Поиск - новости науки и техники

Нам снизу видно все? Математики разрабатывают автоматизированную систему мониторинга космического пространства.

Есть у этого уникального проекта начало, но, похоже, конца не будет никогда. Чтобы представить себе сферу действия и возможности этой автоматизированной системы наблюдения за космическим пространством, надо напрячь воображение. Ведь речь идет о гигантской сети разбросанных по всему земному шару телескопов для контроля за полетами в космосе. Программу, частично уже действующую, выполняет Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН. Подробности “Поиску” рассказал заведующий отделом ИПМ, доктор физико-математических наук, заслуженный профессор МГУ Юрий ГОЛУБЕВ.

– Это в эпоху Галилея, да и много позже созерцать звезды было относительно просто, – отметил Юрий Филиппович. – Главное – телескоп, а бескрайний небосвод, вот он, перед тобой. Но с началом освоения космического пространства операция эта усложнилась многократно и вышла на новый уровень, ведь наблюдения за полетами необходимо вести не только в световом, но и в радиодиапазоне. Так появились радиолокационные станции и специальные службы, обслуживающие их. Они отслеживают движение ракет и аппаратов, вычисляют их координаты, рассчитывают траекторию, совпадающую с данными измерений. Только тогда можно быть уверенным, что объект удалось определить. Процесс этот очень ответственный, и ошибиться здесь никак нельзя. Поэтому одновременно действуют баллистические центры нескольких организаций, которые и сверяют результаты.
– Почему это так важно?
– Потому что речь идет о безопасности космических полетов. Баллистики собирают всю доступную информацию, а она начинает поступать еще во время запуска ракеты. Следят за ее полетом, чтобы аппарат вышел на заданную траекторию и выполнил задачу, ни с чем при этом не столкнувшись. Одно дело –  составить программу космического полета на Земле и совсем другое – точно выполнить ее в космосе, ведь все предусмотреть и рассчитать практически невозможно. На полет при запуске влияет плотность атмосферы, а затем вся гигантская солнечная система с ее планетами, интенсивность солнечного света. Да много чего еще. И, конечно, человеческий фактор. А если запуск произошел нештатно и случилась авария, нужно вычислить, куда может упасть ракета и сделать это по возможности быстро. И, конечно, избежать опасного сближения аппарата с космическим мусором (о нем речь впереди). В общем, работа сложная и ответственная.
По данным нашего института, в начале этого года на геостационарной орбите (высота 36 000 км над землей) находились 2438 спутников связи и других аппаратов, на высокоэллиптической – 2925, на средневысокой – 361, добавим еще навигационные спутники ГЛОНАСС и GPS (орбита – около 20 000 км). А, по данным НАСА, на околоземной орбите летают приблизительно 19 000 видимых с Земли искусственных объектов. Так что возможность нечаянной встречи летательных аппаратов – проблема вовсе не надуманная, а вполне реальная. Впервые это произошло в феврале 2009 года, когда наш спутник “Космос-2251” столкнулся с американским телекоммуникационным аппаратом Iridium 33. Оба развалились, и в космосе почти на 2000 обломков, представлявших немалую угрозу для МКС, стало больше.
Раньше оптические телескопы устанавливали в обсерваториях. Это были достаточно сложные, большие, а главное – дорогие приборы. Сегодня часть их функций берут на себя маленькие, сравнительно дешевые телескопы. Диаметр их зеркала измеряется не метрами, а всего лишь десятками сантиметров. Когда-то параметры измерений записывали на бумаге, сегодня благодаря ПЗС-матрице-специализированной аналоговой интегральной микросхеме, состоящей из светочувствительных фотодиодов, световой поток преобразуется в цифровой сигнал. ПЗС-матрицы используются в современных фотоаппаратах, а также, например, в робототехнике для определения местоположения мобильного робота. Сегодня ее приспособили для локализации аппаратов, наблюдающих за космосом. Данные мониторинга идут в компьютер, обрабатываются и выдаются в оцифрованном виде. Эта передовая технология воспроизводит изображение, как фотоаппарат, и мы получаем картинку участка неба, где находится объект, видим, откуда и куда он двигается. 
Проект автоматизированной системы мониторинга космического пространства, координируемый Роскосмосом, предполагает развитие сети пунктов слежения, оснащенных небольшими телескопами. И чем их будет больше, тем лучше. Для них подбирают подходящие места, желательно на возвышенности, вдали от промышленных объектов и крупных населенных пунктов (чтобы не было дымки и засветки от городского освещения). Аппаратура работает в полуавтоматическом режиме, снабжена системой передачи данных, поэтому требуются беспроводная линия связи и квалифицированный оператор. Получается небольшое, но достаточно сложное хозяйство, так что осуществление этой программы – дело дорогостоящее. Тем более что пункты наблюдения должны быть не только в нашей стране, но и разбросаны по всему миру, а построить их и оснастить не так-то просто. А они необходимы, их ждут, поскольку собирают нужную для анализа информацию о полете. Ее обрабатывают, то есть изучают всю “историю”: участок неба, траекторию движения, другие всевозможные данные. И это – лишь часть обязанностей этой службы. Параметры слежения за космическими объектами, за которые отвечает наш институт, мы передаем партнерам – организациям, занимающимся дальнейшей обработкой данных. Их цель – создать полную, достоверную картину всего происходящего в космосе. Своего рода звездный атлас или, что более привычно сегодня, базу данных.
– У американцев есть подобные программы? 
– Конечно. Мы сотрудничаем с ними и даже иногда обмениваемся информацией. Ведь это космос – изолированно работать здесь нельзя или очень сложно. Замечу, что в системах расчетов коллегам из США мы никак не уступаем, а кое в чем даже превосходим. Например, в определении реальных отклонений ракеты от курса под влиянием работы двигателей.
– Почему именно математики, а не астрономы и астрофизики разрабатывают эту необыкновенно сложную программу?
– Потому что она основывается на массе “многоходовых” расчетов. Еще когда шла работа над Атомным проектом и СССР создавал атомную бомбу, а затем начал осваивать космос, возникла проблема проведения сложнейших вычислений, и их поручили математикам-прикладникам. Для этих целей даже создали наш институт (1953 г.). 
Мы апробировали первые вычислительные машины – они также рассчитывали и полеты космических аппаратов и спутников. А сегодня помимо этого разрабатываем, повторюсь, автоматизированную систему мониторинга космического пространства. И когда она заработает в полную силу, задействуем мощности нашего суперкомпьютера. Он поможет при обработке массы данных от многочисленных оптических телескопов, многие из которых уникальны. Мы интерпретируем и анализируем данные этих измерений, чтобы, например, уточнить траекторию полета спутника. Если это делать вручную, потребовались бы месяцы, а сейчас благодаря компьютерным программам – считаные часы.
– И эта гигантская система слежения засекает наличие космического мусора – вы обещали вернуться к этой проблеме.
– В каталоге российской системы контроля космического пространства числятся 13 000 искусственных объектов: 7000 – размером более 20 сантиметров (на низкой околоземной орбите) и 6000 – по 20-40 сантиметров (на высокой орбите). Это космический мусор: отработанные ступени ракет и топливные баки, части разрушенных спутников и солнечных батарей, даже полиэтиленовые обертки приборов и остатки сгоревшего топлива. Это почти что наночастицы, но опасны даже они. Все эти бесхозные обломки общей массой в десятки тонн представляют угрозу для полетов аппаратов. И если не заниматься этой проблемой, то через 100-200 лет, есть такое мнение, космонавтика захиреет: полеты прекратятся, поскольку все околоземные орбиты будут усеяна обломками. Со временем они сгруппируются в своего рода мусорный пояс. В космос он не улетит – земное притяжение не пускает – и пока мусор не войдет в плотные слои атмосферы и не сгорит, пройдут десятилетия. Были случаи, когда осколки ломали солнечные батареи, повреждали аппараты и даже становились причиной их гибели. В идеале нужно добиться того, чтобы страны, работающие в космосе, убирали за собой мусор.
– Но как это сделать?! Не пошлешь же на орбиту уборщицу с ведром и щеткой?
– Нет, не пошлешь. Пока что специальные службы засекают объекты космического мусора и заносят в каталог с обозначением его точного местоположения на орбитах, чтобы ненароком с ним не столкнуться. И это уже немало. И стоит денег. А чтобы приступить к уборке, их потребуется на порядок больше. Вот космические державы и не спешат раскошеливаться, а пока лишь продумывают и просчитывают различные проекты.
– Приведите пример, пожалуйста.
– Летает, скажем, бесхозный топливный бак высотой, между прочим, с 7-9-этажную башню. Его нужно транспортировать к границе атмосферы, где он благополучно сгорит. Но для этого нужен небольшой специальный двигатель. Его надо сконструировать и доставить в космос. Еще потребуется манипулятор, который бы установил двигатель на свободно вращающийся в космосе бак, причем в нужном месте. Затем надо включить двигатель по команде с Земли, чтобы направить бак в верхние слои атмосферы. Вроде бы идея неплохая, однако пока ни одна страна не готова ее осуществить. Есть мысль собирать мелкие осколки магнитом, но и это предложение не вызывает большого энтузиазма. Или их взрывать, хотя это тоже не выход – обломков будет еще больше. Предлагаются и другие варианты, но проблема так и остается нерешенной.
Юрий ДРИЗЕ

Нет комментариев