НРТК «Сатурн МСД»
Наземный радиотехнический комплекс "Сатурн МСД"
 
Начиная с 1971 г. для исследования Венеры и Марса стали использоваться КА нового поколения.
 
Использование для выведения КА мощной ракеты-носителя «Протон» позволило значительно увеличить вес КА и, соответственно, вес полезной нагрузки, то есть научного оборудования, доставляемого к планете. Это позволило радикально расширить научные исследования, проводимые по каждой космической программе.
 
Способом увеличения объема научной информации, передаваемой с СА, стало использование пролетного (ПА), либо орбитального (ОА) аппаратов в качестве ретрансляторов сигнала СА на Землю через остронаправленную антенну, что позволило довести скорость передачи ТМИ с СА до 3000 бит/с.
 
Для обеспечения новых космических программ к бортовому и наземному радиотехническим комплексам были предъявлены более высокие требования в части энергетического потенциала радиолиний и времени радиоконтакта с КА в процессе выполнения миссии.
 
Для выполнения этих требований необходимо было создать новый НРТК на востоке страны и существенно модернизировать существующий комплекс на западе страны (г. Евпатория).
 
Таким наземным комплексом нового поколения стал «Сатурн-МСД», разработанный в период 1969-1970 гг. и введенный в эксплуатацию в Уссурийске в 1971 г.
 
При разработке комплекса были приняты технические решения, позволившие получить повышенный энергетический потенциал радиолиний, увеличить (относительно НРТК «Плутон») точность траекторных измерений, скорость принимаемой телеметрической информации.
 
Комплекс «Сатурн-МСД» имел две радиолинии: работающую в ДМ-диапазоне  когерентную, используемую для управления КА, и, работающую в СМ-диапазоне,  некогерентную, используемую для приема научной информации.
Частота запросного канала  770 МГц, частота ответных каналов: дециметрового  920 МГц, сантиметрового  5100 МГц.
 
Структурная схема комплекса «Сатурн-МСД»
 
 
Для обеспечения высокого энергетического потенциала ответных радиолиний в составе комплекса использовалась вновь созданная высокоэффективная приемная антенна П400 с диаметром зеркала 32 м и эффективной площадью 400 кв.м.
 
В качестве малошумящих приемников использовались мазерные усилители, охлаждаемые жидким гелием, имеющие шумовую температуру < либо = 8 К
 
Передающая антенна П200П имела диаметр зеркала 25 м, передатчик «Гарпун» имел мощность 80 кВт.
 
Для получения высокой точности измерения радиальной скорости КА в качестве генератора эталонной частоты был применен водородный стандарт частоты 41-44 с долговременной нестабильностью 5  10-13.
В запросном и ответном каналах предусмотрено исключение доплеровской частоты с помощью цифровых программируемых синтезаторов частоты.
 
Для измерения дальности был использован новый вид запросного сигнала, при котором несущая частота модулировалась по фазе точной частотой измерения дальности (30 кГц), которая, в свою очередь, модулировалась по амплитуде несколькими более низкими частотами, с помощью которых обеспечивалось раскрытие неоднозначности измерений дальности.
 
Для уменьшения аппаратурных ошибок и обеспечения стабильности работы аппаратура траекторных измерений была выполнена в цифровом виде.
 
Реализованные точности траекторных измерений составили:
по скорости: ±5 мм/с, по дальности: ± 100м.
 
Для выделения телеметрической информации была разработана цифро-аналоговая система обнаружения, слежения и демодуляции сигналов.
 
Эта система позволила получить эквивалентные полосы анализа при обнаружении и слежении за сигналом (до 1 Гц) при большом диапазоне изменения входной частоты (до 100 кГц), а также реализовать большой диапазон изменения эквивалентной полосы ФАЛ, применительно к изменению отношения сигнала к шуму  от 1 до 100 Гц. При этом процесс поиска сигнала по частоте и вхождение в связь производились автоматически.
 
При передаче телеметрической информации по дециметровому каналу использовались ортогональные коды. Скорость приема ТМИ по этому каналу была доведена до 400 бит/с.
 
Система выдачи команд оставалась ручной.
 
Сантиметровый канал работал в импульсном режиме. Для передачи по этому каналу научной цифровой и фототелевизионной информации использовалась время  импульсная модуляция (ВИМ).
 
Скорость передачи цифровой (телеметрической) информации составляла 3072 бит/с.
 
При передаче фототелевизионных изображений скорость цифровой информации составляла 6,144 бит/с.
 
Аппаратура НРТК «Сатурн-МСД» была выполнена на интегральных схемах, что позволило значительно сократить объем аппаратуры.
 
Комплекс «Плутон» в Евпатории был модернизирован. При этом большая часть его приборов была выполнена на микросхемах, с сохранением основных технических характеристик.
 
В состав комплекса «Плутон-М» была введена аппаратура сантиметрового канала комплекса «Сатурн-МСД». Такая же аппаратура была установлена на пункте в Симферополе.
 
В 1971 г. были запущены космические станции «Марс-2» и «Марс-3», вышедшие на орбиты спутников Марса. СА ДКА «Марс-2» разбился при посадке, а СА «Марс-3» впервые совершил мягкую посадку на поверхность Марса и с него .был принят сигнал (без информации). С помощью научной аппаратуры спутников «Марс-2, -3» в течение длительного времени производились дистанционные исследования поверхности Марса  температура, рельеф, состав и строение атмосферы, магнитного поля и ионосферы Марса. Было подтверждено наличие водяного пара в атмосфере Марса.
 
Методом радиопросвечивания было определено давление у поверхности (5-10 мбар), определена электронная концентрация в ионосфере Марса.
 
В 1973 г. к Марсу были запущены четыре автоматические межпланетные станции  «Марс-4, -5, -6, -7».
ДКА «Марс-5» был выведен на орбиту спутника планеты. С его помощью велись дистанционные исследования поверхности планеты.
 
Измерялись температура, теплопроводность, структура и состав грунта, химический состав атмосферы.
«Марс-4» (с пролетной траектории) и «Марс-5» (с орбиты спутника) провели высококачественное фотографирование поверхности планеты с помощью фототелевизионного устройства, снабженного сменными короткофокусным и длиннофокусным объективами, а также сменными светофильтрами.
 
Фотографии поверхности Марса
 
На Марсе были обнаружен целый ряд ранее неизвестных образований, аналогичных Земным  долины, «русла рек» и др. Это свидетельствовало, что когда-то на Марсе климат был значительно теплее и по его поверхности текли многочисленные реки.
Спускаемый аппарат ДКА «Марс-6» совершил спуск на парашюте в атмосфере от высоты 20 км до поверхности. Впервые были произведены прямые измерения химического состава атмосферы Марса, давления и др.
 
Станции нового поколения «Венера-9» и «Венера-10» были запущены в 1975 г. Эти станции впервые были выведены на орбиты искусственных спутников Венеры с высотой в перицентре 1600 км и периодом обращения около двух суток. Спускаемые аппараты станций совершили мягкую посадку на невидимой с Земли освещенной стороне Венеры.
Совершенно новую задачу решили спускаемые аппараты, впервые передав на Землю изображения поверхности Венеры  вблизи места посадки.
 
В процессе спуска СА с большей точностью определялись параметры атмосферы (температура, давление, плотность), по доплеровским измерениям изучалась динамика атмосферы.
 
Первые панорамы поверхности Венеры
                    с АМС «Венера 9»,                                                                                                с  АМС «Венера 10»
 
С орбиты спутников велись длительные исследования излучения поверхности планеты в различных диапазонах, была проведена фотосъемка облачного слоя Венеры.
 
Исследования Венеры были продолжены запуском в 1978 г. межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12», которые также были выведены на орбиты спутников планеты.
В научном плане с помощью станций «Венера-11, -12» были подтверждены данные, полученные станциями «Венера-9, -10» (за исключением фотоизображений поверхности планеты).
 
На борту станций «Венера-9, -10, -11, -12» был установлен новый радиотехнический комплекс 4В2, позволявший при передаче научной информации и панорамных изображений ретранслировать сигналы СА через аппаратуру и остронаправленную антенну ОНА по сантиметровой импульсной радиолинии космических станций со скоростями 3,072 кбит/с и 6,144 кбит/с, соответственно.
Эти сигналы принимались наземными комплексами «Плутон-М» в Евпатории, «Сатурн-МСД» в Уссурийске и «Сатурн-МС-ЛЗ» в Симферополе. Время посадки СА было выбрано в общей зоне видимости этих комплексов.
 
Для обеспечения последующей космической программы, основой задачей которой было получение цветных изображений поверхности Венеры, осуществлявшейся межпланетными автоматическими станциями «Венера-13, -14» использование существовавших наземных радиотехнических комплексов «Плутон» и «Сатурн-МСД» оказалось недостаточным. Необходимо было на порядок увеличить пропускную способность радиолинии приема научной информации (до 64 кбит/с). Для решения этой задачи в Евпатории был введен в эксплуатацию новый командно-измерительный комплекс «Квант-Д» с уникальной высокоэффективной антенной П2500, имеющей диаметр зеркала 70 м.
 
Источник: Монография "Радиотехнические комплексы для управления дальними космическими аппаратами и для научных исследований" Под ред. Е. П. Молотова.