Космическая геодезия

Основной задачей геодезии является определение формы и размеров Земли и изучение ее гравитационного поля.  Кроме того, геодезия исследует структуру и внутреннее строение Земли, горизонтальные и вертикальные деформации земной коры, определяет перемещение береговых линий морей и океанов и разности уровня моря по высоте, рассчитывает перемещения географических и магнитных полюсов Земли. На практике геодезия определяет положение отдельных точек на земной поверхности, их привязку к  Всемирной геодезической системе координат с составлением на этой основе географических и топографических карт в разном масштабе, выполняет измерения на поверхности Земли для нужд навигации, строительства, сельского хозяйства и промышленности.

Из года в год не переставали шагать по планете геодезисты со своими измерительными приборами, проверяя и перепроверяя уже измеренные просторы, внося изменения на карты.

Искусственные спутники Земли открыли эру космической геодезии. Геодезические спутники, которые играли роль опорных точек с точно известными в данный момент координатами, позволили уточнить форму и размеры Земли, с высокой точностью определить координаты любых пунктов на поверхности планеты, создать подробные топографические карты любых районов земной поверхности, определить параметры гравитационного поля Земли, создать отечественную глобальную навигационную систему ГЛОНАСС.

Велико значение геодезии в военном деле. Данные, полученные с геодезических спутников, используются для наведения межконтинентальных баллистических ракет.

Космический аппарат «Сфера»

Первым специализированным геодезическим спутником, запущенным с космодрома «Плесецк» 20 февраля 1968 года с помощью ракеты-носителя «Космос-3М» (войсковая часть 63551), стал космический аппарат «Сфера» («Космос-203»).

​

Космический аппарат «Сфера»

Космический аппарат «Сфера» был создан Научно-производственным объединением прикладной механики в г.Красноярск-26 (ныне ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф.Решетнева») по заказу Военно-топографического управления Генерального штаба Вооруженных Сил СССР. Космический аппарат отработал на орбите 1 год и 3 месяца вместо установленного срока активного существования 6 месяцев.

Спутник был оснащен бортовой геодезической аппаратурой для точного определения параметров орбиты, а также системой импульсной световой сигнализации с мощной лампой-вспышкой. Импульсная лампа обеспечивала заметность космического аппарата на фоне звездного неба. Такая световая сигнализация позволяла определять положение спутника относительно звезд с погрешностью 3-6 угловых секунд.

Первые космические аппараты «Сфера» запускались на круговую орбиту высотой порядка 1200 км с наклонением орбиты 74 градуса. Позже орбита была увеличена до 1300-1500 км с целью уменьшения возмущающих воздействий остатков атмосферы. Период обращения спутника вокруг Земли составлял 116 минут. Так как основным методом космической геодезии является одновременное наблюдение спутника с различных наземных пунктов, то сам спутник, по существу, играл роль маяка для определения относительного положения опорных пунктов.

Всего за 10 лет, с 1968 по 1978 год, с космодрома «Плесецк» было запущено 18 космических аппаратов серии «Сфера», семнадцать из которых были удачными.  Только второй пуск 4 июня 1968 года был неудачным, космический аппарат не вышел на орбиту. Все запуски спутников «Сфера» осуществлялись боевым расчетом войсковой части 63551 с помощью ракеты-носителя «Космос-3М» с площадки «Лесное». Последний из восемнадцати стартовавших космических аппаратов «Сфера» («Космос- 1067») был выведен на орбиту 26 декабря 1978 года. Этот спутник проработал на орбите до 1 мая 1980 года.

Космические аппараты серии «Сфера» послужили базой для создания отечественной космической геодезии. Благодаря этой системе была создана единая система координат земного шара с началом в центре масс Земли, уточнены элементы ориентирования с системой координат 1942 года, уточнены геофизические параметры планеты и создана Стандартная модель Земли 1977 года. Все это дало возможность в несколько раз повысить эффективность использования потребителями геодезической информации и сократить время по оснащению триангуляционными знаками национальной геодезической сети. Уточнения параметров фигуры Земли и ее гравитационного поля потребовались, в первую очередь, для нормальной работы низкоорбитальной системы навигации «Циклон» («Залив»).

Геодезический спутник «Муссон»

С 30 сентября 1981 года запуском космического аппарата «Муссон» («Космос-1312») началось использование геодезических спутников нового поколения, имеющих значительно более высокие характеристики. Новый спутник, созданный в Научно-производственном объединении прикладной механики в г.Красноярск-26, получился тяжелее своего предшественника — 1600 кг. Поэтому для его вывода на орбиту понадобился более мощный носитель, чем РН «Космос-3М». Таким носителем стал выпускаемый в городе Днепропетровске (КБ «Южное» и «Южный машиностроительный завод») РН «Циклон-3». Параметры орбиты у «Муссона» были такие же, как и у КА «Сфера».

​

Подготовка космического аппарата «Муссон» в монтажно-испытательном корпусе

Основное назначение космических аппаратов «Муссон» (другие названия — «Эридан» и «Гео-ИК») — решение геометрических и динамических задач геодезии. Геометрические задачи сводятся к определению положения точек на земной поверхности и установлению точных геодезических связей между континентами и обособленными объектами (например, островами) в целях приведения их к единой системе координат, привязки с особой точностью отдельных пунктов к сетям триангуляции (создание глобальной геодезической сети), определения точных координат отдельных пунктов на земной поверхности.

 Динамические задачи сводятся к уточнению формы, размеров и законов изменения гравитационного поля Земли и установлению ее истинной формы.

 Спутники серии «Муссон» использовались как опорные точки, то есть точки с точно известными в данный момент времени координатами, что позволяло осуществлять взаимную привязку пунктов, относительно которых спутник в течение определенного времени находится в зоне видимости. Для этого на КА «Муссон» была установлена соответствующая радиотехническая аппаратура, а также оптические уголковые отражатели для наземной лазерной аппаратуры измерения дальности (они позволяли измерять расстояние между наземной станцией  и космическим аппаратом с точностью до 1,5 метров) и система световой сигнализации, позволяющая производить серии вспышек, фотографируемых наземными станциями на фоне звездного неба. Кстати, в систему импульсной световой сигнализации спутника «Муссон» входила хорошо теперь известная, а тогда еще редкая ксеноновая лампа. Уточнение гравитационного поля Земли осуществлялось с помощью высокоточного радиовысотомера.

На КА «Гео-ИК» (серия «Муссон»), запущенного с космодрома «Плесецк» 29 ноября 1994 года, вместо системы световой сигнализации был установлен радиотехнический комплекс «Элекон», предназначенный для навигационного сопровождения наземных и морских транспортных средств, перевозящих ценные грузы.

Первая попытка запуска спутника «Муссон» в январе 1981 года оказалась неудачной — в результате технических неполадок на участке выведения не был сброшен головной обтекатель, спутник на орбиту не вышел и сгорел в плотных слоях атмосферы вместе с ракетой-носителем. Последующие пуски были успешными: 30 сентября 1981 года первый «Муссон» был выведен на орбиту («Космос-1312»). Всего на орбиты искусственных спутников Земли с космодрома «Плесецк» боевым расчетом войсковой части 25922 было выведено 13 аппаратов данной серии, последний из которых проработал на орбите до февраля 1999 года.

​

Вывоз ракеты-носителя «Циклон-3» с космическим аппаратом «муссон» на стартовый комплекс

С помощью спутников «Муссон» была создана единая геодезическая система координат СК-95 с погрешностью определения места до нескольких метров, а также были уточнены параметры фигуры Земли и ее гравитационного поля, что позволило создать Стандартные модели Земли 1986 и 1990 годов.

В статье использованы материалы, фото и фрагменты из следующих источников:

1. «Северный космодром России». Космодром «Плесецк». 2007 год.

2. «Первый космодром России». Москва. Согласие. 1996 год.

3. «Космодром «Плесецк». Международный космический центр «Плесецк». 1992 год

Когда купцы и путешественники прошлого, открывая новые страны и континенты, раздвигали представления людей о нашей планете, оказалось, что Земля огромна, и нет возможности удержать все сведения о ней в уме. Нужно было нанести на карту океаны и моря, реки и озера, горы и пустыни, города и страны, морские и караванные пути. Точные измерения земной поверхности, перенесение ее на карты в масштабе — это и есть основная задача геодезии — одной из самых древних и самых практических наук.

КОСМИЧЕСКИЕ ПРОГРАММЫ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ С КОСМОДРОМА «ПЛЕСЕЦК» В 1960-1980-Х ГОДАХ

Часть 3. Космическая геодезия