Как решить проблему потери связи с космическим кораблем во время входа в атмосферу?

0
30

В конце фильма «Аполло-13», в котором представлена неудавшаяся лунная миссия с тремя астронавтами на его борту, у зрителей возникает напряженность, которая связана с входом космического корабля в земную атмосферу. Именно в этот момент с кораблем прерывается связь, и операторы полета в американском Хьюстоне начинают нервно курить в эти бесконечно долго тянущиеся мучительные секунды. В этот момент космический корабль входит в атмосферу на второй космической скорости, что приводит к окружению его горячим ионизированным воздухом, вследствие чего прерывается связь с Землей.

Во время проведения космических полетов, при возвращении на Землю это явление происходит со всеми космическими аппаратами. Диспетчера полета в этот момент не в состоянии управлять кораблем, и на данный момент пока еще не изобретено ни одного способа, с помощью которого можно было бы знать или контролировать местоположение и состояние космического аппарата с Земли.

Китайские ученые из Харбинского университета попытались решить эту проблему. Они предложили новый способ поддерживать связь с кораблем, при его повторном входе в атмосферу. Данный подход может также применяться ко всем гиперзвуковым аппаратам, например, футуристическим военным самолетам и баллистическим ракетам.

Временное отключение связи с гиперзвуковыми летательными аппаратами происходит потому, что их скорость становится в пять и более раз больше скорости звука, и оболочка горячего ионизированного воздуха, называемая плазменной, окружает его. Она отражает любые электромагнитные сигналы, что приводит к отключению связи с летательным аппаратом. Однако, при определенных особых условиях, плазменная оболочка может на самом деле усилить сигнал от наземных антенн связи.

Китайские специалисты считают, что можно было бы преодолеть эти особые условия при обычных гиперзвуковых полетах благодаря новым наземным антеннам. Исследователи впервые проанализировали ранее проведенные эксперименты и обнаружили, что усиление сигнала может быть создано резонансом, или согласованными электромагнитными колебаниями, между плазменной оболочки и окружающим, летательный аппарат, специальным слоем. Они предлагают добавить «согласующий слой» для создания нужных резонансных условий во время обычного гиперзвукового полета.

Предполагается, что согласующий слой будет работать как конденсатор в обычной электрической цепи. Плазменная оболочка, с другой стороны, действует как катушка индуктивности, которая препятствует изменениям электрического тока, проходящего через нее. Когда конденсатор и катушка индуктивности соединены вместе, они могут образовывать резонансный контур.

Как только резонанс будет достигнут, энергия начнет устойчиво циркулировать между плазмой и согласующим слоем, как в случае обычной емкости и индуктивности в электрической цепи. В результате поступающий радиосигнал с Земли может распространяться через согласующий слой и плазменную оболочку, как вроде их и не существует.

Для эффективной работы этого подхода толщина согласующего слоя и плазменной оболочки должна быть меньше, чем длина электромагнитных волн, используемых для коммуникации с летательным аппаратом. Следовательно, предложенный метод не будет работать, если частотный диапазон антенн будет слишком высоким, как в настоящее время.

Свойства плазменной оболочки могут изменяться во время полета, но китайские ученые считают, что их согласующий слой может откорректировать эти изменения, если он сделан из материала, чьи электромагнитные свойства могут регулироваться с помощью электрического сигнала.

Они утверждают, что не нужно точно знать особенности плазменного слоя, но нужно знать пределы значений этих свойств. Согласующий слой будет регулироваться автоматической системой управления, поэтому нужно знать только те пределы, чтобы гарантировать надежную работу всей системы.

Китайская команда уже не первый год пытается решить проблему передачи радиосигнала в плотных слоях атмосферы, но их подход имеет преимущества по сравнению с другими вариантами. Например, оборудование, необходимое для управления согласующим слоем значительно легче, чем то оборудование, которое используется в других методах – управление электронами в плазме прикладным магнитным полем или инжектирование жидкости в плазму, чтобы уменьшить ее электронную плотность.

Метод «согласующего слоя» также не зависит от конкретной формы летательного аппарата, не потребляют дополнительной энергии, и может адаптироваться к изменениям плазменной оболочки.