Пошук втрачених космічних апаратів і космічного сміття на орбіті Землі з часом може стати великою технологічною проблемою. Виявлення таких об’єктів на орбіті навколо Місяця — ще складніше завдання. Оптичні телескопи не можуть бути достатньо ефективними для ідентифікації невеликих об’єктів, прихованих в яскравому світлі супутника. Нова епоха в цьому напрямку досліджень відкрилася з моменту вже першої спроби вчених Лабораторії реактивного руху (JPL) NASA в Пасадені, штат Каліфорнія, використати міжпланетний радар нового покоління — з цією метою обидва компоненти радара буде розміщено на орбіті Місяця — один активний і один в стані спокою. Ця нова технологія може допомогти проектувальникам майбутніх місячних місій.
«Нам пощастило виявити космічні апарати Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), запущений NASA, і Chandrayaan-1, Індійської організації космічних досліджень, на місячній орбіті з використанням наземних радарів», — говорить Марина Брозовіч (Marina Brozović), вчений із JPL, головний дослідник тестового проекту. «Пошуки LRO були відносно легкими, бо ми працювали з навігаторами місії і знали точні елементи орбіти, на якій “стояв” апарат. З індійським апаратом було більше мороки, бо останній контакт з космічним кораблем був у серпні 2009 року». Варто завважити, що космічний апарат Chandrayaan-1 дуже малий, це, по суті, куб з ребрами близько 1,5 метра — фактично половинні розміри модного авто. Хоча міжпланетний радар був використаний для спостереження невеликих астероїдів на відстані кількох мільйонів кілометрів від Землі, дослідники не були впевнені, що такий маленький об’єкт на космічній відстані можна буде знайти, навіть з використанням найпотужніших радарів. На втіху, Chandrayaan-1 виявився ідеальною мішенню для демонстрації можливостей цієї техніки.
На згенерованому комп’ютером зображенні показано розташування Chandrayaan-1 в момент виявлення його з допомогою радара Goldstone Deep Space Communications Complex 2-го липня 2016 року. Широке фіолетове коло — слід променя радара Голдстоун на місячній відстані (його розмір сягає 200 км). Біла врізка в верхньому правому куті анімації зображує силу відлуння. Усередині променя радара (фіолетове коло) відлуння від космічного корабля чергувалися між дуже сильними і дуже слабкими, як і слід чекати при розсіянні радіолокаційного променя плоскими металевими поверхнями. Фото з сайту https://phys.org.
Загальновідомо, що всі радари працюють в мікрохвильовому діапазоні спектра, проте твердження про повну тотожність їх передавачів не є правильними. Середньостатистичний поліцейський радар працює в декаметровому діапазоні хвиль, водночас, довжина хвилі радара системи управління сягає 90 км. Для пошуку космічного корабля на відстані 380 000 км від Землі команда вчених із JPL використовувала 70-метрову антену комплексу Goldstone Deep Space Communications в Каліфорнії з метою спрямування потужного променя мікрохвиль на Місяць. В свою чергу, радарне ехо з місячної орбіти приймав 100-метровий телескоп Green Bank Telescope в Західній Вірджинії.
Виявлення загубленого космічного корабля на поверхні Місяця ускладнювалося тим, що впродовж багатьох років він перебував в стані абсолютного спокою. Адже Місяць поцяткований масконами (регіонами з більш високим, ніж середнє, гравітаційним тяжінням), які можуть істотно вплинути на орбіту космічного корабля протягом довгого часу і навіть привести до його падіння на поверхню. Орбітальні розрахунки JPL показали, що Chandrayaan-1, як нічого не бувало, кружляє над поверхнею Місяця на висоті понад 200 км, але він чомусь попав в список «втрачених» об’єктів.
Команда радара використала той факт, що космічний апарат Chandrayaan-1 перебуває на полярній орбіті навколо Місяця, тому він завжди буде проходити над місячними полюсами при кожному оберті. Так, 2 липня 2016 року, дослідники передали командам телескопів Goldstone Deep Space Communications Complex і Green Bank координати місця, біля 160 км над північним полюсом Місяця, і стала очікувати моменту перетину «втраченим» космічним апаратом променя радара. Космічний апарат завершував один оберт навколо Місяця за дві години і 8 хвилин. Виявилося, що невеликий космічний корабель з малою радіолокаційною помітністю дійсно перетнув промінь двічі протягом чотирьох годин спостережень, а урахування таймінгів між моментами цих перетинів відповідає часу, який буде потрібно апаратові, аби завершити один оберт і повернутися на ту ж позицію вище полюса Місяця.
Радіолокаційне зображення космічного апарата Chandrayaan-1 при прольоті над південним полюсом Місяця 3 липня 2016 року. Знімки отримані з допомогою 70-метрової антени комплексу Goldstone Deep Space Communications в Каліфорнії. Це один з чотирьох знімків того дня. Фото з сайту https://phys.org.
Команда використовувала дані про момент отримання телескопом зворотного сигналу, щоб оцінити його швидкість і відстань до цілі. Цю інформацію потім використали для поновлення орбітальних передбачень для Chandrayaan-1.
«Виявилося, що нам треба було перенести місце його розташування на орбіті приблизно на 180 градусів, або половину циклу від старих орбітальних оцінок з 2009 року» — сказав Райан Парк (Ryan Park), менеджер групи динаміки Сонячної системи, який передав елементи нової орбіти апарата команді радара. «Але з іншого боку, орбіта Chandrayaan-1, як і раніше, має ту ж форму і елементи, що ми й очікували».
Сеанси радіолокації космічного апарату були проведені ще сім разів протягом трьох місяців, їх результати збігаються з новими орбітальними передбаченнями. Декілька спостережень було зроблено в обсерваторії Аресібо в Пуерто-Ріко, яка має найпотужнішу астрономічну радіолокаційну систему на Землі.
Виявлення LRO і Chandrayaan-1 засвідчили впровадження в техніку спостережень нової унікальної можливості. Працюючи разом, великі радарні антени на Goldstone, Arecibo і Green Bank продемонстрували, що вони можуть виявляти і відстежувати навіть малі космічні апарати на місячній орбіті. Наземні радари будуть відігравати велику роль в майбутніх роботизованих і пілотованих польотах на Місяць в якості реальних і надійних механізмів убезпечення космічних апаратів від зіткнень в космічному просторі.
За інф. з сайту https://phys.org підготував Георгій Ковальчук
