Специалисты Московского авиационного института завершили серию исследований, нацеленных на улучшение работы систем дальней космической связи с межпланетными зондами, оборудованными электроракетными двигателями (ЭРД). Как сообщили CNews в МАИ, эти работы проводились в рамках гранта Российского научного фонда №23-19-00515 под руководством профессора кафедры «Инфокоммуникации» (№408) МАИ, доктора технических наук Андрея Плохих.
Одним из приоритетных направлений, развиваемых в России по национальному проекту «Космос», является изучение межпланетного пространства. Перед отечественными инженерами стоит цель создания космических аппаратов с более длительным сроком активной работы — эту задачу помогают решать электроракетные двигатели, которые создают тягу благодаря ускорению заряженных частиц в электрических и магнитных полях.
«Высокий удельный импульс, свойственный ЭРД, позволяет существенно уменьшить объём необходимого топлива и увеличить продолжительность космических миссий. Это крайне важно для долгосрочных экспедиций в дальнем космосе. Однако функционирование таких двигателей сопровождается сложными электродинамическими явлениями, возникающими при ионизации и ускорении топливных компонентов, что может порождать помеховое излучение, снижающее пропускную способность каналов связи. Особенно это критично на огромных расстояниях от Земли», — пояснил Андрей Плохих.
Чтобы повысить эффективность связи с межпланетными аппаратами, оснащёнными маршевыми электроракетными двигателями, учёные МАИ предложили использовать методы слепого разделения сигналов, в частности метод анализа независимых компонент. Этот подход позволяет эффективно отделять полезные сигналы от помех, опираясь на их статистические характеристики.
Второй задачей, которую решали разработчики, стало ослабление сигнала в космосе по мере увеличения расстояния. Для её решения традиционно применяются промежуточные аппараты-ретрансляторы, оснащённые высокоэффективными приёмо-передающими системами. Например, при двухзвенной схеме ретранслятор принимает сигнал от основного аппарата, а затем передаёт его на Землю.
«Это обеспечивает выигрыш в уровне сигнала и, соответственно, в пропускной способности канала связи. Космические ретрансляторы могут размещаться, к примеру, на орбитах вокруг Солнца или в точках либрации — зонах, где гравитация планеты назначения и Солнца уравновешена. Применение ретрансляторов также помогает бороться с ухудшением качества связи при солнечной засветке, когда Солнце оказывается на линии „Земля – космический аппарат“», — добавил Андрей Плохих.
Однако расположение спутников-ретрансляторов на стационарных орбитах не учитывает уникальную траекторию движения целевого аппарата, которая формируется под задачи конкретной экспедиции. Для полного обеспечения всех текущих и перспективных миссий в пределах Солнечной системы потребуется формирование разветвлённой орбитальной сети ретрансляторов, число которых может достигать нескольких тысяч.
Сотрудники МАИ разработали альтернативный метод — вывод ретранслятора с электроракетной двигательной установкой на персональную орбиту сопровождения, которая синхронизирована с траекторией целевого космического аппарата на всём маршруте перелёта. Под согласованием орбит подразумевается такое их взаимное расположение, при котором достигается необходимая скорость передачи информации и нейтрализуется воздействие солнечного излучения на всех этапах движения.
Итоги проведённой работы формируют новую технологическую основу для осуществления сложных межпланетных проектов и расширяют перспективы стабильной связи на дистанциях в сотни миллионов километров. На данный момент материалы переданы в профильные организации ракетно-космической сферы для последующей практической реализации.
