Посадочный радар Л-3

Журнал Радио 2011-8

Системы обеспечения посадки на Луну и планеты солнечной системы

В. ВЕРБА, В. ГРАНОВСКИЙ, В. КАРПЕЕВ, В. ФИТЕНКО, г. Москва.

О разработке и создании радиолокацион­ных систем для обеспечения мягкой посадки космических аппаратов на поверхность Луны и планет солнечной системы рассказывают генеральный директор — генеральный кон­структор ОАО "Концерн "Вега", доктор техни­ческих наук, профессор, заслуженный дея­тель науки РФ В. С. Верба, лауреат Государ­ственной премии СССР В. А. Грановский, глав­ный специалист ОАО "Концерн "Вега" В. И. Карпеев, начальник отдела ОАО "Кон­церн "Вега" В. В. Фитенко.

В

1961 г в Московском НИИ прибо­ростроения (с 2004 г. ОАО "Кон­церн "Вега") под руководством главного конструктора В. П. Иванова на­чалась опытно-конструкторская работа "Е-6". Разрабатываемый комплекс пред­ставлял собой бортовой импульсный радиовысотомер для высокоточного измерения расстояния до поверхно­сти Луны с целью обеспечения мяг­кой посадки космического аппарата (КА). На фото 1 показана антенна комплекса "Е-6".

Основная цель разработки этой космической радиолокационной станции (РЛС) вытекала из её назначения. КА, на котором распо­лагалась РЛС, должен был совер­шить мягкую посадку на поверх­ность естественного спутника Земли. Уменьшать скорость сбли­жения КА с поверхностью Луны должны были реактивные двигатели (РД), которые работали нескольки­ми импульсами. Такой импульсный режим РД по расчётам баллистиков позволял предельно минимизиро­вать расход горючего для обеспече­ния мягкой посадки. Расстояния до поверхности Луны, на которых начи­нались первый и последующие импульсы работы РД, были опреде­лены расчётом. При совпадении рассчитанных и измеренных с помо­щью РЛС расстояний до поверхно­сти Луны вырабатывалась команда на включение РД.

Эта сравнительно простая задача разработки РЛС для измерения рас­стояния многократно усложнялась не только необычайно жёсткими требо­ваниями по минимизации массы, габаритов, электропотребления, а также повышенной стойкости к внеш­ним воздействиям, но, главным об­разом, неизвестным значением удельной эффективной площади рассеяния (ЭПР) поверхности Луны в зоне посадки. В те годы по результа­там радиолокационного зондирова­ния с Земли были известны только усреднённые по всей поверхности Луны значения ЭПР. Однако по отдельным районам эти значения не были дифференцированы. Сущест­вовало и такое мнение, что некото­рые участки поверхности покрыты тол­стым слоем пыли, которая образовалась вследствие разрушения малостойких пород Луны. А пыль поглощает радио­

волны, поэтому ЭПР имеет малое зна­чение. И до конца не было ясно, какими выбрать мощность передатчика и чув­ствительность приёмника.

Первый макет приёмопередатчика и РЛС не соответствовал заданным разра­

ботчиками КА параметрам, и было при­нято решение провести его модерниза­цию. Задачу доведения РЛС до характе­ристик. соответствующих требованиям разработчиков КА, решили путём приме­нения магнетрона с высоким КПД и с температурным коэффициентом часто­

ты близким к температурному коэффи­циенту частоты отобранного клистрона. После такой модернизации РЛС получи­ла "добро" для установки на КА.

3 февраля 1966 г. КА "Луна-9" впер­вые в мире совершил посадку на поверх­ность естественного спутника Земли. Вторую посадку произвёл 25 декабря 1966 г. аппарат "Луна-13". Коллектив раз­работчиков, благодаря которому впер­вые была обеспечена мягкая посадка КА "Луна-9" на поверхность Луны, в этом же году был удостоен Ленинской премии. Среди лауреатов — заместитель главно­го конструктора Г. А. Зонненштраль.

При выполнении посадки на поверх­ность Луны торможение КА "Луна-9" и "Луна-13" в момент сближения с поверх­ностью осуществлялось включением по программе тормозной двигательной установки. Но при этом скорость сбли­жения с поверхностью не измерялась. Такая схема посадки не гарантиро­вала защиту КА от разрушения или опрокидывания при посадке и прак­тически не могла быть использова­на для посадки на поверхность пла­неты тяжёлого (массой более одной тонны) аппарата.

Для осуществления посадки КА с научной аппаратурой на поверх­ность планеты требовалось пога­сить не только вертикальную, но и горизонтальные составляющие скорости.

Опыт, накопленный при разра­ботке и применении доплеровской радиолокационной аппаратуры, по­зволил в 1964 г. группе сотрудников института во главе с В. Е. Колчин- ским (В. А. Грановский, Л. Г. Ко- лишер, М. И. Константиновский, И. А. Мандуровский) показать воз­можность использования допле- ровского радиолокатора для реше­ния подобных задач. Его примене­ние позволяет измерять скорость относительно поверхности для обеспечения мягкой посадки КА.

Разработка аванпроекта допле- ровского посадочного радиолока­тора (ПРЛ) была начата в июле 1966 г. под руководством главного конструктора В. Е. Колчинского. Ап­паратура получила наименование "Планета" ДА-018 (на фото 2 она показана со снятым гермокожухом).

В феврале 1967 г. институт при­ступил к разработке доплеровской аппаратуры для обеспечения мяг­кой посадки на Луну космического аппарата, проектируемого в НПО им. С. А. Лавочкина. Доплеровский ПРЛ "Планета" должен был выпол­нять измерение векторов скоростей и высоты полёта автоматического КА на этапе выполнения мягкой посадки на поверхность Луны и передавать эту информацию в систему управления КА.

Разработка ПРЛ для КА потребо­вала решения многих новых задач: схемных, конструктивных, технологиче­ских. Требовалось обеспечить измере­ние не только продольной составляю­щей скорости, но и измерение линейных и угловых скоростей по всем степеням свободы. Кроме того, аппаратура долж­на была работать в полном вакууме.

Из-за ограничений по массе ПРЛ не мог иметь резерва, поэтому самой сложной задачей стало обеспечение надёжности аппаратуры. Ещё одна проблема — влияние факела тормоз­ной двигательной установки КА на СВЧ излучение ПРЛ. Эти задачи, как и многие другие, были успешно реше­ны коллективом разработчиков.

ПРЛ "Планета" обеспечил мягкую посадку на поверхность Луны авто­матических станций "Луна-16", "Луна-17" (см. фото на 2-й с. облож­ки), "Луна-20", "Луна-21", "Луна-23" и "Луна-24". Автоматические станции "Луна-16", "Луна-20" и "Луна-24" производили бурение лунной по­верхности и с помощью ракет доста­вили образцы лунного грунта на Землю. Автоматические станции "Луна-17" и "Луна-21" высадили на поверхность Луны самоходные аппа­раты ("Луноходы") с научной и теле­визионной аппаратурой, "Луна-23" производила научные исследования.

С помощью радиоизлучения ПРЛ "Планета" впервые были проведены исследования отражающих свойств поверхности Луны в диапазонах длин волн 2 и 3 см в непосредственной близости от поверхности (с высоты 2...3 км) во всех районах выполнен­ных посадок КА.

Особо отличившиеся сотрудники института за разработку ПРЛ "Пла­нета" были награждены орденами и медалями, а заместителю главного конструктора В. А. Грановскому присуж­дена Государственная премия СССР.

Разработка ПРЛ для пилотируемого лунного модуля, получившего наимено­вание ДА-019, началась в 1967 г. В со­став ПРЛ были введены блок сопряжения с бортовой вычислительной машиной и устройство бортового контроля, которое позволяло космонавту перед этапом ухода посадочного модуля с орбиты спутника Луны убедиться в полной рабо­тоспособности ПРЛ.

Измеритель дальности с использова­нием непрерывного излучения с частот­ной модуляцией и устройством узкопо­лосной фильтрации сигнала разрабаты­вало Московское конструкторское бюро

"Кулон" под руководством главного кон­структора Р. И. Бондаренко.

ПРЛ ДА-019, как и ДА-018 "Планета", проходил лётные испытания на верто­лёте Ми-6 (фото 3),

который имитиро­вал траекторию движения КА при сбли­жении с поверхностью планеты. ПРЛ ДА-019 прошёл полный цикл испыта­ний, в том числе в составе КА Н1-ЛЗ. К сожалению, запуски Н1-ЛЗ к Луне не были осуществлены.

Разработка ПРЛ ДА-021, также для пилотируемого лунного модуля, нача­лась в 1969 г. Этот ПРЛ был создан на основе технических решений, принятых и отработанных в аппаратуре первого поколения ДА-018 и ДА-019. Для повышения вероятности выполнения задания аппаратура второго поколения была резервирована, имела расширенный диапазон рабочих высот и скоростей и использовала новую элементную базу — интегральные микросхемы.

Разработка и изготовление образцов ПРЛ ДА-028 для посадки автоматической межпланетной станции на Марс, а также на его спутники была начата в 1971 г. ПРЛ ДА-028 обеспечивал измерение пара­метров движения и высоты полёта поса­дочной ступени автоматической межпла­нетной станции на этапе выполнения мягкой посадки на поверхность Марса или его спутников Фобоса или Деймоса и передавал эту информацию в борто­вую вычислительную машину посадоч­ной ступени. Комплекты аппаратуры, изготовленные институтом, прошли стендовые испытания и лётные испыта­ния на вертолёте. В 1980 г. работы по созданию ПРЛ ДА-028 были переданы Рыбинскому КБ приборостроения.

Новым этапом создания космиче­ской доплеровской техники можно считать 2000 г., когда началась раз­работка ПРЛ для осуществления мягкой посадки КА, проектируемого в НПО им. С. А. Лавочкина, на спут­ник Марса — Фобос. Измеритель, созданный под руководством глав­ного конструктора В. В. Фитенко, получил наименование ДИСД-ФГ (см. фото на 2-й с. обложки). В отличие от ранее разработанных ОАО "Концерн "Вега" ПРЛ для обес­печения мягкой посадки КА на по­верхность Луны и Марса и имевших в своём составе раздельные допле- ровский измеритель скорости и радиовысотомер, в новом ДИСД-ФГ впервые реализовано одновремен­ное измерение скоростей и наклон­ных дальностей по четырём лучам антенной системы в одном канале обработки сигналов (фото 4). 

Изме­рение наклонных дальностей позво­ляет вычислить высоту полёта по нормали к посадочной площадке и наклон оси космического аппарата относительно этой площадки, что существенно повышает информа­тивность данных для обеспечения посадки в автоматическом режиме.

Применение современной эле­ментной базы и новых методов обра­ботки доплеровских сигналов позво­лило обеспечить высокие тактико­технические характеристики, надёж­ность, гибкость резервирования и уменьшить массу и энергопотребле­ние ПРЛ практически в десять раз.

В 2001 г. был разработан эскизный проект, в 2004 г. — технический. Сегодня закончены все автономные и начаты ком­плексные испытания ДИСД-ФГ в составе посадочного модуля космического аппа­рата "Фобос-Грунт". Два опытных образ­ца ДИСД-ФГ испытаны в натурных усло­виях при полётах на аэростате (см. фото на 2-й с. обложки). 

Лётные испытания этой аппаратуры проводило ЗАО "Воз­духоплавательный центр "Авгуръ" со­вместно с ОАО "Концерн "Вега" и ФГУП "НПО им. С. А. Лавочкина".

Старт межпланетной экспедиции "Фобос-Грунт" запланирован на осень 2011г.