Взгляните на НИС «Космонавт Виктор Пацаев». Как и все суда флота космической службы, он весь утыкан всевозможными антеннами. (Сейчас их, правда, стало поменьше, чем когда-то). Самые заметные из этих антенн – антенна СМ-244, предназначенная для приёма телеметрической информации с КА, и антенны УКВ-связи «Аврора-К», предназначенные для речевой связи с КА.
Каждая из этих антенн имеет моторизованный привод, благодаря которому во время сеанса связи с КА антенна «смотрит» строго на КА и отслеживает его перемещение по небосводу. Зачем? Чтобы уровень сигнала был максимальным.
Но над трубой «Пацаева» видно ещё одну интересную конструкцию – антенну спутниковой связи «Сургут-ПК». Её особенность в том, что в ней используется ФАР - фазируемая антенная решётка. Ей не нужен моторизованный привод, а диаграмма направленности управляется электроникой.
На судах проекта «Селена-М» система "Сургут-ПК" применялась для ретрансляции речевого канала, принятого «Авророй» с КА, через спутники связи «Молния-1» в ЦУП. "Сургут-ПК" и антенны с ФАР были установлены также на кораблях измерительного комплекса "Чажма" и "Чумикан" (см. тут). Применялись ли ФАР на других судах и кораблях мне неизвестно. (Уточнение: на КИК "Маршал Крылов" установлена РЛС с ФАР "Фрегат-МА")
Как это работало?
Из воспоминаний Александра Сычёва, НИС «Космонавт Георгий Добровольский», «Сургут-ПК»:
«Опишу, как помню, процесс подготовки к сеансу.
По часовой готовности я приходил в лабораторию и надевал рабочий халат, потому что предстояла грязная работа – площадка с антенной была над трубой и там всё было покрыто толстым слоем сажи, да и трап, по которому надо было лезть наверх не на много чище. Антенна снималась со стопоров и поворачивалась вручную в горизонтальной плоскости - так выставлялся азимут, затем в вертикальной плоскости - так выставлялся угол места, закреплялась в этом положении. Таким образом антенна была сориентирована на ретранслятор «Молния-1».
Потом, уже в лаборатории, после включения питания проводилось тестирование антенны. Станция-умница проверяла себя на наличие неисправностей. Потом ждал, когда на связь выйдут ребята с щелковского НИПа, и настраивал с ними каналы с помощью отвертки. Ну и всё, ждал, когда «Аврора» поймает свой сигнал. К этому моменту в лабораторию обычно подтягивались зрители-слушатели, слушали переговоры космонавтов с ЦУПом.
Живая интересная работа»
А каков физический принцип действия ФАР? Своими словами?
Представьте себе множество мелких по размеру приёмо-передающих антенн, жёстко смонтированных на одном основании размером примерно метр на метр. Вот картинка. На ней антенна смотрит не на КА, а немного в сторону.
Видно, что если луч КА падает на антенну не перпендикулярно к её плоскости, то мини-антенны на разных краях антенного поля получают сигнал в разной фазе (∆φ). Эта разность фаз вычисляется электронной начинкой и на каждый из фазовращателей, принимающих сигнал со своей мини-антенны, выдаётся поправка по фазе. В результате на входе сумматора-разветвителя фазы выравниваются, а уровень получившегося сигнала оказывается максимальным.
Антенна «Сургут-ПК» – приёмо-передающая. При передаче используется поправка по фазе, полученная при обработке принимаемого сигнала.
Одно из вероятных будущих
Судя по информации, уже опубликованной на сайте mkflot.ru, антенны с ФАР вскоре могут заменить громоздкие антенны типа СМ-244, применявшиеся и на судах, и на береговых НИПах для приёма телеметрии с низкоорбитальных КА. Кстати, такая антенна до сих пор стоит на корабле измерительного комплекса "Маршал Крылов" и на сборочно-командном судне "Sea Launch Commander"
Испытания, проходящие на Балтике, подтверждают эту возможность. С учётом того, что на смену аппаратуре 70-х годов ХХ века пришла современная электроника, вырисовывается неплохая перспектива: антенное хозяйство, приёмное оборудование и системы обработки информации становятся компактнее, экономичнее и менее трудоёмкими в обслуживании. Думаю, с системами связи та же картина.
Не требуются сотни киловатт, чтобы вся эта техника работала. Там, где когда-то, 30-40 лет назад, в отделе телеметрии на «Пацаеве» работали 20-30 человек, достаточно усилий 5-6 или меньше человек. Не нужны большие помещения для размещения громоздкой аппаратуры и для создания условий жизни и работы меньшего по численности персонала. Не нужны большая грузоподъёмность судна и огромные запасы топлива, воды, продовольствия и проч. запасов. Что это будут за суда? Посмотрим. Вот возможный вариант: см. статью «Нужен ли нам новый «Космонавт Юрий Гагарин»?
Так в нынешнее время может быть решена задача сопровождения полётов КА. Но только – низкоорбитальных. Для Лунной программы нужно что-то более существенное. Как этот вопрос решает Роскосмос – мне неизвестно.