SYSTÉM SLEDOVACÍCH STANIC
Pro časopis Letectví + kosmonautika zpracoval RNDr. PETR
LÁLA, CSc. (L+K č.8 /1975)
Nedílnou součástí každého kosmického letu je rádiové spojení
mezi kosmickým objektem a řídicím střediskem. Jeho pomocí se určuje přesná dráha
objektu a její změny s časem, přenáší se telemetrická informace o stavu palubní
aparatury, vysílají se povely nutné k řízení dalšího průběhu letu. V případě
pilotovaných letů je nutné navíc zajistiti dvoustranné fónické spojení a přenos
televizních záběrů. K tomu je třeba vybudovat síť sledovacích stanic. Sítě sledovacích
stanic pochopitelně u obou kosmických velmocí prošly za léta kosmické éry značným
vývojem, protože vlastní rozmístění a počet stanic závisí na celé řade faktorů.
V souvislosti s nadcházejícím sovětsko-americkým pilotovaným
letem ASTP/EPAS byly poprvé uveřejněny některé podrobnosti o sovětském sledovacím
systému. Využíváme toho k stručnému shrnutí vývoje i současného stavu sledovacích
systémů obou kosmických velmocí, a to nejen s přihlédnutím ke společnému letu
lodí Sojuz a Apollo, ale i ostatním byť i nepilotovaným kosmickým letům.
Sovětská síť sledovacích stanic
Pilotované
lety jsou z komunikačního hlediska nejnáročnější. Přítomnost posádky si vyžaduje
pokud možno nepřetržitou kontrolu jejího stavu, jakož i stavu systému kosmické
lodě. Sovětské pilotované lety probíhají zatím jen v malých výškách nad zemským
povrchem (200 - 350 km). To znamená, že přímá rádiová slyšitelnost (neuvažujeme-li
anomální šíření rádiových signálů na nízkých frekvencích do velkých vzdáleností,
jež nezajišťuje kvalitní spojení) z každé stanice dosahuje maximálně necelých
osm minut, přičemž doba oběhu kosmické lodě je okolo 90 min. Průmět oblasti
slyšitelnosti na zemský povrch má přibližně tvar kružnice o poloměru 1600 km.
Z této skutečnosti vycházeli sovětští odborníci při návrhu své sítě a - jak
potvrzují fotografie z nového řídicího střediska u Kalinina u Moskvy - rozmístili
svých sedm hlavních pozemních sledovacích stanic (viz tab. 1) především podél
jižních hranic SSSR po celé délce jeho území. Velké rozlohy SSSR je tím optimálně
využito k rádiovému spojení na co největším počtu oběhů.
Tab. 1. Sovětské pozemní sledovací stanice pro projekt ASTP/EPAS
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Název Zkratka Lokalita Přibližné souřadnice
(° v.d.) (° s.š.)
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Jevpatoria EVT Krym 33 45
Tbilisi TBL Gruzie 45 41
Džusaly DŽS Kazachstán 64 46
Kolpaševo KLP u Novosibirsku 83 58
Ulan Ude ULD u Bajkalského jezera 107 52
Ussurijsk USK u Vladivostoku 132 44
Petropavlovsk-
Kamčatskij PPK Kamčatka 158 53
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
Jak je jistě většině čtenářů známo, průmět dráhy nízké družice
na zemský povrch se podobá sinusoidě, u níž je největší severní a jižní vzdálenost
od rovníku číselně rovna sklonu dráhy družice (u sovětských kosmických lodí
52°). Po startu z kosmodromu Bajkonur v Kazachstánu leží severní vrchol sinusoidy
nad územím SSSR. Vlivem otáčení naší planety se však průmět dráhy na zemský
povrch neustále posunuje rychlostí 22.5° za oběh směrem k západu.
Díky tomu leží od sedmého oběhu celý průmět mimo území SSSR.
Pouze na prvních obězích dochází vždy k přeletu některé z pozemních stanic:
poslední stanicí, která může na 6. oběhu signály zachytit je Jevpatoria na Krymu.
Teprve na 13. oběhu vstoupí loď opět do oblasti rádiové slyšitelnosti, tentokrát
stanice Petropavlovsk - Kamčatskij (viz obr. 1). Protože kosmická loď vykonává za
den zhruba 15 oběhů, příznivá situace trvá do 21. oběhu a 22.-27. oběh jsou opět
“hluché".
Z toho je patrné, že bez použití sledovacích stanic ležících
mimo území SSSR není možné zajistit spojení s kosmickou lodí na všech
obězích. Tento problém vyřešil SSSR z technických i provozních důvodů nikoliv
stavbou stanic na území jiných států (jak to dělají např. USA), ale vybudováním
flotily speciálně vybavených lodí. Toto řešení má velkou výhodu v mobilnosti
lodí, které je možné poměrně rychle přemisťovat podle požadavku právě
probíhajícího experimentu.
Výpočet dráhy kosmické lodě pohybující se na nízké dráze
kolem Země ukazuje zajímavý fakt - průměty dráhy pro 7.-10. oběh procházejí (s
rozptylem 300 km) bodem ležícím nedaleko Montrealu. V této oblasti, u břehů
kanadské provincie Nová Scotia, je tedy pro sovětské řídicí středisko výhodné
zakotvit sledovací loď. V souhlase s označením na mapce J. Oberga v časopise Flight
International je toto místo (63° z. d., 44° s. š.) na připojené mapě označeno jako
M1.
Nejkritičtější částí každého pilotovaného letu je obvykle
sestup z oběžné dráhy. Protože sovětská přistávací oblast leží v Kazachstánu,
prochází trasa posledního oběhu nad Atlantikem (protíná rovník zhruba na 0° - 12°
v. d.), Nigérií, Čadem, a pak nad zeměmi Středního východu. Zpočátku bývala
proto sledovací loď umístěna v Guinejském zálivu, aby byla co nejblíže k místu
zapálení brzdicího motoru (na mapě označeno jako M2 v místě se souřadnicemi 7° v.
d., 3° s. š.). Při dalších letech (zejména dlouhodobých) se zřejmě ukázalo
výhodnějším přesunout loď do jižního Atlantiku (bod M3 se souřadnicemi 15° z.
d., 10° j. š.). Odtud je možné daleko lépe sledovat korekce dráhy, které se v
průběhu letu často vykonávají nad jižní polokoulí (např. přechod na kruhovou
montážní dráhu při letu Sojuz 16).
Rostoucí náročnost pilotovaných kosmických letů také vedla k
tomu, že k původním dvěma oblastem v Atlantském oceánu byla později připojena
další – v blízkosti Kuby v Karibském moři. Na mapě sovětské sledovací sítě je
tato oblast (asi 80° z. d. a 22° s. š.) označena jako M4. Při letu ASTP/EPAS budou
tedy sovětské sledovací lodě umístěny v oblastech M1, M3 a M4.
Podobně
jako při pilotovaných letech, existuji dvě nejdůležitější etapy, kdy je třeba
zajistit sledování mimo uzemí SSSR i při letech sond k Měsíci nebo k planetám.
Zde však nejsou polohy sledovacích lodí tak fixní, neboť průmět dráhy závisí
na konkrétní poloze cílových nebeských těles. Sovětské kosmické sondy jsou vypouštěny
zásadně technikou tzv. parkovací dráhy, jež spočívá v předběžném navedení na
nízkou oběžnou dráhu kolem Země (ve výši asi 200 km), odkud sonda po dosažení
vhodného bodu - v němž je zapálen motor posledního stupně - odlétá k cílově
planetě. Tento bod navedení na meziplanetární dráhu (nebo na dráhu k Měsíci)
leží v jižním Atlantiku. V závislosti na konkrétní dráze jsou při těchto pokusech
sledovací lodě umístěny v oblasti 45° z. d. a 45° j. š., s 10° z. d. a 15° j.
š. (na mapě označeno jako D1).
Při svém dalším letu se sonda velmi rychle vzdaluje od Země, její
let se neustále zpomaluje a proto se průmět dráhy začíná “ohýbat" směrem k
západu a sonda se pohybuje blízko rovníku (viz obr. 2).
Nastupuje druhá závažná etapa letu - oddělení od posledního
stupně, rozevření panelů slunečních baterií, orientace v prostoru atd. K těmto
úkonům dochází zpravidla nad Karibským mořem a proto další sovětská sledovací
loď kotví při letech sovětských kosmických sond u Kuby - v okolí bodu se
souřadnicemi 80° z. d. a 22° s. š. (označen D2). Protože v té době se sonda již
po obloze pohybuje pomalu (je to asi 20 min po navedení nad jižním Atlantikem), je
možno ji odtud sledovat 10 - 14 hodin. S rostoucí vzdáleností se sonda stává
,,normálním" nebeským tělesem a je pozorovatelná z každé stanice po velmi
dlouhou dobu (omezenou pouze rotací Země kolem osy). Proto jsou stanice v Jevpatorii, u
Vladivostoku a v Karibském moři společně schopny zajistit prakticky nepřetržité
spojení.
Pro úplnost je třeba uvést, že při letech bezpilotních
kosmických lodí typu Zond k Měsíci s návratem na Zemi kotvila flotila záchranných
lodí také v Indickém oceánu. Při návratu sond Zond 5-7 od Měsíce po tzv. jižní
dráze (směrem od jihu na sever) ležela dopadová oblast v Indickém oceánu (65° v.
d., 30° j. š.). Zond 5 v tomto místě vylovila flotila pod vedením lodě “Vasilij
Golovnin". Sondy Zond 6 a 7 využily při průletu atmosférou aerodynamického
vztlaku, takže nad tímto místem pouze přelétly a přistály až v Kazachstánu. U
jižní dráhy však nemohou přibližování sondy sledovat stanice na severní
polokouli, což je značně nevýhodné. Proto byla při letu Zondu 8 vyzkoušena tzv.
severní dráha, po níž sonda při návratu od severu proletí nad stanicí Jevpatoria
na Krymu. Sonda pak byla vylovena z Indického oceánu na 70° v. d. a 40° j. š. Tato
místa přistání jsou na mapě označena jako L1 a L2.
K realizaci popsané sítě námořních sledovacích stanic byla v
SSSR vybudována postupně celá flotila lodí. Nejprve to byly upravené vojenské a
obchodní lodě. Patří k nim “Dolinsk", “Běžina", “Ristina",
“Aksaj", “Moržovec", “Kegostrov", “Nevel" a
“Boroviči". V roce 1967 byla v Baltijském závodě vyrobena první ze tří
speciálních lodí patřících Akademii věd SSSR. Byla nazvána “Kosmonaut Vladimír
Komarov" a jejím nejcharakterističtějším znakem jsou dvě 20m kopule kryjící
rádiové antény. Poprvé se tato loď účastnila sledování Zondu 5 a Sojuzu 4 a 5. V
roce 1970 začala pracovat loď “Akademik S. P. Koroljov", vyrobená
Černomořským závodem v Nikolajevu. Jejím prvním úkolem byla spolupráce při letu
stanice Saljut 1 a transportních lodí Sojuz 10 a 11.
Vlajková
loď flotily nazvaná “Kosmonaut Jurij Gagarin" byla v leningradské loděnici
zhotovena v rekordním termínu (březen - říjen 1969) a koncem roku 1971 vyplula
na svou první vědeckou plavbu z Oděsy. Loď je vybavena dvěma 26m a dvěma 12m
anténami (celkový počet různých antén však přesahuje 100. Je to největší výzkumná
loď světa a má speciální zařízení vyrovnávající vliv mořských vln na stabilitu
lodě. Navigační zařízení umožňuje určit okamžité souřadnice plavidla s přesností
několika metrů. Pomocí komunikačních družic typu Molnija je loď spojena s řídicím
střediskem i dalšími stanicemi. Na palubě je vlastní výpočetní středisko, umožňující
zpracovávat docházející telemetrické informace a připravovat povely, které jsou
pak z magnetického záznamu vysílány v potřebný okamžik do vesmíru. Časová základna
lodě je s přesností zlomku milisekund synchronizována se světovými standardy.
Pamatuje se i na pohodlí posádky - ta je ubytována v jedno- a
dvoulůžkových kajutách, může použít kterýkoliv ze tří bazénu, tělocvičnu,
kinosál pro 260 osob nebo knihovnu s 10 000 svazky. Jedenáct palub spojuje 8
nákladních a osobních výtahů. Ze 1250 místností je přes 100 speciálních
laboratoří.
Při letu družicových stanic Saljut 3 a 4 pracovaly lodě
“Kosmonaut J. Gagarin" a “Akademik S. P. Koroljov" u kanadských břehů,
“Kosmonaut V. Komarov" v Karibském moři. V jižním Atlantiku obvykle kotví loď
“Moržovec".
Parametry sovětských sledovacích lodí
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Název "Kosmonaut "Akademik "Kosmonaut
Vladimír Komarov" S. P. Koroljov" Jurij Gagarin"
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Pracuje od roku 1967 1970 1971
Výtlak (tuny) 17 500 22 000 45 000
Délka (m) 156 181,9 232
Max. šířka (m) 23,3 25 31
Max. rychlost (uzly) 17 17,5 ?
Výkon motoru (kW/k) 6620 / 9000 8826 / 12 000 13 975 / 19 000
Počet palub 3 4 11
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Americká síť sledovacích stanic
Vzhledem
k tomu, že rakety z hlavních amerických kosmodromů startují směrem nad oceán
(Atlantský nebo Pacifický), byla od začátku vývoje amerických raket věnována
pozornost výstavbě sledovacích stanic na vhodně umístěných ostrovech a na lodích.
Všechny americké sledovací lodě byly postaveny z vyřazených vojenských a obchodních
plavidel. V roce 1966 byla doposud roztříštěná organizace sjednocena ve zvláštním
oddělení ministerstva obrany USA. Flotila sledovacích lodí je šestnáctičlenná,
ovšem většiny z plavidel se využívá při zkouškách vojenských raket.
Nejdokonaleji jsou vybaveny lodě typu “Vanguard" (překonstruované
roku 1966 z tankerů T2). Kromě stejnojmenné lodě jsou to ještě USNS “Redstone"
a “Mercury". Jejich výtlak je 22 300 tun, délka asi 165 m. Hlavní antény
mají průměr 4,8 m (rádiové pásmo C, radarové sledování) a 9 m (pásmo S, příjem
telemetrie). Na palubě každé z nich jo samočinný počítač UNIVAC 642 B a loď
je tak schopna samostatně řídit let kosmických objektů. Posádka má 152 členů,
z toho 108 specialistů. Protože doba plavby se může protáhnout až na 2 měsíce,
je i zde speciální pozornost věnována pohodlí posádky (bazény, knihovna atd.).
Navigace je zajišťována systémem LORAN a TRANSIT.
V projektech Mercury a Gemini se využívalo i množství pozemních
stanic v Americe, Africe a Austrálii. Sledovací lodě byly umístěny v Atlantiku,
Pacifiku a někdy i v Indickém oceánu. Protože všechny americké kosmické lodě
přistávají na vodě, byla vždy vytvořena ještě flotila záchranných lodí
umístěných v hlavních i záložních přistávacích oblastech. Každá flotila
(“Task Force") se skládá z hlavní lodě PRS ( Primary Recovery Ship ),
podpůrných plavidel a speciálního letadla
(ARIA - Advanced Range Instrumented Aircraft). Pro pilotované lety
byly vytvořeny dvě takové flotily (TF 130 a TF 140), jedna v Atlantiku, druhá v
Pacifiku.
Maximální
počet pozemních stanic této sítě byl 14, sledovacích lodí 5. Pro projekt Apollo
bylo možné některé pozemní stanice zrušit, neboť loď vykonala pouze 1 - 2 oběhy
na parkovací dráze kolem Země. Navedení na dráhu k Měsíci pak bylo sledováno
z vhodně umístěných plavidel. Činnost kosmonautů ve velkých vzdálenostech od
Země a na Měsíci sledovaly pozemní stanice systému dálkového kosmického spojení
(Deep Space Network), umístěné v Goldstone (Kalifornie), Canberra (Austrálie),
u Madridu (Španělsko) a Johannesburgu (J. Afrika). Poslední stanice byla později,
po vybavení stanice u Madridu další anténou, zrušena jako přebytečná.
V roce 1973 měla americká sledovací síť STDN (Space Flight
Tracking and Data Network) celkem 19 pozemních stanic, loď “Vanguard" a
speciální letadla ARIA. Tato síť slouží ke sledování všech družic NASA. Stanice
jsou spojeny s komunikačním střediskem v Goddard Space Fligt Center ve státě Maryland
systémem NASCOM (NASA Communications Network), který kromě podmořských kabelů a
mikrovlnných spojů zahrnuje i pronajaté kanály na stacionárních družicích
Intelsat. Stanice jsou vybaveny 9m nebo 26m anténami. Jsou to: Cape Canaveral (Florida),
Bermuda, ostrov Ascension a Kanárské ostrovy, (Atlantik), Madrid (Španělsko),
Johannesburg (J. Afrika - zrušena), Tananarive (Malgašská rep.), Carnarvon a Canberra
(Austrálie), Havajské ostrovy a Guam (Pacifik), Quito (Ecuador), Santiago (Chile),
Fairbanks (Aljaška), Newfoundland (Kanada), Rosman (Severní Karolína), Goldstone
(Kalifornie) a Corpus Christi (Texas).
Při projektu Skylab se v roce 1973 na sledování podílelo 13 stanic,
sledovací loď USNS “Vanguard" byla zakotvena v argentinském přístavu Mar Del
Plata. Stanice, které budou pracovat při letu programu ASTP/EPAS, jsou uvedeny v tab. 2
spolu s orientačními souřadnicemi. Sledovací loď “Vanguard" bude zakotvena v
jižním Pacifiku.
Tab. 2. Americké pozemní stanice projektu ASTP/EPAS
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Název Zkratka Lokalita Přibližné souřadnice
(° v.d.) (° s.š.)
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Cape Canaveral CNV Florida -80 29
Bermuda BDA Atlantik -70 32
Newfoundland (NFD) Kanada -57 48
Kanárské ostrovy CYI Atlantik -16 28
Madrid (MAD) Španělsko -3 41
Tananarive TAN Malgašská rep. 48 -19
Guam GWM Pacifik 145 12
Havajské ostrovy HAW Pacifik -159 22
Canberra CBR Austrálie -149 -36
Goldstone CAL Kalifornie -120 34
Corpus Christi TEX Texas -97 28
Quito QUI Ecuador -78 0
Santiago AGO Chile -70 -34
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Pozn.: Zkratky uvedené v závorce nejsou ověřeny
Při letošním experimentálním letu dojde také poprvé za pilotovaného
letu ke spolupráci sledovacích stanic obou státu. Protože sovětské kosmické
lodě používají jiné frekvence než Apollo (sovětská frekvence je 20,008 a 121,75
MHz), americká strana dodala do Sojuzu zařízení umožňující spolupráci s americkými
stanicemi na frekvenci 296,8 MHz. Rádiové spojení mezi oběma kosmickými loděmi
bude probíhat mimo této frekvence i na 259,7 MHz a 121,75 MHz. Loď Apollo je
vybavena ještě aparaturou pro spojení s pozemními stanicemi na pásmu S (přenos
televize, fónie i telemetrie ze záznamu na 2272,5 MHz směrem k Zemi, měření
vzdálenosti a spojení ve směru družice - Země na 2287,5 MHz a ve směru Země
- družice na 2106,4 MHz).
Na rozdíl od prvních amerických pilotovaných letů, kdy sklon k
rovníku byl malý (do 32°), je v projektech Skylab a ASTP/EPAS sklon přes 50°, takže
průmět dráhy pokrývá mnohem vetší rozmezí zeměpisných šířek. To značně
zvyšuje počet tzv. “hluchých" oběhů. Proto bude letos použito zcela nové
sledovací techniky. Stacionární družice ATS-6, která bude v té době přemístěna
nad 35° v. d., zajistí přímé fónické, telemetrické i televizní spojení lodě
Apollo s řídicím střediskem v Houstonu prakticky po celou polovinu každého oběhu
(ve směru Apollo - ATS na 2256 MHz, v opačném na 2077,4 MHz).
Tato revoluční technika (v SSSR se počítá s obdobným využitím
spojových družic typu Molnija) umožní v budoucnu použitím několika stacionárních
družic prakticky zcela odstranit dosavadní “hluchá místa" při sledování
důležitých kosmických experimentů a navíc zredukovat na minimum počet pozemních
stanic s nákladným provozem. Projekt této sítě pod označením TDRSS (Tracking and
Data Relay Satellite System) je nyní ve fázi koncepčních studií. S jeho realizací se
počítá v osmdesátých létech souběžně s uvedením kosmického raketoplánu do
běžného provozu.
Fotografie a schémata k článku "Systém sledovacích
stanic":
Obr.1) Sovětská sledovací síť pro pilotované lety.
Obr.2) Sovětská sledovací síť při letech k Měsíci
a planetám (D1 a D2). Při návratu sond typu Zond operovala záchranná flotila
v oblastech L1 nebo L2.
Obr.3) Americká síť sledovacích stanic pro let laboratoře
Skylab. Čárkovaně je vyznačeno spojení mezi stanicemi kabelem, plnou čarou
spojení linkové a rádiové.
Obr.4) Vlajková loď sovětské flotily sledovacích
lodí.
Obr.5) Anténa madridské stanice začleněné
do sítě Deep Space Network.
Přepis článku: M.Filip (14.3.2003)
Aktualizováno : 06.04.2003
[ Obsah | Pilotované
lety | Sojuz | Apollo
| Sojuz 19 (EPAS) | Apollo
ASTP ]
Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.
(originál je na https://mek.kosmo.cz/pil_lety/mezinar/so-ap/lk0.htm)
