ряд серьезных проблем, связанных с обеспечением связи на громадных расстояниях, с высокими требованиями к точности определения координат и к надежности работы аппаратуры в течение длительного времени.
Всю траекторию полета космической ракеты можно условно разбить на три участка: участок полета тяжелого искусственного спутника Земли; участок старта космической ракеты с тяжелого спутника и участок движения АМС под действием сил тяготения по направлению к Венере.
Измерение элементов траектории тяжелого спутника осуществлялось специальными средствами, расположенными на территории Советского Союза. Сведения о работе узлов и агрегатов спутника принимались радиотелеметрическими станциями, установленными на территории нашей страны, а также на специальных судах в океанах.
Запуск космической ракеты с тяжелого спутника контролировался телеметрическими системами.
После Отделения АМС работал измерительный комплекс приземного участка, предназначенный для проведения орбитальных и телеметрических измерений. На каждом измерительном пункте приземного участка установлены специальные радиотехнические передающие и приемнорегистрирующие устройства, параболические антенны с приборами программного наведения.
Определение фактической орбиты при удалении АМС от Земли на расстояние свыше 100 тысяч километров осуществляется радиотехническими средствами Центра дальней космической радиосвязи. Этим же Центром производится прием телеметрической информации и управление аппаратурой межпланетной станции на протяжении всего полета. По командной радиолинии включаются и выключаются соответствующие приборы АМС, изменяется скорость передачи телеметрической информации, переключаются источники питания и т. д.
Работа всех средств на дальнем участке полета АМС производится по специальной программе, которая определяет длительность сеансов связи, их периодичность и режимы работы аппаратуры.
Для приема радиосигналов на больших расстояниях используются узкополосные малошумящие приемные устройства. Это влечет за собой необходимость достаточно точного расчета значений принимаемой и излучаемой частот с учетом эффекта Допплера. Для поддержания постоянной частоты на входе узкополосных фильтров приемников, находящихся на межпланетной станции и на измерительном пункте, ъ излучаемую и принимаемую частоты вводится прогнозируемая допплеровская поправка.
При удалении межпланетной станции на расстояния, измеряемые десятками и сотнями миллионов километров, мощность сигнала, достигающего Земли, ничтожна. Так, например, при дальности в 70 миллионов километров на один квадратный метр земной поверхности будет приходиться всего лишь 10-22 ватта. Для приема столь малых сигналов даже при использовании сверхвысокочувствительных приемников требуются антенны большой площади.
В пунктах Центра дальней космической радиосвязи созданы большие антенные сооружения, позволяющие принимать радиосигналы от источников, удаленных на громадные расстояния от Земли.
Антенна может быть наведена в любую точку небесной сферы с точностью до нескольких угловых минут. Программы наведения автоматически вводятся в электронно-счетную машину, управляющую антеннами.
Все данные измерений передаются по автоматической линии в координационно-вычислительный центр, где проводится обработка траекторных измерений, с помощью быстродействующих электронных вычислительных машин осуществляется прогнозирование движения АМС и рассчитываются программы наведения антенн. Координационно-вычислительный центр осуществляет руководство всеми наземными измерительными службами по намеченной программе.