Когда ракета-носитель отрывается от стартовой площадки и начинает свою недолгую, но яркую жизнь, за ней следят не только фанаты космонавтики по интернет-трансляции. Специальные устройства в разных диапазонах принимают данные с борта, все ли в порядке, измеряют траекторию полета, фиксируют полет в оптическом диапазоне и отслеживают траекторию падения отработавших ступеней и сброшенного головного обтекателя.

Радиоуправление

На заре ракетной техники только радиокоррекция с Земли могла обеспечить требуемую точность наведения межконтинентальной баллистической ракеты. Поэтому и в США для «Атласов» и в СССР для «Р-7» пришлось строить пункты управления дальностью. В СССР это были капитальные строения, в которых антенна пеленгатора стояла в трехэтажном павильоне:



Павильоны дополнялись мобильными пунктами измерения дальности:



На самой ракете сигнал от наземных пунктов принимался на специальные подвижные антенны и через них же отправлялся обратно:



Система радиокоррекции могла определять скорость с точностью 0,5 м/с, а дальность с ошибкой не больше 50 м. Но уже в начале 60-х инерциальные системы достигли сравнимой точности, и от наземных пунктов отказались.

Телеметрия

Лучший способ узнать, что происходит на ракете — поставить на нее датчики и в режиме реального времени отсылать информацию на землю. Аварии развиваются быстро, и часто только последние миллисекунды могут сказать о причине случившегося. Поэтому каждая ракета-носитель несет на себе систему телеметрии и антенны передачи ее на землю. На земле же стоят приемные комплексы. Золотая эра советской космонавтики прошла под знаком системы телеметрии «Трал», характерные антенны которой легко узнаваемы на первых космических аппаратах:


«Спутник-3», антенна «Трала» — загогулина, похожая на кипятильник, на первом плане

На земле же стояли сначала односпиральные антенны:



Затем появились футуристические четырехспиральные антенны:



Первоначально телеметрические данные писались на кинопленку. Это было просто, но пленки нужно было проявлять, и даже очевидные причины аварии определялись не сразу. Затем стали использовать магнитные ленты, а сейчас телеметрию пишут в цифровом формате. После аварии РН «Falcon» в твиттере Маска говорилось о проблемах извлечения последних кадров телеметрии HEX-редактором. Возможно, это говорит о том, что телеметрия «Falcon'а» писалась не совсем в реальном времени.

Забавно, что мода на четырехспиральные антенны не ограничивалась одним полушарием Земли — за океаном стояли похожие системы:


Система телеметрии спутников Telstar

А сейчас телеметрию стартующих «Союзов» принимают на комплекс МКА-9 с антенной «Ромашка»:

Траекторные измерения

Траекторные измерения позволяют определить параметры полета ракеты-носителя, а также они используются для измерения параметров орбиты спутников и пилотируемых кораблей. Как правило, системы траекторных измерений могут работать в двух режимах. В первом фиксируется сигнал ответчика на космическом аппарате, а во втором система работает как обычный радар, измеряя параметры отраженного от цели радиосигнала. В СССР на заре освоения космоса использовали систему «Бинокль»



А затем создали более совершенную систему «Кама»


Мобильный вариант

В США же со времен «Меркуриев» и практически до сего дня используется радар AN/FPS-16:



Его точность по дальности достигает 5 м, а по направлению — 0,1 миллирадиан, и это для объекта на орбите!

Системы аварийного подрыва

В советских/российских космических традициях принято в случае аварии выключать двигатели ракеты — в степях Байконура ракета может падать спокойно, не рискуя свалиться кому-нибудь на голову. В США же пуски выполнялись из густонаселенной местности, и в случае аварии необходимо было быстро разрушить ракету на неопасные куски. Для этого на всех ракетах стоят специальные системы подрыва. Ненаправленные антенны готовы принять сигнал при любом положении кувыркающейся ракеты, а расположенные в нужных местах небольшие заряды взрывчатки эффективно ее разрушат. С земли же эта система контролируется с внешне ничем не примечательного трейлера:

Оптические системы

Весьма полезны могут быть наблюдения в оптическом диапазоне. Например, можно наглядно убедиться, что боковые блоки ракет семейства «Р-7» отошли нормально:



Для сравнения современные кадры с подобной системы на космодроме Куру:



В СССР первоначально использовались кинотеодолит КТ-50 и кинотелескоп КСТ-80. Оба телескопа наводились по уже знакомой системе «Бинокль»:



Из более современных известна система «Сажень-Т»:



В США сейчас используются оптические системы нескольких фирм. Contraves-Goerz:



FlightLine:




Обратите внимание на антенны под телескопом — они обеспечивают наведение и автосопровождение цели, а еще с их помощью можно получать телеметрию и держать голосовую связь с экипажем

MARS:




Обратите внимание на установку с плоскими антеннами справа

Оптические системы оказались очень полезны при расследовании катастрофы шаттла «Колумбия». Именно они зафиксировали удар отвалившегося куска теплоизоляции по передней кромке левого крыла:



Кроме задач NASA эти же телескопы использовались для фиксации прыжка Феликса Баумгартнера, они же снимали полеты и катастрофу SpaceShipTwo.


SpaceShipTwo в полете, фото с телескопа MARS

Кроме радиоантенн оптические системы могут дополняться лазером. В этом случае к телескопу и фотометру добавляется полезная функция лазерного дальномера:


Работает «Сажень-Т». Точность измерения расстояния до спутника — до двух сантиметров!

Системы фиксации падения отработанных ступеней

Интересным подвидом траекторных систем являются системы фиксации падения отработанных ступеней. Для России это новое направление — на Байконуре первая ступень падает в степь, и ее можно легко обнаружить. И часто бывает так, что местные жители увозят ступень на металлолом раньше, чем на место падения прибывают специалисты Роскосмоса. С новым космодромом «Восточный» так не получится — ступень будет падать в тайгу, и найти ее без знания точных координат будет очень сложно. Поэтому сейчас проходят испытания систем фиксации мест падения:



Помните плоские антенны на фотографии с MARS? Здесь хорошо виден аналогичный радар, который на «Восточном» будет применяться для слежения за сброшенным головным обтекателем.

Дополнительная информация

Очень интересный фильм о ракете Р-7



Много материала было взято с сайта КИК-СССР.

По тегу «незаметные сложности» — ракеты и спутники, стартовые сооружения и орбиты и много чего еще.

Уфимцы! На этой неделе, 25-27 сентября будет Фестиваль Науки. Не забудьте, там будет масса интересного.