Дистанционное зондирование земли (дзз)
Для повышения функциональных возможностей ЦУП в его составе развернут Центр приема космической информации дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на базе наземных станций.
Центр ДЗЗ был создан для получения полноценных научных данных в области изучения Земли из космоса с использованием перспективных приборов и методов. Кроме этого, тут проходит обучение студентов навыкам оперативного приёма спутниковых данных и обработки снимков земной поверхности, получаемых с различных космических аппаратов ДЗЗ — Aqua, NOAA, Terra и других.
На образовательной площадке Центра ДЗЗ проводятся тематические занятия для учащихся профильных школ: лекции по тематике космического мониторинга, мастер-классы и различные практикумы. Школьники присутствуют на сеансе связи с реальными спутниками ДЗЗ, участвуют в приеме космических снимков и предварительной их обработке.
За все время существования МКЦ, студентами было спроектировано 3 спутника для решения задач ДЗЗ: Бауманец-1, Бауманец-2 и Бауманец-3.
Работа таких спутников также может отслеживаться из студенческого ЦУПа. Оборудование Центра позволяет демонстрировать некую черно-белую картинку. Она выглядит таким образом из-за того, что передает большое количество избыточной информации. Изображение появляется и обновляется в режиме реального времени. На экран постоянно выводится новая информация со скана поверхности Земли.
На следующем этапе изображение анализируется. Получив информацию о разных составляющих, компьютер обрабатывает данные, оставляя лишь необходимые фильтры и настройки. В итоге, получается совершенно иное цветное изображение, показывающее конкретные результаты исследований и определенные особенности.
Одна из таких задач — исследовать ледовую обстановку: в зависимости от погоды на Северном морском пути лед схватывается по-разному, и есть некоторые территории, которые выгоднее обходить с разных сторон (севернее или южнее). ДЗЗ позволяет выбрать для каравана кораблей наиболее подходящий маршрут.
Недавно технологию ДЗЗ применили в процессе решения ситуации с экологической обстановкой на Камчатке. Несмотря на облачность, были получены космические радиолокационные изображения для проведения дальнейшей экспертизы. Они используются как карты распределения загрязнений для той или иной акватории моря, что помогает специалистам в работе.
Задачи центра управления полетами
Данная структура решает множество задач. Так, центр управления полетами (ЦУП) отслеживает одновременно от 20 до 45 космических аппаратов, задает им траекторию движения и так далее. Кроме того, там же проводятся разнообразные исследования и разработки в сфере изучения баллистики.
Изучаются новые методики и алгоритмы, даже работает специальная комиссия, которая выдвигает предложения по оптимизации работы. Фактически, все что связано с отечественными спутниками, станцией или кораблями, так или иначе проходит через ЦУП. Сложно переоценить важность выполняемых им задач, начиная от достаточно банальных, вроде контроля режима космонавтов, и заканчивая сложнейшими расчетами, одна ошибка в которых может стать причиной гибели экипажа или потерей дорогостоящего оборудования.
Команда специалистов
В центре управления полетами работают очень опытные люди. Есть основная команда, состав которой меняется посменно. Так обеспечивается постоянный контроль над ситуацией. Специалисты отслеживают все. В многочисленных кабинетах сидят более узкие специалисты, которые также делают свои прогнозы, выдают аналитику, совершают расчеты поведения аппаратов в космосе и так далее.
Помещение зачастую освещается не слишком сильно, чтобы не мешать работать, и сотрудники нередко страдают от недостатка витамина D, особенно если преимущественно трудятся по ночам. Кроме всего прочего, огромное значение уделяется бумажной работе. Каждое действие должно быть запротоколировано, все это подшивается и потом анализируется, чтобы оптимизировать весь процесс труда максимально эффективно.
Молодые профессионалы
Центр управления космическими полетами активно набирает людей разных возрастов. Но больше всего тут именно молодежи. В первую очередь это связано с огромным напряжением, ненормированным графиком и необходимостью трудится не покладая рук часами или даже сутками.
С возрастом это делать становится очень трудно. Подавляющее большинство специалистов приходит сюда сразу после окончания вуза. Но они могут даже не надеяться, что на этом их обучение завершено. Наоборот, они проходят подготовку не менее жесткую, чем сами космонавты.
Пусть она направлена на другое, но суть остается той же. Лишь после того, как будущий сотрудник полностью узнает все особенности своей работы, его допускают в центр. Регулярно проводятся курсы повышения квалификации, отрабатываются нештатные ситуации, ведутся тренинги и так далее.
Все это направлено на максимальную эффективность работы системы. Сильнейшее напряжение требует достойной награды и потому заработная плата там весьма значительна. Это обеспечивает непрерывный приток потенциальных кандидатов, и дает возможность своевременно делать ротацию кадров.
Наземные приемные станции. они же — антенны
Прямо на крыше корпуса факультета «Специальное машиностроение» установлены наземные приемные станции, проще говоря — антенны, о возможностях работы которых говорились выше. Благодаря ним осуществляется связь со спутниками. Наблюдать за ними и управлять студенты могут прямо из ЦУПа, потому что на крыше установлены камеры, которые в режиме реального времени передают изображение на экраны компьютеров Центра.
Представленная на фото ниже антенна типа «волновой канал» работает на частоте 135-435 МГц. Она служит для приема и передачи телеметрии. Сигнал принимают «усики» антенны, каждый из которых соответствует кратности частоты длины волны, на которую он настроен. Их количество зависит от особенностей отражения волн, что позволяет в итоге усилить сигнал.
Угол направленности такой антенны составляет 30 градусов, что позволяет «захватывать» больший обзор для соединения связи со спутниками. Коэффициент усиления таких антенн — 10-15 дБ.
Антенны другого типа позволяют принимать со спутников больший объем информации. Диаметр антенны «ПОЛЮС» — 3,8 м, а антенны фирмы «УниСКАН — 24» — 2,4 м. Благодаря специальной программе «Orbitron» возможно управление обеими антеннами и получение информации о положении разных спутников в разные промежутки времени.
Антенны такого типа работают на частотах — 8 ГГц. А высокие показатели частоты работы позволяют получать информацию на более высоких скоростях.
Принцип работы антенны заключается в том, что все падающие волны принимаются параболической плоскостью, после чего отражаются в точку фокуса, где расположен облучатель.
Угол направленности такой антенны — 1,3 градуса, то есть для считывания информации со спутников с такой антенной, необходимо четко знать, по какой траектории летит спутник. Коэффициент усиления таких антенн — 47 дБ. Их используют в ЦУПе для приема информации ДЗЗ.
Российский центр управления полетами. досье
ТАСС-ДОСЬЕ /Инна Климачева/. Центр управления полетами (ЦУП) – подразделение Центрального научно-исследовательского института машиностроения (ЦНИИмаш, головной институт Роскосмоса; г. Королев Московской обл.). Предназначен для обеспечения управления полетами российских космических кораблей, пилотируемых орбитальных и автоматических межпланетных станций, космических аппаратов гражданского назначения.
Образован как вычислительный центр (ВЦ) Государственного союзного научно-исследовательского института номер 88 (НИИ-88; ныне ЦНИИмаш) для обработки информации, поступающей с запускаемых космических аппаратов. Приказ директора института Георгия Тюлина об организации центра был подписан 1 июня 1960 г. Датой начала работы центра считается 3 октября 1960 г., когда было утверждено первое штатное расписание ВЦ. В том же месяце он был введен в эксплуатацию.
Первая телеметрия поступила в ВЦ в апреле 1963 г. с автоматической межпланетной станции (АМС) “Луна-4”, а в июне центр принимал информацию с кораблей “Восток-5” и “Восток-6”, пилотируемых Валерием Быковским и Валентиной Терешковой соответственно. С 1964 г. ВЦ начал обеспечивать баллистической и телеметрической информацией государственные комиссии по летно-конструкторским испытаниям космической техники.
В 1965 г. вычислительный центры НИИ-88 был объединен с баллистическим центром при этом же НИИ в общую структуру – координационно-вычислительный центр (КВЦ).
Для реализации совместного с США экспериментального проекта “Союз-Аполлон” (программа ЭПАС – “Экспериментальный полет “Аполлон” – “Союз”) в 1973 г. на базе КВЦ был образован Центр управления полетами (ЦУП) с новым комплексом технических средств. Первыми космическими аппаратами, управление которыми полностью осуществлялось из подмосковного ЦУП стали модернизированные для программы ЭПАС беспилотные корабли “Союз”, которые проходили летные испытания в 1974 г. В июле 1975 г. специалисты центра обеспечили первую стыковку на орбите пилотируемых космических кораблей двух стран – “Союза-19” с Алексеем Леоновым, Валерием Кубасовым и Apollo 18 (“Аполлон-18”) с Томасом Стаффордом, Вэнсом Брандом, Дональдом Слейтоном.
С 1977 г. на ЦУП было возложено управление полетами всех космических кораблей, пилотируемых орбитальных и автоматических межпланетных станций. Ранее управление кораблями “Союз” (первый запуск в 1967 г.) и пятью станциями “Салют” (первая выведена на орбиту в 1971 г.), а также всеми АМС велось из Центра дальней космической связи, расположенного в Крыму, недалеко от Евпатории (постановление о его создании вышло в декабре 1959 г.). Кораблями же “Восток” (запускались в 1960-1963 гг.) и “Восход” (1964-1966) управлял с космодрома Байконур лично главный конструктор ОКБ-1 (ныне РКК “Энергия”) Сергей Королев.
ЦУП обеспечивал управление пилотируемыми кораблями “Союз” (с 1977 г.), “Союз-Т” (с 1979 г.), “Союз-ТМ” (с 1987 г.), “Союз ТМА” (с 2002 г.); автоматическими грузовыми “Прогресс” (с 1978 г.), “Прогресс М” (с 1989 г.), “Прогресс М1” (с 2000 г.); орбитальными станциями “Салют-6” (в 1977-1982 гг.), “Салют-7” (1982-1991), “Мир” (1986-2001); автоматическими межпланетными аппаратами “Венера” (1977-1978), “Вега-1” и “Вега-2” (1984; исследовали Венеру и комету Галлея), “Фобос-1” и “Фобос-2” (1988; исследовали Марс и его спутник Фобос), кораблем многоразового использования “Буран” (1988).
С 1999 г. центр начал управлять космическими аппаратами социально-экономического и научного назначения. Первым стал спутник дистанционного зондирования Земли “Океан-О” (российско-украинский проект). В 1999-2021 гг. специалисты ЦУП участвовали в запусках по международному проекту “Морской старт” (запуски временно приостановлены), обеспечивали управление полетом разгонного блока ДМ-SL ракеты-носителя “Зенит-3SL”.
В настоящее время из подмосковного Королева в круглосуточном режиме осуществляется командно-программное обеспечение полета российского сегмента Международной космической станции (МКС; с 1998 г.), пилотируемых кораблей “Союз ТМА-М” (с 2021 г.) и грузовых “Прогресс М-М” (с 2008 г.). ЦУП управляет спутниками оптико-электронного наблюдения “Ресурс-ДК1” (запущен в 2006 г.) и “Ресурс-П” номер 1 и 2 (2021, 2021), гидрометеорологическими космическими аппаратами “Электро-Л” (2021) и “Канопус-В” (2021), а также спутниками космической системы ретрансляции информации “Луч-5А”, “Луч-5Б”, “Луч-5В” (2021, 2021, 2021).
Центр управления полетами является руководящим и координирующим органом всей системы управления космическим аппаратом – с момента выведения его на орбиту и до окончания активного функционирования. Командно-программная, телеметрическая, баллистическая, телевизионная и речевая информация поступает в ЦУП через командно-измерительные пункты по наземным и спутниковым каналам связи. Технические возможности центра позволяют одновременно обеспечивать управление 10-15 аппаратами по различным программам. В его структуру входят сектора управления (МКС и ее функционально-грузовым блоком “Заря”, кораблями, спутниками), главные оперативные группы управления (в их составе – представители всех организаций, участвующих в обеспечении программы полета конкретного космического аппарата), оперативные службы. Центр имеет два главных и пять малых залов управления, при необходимости число малых может увеличиваться.
При проведении совместных международных проектов в ЦУП работают группы иностранных специалистов. Развернут сектор управления американскими модулями МКС с постоянным присутствием специалистов НАСА (аналогичный с российскими специалистами есть в американском ЦУП в Хьюстоне, шт. Техас). А также сектор управления для специалистов Европейского космического агентства, работающих по программе МКС.
Во главе организации стояли: Михаил Казанский (1960-1965), Альберт Мицилин (1965-1984), Владимир Лобачев (1984-2009), Виктор Иванов (2009-2021). С сентября 2021 г. начальник ЦУП – Максим Матюшин, который одновременно занимает должность заместителя генерального директора ЦНИИмаш.
Официальный сайт ЦУП: http://www.mcc.rsa.ru/his.htm
Современная деятельность
Начиная с 1991 года, российский центр управления полетами получил новое направление деятельности. Теперь он занимается также специальным моделированием сложнейших систем, которые помогут решать потенциальные проблемы не только в сфере космонавтики, но и экономики. С 1998 г. проводилась подготовка к запуску МКС (Международной космической станции).
Когда она была полностью готова к приему «жильцов», в 2000-м именно ЦУП взял на себя контроль за ситуацией и до сих пор исправно корректирует орбиту и совершает другие действия. Все это необходимо не только для обеспечения жизни людей на орбите, но и полноценного функционирования всего установленного оборудования.
С 1999 года был создан специальный сектор управления, имеющий научное и социально-экономическое значение. Сейчас ЦУП контролирует зонды, спутники и множество других космических искусственных объектов. Кроме того, он собирает данные о пространстве вне нашей планеты, прогнозируя движение астероидов, комет и так далее.
Функционирование бауманского цупа
Каналы радиосвязи малых космических аппаратов (МКА) с наземным комплексом управления (НКУ) организуются в двух диапазонах частот −145 и 435 МГц, выделенных международными регламентами для ведения любительской радиосвязи, причем, в каждом диапазоне — в двух направлениях: на передачу и на прием.
Это позволяет как получать информацию со спутников, так и передавать им различные целевые задачи.
Приемная и передающая аппаратура борта и Земли строится по схеме трансивера — когда работа радиопередатчика исключает работу радиоприемника данного диапазона частот.
В пределах каждого диапазона могут быть организованы связи в режиме двустороннего симплекса (дуплекс с переключением), а при использовании разных диапазонов частот в режиме полного дуплекса. Для организации связи с учетом нештатных ситуаций используется по три частоты в каждом диапазоне: основная, вспомогательная и резервная.
В каждом диапазоне частот используется одна общая антенна, работающая или на прием, или на передачу. Переключение режима работы антенн производится в каждом трансивере (145 и 435 МГц) посредством электронных ключей.
Возможный среднесуточный объем информации определяется скоростью передачи с борта космического аппарата, а также количеством и географией размещения используемых наземных приемных станций и может достигать нескольких Гбит.
Если объем необходимо значительно увеличить, то потребуется дооборудование МКА специализированной высокоинформативной радиолинией сброса исследовательской информации, интегрированной с унифицированными наземными приемными станциями типа УниСкан и ПОЛЮС.
После получения данных приемной станицей, информация автоматически передается на приемник, который расположен в самом ЦУП. С приемника, в свою очередь, информация передается на компьютеры Центра, после чего данные обрабатываются различными программами и при необходимости — выводятся на большие экраны, для дальнейшего обсуждения полученных результатов.
Итоги
Центр управления пилотируемыми космическими полетами крайне важен не только для людей на орбите. Все данные, которые там собираются и анализируются, имеют громадное значение для всего человечества. Только благодаря непрерывно поступающей информации появляется возможность вовремя корректировать орбиты, предупреждать о возможных угрозах из космоса и так далее.
