Статья в журнале
"Наука и жизнь"
 
ГИГАНТ СМОТРИТ ВО ВСЕЛЕННУЮ
 
В Советском Союзе вступила в строй и успешно эксплуатируется полноповоротная антенна РТ-70 с диаметром главного зеркала (рефлектора) 70 метров и с рекордными радиотехническими характеристиками в широком диапазоне  от дециметровых до миллиметровых волн. Антенна открыла новые возможности для радиоастрономии и дальней космической связи.
 
 
Инженер А. КОЗЛОВ.
 
 
По комплексу параметров, по сочетанию огромных размеров с всепогодностью, остротой «зрения», способностью работать на очень коротких волнах и стабильностью основных характеристик антенна РТ-70 не имеет равных в мире. Есть антенны примерно таких же и даже больших размеров, но они либо созданы неподвижными, либо теряют свои достоинства из-за того, что не могут обеспечивать работу в тех диапазонах, которые освоены антенной РТ-70. Или не работают при больших ветровых нагрузках, что, конечно, недопустимо для связной аппаратуры в космических комплексах- она должна выходить на связь в назначенное время независимо от капризов земной погоды.
 
Можно смело сказать, что антенна РТ-70 - сооружение уникальное, в ней мы видим на редкость удачное сочетание конструктивных и радиотехнических решений. Кроме того, эта антенна - инструмент универсальный. Она может использоваться для связи с межпланетными станциями, значительно облегчая получение больших потоков информации с огромных космических расстояний. Эта антенна может также быть основным элементом радиотелескопа, позволяющего исследовать самые далекие объекты Вселенной. Кроме того, антенна РТ-70 рассчитана на работу с радиопередатчиком, в частности в радиолокационных экспериментах по исследованию планет. Уже сейчас ясно, что во всех этих случаях можно иметь значительный выигрыш в сравнении с тем, что удавалось получить с другими антенными системами.
 
Антенна РТ-70 эксплуатируется сравнительно недолго, а ее рекордные параметры были получены в самое последнее время. Причем, судя по всему, полученные результаты нельзя считать пределом - работы по совершенствованию антенны продолжаются, и многие ее характеристики наверняка будут улучшены. Первое «боевое крещение» антенна получила в декабре 1978 года, когда на нее велся прием информации, переданной спускаемыми аппаратами межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12» при их движении в атмосфере и с поверхности планеты. Информация передавалась в режиме прямой ретрансляции, то есть сигнал со спускаемого аппарата принимался аппаратурой межпланетной станции и тут же после усиления передавался на Землю, так сказать, в нетронутом виде. Такая система ретрансляции, кстати, позволила по доплеровскому сдвигу несущей частоты определить параметры движения спускаемых аппаратов в атмосфере планеты. Подобный режим работы при высокой надежности линии связи Земля - Венера стал возможным только благодаря использованию высокой чувствительности антенны РТ-70. С этого начался теперь уже достаточно длинный список космических, радиоастрономических и радиолокационных экспериментов, в которых новая антенна позволила получить качественно новые результаты.
 
В мире немало больших полноповоротных антенн. В нашей стране, например, построена и уже эксплуатируется антенна ТНА-1500 - очень похожая на РТ-70. Она находится в Медвежьих Озерах под Москвой и имеет зеркало диаметром 64 метра. В настоящее время с помощью этой антенны ведутся регулярные исследования радиоизлучений Солнца на волнах длиной 7,5 сантиметра и более. Хорошо известны специалистам американская 64-метровая антенна в Голдстоуне (недалеко от Бостона) и ее копии, которые НАСА построило под Мадридом в Титбинбилле (Австралия).
 
Само по себе создание таких инструментов, как РТ-70, требует решения целого комплекса радиотехнических, конструкторских, инженерно-технических и строительно-монтажным задач, причем задач сложных и нестандартных. Достаточно сказать, что более 20 решений, найденных при создании антенны РТ-70, защищены авторскими свидетельствами. Чтобы почувствовать масштабы работ по созданию новой антенны, полезно представить себе ее металлическую чашу размером с арену цирка вместе с двумя-тремя десятками рядов амфитеатра. А теперь представьте себе, что эта многотонная чаша водружена на крышу шестнадцатиэтажного дома и оператор, задавая программу действий управляющей ЭВМ, поворачивает и наклоняет огромную чашу антенны на любой заданный угол с точностью 7-10 угловых секунд. Глубина чаши - 14,5 метра, когда антенна смотрит вверх, ее «донышко» находится на высоте 56 метров над землей. И при столь внушительных размерах элементы антенного зеркала собраны с точностью около миллиметра.
 
Цифры, (указывающие диаметр больших антенн, бесспорно, производят сильнейшее впечатление, но для специалиста куда важней другая цифра - эффективная площадь зеркала. Круг, очерченный наружной кромкой чаши, называется раскрывом антенны. Он определяет максимальное количество энергии электромагнитных волн, которое может перехватить антенна. Площадь этого круга, естественно, пропорциональна квадрату его диаметра. Реальная приемная антенна всегда перехватывает меньше энергии, чем позволил бы ее раскрыв, и эту реальную перехваченную энергию характеризуют так называемой эффективной площадью антенны, которая, конечно, всегда меньше ее раскрыва.
 
 
 
 
Часть главного зеркала, контррефлектор  и основание для  сменных кабин с облучателями  и  аппаратурой.
 
 
 
 
Зубчатый
 сектор
 
Казалось бы, что и эффективные, то есть реально работающие, площади различных зеркальных антенн должны соотноситься, как соотносятся квадраты их диаметров - отступление от идеала во всех случаях, казалось бы, должно быть одинаковым. В действительности же эта зависимость не соблюдается - эффективная площадь зависит не только от диаметра зеркала, но и от ряда других факторов, прежде всего от выбора электрической схемы антенны, точности ее изготовления и наладки, по-разному сказывающихся на различных длинах волн. Попробуем для иллюстрации сравнить две антенны высокого класса по их эффективной площади, измеренной на одной и той же длине волны, например, на волне 3,5 сантиметра. Возьмем, к примеру, антенну в Голдстоуне: диаметр ее зеркала - 64 метра, эффективная площадь - 1700 кв.м. Мысленно увеличим зеркало до 70 метров и получим расчетную эффективную площадь антенны 1700 х 702 : 642 = 2000 кв.м. Антенна РТ-70 при таком же диаметре имеет на 20% большую эффективную площадь.
 
Более высокая эффективность антенны РТ-70 объясняется заложенными в нее качественно новыми прогрессивными принципами построения зеркальной системы. Потребовалось три года, чтобы во всем диапазоне рабочих волн экспериментально подтвердить правильность этих принципов и досконально изучить потенциальные возможности антенны.
 
 
 
 
 
Привод  поворота
зубчатого
сектора
 
 
Одна  из опор
горизонтальной
оси антенны.
 
ЗЕРКАЛА ДЛЯ РАДИОВОЛН
 
На первый взгляд все зеркальные антенны одинаковы - большая чаша, из центра которой поднимается некий стержень с аппаратурой. Этот обобщенный образ отложился в нашем сознании благодаря многочисленным наземным и морским локаторам, радиотелескопам, антеннам спутниковой связи, например, системы «Орбита». По существу, принцип работы зеркальных антенн действительно одинаков - рефлектор собирает некоторое количество падающей на него электромагнитной энергии и концентрирует эту энергию в фокусе подобно оптическому зеркалу.
 
Способность известных оптических приборов, в частности вогнутого зеркала, изменять ход лучей связана с одним общим свойством - размеры этих приборов много больше длины световых волн. Точно так же размеры зеркальных антенн должны быть в сотни и тысячи раз больше длины радиоволн. Только в этом случае можно будет управлять направлением распространения радиоизлучений, в частности, подбирая форму зеркал, фокусировать радиолучи, так же как фокусируют свет оптическими приборами. И еще одно требование - чтобы зеркала отражали так, как этого требуют законы оптики, неровности на их поверхности должны быть по крайней мере на порядок меньше длины волны.
 
Диапазон радиоволн, применяемых для космической связи, обычно лежит в пределах от 3 до 40 см - на более длинных волнах быстро увеличиваются помехи от естественных космических источников радиоизлучений, на более коротких волнах существенно возрастает поглощение электромагнитной энергии в земной атмосфере. С этими ограничениями не считаются только радиоастрономы, потому что им хочется получать информацию о строении Вселенной, исследуя радиоизлучение небесных тел по возможности во всем спектре.
 
Теперь легко понять, почему зеркальные антенны для космической связи имеют диаметр несколько десятков метров - их размеры должны быть в сотни раз больше, чем длина самой длинной из принимаемых волн.
 
В фокусе антенного зеркала устанавливается маленькая антеннка, называемая облучателем. Если вся антенная система работает с передатчиком, то от него к облучателю подводится мощное электромагнитное излучение, облучатель рассеивает его по зеркалу, и оно уже формирует узкий радиолуч. Если же антенна работает с приемником, то зеркало собирает радиоволны, концентрирует их, и облучатель, приняв это излучение по металлической трубе-волноводу, передает сигнал на вход приемника. И в том и в другом случае важнейшая характеристика антенны - ее диаграмма направленности, показывающая, в частности, насколько узкий радиолуч антенна посылает в пространство. Острота радиолуча зависит от соотношения диаметра зеркала и длины волны: угол расхождения луча, выраженный в радианах, приблизительно равен отношению длины волны к диаметру зеркала, то есть чем больше антенна и чем короче волна, тем острее луч.
 
Диаграмма направленности не меняется при переходе с режима передачи на прием, и в последнем случае она характеризует степень «отклика» антенны на электромагнитные излучения, приходящие к ней с разных сторон. Чем острее диаграмма направленности приемной антенны, тем лучше она улавливает сигнал, приходящий с главного направления.
 
СОТВОРЕНИЕ СВЕТА И ТЕНИ
 
Форма рефлектора зеркальной антенны хорошо известна из оптики - это параболоид вращения. Только он способен собрать в одну точку прямой пучок параллельных лучей, попадающих в зеркало, обеспечив при этом равенство оптического пути всех лучей к фокусу. Такое равенство необходимо для того, чтобы все лучи пришли в фокус антенны с одинаковой фазой и чтобы их энергия суммировалась. Но есть еще одна задача, которая, к сожалению, автоматически не решается с применением параболического зеркала. Сущность этой задачи лучше видна на примере передающей антенны: нужно так направить электромагнитную энергию от облучателя к зеркалу, чтобы ничего не «пролилось» за его края и в то же время, чтобы в формировании радиолуча достаточно эффективно участвовала вся зеркальная поверхность. Последнее требование можно сформулировать еще проще - облучатель должен равномерно «освещать» поверхность параболического зеркала (см. рис. 1).
 
Облучатель - это тоже антенна со своей диаграммой направленности, которая и определяет, как будет «освещено» зеркало. В идеальном случае эта диаграмма должна быть такой, как показано на рис. 2,- облучатель за пределы зеркала вообще не направляет энергию, а зеркало облучает абсолютно равномерно. Образно говоря, за пределами зеркала облучатель создает резкую тень.
 
 
 
 
 
 
 
Рис.1 
 
 
 
 
 
Рис.2
 
 
 
 
К сожалению, диаграмме направленности реального облучателя имеет иной вид. Например, при диаграмме направленности, показанной на рис. 3, за пределы зеркала энергия не уходит, но при этом зеркало облучается неравномерно: средней его части достается больше энергии, а края ее недополучают. Облучатель с более широкой диаграммой направленности, например, показанной на рис. 4, облучает зеркало более равномерно, но часть энергии «выплескивает» за края, что, конечно, приводит к прямым потерям.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис.3
 
 
 
 
Рис.4
 
Существуют некоторые компромиссы, при которых суммарные потери энергии составляют около 20 процентов. В режиме передачи с такими потерями еще можно мириться, но при работе антенны с приемником найденный компромисс оборачивается неприятностью, которая чаще всего просто недопустима. Облучатель в нашей антенне смотрит вниз и в ту часть его диаграммы направленности, которая выходит за пределы зеркала, в этом случае попадают помехи от земли  из-за сравнительно высокой температуры она создает довольно сильное хаотическое радиоизлучение, как говорят радисты, сильно шумит. На фоне этого сильного шума земли может просто потеряться слабый принимаемый сигнал.
 
 
 
 
 
 
 
Монтаж   антенны
 и 
системы   приводов завершен,    производится первый   пробный поворот  зеркала.
 
Стремление избавиться от шумов земли - одна из главных причин, заставивших перейти к двухзеркальным антеннам: на оси главного параболического зеркала у них установлено второе зеркало, контррефлектор. Принятая главным зеркалом энергия сначала направляется на контррефлектор, а он уже фокусирует ее в область, где находится облучатель. Размеры контррефлектора, так же, как и главного зеркала, достаточно велики по сравнению с длиной волны, чтобы получились резкие границы между «светом» и «тенью» - контррефлектор хорошо собирает энергию от главного зеркала и практически ничего не принимает от земли. В двухзеркальной антенне облучатель смотрит вверх - не в сторону сильно шумящей земли, а в сторону сравнительно тихого неба (у радистов узаконены эпитеты - горячая земля и холодное небо). Ну, а кроме того, облучатель теперь хорошо экранирован от земли главным зеркалом.
 
О сохранении постоянства оптического пути лучей в двухзеркальных антеннах позаботились еще в прошлом веке конструкторы двухзеркальных оптических телескопов Грегори и Кассегрен. Они предложили использовать в качестве контррефлектора эллиптические и гиперболические зеркала, один из фокусов которых совмещен с фокусом главного параболического зеркала, а второй с облучателем (рис. 5 и 6). Но при этом в двухзеркальных антеннах, как и в однозеркальных, существуют потери энергии, связанные с неравномерным облучением главного зеркала и с «переливанием» энергии через края контррефлектора, из-за чего поверхность главного зеркала недоиспользуется - при передаче облучатель недодает энергию его периферийным участкам, а при приеме собирает от них энергию хуже, чем от центральной части. Поэтому эффективная площадь антенны - и однозеркальной и двухзеркальной - всегда меньше, чем площадь раскрыва антенны. Соотношение между этими площадями есть важнейшая характеристика качества антенны - коэффициент использования ее поверхности, сокращенно КИП. Этот коэффициент показывает, какую часть составляет эффективная площадь от раскрыва антенны, какую часть идеала составляет реальность.
 
 
 
 
 
 
 
Варианты
 двухзеркальных
 систем
 
 
Рис.5
 
 
 
 
Рис.6
 
Кроме несовершенства облучения зеркала, есть и другие факторы, снижающие эффективную площадь антенны, а значит, и КИП. Один из них - затенение части зеркала элементами крепления контррефлектора и облучателя, другой  дефекты поверхности зеркал. Неточность зеркал приводит к изменению длины хода лучей от различных точек рефлектора к облучателю, и в фокус лучи уже не переходят с одинаковой фазой. Возникающие при этом потери энергии тем существеннее, чем больше разность фаз отдельных лучей, поэтому данный вид потерь сильно возрастает с уменьшением длины волны.
 
У однозеркальных антенн КИП достигает величины 0,5, у двухзеркальных - 0,6. Это значит, что в лучшем случае 40 процентов площади зеркала практически пропадает. Не правда ли, обидно строить антенну диаметром 60 м, а иметь реально 45? Ведь каждый метр диаметра  это лишний металл, большая мощность приводов, вращающих антенну, рост трудоемкости, затрат, сроков строительства.
 
У антенны РТ-70 получен сравнительно высокий КИП - на дециметровых волнах он примерно равен 0,8, и хотя на волнах 1 - 2 см КИП снижается до 0,3 - 0,4, он все же получается более высоким, чем у известных антенн такого класса. Один из факторов, позволивших хорошо использовать поверхность главного зеркала, это отказ от его идеальной параболической формы.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Фрагмент
каркаса 
главного 
зеркала.
 
ЗЕРКАЛО БЕЗ ФОКУСА
 
В антенне используется квазипараболическое зеркало, что в переводе на русский означает «почти параболическое». Первым указал этот интересный путь улучшения характеристик антенны член-корреспондент АН СССР Л.Д. Бахрах. Идея была развита и доведена до практического воплощения советскими и зарубежными специалистами в зеркальных антеннах спутниковой связи, в таких, в частности, как 27-метровая итальянская антенна в городе Фучино и 25-метровая советская антенна для системы «Интервидения».
 
В отличие от классической схемы Грегори квазипараболическая схема может собирать излучения в точку только один раз, после отражения от контррефлектора - само главное зеркало не имеет фокуса. При этом, выбирая различные профили зеркал антенны, можно распоряжаться ходом лучей по своему усмотрению, добиваясь, в частности, столь необходимой равномерности облучения главного зеркала. Так, в его центральную часть, на которую приходится максимальная плотность энергии облучателя (такова его диаграмма направленности!), можно пустить лучей поменьше, а к краю, где плотность энергии уменьшается,- побольше (рис. 7). В итоге получаем двойную выгоду: и облучение главного зеркала становится равномерным, и энергия облучателя используется почти полностью. И вот вам результат: в антенне РТ-70 используется 98% энергии облучателя по сравнению с 80 - 90% в типичных чисто параболических системах. Этот выигрыш имеет, например, такие последствия - на 10 - 20% снижается уровень шумов, собираемых антенной, и заметно увеличивается ее КИП. Если бы не затенение главного зеркала опорами контррефлектора и не дефекты изготовления зеркал, то КИП квазипараболической антенны был бы очень близок к единице, реально же он достигает величины 0,8.
 
Это тоже немало, если сравнивать с параболическими системами. Достаточно сказать, что для размеров РТ-70 полученное увеличение КИП эквивалентно приращению эффективной площади на 500 кв.м, то есть переход к квазипараболической схеме дал нам дополнительную бесплатную антенну диаметром 32 метра.
 
ДЕФОРМАЦИЯ ПО ЗАКАЗУ
 
Для полноповоротной антенны мало получить хорошие радиотехнические характеристики, нужно научиться их сохранить при всех положениях зеркала, при любых его поворотах и наклонах.
 
С изменением угла наклона силовой каркас главного зеркала несколько деформируется и форма рефлектора искажается. Для зеркал диаметром 60 - 70 м деформации могут достигать 3 - 4 см, неровности формы по условию не должны превышать 0,1 длины волны. Отсюда следует, что если не принять каких-то мер, то 70-метровая антенна не сможет работать на волнах короче 30 - 40 сантиметров.
 
Путь для преодоления этого, казалось бы, непреодолимого препятствия в свое время независимо один от другого предложили два известных конструктора радиотелескопов - в нашей стране доктор технических наук П.А. Калачев и в ФРГ профессор С. фон Хорнер. Их идея сводилась к тому, чтобы деформации, от которых уже невозможно избавиться, рационально распределить по поверхности зеркала: жесткость силового каркаса можно рассчитать так, чтобы, деформируясь, зеркало приобретало форму нового параболоида, немного повернутого в пространстве и с другим фокусным расстоянием (рис. 8). При этом, передвигая облучатель в новый фокус, можно восстанавливать в антенне постоянство оптического пути для всех лучей. Необходимый для этого закон распределения деформаций зеркала был назван гомологическим.
 
А как быть, когда фокуса нет? Как планировать деформации в квазипараболической системе, чтобы и здесь всегда поддерживать постоянство оптического пути лучей? Эта проблема считалась основным препятствием для создания квазипараболических схем при строительстве антенн с диаметром 25 -30 м и, конечно же, антенн более крупных - деформации растут пропорционально квадрату диаметра зеркала, и в шестидесятиметровой антенне они в 4 раза больше, чем в 30-метровой.
 
В процессе разработки антенны РТ-70 была в итоге найдена система распределения деформаций для квазипараболического зеркале, но, конечно, потребовалась определенная инженерная смелость, чтобы реализовать такую систему сразу же на антенне диаметром 70 м.
 
Разработчикам антенны РТ-70 удалось решить задачу, как говорят математики, в общем виде для произвольной двухзеркальной системы, удовлетворяющей условиям согласованных деформаций. Гомологические деформации оказались частным случаем применения такого общего решения, и это вполне закономерно - двухзеркальная параболическая антенна является частным случаем произвольной двухзеркальной системы. Был найден закон распределения деформаций по поверхности квазипараболического главного зеркала, обеспечивающий такую разность хода лучей, которая может быть скомпенсирована определенной комбинацией смещений контррефлектора и облучателя. С учетом этого в каркасе зеркальной системы антенны РТ-70 при любых углах поворота и наклона деформации таковы, что искривление зеркала можно скомпенсировать смещением и наклоном контррефлектора при жестком креплении облучателя.
 
ШТРИХИ К ПОРТРЕТУ ГИГАНТА
 
Внешне антенна РТ-70 не кажется тяжеловесной и даже производит впечатление изящной конструкции, несмотря на четыре тысячи тонн вложенного в нее металла. Огромная ослепительно белая чаша непринужденно и плавно поворачивается в пространстве, одновременно участвуя в двух движениях: наклоняясь вокруг горизонтальной оси опорной платформы и вращаясь вместе с платформой вокруг вертикальной оси. Движение это заметно только при нацеливании антенны в новую точку небосвода, поймав источник сигнала, антенна как бы замирает, двигаясь за источником сравнительно медленно, незаметно для глаза.
 
На оси главного зеркала на четырехстержневой опоре закреплен контррефлектор диаметром 7 м с приводами его перемещения - небольшое (до 15 см) перемещение контррефлектора, как уже говорилось, необходимо для того, чтобы компенсировать деформации каркаса антенны. В центре главного зеркала находится коническая конструкция, несущая сменные кабины с приемо-передающей аппаратурой и облучателями. Использование сменных кабин очень удобно - пока один комплект аппаратуры работает, другой готовят к следующему эксперименту.
 
Поверхность главного зеркала образована 1188 щитами из алюминиевого сплава, они расположились в виде 14 широких концентрических кругов. Типичный размер одного щита 2,5 на 1,5 - 2 метра. Каждый алюминиевый щит крепится по четырем углам на винтовых шпильках, приваренных к каркасу из стальных труб. Вращая гайки крепления, можно выставлять щиты в расчетное положение. Каркас главного зеркала закреплен на основании зеркальной системы (см. цветную вкладку). Это основание - весьма сложная конструкция, в которую входят цапфы, вращающиеся в двух подшипниках горизонтальной оси; противовесы главного зеркала; зубчатый сектор, передающий вращение зеркальной системе для изменения ее наклона. Масса всей зеркальной системы, вращающейся вокруг горизонтальной оси, - 1400 т. И это немного - масса наклоняемой части 64-метровой антенны в Голдстоуне составляет 2100 т.
 
Монтаж антенны РТ-70 проводился с помощью сварки, при этом возникла проблема, как совместить чрезвычайно жесткие требования по точности монтажа зеркала (допуск + 1 мм) и зубчатого сектора ( +/- 0,1 мм) с технологическими допусками на сварку объемных конструкций (+/- 35-40 мм). Выход был найден и оказался неожиданно простым: шпильки для крепления щитов приваривались к каркасу после его сборки, при этом место установки шпилек находили по геодезической разметке с точностью +/- 1 мм; посадочное место под зубчатый сектор обрабатывал установленный прямо на платформе фрезерный станок, по мере поворота всей зеркальной системы в собственных подшипниках.
 
Подшипник вертикальной оси, на котором антенна вращается в горизонтальной плоскости, напоминает обычный шарикоподшипник. Его две обоймы - верхняя и нижняя - это кольца диаметром 22 м, между которыми уложено 300 «шариков» диаметром 15 см. В горизонтальной плоскости этот гигантский подшипник установлен с точностью +/- 0,1 мм. Нижняя обойма подшипника, или, как ее официально называют, нижний рельс шарового погона, покоится на железобетонной башне-фундаменте высотой 16 м и воспринимает нагрузку от всей вращающейся массы антенны. Нижний рельс погона собрали из 12 секций, закрепленных по кругу в 144 опорно-регулировочных кронштейнах. Аналогичный верхний рельс погона закреплен на поворотной платформе, ее вращают шестерни системы поворота антенны, которые обкатываются вокруг неподвижного зубчатого обода диаметром 25 метров, также собранного из отдельных секций. Не меньше впечатляет своими размерами и точностью выполнения система поворота антенны вокруг горизонтальной оси, или, проще говоря, система наклонения зеркала. Достаточно сказать, что зубья тридцатитрехметрового поворотного сегмента имеют высоту около 6 см, они обработаны с точностью до десятых долей миллиметра и входят в зацепление с шестерней привода, подвеска которой автоматически выбирает люфт и предохраняет передачу от заклинивания.
 
Мощность системы привода достаточна для того, чтобы обеспечить нормальную работу антенны при ветре 18-20 м/сек. Когда антенна следит за объектом, электросиловые приводы поворачивают ее по осям, стремясь свести к нулю разницу между цифровым кодом управления, который выдает ЭВМ, и сигналами датчиков истинного положения зеркала. Одновременно для компенсации деформаций главного зеркала ЭВМ в зависимости от угла наклона антенны выдает команды управления на систему перемещения контррефлектора.
 
ПЕРВЫЕ РАДОСТИ
 
Раньше других оценили качество новой антенны радиоастрономы. Наблюдая различные космические источники радиоизлучения в их суточном движении по небесной сфере, они обнаружили, что независимо от высоты источника над горизонтом принимаемый от него сигнал практически не изменяется на волнах длиннее 5 см. На волне 1,35 см сигнал при низких углах уменьшался всего на 7%, а на волне 8 мм - на 20%, причем форма диаграммы направленности практически не изменялась. Таким образом, уже первые радиоастрономические наблюдения показали, сколь удачной оказалась антенна РТ-70, сколь стабильны ее радиотехнические параметры, в частности при повороте зеркала.
 
О качестве антенны красноречиво говорят цифры сравнительной таблицы радиотехнических характеристик РТ-70 и 64-метровой голдстоунской антенны, которая до недавнего времени считалась лучшим в мире инструментом этого класса.
 
 
Длина
волны
(см)
Коэффициент   использования поверхности
Эффективная
площадь (кв.м)
Суммарная шумовая температура (°К)* 
Голдстоун
РТ-70
Голдстоун
РТ-70
Голдстоун
РТ-70
40
0.80
3100
 —
30
30
0,75
2900
37
13
0,63
2000
30
6
0,74
2850
24
5
0.73
2800
21
3,5
0.52
1700
37
— 
3
0.60
2300
 
 
2
0.40
1300
 
 
1,35
 
0.32
 
1200
 
 
0.8
 
0,18
 
600
 
 
* Эта характеристика отражает уровень помех, действующих на входе приемника, и называется суммарной, поскольку учитывает как шумы антенны, так и шумы самого приемника.
 
По сравнению с имеющимися отечественными наземными станциями дальней космической связи антенна РТ-70 в 12 раз улучшает условия приема слабых сигналов, приходящих от далеких межпланетных станций. Во столько же раз может быть увеличена скорость передачи научной информации, передаваемой с межпланетной автоматической станции за время сеанса связи. Это особенно важно, в частности, при работе с аппаратами, спустившимися на поверхность Венеры, где температура около 500° и давление 150 атмосфер. Время жизни этих аппаратов определяется конечными возможностями системы поддержания рабочей температуры научной и связной аппаратуры и измеряется часами. Обеспечиваемое антенной РТ-70 увеличение в 12 раз скорости передачи информации с этих аппаратов в какой-то мере эквивалентно посылке на планету двенадцати автоматических лабораторий.
 
Выигрыш в 12 раз, который дает антенна РТ-70 в сравнении со своими предшественницами, может быть при необходимости использован в системах дальней космической связи для уменьшения мощности бортового передатчика, для экономии общей потребляемой на борту энергии (за счет сокращения времени передачи).
 
Еще больший количественный эффект дает переход на новую антенну при радиолокационных экспериментах, так как здесь достоинства антенны используются дважды - и при передаче сигнала и при его приеме. В итоге новый планетный локатор с антенной РТ-70 дает энергетический выигрыш в 50 раз по сравнению со своим предшественником. Это позволило, в частности, получить новые интересные результаты в радиолокационном исследовании планет, которые проводятся учеными Института радиотехники и электроники АН СССР.
 
Были, например, получены радиолокационные изображения поверхности Меркурия, Венеры, Марса с разрешением по дальности от 0,7 до 1,2 км - эти цифры говорят о той точности, с которой локатор видел рельеф планет. В частности, на Марсе впервые проведены прямые радиолокационные измерения высотного профиля горы Олимп, максимальная высота которой на 21-й параллели северной широты оказалась равной 17,5 км. Обнаружено, что западный склон горы Олимп отделен от горного массива Фарсида впадиной, имеющей глубину несколько километров. (
ред. сайта: современные представления о горе)
 
Не менее важным научным результатом стали радиолокационные измерения межпланетных расстояний. В 1980 году на основе этих измерений создана единая релятивистская теория движения Земли, Венеры, Марса и Меркурия, которая дает возможность прогнозировать их взаимное положение в 50 - 100 раз точнее, чем по классической теории движения планет. Такая точность необходима при расчетах траектории межпланетных станций для их «попадания» в заданный район планеты. Отклонения измеренных расстояний от рассчитанных по новой теории не превышают 0,9 км для Венеры, 2,5 км для Марса и 2 км для Меркурия (раньше приходилось мириться с погрешностью в десятки и сотни километров), что может рассматриваться как еще одно экспериментальное подтверждение теории относительности, в данном случае по радиолокационным астрономическим наблюдениям.
 
Уже первые радиоастрономические наблюдения показали, что технические возможности антенны РТ-70 как отдельного инструмента в сантиметровом диапазоне вплоть до волны длиной 0,8 см во много раз выше, чем у существующих отечественных радиотелескопов, в том числе шестисотметрового телескопа «РАТАН-600». Это позволяет проводить недоступные ранее наблюдения слабых излучений от космических источников, поиск новых источников и исследование их спектров в очень интересных для астрофизиков диапазонах волн 1,35 см и 0,8 см. Радиоизлучение на этих частотах несет, в частности, информацию о структуре и движении молекулярных облаков, содержащих центры звездообразования, о процессах в активных ядрах галактик и квазаров, о «сверхсветовом» разлете некоторых объектов Вселенной.
 
Новые возможности открываются при использовании РТ-70 в радиоинтерферометрах в паре с другим радиотелескопом, так как эффективная площадь такого антенного дуэта равна удвоенному квадратному корню из произведения эффективных площадей антенн. Вклад большой антенны особенно существен при ее совместной работе со сравнительно небольшим «партнером», например, с космическим радиотелескопом, имеющим зеркало диаметром в несколько метров. Кстати, именно наземная антенна РТ-70 в 1979 году работала в первом в мире космическом интерферометре, в который входил десятиметровый космический радиотелескоп КРТ-10, установленный на орбитальной станции иСалют-6».
 
Создание оригинальной полноповоротной остронаправленной антенны РТ-70, полученные высокие ее характеристики, в ряде случаев рекордные, успешный опыт эксплуатации антенны в экспериментах по дальней космической связи, радиоастрономии, радиоинтерферометрии и радиолокации - все это уже само по себе есть значительное достижение советской науки и техники. В то же время новая антенна, как всякий новый и совершенный инструмент, сама открывает большие возможности для серьезных фундаментальных и прикладных исследований, для прогресса науки и техники.
 
Поясняющие рисунки:
 
I. Крепление щитов отражающей обшивки к каркасу зеркала;
II. Привод контр-рефлектора.
III. Привод поворота вокруг горизонтальной оси.
IV. Приводы поворота вокруг вертикальной оси.
V. Резервные сменные кабины с аппаратурой.
 
Узлы и детали на основном и поясняющих рисунках:
 
1. Щиты отражающей обшивки зеркала;
2. Фермы каркаса зеркала;
3. Контррефлектор;
4. Приводы перемещения контррефлектора;
5. Облучатель;
6. Зубчатый сектор привода поворота вокруг горизонтальной оси и датчик угла поворота;
7. Ось вращения в вертикальной плоскости;
8. Привод поворота вокруг горизонтальной оси;
9. Опорная платформа, вращающаяся вокруг вертикальной оси;
10. Шаровой погон (подшипник) опорной платформы;
11. Датчик угла поворота вокруг вертикальной оси;
12. Привод поворота вокруг вертикальной оси;
13. Кабельный переход на вращающуюся платформу;
14  Шахта лифта;  
15. Башня - фундамент    антенны;
16. Крепежные    шпильки   с регулировочными      гайками;
17. Неподвижный    зубчатый обод; 
18. Нижний и верхний рельсы;
19. Шары подшипника; 
20. Сменная кабина;  
21. Разделительное устройство;
22. Приемник; 
23. Волновод;
24. Рабочий радиометр;  
25. Комплект сменных облучателей и радиометров для различных диапазонов волн.