Astronautika: istorija

Tokom iscrpljujuće bitke za uspostavljanjem bilo kakvog kontakta sa problematičnim „Fobos-gruntom“, postali smo svesni velikih izazova pred kojima su tada bile ruske kontrolne stanice na Zemlji. Danas bih hteo da nas upoznam sa komunikacionom opremom koja se ticala projekta „Fobos-grunt“ i njihovim statusom u vreme miisije, bazirajući se na ruskim izvorima i izveštajima na web-forumima „Novosti Kosmonavtiki“.

Zauvek sam zapamtio ovu misiju. Godinama pre lansiranja uredno sam pratio krvavi napredak hiljada stručnjaka koji su radili na ovom unikatnom međuplanetnom projektu. U potaji sam se nadao da će sve proteći kako valja i da će konačno jedna, i to ruska sonda, sleteti na tajanstveni Fobos. Pomisao da će doneti stotinjak grama dragocenog uzorka prašine sa Marsovog satelita na Zemlju ispunjavala me je ushićenjem. Penjivrag i ja smo redovno izveštavali o lansiranju i očekivali ulazak na trajektoriju ka konačnom cilju. A onda ... muk. „Ошибка“, javljali su Rusi, pojavio se problem. I to ozbiljan ...

Ukratko, 9. novembra 2011. u ponoć po moskovskom vremenu dvostepena raketa „Zenit-2SB41.1“ je uzletela sa Bajkonura. Nakon vertikalnog uspinjanja sa rampe, „Zenit“ je uskoro, prateći uobičajenu putanju, okrenuo ka istoku da bi ušao u orbitu pod nagibom od 51,4°.

TV prenos lansiranja uživo bio je prekinut nakon odvajanja drugog stepena, ali je oskoro potvrđeno prispeće sonde na privremenu parkirnu orbitu. Odvajanje letilice od II stepena besprekorno je obavljeno 688 sekundi posle starta. Nakon odvajanja od „Zenitovog“ drugog stepena, „Fobos-grunt“ se našao u eliptičnoj orbiti dimenzija 207×347 km.

Međutim, uskoro su počeli da stižu uznemirujući podaci. Nasina antena u Kaliforniji, zajedno sa evropskim stanicama, hvatala je nerazumljive signale sa sonde. To su bile indikacije da solarni paneli nisu okrenuti ka Suncu da bi napunile brodske akumulatore. Očekivala su se dva paljenja glavnog motora koja bi poslala sondu ka Marsu ali – ništa. Svi pokušaji međunarodnih i ruskih stanica da stupe u kontakt sa sondom završeni su neuspehom. Jedna mala stanica u Pertu nakratko je uspela da 23. novembra uspostavi kratak kontakt, ali prekrtako da bi se locirao problem. Konačno, 15. januara sonda se raspala i pala u okean u blizini Čilea a sa njom i moji planovi da pišem o sletanju na Fobos.

O uzrocima kvara napisane su knjige: govorilo se da su američki radari „zaslepeli“ sondu, da je kriv neki beznačajni računarski mikročip, da je udar kosmičkog zračenja uzrokovao restart brodskog računara i prebacivanje u sigurnosni režim iz koga nije umeo da se izvadi, itd. Moguće je da je uzrok prozaičniji, što je (otprilike) konstatovala i specijalna komisija koju je angažovao lično predsednik Medvedev: slaba kontrola kvaliteta, premalo testiranja, korupcija ... žurba.

fg1 

Automatska sonda „Фобос-грунт“ (krstareća konfiguracija).

fg2

 

Dole se vidi pogonski modul nazvan МДУ baziran na modiifikovanom dodatnom stepenu „Фрегат-СБ“. On nije obavio svoj posao.

fg3
 
Početna trajektorija sonde „Fobos-grunt“ uključivala je prve tri orbite i trajektoriju ka Marsu. Debele linije prikazuju period rada mootora (crveno tokom dana; crno noću – u senci); zeleni brojevi pokazuju daljinu od površine Zemlje u km; zeleni krugovi prikazuju domete ruskih kontrolnih stanica (s leva na desno) u Šćjolkovu („Medveži Azjora“) kraj Moskve (levo), u Bajkonuru (sredina) i Ussurijsku (Daleki Istok) (desno). Osenčene zone prikazuju Zemljinu senku tokom prvog i drugog paljenja motora.

fg4 
Plan za let na Mars. Nažalost, aparat nikad nije napustio Zemljinu orbitu.

 fg5 
Rekonstrukcija položaja „Fobos-grunta“ u orbiti. Mislilo se da se kolektori solarne energije nisu otvorili.

E a sad da se vratim na temu: ruske antene koje su učestvovale u misiji.

DEEP-SPACE ANTENE

Pre svega, dve ogromne ruske deep-space antene – „P-2500“ od 70 metara u Ussurijsku na ruskom Dalekom istoku (rus. Радиотелескоп П-2500[1], Уссурийск) i „Medveži Azjora“ od 64 metra u moskovskom predgrađu (rus. Радиотелескоп РТ-64 „Медвежьи Озера“), praktično su bile beskorisne na malim daljinama, jer letilice na niskoj orbiti oko Zemlje prolaze kroz njihovo usko vidno polje u deliću sekunde. Pokretački mehanizmi džinovskih antena su konstruisani tako da mogu da prate sonde u dubokom kosmosu gde se one sporo kreću preko neba te jednostavno nisu bile u mogućnosti da prate brze objekte na niskoj orbiti.

Uz to, velika antena RT-70 u Jepatoriji na Krimu, deo kompleksa „Квант-Д“, bila je unapređena da prima telemetriju sa „Fobos-grunta“ tokom leta kroz duboki kosmos, ali je uređaj bio preslab da prati letilicu po orbiti već je samo mogao da prenosi komande ka sondi.

fg6 fg7

 

Radioteleskopi “R-2500” (levo) i “RT-64”.

KOMPLEKS 'СПЕКТР-X'

Zato, jedini preostali sistemi sposobni da prenose signale u X spektralnom rasponu rasponu, koji su bili kompatibilni sa „Fobos-gruntovom“ jedinstvenom komunikacionom opremom na veliku daljinu, bile su dve telemetrijske stanice Спектр-Икс“[2] postavljene u stanicu ИП-5 na Bajkonuru i u Ussurijsk na ruskom Dalekom istoku. Rotacioni mehanizmi tih 12-metarskih antena bili su znatno brži nego u vreme dok su služili za praćenje špijunskih satelita. I veoma osetljiv hardver za „Spektr-Iks“ trebalo je da u prve dve nedelje misije omogući komunikaciju na daljinama od nekoliko miliona km. Brzo kretanje letilice je izazivalo jako veliki Doplerov pomak u signalu, sprečavajući time uspostavljanje složene komunikacije između broda i zemaljske kontrole.

Zato su ubrzo nakon bednog pokušaja da pošalju sondu sa naše orbite ka Marsu, specijalisti započeli napore da adaptiraju rad antena za neočekivani zadatak komunikacije sa letilicom koja se nalazi na tako niskoj orbiti oko Zemlje. Antenina uska vidna polja su proširena na 30 stepeni a snaga transmitera redukovana. Slična podešavanja su urađena i na ESA-inim postrojenjima uključenim u projekat[3].

Međutim, zadatak re-uploadinga softvera na računar letilice koja se kreće tako brzo izazov je čak i u idealnim uslovima. Uz to, „Spektr-Iks“ na Bajkonuru je bio aktiviran baš uoči lansiranja „Fobos-grunta“ pa je personal imao vrlo malo ili nimalo vremena da uvežba i testira sve sisteme i opremu.

Čim se oboleli „Fobos-grunt“ pojavio iznad Bajkonura, operateri „Spektra-Iksa“ su odmah počeli da šalju komande za aktivaciju brodskog predajnika РПТ111 (preko njega se u S-dijapazonu na Zemlju šalju telemetrijske infornacije o stanju letilice) i radio-predajnika РДМ (rus. разностно-дальномерный метод[4]) (38Г6) – čiji signali mogu biti detektovani i precizno praćeni sistemom za trajektorna merenja Кама-Н[5], međutim, kako su javili operateri, ništa se nije čulo iz uređaja.

fg8           

Levo: kompleks „Spektr-Iks“ na Lokaciji 23 u Bajkonuru bio je u fokusu tokom pokušaja za uskrsnuće „fobosa“. Desno: velika antena RT-70 u Jevpatoriji bila je apgrejdovana da prima signale s sonde na velikoj daljini, ali je bila preslaba da prati brod na niskoj orbiti.

 fg9               

Radio-predajnik РПТ111 proizvodi OOO „Прибор“ iz Smolenska.

fg10
Komandni sistem
КИСКуб-Контур“ treće generacije.

Dežurni kontrolori u Bajkonuru su se žalili da ne dobijaju nikakve ili vrlo šture informacije od NPO „“Lavočkina“, proizvođača sonde, koji bi im pomogli da znaju gde i kada da traže letilicu. Navodno, zvaničnici „Lavočkina“ su slali nejasne i nekonzistentne zahteve za utvrđivanjem položaja letilice a onda se žalili da se njihovi zahtevi neispunjavaju. U međuvremenu, komandno-kontrolni sistem „Куб-Контур“ (lociran na stanici ИП-1 na Lokaciji-18 na Bajkonuru), koji je mogao da bude od koristi, bio je zbog post-sovjetskog nemara u vreme lansiranja “Fobos-grunta” van pogona a njegova popravka tek u početnoj fazi.

U prva dva dana “Fobos-gruntove” krize, antena Ромашка“ (Bela Rada), jedna od komponenti telemetrijskog sistema РТС-9 na kontrolnoj stanici ИП-1 u Bajkonuru, morala je da praktično bez ikakvih navigacionih podataka pretražuje nebo, a samo je treće noći primila neke smernice gde da gleda. „Romaška“ je bila dizajnirana da prima telemetriju samo sa letilica na niskoj orbiti, koje lete nekih 200 km iznad glava. 

Picture1

Аntena „Ромашка“ (СМ-178) nа ИП-1u sastavu stanice „МА9-МКТ-М4“. Na sliici je lansiranje Союзa-У“ sa teretnim brodom ТГК „Прогресс М-19М“ 24. aprila 2013.

NE-RUSKE STANICE

Pored ruskih postrojenja, vrlo brzo su se u napor u praćenju „Fobos-grunta“ uključille i brojne međunarodne stanice: one iz mreže Evropske kosmičke agencije ESTRACK (European Space Tracking) na Kakarskim ostrvima, u Kuruu i u Pertu, u Australiji. “Roskosmos” je u svrhu navođenja antena slao evropskim partnerima orbitne parametre “Fobos-grunta”, kao i softverske kodove koje je trebalo slati ka brodu. Pokušaji osluškivanja letilice i slanje komandi ka njoj započeti su 10. novembra i nastavljeni su praktično svakodnevno i bez uspeha sve do 23. novembra.

A onda je 22. novembra stanica u Pertu uspela da uhvati noseći signal sa sonde. Stanica je bila opremljena glavnom 15-metarskom antenom, koja je odmah bila apgrejdovana „feedhorn“ antenom na ivici glavnog tanjira tako da je prenosila samo signale vrlo male snage ali sa velikim uglom, u nadi da će aparatura na sondi odgovoriti. Snaga slanja signala je bila umanjena zato što je prijemnik na „Fobos-gruntu“ bio tako optimizovan da je primao samo vrlo slabe signale kada bi se nalazio duboko u kosmosu.

Pert je bio na idealnoj lokaciji za podršku misije jer su solarni paneli satelita bili najbolje osvetljeni baš kada je preletao taj deo sveta, dajući najveću energiju svim brodskim sistemima.

Sledećeg dana je ponovo uspostavljena veza ali samo 6 minuta, kada je stiglo oko 400 telemetrijskih „frejmova“ i Doplerove informacije. Nažalost, količina informacija nije bila dovoljna da se identifikuje problem. Svi pokušaju Rusa i ESA da nekako pošalju naredbu da se brod podigne na veću orbitu nisu urodili plodom.

Naporima se priključila i stanica Maspalomas, locirana na južnom delu ostrva Gran Canaria, opremljena 15-metarskom ESTRACK antenom za komunikaciju sa letilicama na orbiti. Antena je primala u S i X opsegu a slala u S opsegu.

Prema izvorima nekih agencija, evropska pomoć Rusiji u praćenju „Fobos-grunta“ bila je besplatna, delom i zato što se očekivalo da će u znak reciprociteta Rusi oprostiti jednu raketu „Proton“ za financijski posustali projekat „ExoMars“ koji je bio u toku.  

fg11

Glavna i pomoćna Esina antena u Pertu, preko kojih je 23. nov. primljen prvi signal sa „Fobos-grunta“ od lansiranja 9. nov. 2011. Strelicom je označena „feedhorna“ preko koje se odvijala komunikacija.

 fg12

Evropska 15-metarska antena na Gran Kanarima.

OPTIČKO PRAĆENJE

Uspostavljanje radio-kontakta sa sondom trebalo je da predstavlja veliko olakšanje za pravovremeno i tačne informisanje o njenom orbitnom kretanju. Međutim, i ovde su operateri sa optičkih uređaja za praćenje bili suočeni sa nepremostiivim problemima.

Takva optička postrojenja, kao što su ВКТ "Висмутин" (precizni kinoteodolit nа kontrolnoj stanici ИП-1 na Lokaciji-18, u Bajkonuru) ili laserski КОС "Сажень" (kontrolna stanici ИП-3 na Lokaciji-23, u Bajkonuru), mogu teorijski da omoguće podršku, prateći bljeskove sa letilice, međutim početni napori da se izvede vizuelno praćenje „Fobos-grunta“ iz Bajkonura bili su neuspešni.

Ruska vojna mreža za strateško praćenje, SKKP (rus. Система контроля космического пространства, СККП[6]), takođe nije mogla mnogo da pomogne. Naprimer, optičko-elektronski kompleks „Окно“ u Uzbekistanu, ima limitirane mogućnosti za praćenje letilica na niskim orbitama, specijalno kada su u senci ili preko dana. Prema ranijim izveštajima, kompleks „Okno“ je originalno izgrađen za navođenje protivsatelitskog oružja ka ciljevima na visokim orbitama, kao što je geostacionarna orbita visoka oko 36.000 km.

Da zaključim, jasno je da su ruski kontrolori bili prinuđeni da rade bez adekvatne opreme i sa premalo podataka koji su dolazili do njih tokom očajničkog napora da prate i povrate „Fobos-grunt“.

fg13 

Kinoteodolit Висмутин i laserski optički uglomer Сажень”.

 fg14 

Kompleks „Okno“ se nalazi na visini od 2216 m na planini Sangloh (Pamir) u Tažekistanu. Sistem radi još od 1999. godine. Prečnik ogledala – 1100 mm.

fg15

Samo još ovo: svi podaci sa stanica za praćenje, i ruskih i inostranih, slivali su se u balistički centar Instituta za primenjenu matematiku, ИПМ, pri Ruskoj Akademiji nauka. Institut je takođe dobijao i sve telemetrijske podatke tokom prva dva sata misije. Institut je sve podatke koristio za proračun orbite letilice.

 

Kraj!


[1] Znači da je sabirna površina 2500 m2. Ova opservatorija je na Krimu. Postoje u Rusiji tri takva radioteleskopa: Ussurijsk, Suffa i Jevpatorija.

[2] Tokom 1962. оprema za deep-space komunikacionu mrežu uvedena je u ИП-15 u Ussursijsku i u ИП-16 u Jevpatoriji, dok su komunikacione stanice „Saturn“ dodati ИП-3, 4 i 14. (ИП – измерительный пункт, komandna i kontrolna stanica). Kompleks za praćenje „Saturn“ je takođe postavljen i na Lokaciju 23 u Tjuratamu (kasnije prozvan kosmodrom Bajkonur). Lokacija, označena kao ИП-5, dobila je i dve 12-metarske antene za kompleks „Svjaznik“ (Komunikator) konstruisan za podršku špijunskim satelitima „Molnija“. U septembru 2011, uoči lansiranja „Fobos-grunta“, kompleks „Svjaznik“ je osavršen da bi primio telemetrijski sistem „Spektr-Iks“. Uprkos antena relativno malih dimenzija, najnoviji visokoosetljivi hardver je obećavao kontrolu deep-space sondi i na daljinama od nekoliko miliona km.

[3] U lov na „Fobos-grunt“ su bili uključeni i mnogi međunarodni radio-tragači, ali i oni optički, kao npr. oni u VKT Vismutinu i Saženu (oba u Bajkonuru), vojna mreža (СККП) u Uzbekistanu, i sl.

[4] Teško je sve shvatiti ako nisi stručnjak, ali izgleda da se sve svodi na razliku u vremenu u kojem signal sa letilice stiže ka zemaljskim stanicama. Znajući tu vremensku razliku za svaku stanicu moguće je odrediti koordinate letilice.

[5] Telemetriju na Zemlji prima aparatura „MA9-MKT-M4“ proizvedena u iževskom zavodu „Мотозавод“.

[6] Svrha SKKP je da otkriva satelite, identifikuje ih i odredi im orbitu. Formira ruski katalog kosmičkih objekata koji poseduje podatke koji mogu da se koriste za lansiranja, protivsatelitski program i špijunske aktivnosti. Na osnovu SAD podataka iz 2007. kaže se da SKKP sprovodi oko 50.000 osmatranja dnevno, a da katalog ima preko 5.000 objekata.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar