Николай Крупенио - Радиоисследования планет с космических аппаратов

При «радиолокационном» картографировании обычно используется радиолокатор с апертурным синтезом. Для того чтобы понять принцип его работы, рассмотрим радиолокатор, имеющий синфазную антенну больших размеров, направленную по трассе обзора. Для получения разрешения на поверхности порядка нескольких сот метров при высоте полета космического аппарата в несколько сот километров необходимо, чтобы длина такой антенны примерно равнялась 1000 используемым длинам волн, т. е. при длине волны 10 см размер антенны должен превышать 100 м, а это явно нереально для современных космических аппаратов. Однако если у синфазных радиолокаторов сложение отраженных поверхностью сигналов, принимаемых различными частями антенны, производится одновременно, то у радиолокатора с апертурным синтезом этот процесс происходит иначе — когерентное сложение отраженных сигналов осуществляется в течение времени движения космического аппарата. Практически временное накопление радиосигналов, отраженных от некоторой площадки поверхности, в радиолокаторе с апертурным синтезом эквивалентно пространственному (по поверхности антенны) накоплению сигналов в обычном радиолокаторе. Поскольку временное накопление в радиолокаторе с апертурным синтезом осуществляется преимущественно для отраженных сигналов, пришедших с выбранного направления (по трассе обзора), то рассматриваемый процесс эквивалентен сужению диаграммы направленности данной антенны (в этом направлении).

Таким образом, с помощью относительно небольшого радиолокатора с апертурным синтезом достигается очень высокое разрешение по поверхности по трассе движения космического аппарата. Для получения столь же высокого разрешения по поверхности в ортогональном (боковом) направлении при «радиолокационном» картографировании используются различные методы высотной радиодальнометрии: импульсная модуляция с помощью коротких импульсов, сложные формы радиолокационных сигналов.

Использование искусственных спутников Земли показало довольно высокую эффективность применения радиолокаторов с боковым обзором для «радиолокационного» картографирования земной поверхности и для получения ее гипсометрических карт (т. е. карт с указателями высоты). Впервые метод радиолокационного картографирования применительно к другим небесным телам использовался во время полета «Аполлона- 17». Безусловно, что в будущем метод «радиолокационного» картографирования может найти применение и в планетных исследованиях. Расчеты показывают, что с помощью радиолокатора с боковым обзором, установленного на борту искусственного спутника Венеры, можно получить «радиолокационную» карту ее поверхности с (разрешением около 1 км (причем «карта» высот может быть получена с точностью около 50 м). Подобное картографирование может быть глобальным по всей поверхности планеты, если искусственный спутник планеты будет выведен на полярную орбиту. Следует отметить, что при наземных наблюдениях Венеры, «радиолокационное» картографирование с высоким разрешением может проводиться только для приэкваториальных районов.

Большие перспективы намечаются и у пассивных методов. В частности, использование бортовых радиотелескопов, которые измеряют интенсивность и поляризацию радиоизлучения одновременно на нескольких частотах, позволит одновременно получать «радиотепловые» карты, относящиеся к разным глубинам верхнего покрова планет. Проведенные расчеты показывают целесообразность установки подобной аппаратуры на борту искусственных спутников Луны, Марса и Венеры. Эти спутники должны летать по орбитам с высокими наклонениями орбиты (близкими к полярным) и либо ориентироваться по вертикали, либо иметь подвижную платформу для разворота антенн в плоскости орбиты.

Весьма перспективным в планетных исследованиях является применение комбинированной бортовой радиолокационно-радиоастрономической системы. Такая система, называемая «радиометр-скаттерометр», уже успешно используется на борту искусственных спутников Земли. Поочередное использование радиотелескопа и радиолокатора (на одной или близкой длине волны) позволяет разрешить свойственную радиотелескопу неопределенность, связанную с воздействием особенности рельефа на ее радиоизлучение. Поэтому определение рельефа и мелкомасштабных шероховатостей поверхности с помощью «радиометра-скаттерометра» позволит ввести поправки за счет структуры поверхности на радиоизлучение, и, тем самым получить «радиотепловую» карту, дающую физическую температуру на определенной глубине.