Введение
На сегодняшний день подготовка РН семейства «Ангара» на техническом (ТК) и стартовом комплексах (СК) включает проверку радиопередающих устройств по следующей методике:
Проверка качества сигнала радиопередающих устройств с помощью станций МПРС-С. Эта операция позволяет оценить информационную составляющую радиосигнала ТМИ, её соответствие структуре сигнала «Орбита IV».
Проверка падающей и отраженной мощности сигнала передающего устройства. Эта операция позволяет оценить мощность радиосигнала ТМИ на выходе передатчика и согласование тракта передачи радиосигнала между передатчиком и усилителем.
Проверка падающей и отраженной мощности сигнала усилительного устройства. Эта операция позволяет оценить мощность радиосигнала ТМИ на выходе усилителя и согласование тракта передачи радиосигнала между усилителем и передающей антенной.
Проверка приема сигнала радиопередающих устройств РН комплексом средств измерений, сбора и обработки информации (КСИСО). Эта операция позволяет оценить мощность и информационную составляющую радиосигнала ТМИ, её соответствие структуре сигнала «Орбита IV».
Тем не менее, при проведении одного из пусков РН «Ангара» был выявлен факт прерывания передачи ТМИ в момент отделения агрегатного модуля (АМ) от второй ступени ракеты космического назначения (РКН).
Анализ причин пропадания передачи ТМИ от РКН на КСИСО
При проведении запуска космического аппарата (КА) ракетой-носителем 14А125 наблюдалось пропадание сигнала ТМИ на средствах КСИСО на 16 секунд в период разделения АМ и второй ступени РН.
Информационно-телеметрическая система (ИТС) «Орбита IVАН1.2–02», установленная на ракетном блоке второй ступени, имеет следующие основные характеристики:
— Информативность — М16
— несущая частота, литера — 074
— выходная мощность, Вт, около — 20
— ток потребления, А, не более 15
— линия задержки, сек. — 8
Нарушение канала передачи ТМИ от РН на средства КСИСО произошло из-за наложения сразу нескольких факторов.
Взаимное расположение РН и ИП сложилось таким образом, что сигнал ТМИ от антенн экранировался плазменным полем от факела двигателя второй ступени.
Пропадание сигнала превысило время отставания передачи информации каналом задержки.
Траектория полёта РН проходила на границе предельной дальности гарантированного приёма средствами КСИСО.
При анализе ТМИ выявлено завышенное значение отраженной мощности на выходе передающего устройства второй ступени РН, что могло повлиять на снижение выходной мощности сигнала.
Пути решения проблем пропадания передачи ТМИ от РКН на КСИСО
Уверенный приём ТМИ достигается необходимым энергетическим потенциалом радиоканала «Борт-Земля», который определяется техническими характеристиками бортовых и наземных радиотехнических средств.
Технические характеристики, влияющие на энергетический потенциал радиоканала следующие:
— скорость (информативность) передачи информации;
— коэффициент усиления бортовой антенной системы;
— мощность бортового передающего устройства;
— коэффициент усиления наземной антенной системы;
— допустимое соотношение сигнал/шум наземных приёмных систем;
— суммарный коэффициент потерь при передаче сигнала.
Дальность уверенного (гарантированного) приёма телеметрической информации ИТС оценивается по формуле:
R — дальность уверенного приёма (м);
P б — мощность бортового передатчика (Вт);
G б — коэффициент усиления бортовой антенны;
К п — коэффициент потерь в элементах радиолинии;
S эф — эффективная площадь антенны (м);
Р пр — чувствительность приёмника (Вт).
Фазированная антенная решетка (ФАР) — антенна, состоящая из группы излучателей, фазой сигнала в которых можно управлять независимо, формируя эффективное излучение антенны в целом на одном, желаемом направлении, отличном от направления эффективного излучения отдельного элемента. Таким образом, появилась возможность эффективно управлять лучом антенны электронным способом.
Использование ФАР в качестве передающей антенны сигнала ТМИ РН позволит существенно повысить коэффициент усиления бортовой антенны G б по отношению каждого канала приёма средств КСИСО.
Входной сигнал делится на множество каналов, соответствующих количеству элементов решетки, сигнал в каждом канале получает фазовое смещение, необходимое для определенного положения луча (лучей) решетки в пространстве.
Следует разделять два основных вида систем на фазированных антенных решетках — пассивные антенные решетки и активные. Основное различие таково: в пассивных антенных решетках имеется один мощный приемопередатчик, чей сигнал делится на все каналы, условно содержание только элемент поворота фазы. В активных фазированных решетках (АФАР) канал каждого элемента решетки имеет свой собственный приемопередатчик. Каждая из концепций имеет свои плюсы и минусы: пассивные решетки значительно дешевле, но требуют применения очень мощных источников сигнала. Активные решетки имеют огромный запас по надежности — выход из строя одного приемопередатчика не приводит к поломке всей системы, но количество используемых компонентов и сложность управления, синхронизации.
Однако развитие современной базы электронных компонентов, миниатюризация и вывод в массовое производство еще совсем недавно штучных технологий позволяют системам на АФАР вытеснять пассивные решетки в авиационной, военной и космической технике.
Поэтому в дальнейшем заострим внимание именно на системах АФАР. Их применение в радиопередающих системах ТМИ РН практически и экономически целесообразно. В качестве передающих АФАР можно применить антенны с небольшим количеством антенн-излучателей (16–32 элемента).
РКН «Ангара» осуществляет вывод полезной нагрузки по заранее известной траектории. Зоны радиовидимости средств КСИСО, осуществляющих контроль полёта РН так же известны заранее. Таким образом, заложив программу полёта в ИТС, можно сосредоточить направление диаграммы направленности АФАР на каждом этапе полёта РКН для каждого измерительного пункта (ИП). Это позволит существенно повысить мощность сигнала ТМИ на входах приёмных трактов средств КСИСО. Так же есть возможность предусмотреть аварийный режим работы системы в случае возникновения нештатных ситуаций, когда диаграмма направленности будет близка к 180° по вертикали и горизонтали относительно плоскости установки антенной решётки.
Энергопотребление систем АФАР для передачи ТМИ РН, с учётом применения современных радиоэлектронных компонентов, будет находится на уровне потребления имеющейся ИТС РН «Ангара».
Литература:
- Инструкция по подготовке КСИСО к запуску КА. Часть вторая. Параметры радиосвязи телеметрических средств при групповом запуске РКН «Ангара-1.2». 2025. — 24 с.
- ИТС «Орбита-IVАН1.2». Руководство по эксплуатации. ЯГАИ.468157.126 РЭ. 2020. — 405 с.
