Командно-измерительные станции
для управления дальними КА
разработки ОАО "РКС" (НИИ-885 , НИИ СТ, п/я 2427, п/я Г-4149, НИИП, ФГУП "РНИИ КП")
 
Наземные радиотехнические комплексы для управления дальними КА
 
 Созданный в 1946 г., институт разрабатывал для ракетно-космической отрасли разнообразную радиоэлектронную аппаратуру, в том числе и радиопередатчики, установленные на первом и ряде последующих ИСЗ. Системы автономного и радиоуправления знаменитой ракетой Р7, обеспечившей выведение первого ИСЗ, также разрабатывались в этом институте.
 
Переход от первых ИСЗ к лунным и межпланетным станциям произошел сравнительно быстро. Уже в 1959 г. были запущены автоматические лунные станции «Луна-1, -2» и «Луна-3», сфотографировавшая обратную сторону Луны, а в 1966 г., после ряда настойчивых попыток была выполнена первая мягкая посадка на Луну и получена первая лунная панорама («Луна-9».) Наземные радиотехнические комплексы, созданные в ФГУП «РНИИ КП», успешно обеспечивали выполнение лунной программы, завершением которой для нашей страны стало создание двух луноходов и доставка лунного грунта на Землю («Луна-16» и др.). Окололунное пространство не считается «дальним космосом». Условно он начинается за пределами лунной орбиты (460 тыс. км), а точнее, с расстояния нескольких миллионов километров от Земли. Освоение дальнего космоса началось в 1962 г. запуском советской автоматической межпланетной станции «Марс-1», поставившей рекорд дальности радиосвязи на то время - 100 млн км. Сегодня этот рекорд принадлежит американским межпланетным космическим аппаратам «Пионер-10» и «Пионер-11» (США) и составляет несколько миллиардов километров.
 
Характерное отличие наземных радиотехнических комплексов управления дальними космическими аппаратами  наличие больших антенных сооружений, обеспечивающих совместно с малошумящими приемными устройствами предельную чувствительность наземного комплекса, что обусловлено необходимостью работы на межпланетных расстояниях. Стоимость таких сооружений весьма велика, что объясняет определенный консерватизм в их развитии, которое обычно связано с крупными этапами развития космических исследований. Однако, будучи созданными, такие комплексы могут эффективно, в соответствии со своими техническими возможностями, обеспечивать работу не только на межпланетных, но и на окололунных расстояниях, а также для управления высокоапогейными спутниками Земли научного назначения. Примером служит реализация проектов «Прогноз», «Астрон», «Гранат», «Интербол» и планируемые проекты КА серии «Спектр».
 
В период с 1979 г. до 1996 г. в нашей стране активно развивались космические исследования Марса и Венеры. Затем наступил спад в активности, который должен в ближайшем будущем смениться новым этапом исследований, для реализации которого необходимо подготовить наземные радиотехнические комплексы нового поколения, рассмотренные в настоящей монографии.
 
Многолетний жизненный цикл наземных радиотехнических комплексов для управления ДКА (дальними космическими аппаратами) и долговременные программы исследований планет создают не только технические, но и организационные проблемы, среди которых  возникшая в последние годы проблема сохранения и обеспечения преемственности в передаче накопленных навыков и знаний в области создания и эксплуатации наземных радиотехнических комплексов. Эта проблема порождена сменой поколений разработчиков систем и вынужденными длительными перерывами в их работе. Исследования дальнего космоса  это важнейшие направления фундаментальных наук в области изучения небесных тел, процессов их формирования и эволюции в Солнечной системе и Вселенной в целом. Результаты этих исследований позволяют делать важные выводы о прошлом, настоящем и будущем Земли.
 
При выполнении космических миссий по исследованию объектов дальнего космоса целевой задачей является доставка комплекса научных приборов (в составе космического аппарата) в заданную область космического пространства, проведение научных исследований в этой области и доставка полученной информации на Землю.
 
Областью космического пространства, в которой проводятся научные исследования, может быть поверхность планеты (или ее спутника), орбита искусственного спутника планеты, траектория полета КА, при которой обеспечивается пролет на заданном расстоянии от исследуемого объекта. Методы исследования физических характеристик объектов дальнего космоса с помощью научных приборов, установленных на борту дальних космических аппаратов, называются прямыми. Прямые методы обеспечили получение ценной информации о планетах Солнечной системы, а также о космической плазме, ионизированных и нейтральных оболочках планет и некоторых комет. В будущем исследования объектов Солнечной системы прямыми методами будут продолжаться, например, с помощью перспективных космических аппаратов, таких, как планируемые к запуску КА программы «Фобос-Грунт», управляемых создаваемым многофункциональным наземным радиотехническим комплексом (НРТК) «Юпитер».
 
НРТК проводят траекторные измерения КА (измерение текущих навигационных параметров), по которым определяется траектория его движения, получают с борта телеметрическую информацию о работе служебных систем и научных приборов КА, с помощью передаваемых на борт команд управления обеспечивают их нормальную работу, принимают с КА информацию, полученную в процессе проведения научных исследований. Основной особенностью радиолиний дальней космической связи является необходимость осуществлять радиосвязь на гигантских расстояниях  сотен и тысяч миллионов километров. Время распространения сигнала на эти расстояния может достигать нескольких десятков минут, а при полете к дальним планетам  нескольких часов. Специфические особенности радиолиний дальней космической связи предъявляют к НРТК такие дополнительные требования, которые делают их уникальными по техническим характеристикам и значительно отличающимися от наземных станций слежения других космических систем.
 
В связи с тем, что масса и возможности энергопитания дальних КА (ДКА) весьма ограничены, мощность бортовых передатчиков и размеры бортовых антенн невелики. Для приема сигналов с этих КА на Земле приходится строить большие антенны с диаметром параболического зеркала 30 — 70 метров. Необычно высокие требования предъявляются к точности наведения этих антенн при слежении за КА — доли угловых минут. Чувствительность приемных устройств НРТК должна быть предельно достижимой для современного уровня техники. Мощность передающих устройств должна быть достаточно большой (десятки и сотни киловатт мощности в непрерывном режиме). Долговременная стабильность излучаемых и гетеродинных частот комплексов дальней космической связи должна быть очень велика (десять в степени -13 ... -15).
 
Необходимо обеспечивать высокую достоверность выдаваемых на КА команд управления, причем выдача команд, а также выполнение других основных операций комплексов дальней космической связи при осуществлении управления КА должны проводиться в автоматическом режиме. Результаты исследований, проводимых в дальнем космосе, напрямую зависят от технических характеристик используемых НРТК управления. По мере совершенствования технических характеристик этих средств, расширяются возможности и растут результаты проводимых научных экспериментов. Поэтому совершенствование технических характеристик наземных (и бортовых) радиосистем идет постоянно, но главным образом при смене поколений этих систем. Технические характеристики нового поколения НРТК управления дальними КА должны соответствовать последним достижениям науки, техники и технологии на момент его создания. Стоимость создания таких радиотехнических комплексов управления весьма велика, срок службы их может доходить до 20 лет. Поэтому разработка аппаратуры должна вестись таким образом, чтобы обеспечить модернизационную гибкость комплекса, что позволит в процессе использования модернизировать отдельные системы, не влияя на работу остальной части комплекса.
Для получения информации с объектов Солнечной системы, в настоящее время недоступных для прямых методов исследований, таких как солнечная корона, солнечный ветер на малых расстояниях от Солнца^ астероиды и кометы, атмосферы некоторых планет и их спутников и др., используются непрямые или дистанционные методы исследований, основанные на связи между физическими свойствами объектов и характеристиками радиосигналов, распространяющихся через исследуемую среду или отражающихся от поверхности объектов исследования.
 
В проводимых с помощью НРТК радиоастрономических исследованиях используются в качестве зондирующих естественные источники излучения (квазары, пульсары), либо искусственные источники радиоволн, излучаемых бортовыми или наземными передатчиками.
 
К дистанционным методам исследований относятся:
—    радиопросвечивание атмосфер планет (радиозатменные методы исследований), исследование солнечной плазмы;
—    радиолокационные исследования, проводимые с помощью наземного планетного радиолокатора, с помощью радиоло
катора, расположенного на КА  спутнике планеты (радиолокатор бокового обзора) и бистатическая радиолокация;
—    исследования, проводимые с использованием доплеровского смещения частоты, вызываемого взаимным движением
исследуемого объекта и станции слежения;
—    исследования с использованием радиоинтерферометров со сверхбольшой базой;
— радиоастрономические исследования.
 
Чувствительность дистанционных методов космических исследований зависит от соотношения между эффектами, создаваемыми исследуемой средой на пути распространения радиоволны, и инструментальными погрешностями используемых НРТК, обусловленными шумами приемных систем. Естественное совершенствование радиотехнических комплексов, диктуемое требованиями новых космических программ, одновременно повышает возможности использования НРТК в качестве инструмента для проведения дистанционных радиофизических исследований. Технические характеристики отечественных НРТК управления из состава наземного комплекса управления (НКУ) ДКА оказались адекватными для проведения высокоэффективных радиотехнических исследований, проводимых дистанционными методами, обеспечивших получение уникальной и, в ряде случаев, приоритетной научной информации о различных объектах Солнечной системы.
 
Первыми поколениями НРТК, с помощью которых велось управление ДКА, являлись комплексы «Плутон» с антеннами АДУ1000 и «Сатурн-МСД» с антеннами П400 и П200. С 1981 по 2000 г. для управления ДКА использовался НРТК «Квант-Д», установленный на пунктах в Евпатории и Уссурийске. Комплекс «Квант-Д», оснащенный антеннами П2500 с диаметром зеркала 70 м, и П400 с диаметром зеркала 32 м, работал в двух диапазонах частот  L и С. За этот период с использованием комплекса «Квант-Д» были успешно выполнены космические программы по исследованию Венеры, Марса, кометы Галлея, а также научные исследования, проводимые с КА, находящимися на высокоапогейных орбитах («Астрон», «Гранат», «Интербол»).
 
К сегодняшнему дню (2006 год) аппаратура комплекса «Квант-Д» морально устарела, израсходовала свой технический ресурс и, главное, работает в диапазонах частот, не соответствующих регламенту Международного Союза электросвязи, членом которого является Россия. Поэтому вновь разрабатываемые космические аппараты для исследования дальнего космоса и соответствующие НРТК должны работать в отведенных для этого диапазонах частот  X, S, Ка.
Указанные обстоятельства явились основанием для разработки ФГУП «РНИИ КП» следующего поколения НРТК для управления перспективными ДКА («Юпитер»).
 
Учитывая большую стоимость создания антенн, а также большую длительность их жизненного цикла (до 40 лет), в радиотехническом комплексе «Юпитер» будут использоваться существующие антенны П2500 и П400, прошедшие восстановительный ремонт и модернизированные для работы в новых диапазонах.
 
Практика проведения натурных испытаний ДКА показывает, что даже при одновременном управлении двумя КА различных космических программ время задействования наземных средств на одном пункте не превышает 6-10 часов. Остальное время эти дорогостоящие средства не используются. Поэтому для увеличения времени использования наземных средств необходимо уже при проектировании комплекса предусмотреть возможность использования его для проведения других работ, которыми могут быть научные исследования и участие в управлении иностранными ДКА.
 
Первой по времени задачей комплекса «Юпитер» является управление КА программы «Фобос-Грунт». Создание комплекса «Юпитер» предполагается вести поэтапно. На первом этапе создается комплекс «Юпитер» в составе, обеспечивающем выполнение программы «Фобос-Грунт», а также управление другими ДКА, запускаемыми до 2015 года.
 
Системы связи с дальними КА
 
Особенности построения радиотехнических систем для управления ДКА
 
Основной особенностью радиолиний дальней космической связи является необходимость осуществлять радиосвязь на гигантских расстояниях  сотен и тысяч миллионов километров. Время распространения радиосигналов на эти расстояния может достигать нескольких десятков минут, а при полете к дальним планетам  нескольких часов. В связи с этим отсутствует возможность оперативного вмешательства с Земли в работу аппаратуры при возникновении на борту КА нештатных ситуаций. Необратимость событий в дальнем космосе связана с необходимостью обязательного выполнения операций в заданное время и в заданной области пространства (старт, выведение КА, коррекция траектории, торможение для вывода на орбиту вокруг планеты, вход в атмосферу и посадка и т.д.). Поэтому бортовые системы ДКА должны строиться таким образом, чтобы основные задачи (навигационные, научные и т.д.) могли решаться бортовыми автономными системами без помощи наземных средств. Это требование также относится к парированию возникающих на борту нештатных ситуаций. При этом на бортовые системы ДКА накладываются требования по минимизации их энерго-весовых характеристик при высоких требованиях к их надежности и долговечности.
 
Уникальный, неповторимый характер космических миссий, единичность ДКА и полезной нагрузки, отсутствие этапов летных испытаний накладывают особые условия на этапы отработки КА, подготовки наземных средств и управления полетом.
Управление полетом ДКА  процесс управления в течение длительного времени большой наземно-космической системой,
совмещающий одновременно этапы летных испытаний и выполнение целевых задач миссии.
При создании бортовых комплексов ДКА постоянно приходится устранять противоречия между желанием увеличить размеры бортовых остронаправленных антенн и требованиями по точности стабилизации ДКА в пространстве.
Потенциал радиолинии в дальнем космосе должен обеспечиваться максимально высоким за счет использования больших наземных антенн, мощных передатчиков, чувствительных приемников, узкополосной фильтрации сигналов и использования наиболее эффективных помехоустойчивых кодов.
 
Бортовой комплекс управления
 
При управлении российскими ДКА используется командно-программный метод управления, при котором применяются как команды прямого действия, направленные на непосредственное исполнение в бортовых системах в реальном времени, так и цифровые массивы, закладываемые в память бортовых процессоров для обеспечения работы ДКА в автономном режиме полета и программирования режимов работы служебных и научных систем.
 
В процессе проектирования ДКА производится прогнозирование нештатных ситуаций на борту и путей выхода из них с учетом возможностей бортовой диагностики и функционального резервирования с помощью бортовых и наземных средств.
Комплекс бортовой аппаратуры должен включать в себя программно-временное устройство с обширной памятью, позволяющей запрограммировать работу бортовых систем в автономном режиме, без связи с Землей, и алгоритмы выхода из аварийных ситуаций в случае их возникновения.
 
В состав бортового радиокомплекса входят приемные устройства для приема команд управления и сигналов траекторных измерений, система сбора и формирования телеметрической информации и передающие устройства для передачи на Землю телеметрической и научной информации и сигналов траекторных измерений. Бортовые приемники должны иметь весьма узкие полосы пропускания для повышения потенциала запросных радиолиний и иметь высокие пороговые характеристики.
 
При исследовании планет и других объектов солнечной системы с помощью спускаемых аппаратов (СА) орбитальный или пролетный блоки ДКА используются в качестве ретрансляторов сигналов СА для передачи их на Землю по радиолинии с высоким потенциалом.
 
Бортовые системы работают в двух режимах:
—    дежурном, когда работают только дежурные приемники для приема команд управления и ряд служебных систем,
поддерживающих жизнедеятельность ДКА. При этом могут работать также научные приборы по автономной программе. Результаты исследований записываются в бортовое запоминающее устройство (ЗУ). В этом режиме потребления электроэнергии бортовой аппаратурой минимально;
—    сеансном, когда работают все приемные устройства, передатчики
и осуществляется обмен информацией с Землей. При этом на Землю передается служебная и научная информация, получаемая в процессе сеанса и информация, записанная ранее в ЗУ.
 
Наземный комплекс управления
 
Средства наземного комплекса управления (НКУ) ДКА для обеспечения управления полетом ДКА должны выполнять следующие задачи:
—    угловое (пространственное) сопровождение ДКА;
—    прием с борта, выделение, обработка и представление телеметрической информации о работе бортовых систем ДКА;
—    прием научной информации (целевая задача космических миссий);
—    проведение траекторных измерений и определение траектории полета ДКА;
—    формирование и передача на ДКА командно-программной информации управления бортовой служебной и научной аппаратурой для обеспечения выполнения целевой задачи полета ДКА на основе принятой телеметрической информации и определения положения ДКА в пространстве;
—    обмен всеми видами информации, необходимой для управления ДКА между элементами НКУ-ЦУП, БЦ и размещенными в Центрах дальней космической связи НРТК;
—    обеспечение времени радиоконтакта с ДКА, необходимого для проведения операций по управлению им на всех этапах полета;
—    контроль работы технических средств НКУ ДКА.
Для управления полетом ДКА необходимы как минимум два центра дальней космической связи (ЦДКС), с размещенными на них НРТК ДКА, максимально разнесенными по долготе.
 
Ввиду того, что ось вращения Земли отклонена от вертикали к плоскости эклиптики и плоскости орбит планет солнечной системы не лежат полностью в плоскости эклиптики, зоны видимости наземными антеннами ДКА зависят от взаимного положения Земли и ДКА, перемещающегося в плоскости движения планеты. В зависимости от широты размещения наземной антенны в разные периоды полета ДКА длительность сеанса связи имеет разное значение, определяемое максимальным углом места, под которым виден ДКА в сеансе связи. Чем ближе к экватору, тем под большим углом места виден ДКА, тем длиннее сеансы связи и тем меньше их длительность меняется в зависимости от времени года. Поэтому для размещения центров дальней космической связи НКУ ДКА были выбраны максимально разнесенные по долготе точки на юге СССР: на западе  Евпатория, Крым, на востоке  Уссурийск (42-43° с.ш.). Расстояние между ними (долготная база) составляет 9600 км.
 
С целью определения траектории полета за более короткое время и с большей точностью, особенно в начале полета, на приземном участке, в составе НКУ ДКА требуется организация широтной базы между станциями производящими траекторные измерения, то есть необходимо использование третьего НРТК.
Местом расположения третьего ЦДКС был выбран г. Щелково, где был размещен НРТК ДКА. Широтная база между Щелково и Евпаторией составила 1200 км. Зоны видимости Евпатории и Уссурийска в сумме составляют от 12 до 20 часов в сутки в течение года, что вполне достаточно для проведения операций по управлению ДКА на всех участках полета.
 
Структурная схема НКУ ДКА на базе НРТК "Квант-Д"
 
Три центра дальней космической связи с НРТК ДКА, центр управления полетом и резервный центр управления полетом ДКА, два баллистических центра и средства связи, обеспечивающие обмен всеми видами информации, необходимыми для управления ДКА, между средствами НКУ ДКА. Станция в пос. Медвежьи Озера под Москвой, построенная на базе 64-метровой антенны ТНА 1500, при выполнении программы «Венера-15, -16» использовалась в качестве дублирующей для приема научной информации. В таком виде НКУ ДКА был создан в 1986-1987 гг. при подготовке к выполнению космической программы «Фобос».
 
Центры управления полетом были размещены в г. Евпатории и г. Королеве, баллистические центры в г. Королеве и г. Москве в ИПМ РАН.
После распада СССР ЦДКС в Евпатории оказался на территории другого государства. Поэтому в настоящее время в качестве Западного ЦДКС предполагается использование НРТК, расположенного в пос. Медвежьи озера.
 
Особенности НРТК для управления ДКА
 
Наземный радиотехнический комплекс ДКА должен обеспечивать решение тех же основных задач, что и командно-измерительные системы (КИС) других космических систем:
—    пространственный поиск и слежение за КА;
—    прием телеметрической (и научной информации) с КА;
—    проведение траекторных измерений;
—    выдача команд управления и программ.
 
Но специфические особенности радиолиний дальней космической связи предъявляют к НРТК ДКА такие дополнительные требования, которые делают их совершенно уникальными по техническим характеристикам и мало похожими на КИС других космических систем.
 
В связи с тем, что масса и возможности энергопитания дальних КА весьма ограничены, мощности бортовых передатчиков и размеры бортовых антенн невелики, для приема информации с этих КА на Земле приходится строить гигантские антенны с диаметром параболических зеркал 30—70 м.
 
Необычно высокие требования предъявляются к точности наведения этих антенн при слежении за ДКА (доли угловых минут). Чувствительность приемных устройств должна быть предельно достижимой для современного уровня техники. Мощность передающих устройств также должна быть достаточно большой (десятки и сотни киловатт мощности в непрерывном режиме).
 
Для увеличения отношения сигнал-шум путем сужения полосы пропускания в бортовых и наземных приемных устройствах приходится принимать меры для исключения влияния доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала.
Из-за большого времени распространения радиосигнала, для обеспечения необходимой точности траекторных измерений необходимо использовать задающие генераторы с очень высокой стабильностью частоты (водородные стандарты частоты со стабильностью — десять в степени -13 ... -14.
 
В связи с жесткими ограничениями по энерго-весовым характеристикам при создании ДКА нежелательно иметь на борту раздельными радиосистему управления КА и целевую систему сбора и передачи на Землю научной информации, как это делается в других космических системах. Поэтому радиолинии дальних КА должны, по возможности, выполняться совмещенными. По ним передается как служебная телеметрическая информация, так и целевая научная информация, ради которой выполняется космическая миссия. При этом объем научной информации обычно значительно превышает объем служебной телеметрической.
 
Приемная аппаратура должна обладать предельными пороговыми характеристиками и работать в расширенном диапазоне информативности принимаемой информации от единиц бит в секунду, до сотен килобит в секунду. Большое время распространения сигналов в дальних радиолиниях не позволяет использовать принятые в других космических системах способы повышения достоверности передачи команд, путем сравнения в наземной аппаратуре передаваемой на борт команды с командой ретранслированной с борта. В дальних радиолиниях необходимая достоверность передачи команд достигается повышением потенциала в командной радиолинии путем узкополосной фильтрации командных частот и использования помехоустойчивого кодирования. Число команд, выдаваемое на борт ДКА за время сеанса связи, очень велико (может достигать нескольких сотен). Поэтому командно-программная система должна в процессе сеанса работать в автоматическом режиме (без вмешательства человека).
 
В остальном к НРТК ДКА предъявляются такие же требования, как и к станциям других типов: надежность работы, минимизация обслуживающего персонала, простота и удобство в обслуживании и др.
 
Применительно к тем задачам, которые должен решать НРТК ДКА, в ее состав должны входить следующие системы:
—    антенные системы с программным наведением;
—    высокочувствительные приемные устройства;
—    мощные передающие устройства;
—    аппаратура слежения за сигналом, демодуляции, обработкии и регистрации телеметрической и научной информации;
—    аппаратура формирования и выдачи командной информации;
—    аппаратура траекторных измерений;
—    аппаратура точных частот, программируемых частот и привязки времени;
—    аппаратура калибровки и проверки аппаратуры комплекса;
—    система централизованного управления аппаратурой комплекса.
 
Стоимость создания НРТК ДКА очень велика, сроки эксплуатации таких комплексов должны быть достаточно большими  десятки лет. Поэтому комплексы должны строиться таким образом, чтобы обеспечить возможность в процессе эксплуатации модернизировать любую подсистему комплекса без нарушения работоспособности других систем.
 
Вся отечественная программа исследований дальнего комплекса, описанная на страницах, посвященных пнрвым НРТК, приведена в таблице ниже. Тут же показано, какие наземные средства использовались для управления КА этих программ.
Следует иметь в виду, что для управления КА программы «Прогноз» использовались средства НКУ Лунной программы, которые в настоящей статье не рассмотрены.
 
Сводная таблица отечественной программы исследований дальнего космоса
 
Высокоэллиптические
 
ИСЗ
 
Прогноз 1,2, 1972
 Прогноз 3, 1973
 Прогноз 4, 1975
 Прогноз 5, 1976
 Прогноз 6, 1977
 Прогноз 7, 1978
 
Прогноз 8, 1980
 Прогноз 9, 1983
 Астрон, 1983
 Прогноз 10, 1985
 Гранат, 1989
Интербол 1,   1995
 Интербол 2,   1996
Исследования
 
Венеры
 
Венера 1, 1961
Венера 2,3,1965
 Венера 4,1967
Венера 5,6, 1969
Венера 7, 1970
Венера 8, 1972
Венера 9, 10, 1975
 Венера 11,12, 1978
Венера 13,14, 1981 Венера 15,16, 1983 Вега 1,2, 1984
 
Исследования
 Марса
Марс 1, 1962
Марс 69,  1969
Марс 2,3,  1971
 Марс 4,5,6,7,  1973
Фобос 1,2,  1986
Марс 96,  1996
 
НРТК
Симферополь
Сатурн - МС (Л3)
 
Уссурийск
 
Сатурн - МСД
Квант - Д
Евпатория
Плутон
Плутон - М
Квант - д
                                                           1960                                  1970                                      1980                                 1980
 
 
Сравнение технических характеристик НРТК ДКА России и США
 
Аналогом российского наземного комплекса управления ДКА является американская сеть слежения DSN. В состав этой сети входят три станции слежения, оснащенные антеннами с диаметром зеркал 70, 34, 26 и 11 м.
 
Эти станции расположены в Голдстоуне (США), Мадриде (Испания) и Канберре (Австралия). Такое расположение станций слежения обеспечивает круглосуточную видимость ДКА хотя бы одной станцией.
 
Так как методы управления ДКА в России и США различны, различно и построение станций слежения. Однако основные технические характеристики станций слежения России и США близки.
 
Скорость приема ТМИ напрямую зависит от энергетического потенциала радиолиний ДКА - Земля и эффективности используемых кодов. Потенциал радиолинии определяется эффективной площадью бортовых и наземных антенн, мощностью бортовых передатчиков и чувствительностью наземных приемников, рабочим диапазоном.
По мере совершенствования техники в России и США увеличение скорости ТМИ шло приблизительно синхронно.
 
Некоторое превышение параметра у США в последние годы объясняется использованием более высокочастотных диапазонов, суммирования сигналов с нескольких антенн, что в настоящее время в России не используется, а также применением более эффективного кодирования, что вызвано необходимостью работы на больших дальностях (исследования дальних планет).
 
Использование в США водородных стандартов частоты с высокой стабильностью (1...3 х 10 в степ. минус 15), в то время как в России достигнута стабильность только 1...2 х 10 в степ. минус 14, дает значительно большую точность доплеровских измерений.
 
Сравнение методов управления ДКА в России и США.
 
В настоящее время в мире созданы только две глобальные сети слежения (НКУ) за дальним космосом — российская и американская.
 
В принципиальном плане нет существенных различий в задачах решаемых средствами российской и американской сетей слежения, однако существуют отличия в технологии выполнения операций по управлению ДКА. Эти отличия вызваны, главным образом, особенностями в построении логики работы ДКА России и США и исторически сложившимися по-разному организационным структурам, обеспечивающим управление ДКА. Ниже в таблице приведены основные отличия сетей слежения России и США.
 
НКУ ДКА, Россия
DSN, США
Состав в период до 2000 г: три станции слежения — Уссурийск, Евпатория, Медвежьи Озера (Щелково). Время радиоконтакта с ДКА - 16 - 18 часов.
Состав: три станции слежения - Голдстоун (США),  Мадрид (Испания), Канберра (Австралия). Время радиоконтакта с ДКА - 24 часа.
Работа с ДКА - сеансная. Между сеансами бортовые передатчики выключены, ориентация - «закрутка на Солнце» (подзарядка аккумуляторов). Сеанс начинается с ориентации ОНА на Землю.
Передатчики включены постоянно с момента вывода. ДКА постоянно находится в состоянии трехосной ориентации. Сеанс связи может проводиться в любое время.
Программа выдачи КПИ рассчитывается в ЦУПе, заранее передается в память командной системы НРТК и отрабатывается по времени.
Программа выдачи КПИ рассчитывается в ЦУПе, запоминается и в реальном времени передается на передатчик НРТК и выдается на борт
Целеуказания для антенн и доплеровских синтезаторов частоты рассчитываются на ВЦ НРТК по переданным из Баллистического центра начальным условиям, закладываются в память СУ и отрабатываются по времени.
Целеуказания для антенн и доперов-ских синтезаторов частоты рассчитываются в Баллистическом центре, запоминаются и в реальном времени передаются на НРТК, где отрабатываются антеннами и синтезаторами.
Программа работы ДКА закладывается на пять дней. Изменения в программу полета могут вноситься за пять дней.
Программа полета закладывается на борт на 6 месяцев. Изменения могут вноситься только с интервалом в 6 месяцев.
Теоретически одновременно может вестись работа с 6 ДКА (НРТК имеют по 2 «нитки» аппаратуры).
Реально одновременно может вестись работа с 12 ДКА (НРТК имеют по 4 «нитки» аппаратуры).
НРТК ДКА сегодня не удовлетворяет рекомендациям CCSDS.
НРТК ДКА сегодня удовлетворяет рекомендациям CCSDS.
 
 
Как уже отмечалось, стоимость выполнения космических программ исследования дальнего космоса постоянно растет. Поэтому целесообразно наиболее дорогие программы выполнять совместно.
 
Для осуществления совместной работы по управлению ДКА России и США необходимо выполнение нескольких условий:
—  обеспечение совместимости НРТК ДКА по техническим характеристикам;
—  выполнение ряда организационных мероприятий в части построения дополнительных структур, с помощью которых будет осуществляться взаимодействие НКУ.
 
В 1992 г. были проведены экспериментальные сеансы связи Уссурийского центра дальней космической связи с американскими ДКА «Вояджер», находившемся на расстояниях более 5 млрд км от Земли.
Аппаратура российского НРТК ДКА в Уссурийске была доработана, чтобы обеспечить совместимость с сигналом ДКА «Вояджер» в режиме приема ТМИ и измерения доплеровского смещения частоты. На антенне П2500 была введена аппаратура приема сигнала в X-диапазоне, а также доработано оборудование и ПМО для приема и регистрации ТМИ и доплеровского смещения частоты.
 
Было проведено 10 сеансов приема ТМИ длительностью от 4 до 11 часов и 5 сеансов доплеровских измерений длительностью от 0,3 до 4 часов.
 
По оценкам американской стороны, вся ТМИ была принята с высокой достоверностью, а по измерениям радиальной скорости ошибки не превышали 0,15+0,3 мм/с, что полностью подтвердило возможность проведения совместных работ по управлению ДКА России и США.
 
 
Перспективный НРТК «Юпитер»
 
Создаваемый многофункциональный НРТК «Юпитер» предназначен для управления полетами космических аппаратов дальнего космоса, научных аппаратов на высокоапогейных орбитах и КА лунных программ, а также для проведения широкого спектра научных исследований, таких как радиоастрономические наблюдения, планетная радиолокация, радиоинтерферометрические наблюдения за космическими объектами естественного и искусственного происхождения и других исследований.
 
Аппаратные средства НРТК «Юпитер» выполняются с использованием современной элементной базы отечественного и зарубежного производства, в том числе специализированных процессоров цифровой обработки сигналов и программируемых интегральных схем. Это позволит значительно сократить объем аппаратуры, обеспечить автоматизацию управления комплексом, сократить численность обслуживающего персонала и расходов по эксплуатации.
 
Следует отметить, что по составу аппаратуры и техническим характеристикам НРТК «Юпитер», создаваемый на первом этапе, ориентируется на выполнение задач управления полетом ДКА «Фобос-Грунт» на этапах перелета, выхода на орбиту Марса и посадки спускаемого аппарата на поверхность Фобоса, а также на этапах перелета и посадки на поверхность Земли возвратной ракеты.
 
Так как создание новых больших антенн требует значительных капитальных затрат, то до 2015 г. в НРТК «Юпитер» будут использованы имеющиеся антенны П2500, П400. Эти антенны находятся в эксплуатации от 20 до 30 лет, они давно выработали свой технический ресурс. Для продления их ресурса будут проведены капитальные ремонтно-восстановительные работы с заменой некоторого оборудования на электросиловом приводе (ЭСП) и механизмах антенн, системе управления и других системах.
 
Источник: Монография "Радиотехнические комплексы для управления дальними космическими аппаратами и для научных исследований" Под ред. Е. П. Молотова.
 
ПЕРВЫЕ ПОКОЛЕНИЯ НРТК ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДКА: