автореферат диссертации по истории, специальность ВАК РФ 07.00.10
диссертация на тему: Развитие радиотехнических систем исследования поверхности планет с борта космических аппаратов

Полный текст автореферата диссертации по теме "Развитие радиотехнических систем исследования поверхности планет с борта космических аппаратов"

П6 ой

' 1 российская академия наук

,л О

у ?! "'институт истории естествознания и техники

На правах рукописи

чесн0в Василий Михайлович

развитие радиотехнических систем исследования поверхности планет с борта космических аппаратов

Специальность 07.00.10 - история науки и техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Институте истории естествознания и техники Российской академии наук.

Научный руководитель - академик А.Ф. Богомолов.

Официальные оппоненты:

поктор технических наук, профессор Н.Т. Петрович кандидат технических наук В.П. Борисов

Ведущее предприятие - Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения

Зашита состоится _ ___2_1993 г. в час. на

заседании Специализированного Совета K-003.II.03 при Институте истории естествознания и техники РАН, по адресу: 103012, Москва, СтаропанскиЯ пер., д. 1/5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институте истории естествознания и техники РАН

ьиаиА 100,

Автореферат разослан _"__1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук

В.Р.Михеев

Актуальность темы. Изучение форм и метопов научного познания, становления и развития отдельных научно-технических отраслей является одной из основных задач историко-научных исследований. Особенно актуален историко-научный метод при аналитическом разборе комплексных направлений, находящихся в процессе интенсивного развития и имеющих важное теоретическое и практическое значение. Только проследив весь ход развития таких научно-технических отраслей, можно выявить главную линию этого процесса, вылепить при этом узловые проблемы.

Радиофизические исследования* планет с борта космических аппаратов (Р4ИКА) - радиофизическое зондирование из космоса** -составляют одну из таких комплексных отраслей знания, окончательно оформившуюся во второй половине XX века.

Открытие космической эры повлекло за собой глубокую перестройку ряда областей науки и техники. Новые методы исследования, предоставленные космонавтикой, повлияли не только на изменение методических основ всего комплекса наук о Земле, но и позволили оценить нашу планету "со стороны", рассматривая ее в едином масштабе с остальными телами Солнечной системы.

Общий прогресс в исследованиях планет, на протяжении более чем трех с половиной столетий проходивший по пути совершенствования оптических инструментов наблюдения, был революционизировал дважды: вначале (в середине текущего столетия) - благодаря внедрению радиометодов, а затем (вз второй половине нашего века) - в результате скачка,

Поп радиофизическими нами понимаются исследования, проводимые с использованием электромагнитных волн в частотном диапазоне от десятых долей Герца до, примерно, 300 ГГц.

Радиоисследования из космоса поверхности планет предполагают учет воздействия на радиоизлучение среды его распространения. Возможно также и решение обратной задачи -восстановление свойств среды распространения по характеристикам принимаемого сигнала, содержащего, в ряде случаев, еще и дополнительную информацию о планете в цепом. С этой точки зрения, допустимо и оправдано рассмотрение не только радиотехнических систем исследования поверхности, но и других устройств радиозондирования планет из космоса. Говоря же о планетах Солнечной системы, мы подразумеваем равно и их естественные спутники. Такой, подход не только не выводит за рамки проводимого анализа, но и позволяет достичь большей целостности в рассмотрении предмета изучения.

обусловленного созданием новой платформы для наблюдений -космического аппарата (КА).

Использование радиофизических методов в наземных астрономических исследованиях не только открыло новые возможности в изучении тел Солнечной системы, но и создало новое научное направление - радиоастрономию.

Космические же средства помимо предоставления возможности проверки точности предшествующих измерений путем непосредственных экспериментов вывели дистанционное

зондирование на новый уровень развития. С одной стороны, вынос исследовательских систем в космическое пространство сделал возможным рассмотрение протекающих на Земле процессов в глобальном масштабе. С другой - устройства дистанционного зондирования были существенно приближены к изучаемым объектам.

Параллельно с развитием наземных радиоастрономических исследований аппаратура, работавшая в радиодиапазоне, приобретала все большее значение и в дистанционном зондировании из космоса. Проведение точных количественных измерений, независимых от освещенности и климатических условий, и получение качественных данных, сравнимых по информативности и представительности с оптическими, определили неоспоримые преимущества РФИКА перед другими методами и диапазонами наблюдения. На всех межпланетных аппаратах, запущенных в космос В течение последних пятнадцати лет, устройства радиозондирования являлись либо неотъемлемой частью научно-исследовательского комплекса, либо составляли его основу.

Понимание системы РФИКА как сложного технического

технического обеспечения. но и теоретического обоснования метода исследования. в значитяльеой степени определяющего

подход дает основания для включения в анализ и космического аппарата, выступающего ие только в роли носителя/ но и в

реализации целого Выявление же путей взаимовлияния космонавтики и средств и методов РФИКА также может способствовать решению многих проблем, связанных с моделированием будущих систем космических исследований.

Успехи в исследованиях планет с помощью радиофизических методов дистанционного зондирования с борта космических аппаратов, достигнутые к настоящему времени, позволяют предположить и их дальнейшее интенсивное развитие. Для прогнозирования характера этого процесса, а также для расширения информационной базы проектирования, разработки и применения РФИКА необходимо проведение широкого сравнительного изучения фактического материала. Последнее жа невозможно без предварительного историко-научного анализа.

Материалы исследования. Материалом для настоящего анализа послужила научная литература, посвященная вопросам исследований планет Солнечной системы, выполненных в радиодиапаэоне, и собственно системам и метопам РФИКА. При написании работы использовались также трусы историков науки и техники.

Цель работы. Основной целью диссертационной работы является научно-исторический анализ зарождения, формирования и дальнейшего развития радиофизического дистанционного зондирования планет из космоса. В задачу настоящего исследования входит также раскрытие логики процесса эволюционного взаимодействия радиофизических систем и методов дистанционного зондирования и космонавтики.. Одновременно в работе решаются вопросы, касаюшиеся определения и разработки методики анализа систем РФИКА, периодов их развития и выявлени • социально-политических факторов этого процесса, а также проблемы структуры и классификации форм организации РФИКА.

В работе поставлены и некоторые прогностические задачи в связи с выявлением тенденций развития систем РФИКА

Научная новизна-иработы заключается в том, что в ней впервые проведен истодико-технический анапиз зарождения, становления и развития систем и метопов РФИКА. Исследование направлено на создание целостной картины, охватывающей рассматриваемую проблему с момента возникновения первых систем дистанционного зондирования в радиопиапаэоне (начало XX века) до настоящего времени. В работе выявлены закономерности, движущие сипы, постоянные и преходящие факторы, определившие развитие систем РФИКА на каждом из трех установленных нами

этапов юс эволюции: I этап - начало XX века - конец 50-х годов; II этап - конец 50-х - коней 70-х годов; III этап - конец 70-х годов - настоящее время.

Разработанная периодизация развития РФИКА хак новой научно-технической отрасли, основана на анализе его роли в исследовании планет Солнечной системы и полученных результатов. В этих же хронологических рамках рассмотрены условия формирования и развития каждого из основных направлений РФИКА и прослежены закономерности их "взаимодействия. Отражена зависимость широты использования определенных классов систем РФИКА от уровня развития радиоэлектроники и хоснонавтихи.

В работе также представлены методические основы подхода к классификации систем РФИКА на базе искусственных и естественных критериев, имеющих как качественный, так и количетвенный характер. Показано возможное .разнообразие конструкций систем РФИКА и тенденции к сближению их различных классов.

В работе дан также анализ логической последовательности основных этапов радиоисследований с борта КА! от постановки и способа ровения задачи до использования полученных результатов. В итоге бшш определены факторы, способствовавшие распространению одних и ограничивавшие применение других классов систем РФИКА, уточнены их достоинства и недостатки, а также перспективы дальнейшего развития.

Методы исследования. В соответствии с поставленными в исследовании задачами, наряду с главным методом - историко-научным анализом, Сыпи использованы тахже методы системного анализа, что позволило получить объективную информацию о рассматриваемой проблеме. Применение метода системного анализа в достаточной мере обусловлено и разработанным определением устройства РФИКА как сложной комплексной системы.

Практическая значимость и реализация результатов.■По теме исследования опубликовано 6 печатных работ. Материалы оиссертации могут быть использованы в работе научно-исследовательских и проехтно-консгрухторских организаций при разработке прогнозов развития бортового исследоватепьского оборудования космических аппаратов, в учебном процессе ВУЗов радиоэлектронного профиля, при создании обобщающих работ и

сводок, касающихся истории космонавтики и дистанционного зондирования из космоса.

Апробация работы. Основные разделы работы были положены в основу доклапов, прочитанных на XXX - XXXIV Научных конференциях аспирантов и мополых специалистов по истории естествознания и техники (1987-1992 гг.), на 377-м и 388-м заседаниях Секции истории авиации и космонавтики Советского национального объединения историков науки и техники (1986 и 1987 гг.), на XIV Научных чтениях по космонавтике, посвяшенных памяти ахапемика С.П.Королева (1990 г.) и на Научных чтениях по авиации и космонавтике в Казани (1990 г.).

Структура диссертации. Диссертация изложена на "3^3 страницах машинописного текста и состоит из ввепения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Список литературы включает ¿Г?^ названий.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Выявлены особенности и основные направления хода развития сис-геи и методов радиофизического зондирования.

2. Установлены главные связи и пути взаимодействия между процессом развития систем радиозондирования и общим ходом развития радиоэлектроники и космонавтики. Раскрыто взаимовлияние эволюции наземной радиоастрономии ч радиофизических исследований планет из космоса.

3.. Определена сложная комплексная структура системы радиофизических исследований планет и ее базовые* элементы.

4. Обосновами принципы периодизации развития систем радиофизических исследований планет м выделены основные этапы этого процесса-

5. Рассмотрены прею-гуиества системного подхода при раскрытии комплексной структуры систем радиофизических исследований планет, при упорядочении множества их классификационных признаков и при разработке комбинатавно-иерархической классификации.

Основное содержание диссертации по главам.

Во введении обоснован выбор темы исследования, ее научная актуальность, определены цели и задачи диссертационной работы, содержится анализ степени разработанности проблемы и методов ее изучения, определен обьект и предмет исследования, сформулирована практическая значимость полученных результатов, аргументирована композиция работы.

В первой главе изложены методологические основы исследования. При этом рассмотрены следующие частные вопросы: основные предпосылки возникновения и развития как систем и методов дистанционного зондирования с борта космических аппаратов вообще, так и исследования планет в радиодиапазоне в частности; определено понятие системы РФИКА как комплексной системы; обоснованы принципы классификации и периодизации систем РФИКА.

Успешное развитие и формирование РФИКА в самостоятельное направление космических исследований связано прежде всего, как выявлено в работе, с его преимуществами перед другими методами изучения планет. Они заключаются в получении количественной информации относительно тех объектов или их участков, где контактные измерения неосуществимы или затруднены; в охвате измерениями больших пространств без сети локальных устройств, коммуникаций и т.п.; в возможности усреднения данных по линии, площади или объему. Вместе с тем установлено, что высокая сложность бортовой аппаратуры и невысокая в начальный период точность измерений несколько сдерживали темпы развития дистанционного зондирования из космоса.

В работе установлено, что, хотя первые эксперименты по дистанционному зондированию с Сорта космического аппарата были выполнены в радиопиапазоне, основными средствами наблюдения до конца 70-х годов оставались оптические и инфракрасные инструменты, более простые и лучше отработанные в "земных" условиях. Недостаток необходимых знаний относительно взаимодействия радиоволн с исследуемым обьектом, а также невысокий уровень развития радиоэлектроники и космонавтики не давали возможность разместить на борту первых космических аппаратов сложные радиотехнические устройства. Показано, что

интенсификации прогресса РФИКА, начавшейся со второй половины 60-х голов, способствовало не только совершенствование технической базы, но и реализация "лунных программ" как в США, так и в СССР. Утверждается, что изменение поставленных задач и переориентация основных интересов космонавтики с изучения Земли на другие тела Солнечной системы стимулировали использование всех возможных устройств и методов изучения планет. В результате началось совершенствование исследований в радиояиапаэоне, эффективность которых била уже доказана предшествующей, более чем тридцатилетней историей радиоастрономии. Чувствительность радиометодов к геометрии поверхности, к влагосодержанию, их независимость от облачного покрова и положения Солнца, возможность установления физических параметров грунта определили их значительную роль а планетных исследованиях.

Развиваемый в работе подход к системе радиозондирования как х комплексной системе и определение составляющих ее базисных элементов открыли качественно новые средства и методы познания РФИХА. Показано, что в самом факте становления дистанционного зондирования проявилась одна из наиболее характерных черт генезиса науки и техники текущего столетия -их межотраслевое соединение, их синтез. Так, в рамках РФИКА наряду с конструированием собственно исследовательской аппаратуры разрабатывались эффективные информационные система, проводились взаимообогаидгацие работы с широким спектром фундаментальных астрономических наук и наук о Земле. В итоге изложенного становится очевидным, что для проведения корректного историко-научиого анализа и реконструкции целостной картины развития РФИХА необходимо достаточно четкое выявление сложной структуры дистанционного зондирования из космоса, а также четхое определение механизма взаимодействия составляющих его элементов. Степень детализации предлагаемого способа рассмотрения зависит от того, что будет выбрано в качестве критерия элемента системы, т.е. конкретной законченной функциональной единицы.

Показано, что каждая из выделенных составных частей выполняет определенное функциональное назначение. При

рассмотрении научно-технического обоснования метода РФИКА принимались во внимание не столько узкоспециальные данные, позволившие разработать теоретическое обоснование эксперимента, сколько сам факт наличия научной Сазы для его осущыствления. Таким образом, из предложенной структуры РФИХА в качестве предмета анализа била взята научная основа самого метода.

Выявлена целесообразность рассмотрения и другого базового элемента РФИКА - его технического обеспечения - как сложной системы. Последняя, в свою очередь, согласно развиваемым представлениям, также состоит из двух базовых элементов: наземного и бортового радиотехнического комплекса и космического аппарата.

Рассмотрение космического аппарата как составной части сложной системы, оправдывается пр двум причинам, определяемым его функциональным назначением. Первая из них заключается в том, что космический аппарат выполняет роль транспортного средства. Причем весьма часто эта функция в значительной степени детерминирует развитие технических аспектов РФИКА. Вторая причина вытекает из того обстоятельства, что космический аппарат, в ряде случаев, является неотъемлемой частью исследовательского комплекса радиозондирования.

В главе определены также общие закономерности организации всего разнообразил систем и методов РФИКА. В соответствие с предложенной моделью структуры РФИКА выявлены и проанализированы теоретические, радиотехнические и технико-космические основы дистанционного зондирования из космоса. Все они оценены как факторы, определяющие разнообразие систем РФИКА.

Показано, - что теоретические принципы РФИКА позволяют разделить все системы и методы этого направления на две большие группы: использушцие принцип активного зондирования и регистрирующие собственное излучение исследуемого объекта. Каждая из этих групп может, в свою очередь, подразделяться на множество классов в соответствии с определяющим параметром классификации: используемыми характеристиками отраженного сигнала, функциональным назначением, способом обработки отраженного сигнала, частотным диапазоном, местом расположения

призгаюй и передающей антенн и рядом других характеристик. Названные признаки классификации являются равноправными, что на яаот возможности провести иерархическое ранжирование.

Бортовое и наземное радиотехническое аппаратурное обеспечение, в своп очередь, также предоставляет, как выявлено в работе, необычайно широкий спектр количественных и качественных показателей, необходимых лля классификации деления. Проведенный анализ степени влияния отдельных частей этого обеспечения на ход развития систем РФИХА определил целесообразность его комплексного рассмотрения. Как оказалось, наиболее информативными и объективными в этой случае являются параметры, которые характеризуют результаты, получаемые в ходе использования исследовательского устройства. При этом могут приниматься во внимание и наиболее важные конструкторские характеристики системы РФИКА, оказывающие решающее влияние на качество выходной информации. Изучение большого объема специальной литературы позволило составить примерный список таких информационных параметров, применительно к различным классам систем РФИКА.

Космический аппарат, выступая в качестве части системы РФИКА, также определяет ряд классификационных признаков. К ним отнесены характеристики орбиты космического аппарата, время его функционирования, величина полезной научной нагрузки и некоторые другие.

Выбор методологического принципа классификации систем РФИХА, разнообразие которых определяется множеством признаков, основывался на рассмотрении различных схем, в том числе, ряда систематических построений яишых объектов. В результате было принято и обосновано решение использовать некоторые приемы и понятия мероно-таксокомичесхого принципа. Явление разнообразия при этом оценивалось с позиции рассмотрения не отдельных объектов или фактов, а их рядов. На этой основе была разработана модель системы РФИКА и, в общем виде, определено Множество значений ее меронов, что позволило представить в целом всю совокупность средств дистанционного зондирования в ратшодиапазоне. на основе полученной таблицы предложена классификационная схема, сочетающая в себе элементы хомбинативной и иерархической структур.

В главе обоснованы также принципы периодизации, на основе которых проведено выделение главных этапов развития систем рфика. При решении поставленной задачи использовалась общая модель развития технической отрасли. Конкретизация понятий базового устройства - системы РФИКА и базовых элементов технижи - радиотехнической системы дистанционного зондирования и космического аппарата позволили выдели-гь три этапа в развитии космического дистанционного зондирования.

I этап (начало XX века - конец 50-х годов). Зарождение естественно-научных и технических предпосылок и создание базовых элементов системы РФИКА.

II этап (конец 50-х - конец 70-х годов). Формирование научно-тахничоского направления РФИКА и создание первых функциональных (Целевых) средств РФИКА. При этом исследования, проводимые указанными средствами, носили вспомогательный, экспериментальный характер.

III этап (конец 70-х годов - настоящее Время). Возникновение отдельного научно-технического, комплексного направления на основе Практического Применения систем РФИКА.

Во второй глава проведено рассмотрение развития с5истем дистанционного зондирования в радиодиапазоие на первом этапе развития (с начала XX века по конец 50-х годов). Выявлено, что в указанный период шло формирование базовых элементов системы РФИКА.

Достаточно сложно точно выделить начальный момент зарождение научно-технического обоснования да"х составляющих базового технического устройства базовых элементов техники -радиотехнической системы дистанционного зондирования и космического аппарата. Проведенным анализ позволил вполне обоснованно, с нашей точки зрения, отнести начало первого периода к первым десятилетиям XX Века, когда уже были сформулированы основные теоретические положения в области космонавтики и радиотехники. В это же Время начала формироваться техника дистанционного зондирования в радиодиапазоне. В первую очередь это касалось активных радиолокационных систем. Одновременно стали проводиться и эксперименты по жидкостным ракетным двигателям и ракетам.

Завершает этап факт использования в 1957 г. радиотехнической системы, установленной на борту первого искусственного спутника Земли, для изучения земной атмосферы и ионосферы. Последовавшие за ним многочисленные эксперименты по радиопросвечиванию из космоса и исследования в ряде других направлений радиофизического зондирования планет подтверждают закономерность такого вывода:

В результате проведенного анализа выявлено, что развитие методов зондирования пространства в радиодиапазоне на первом подготовительном этапе шла во взаимодействии с развитием ракетной и ракетно-космической техники. Отмеченное взаимодействие носипо как непосредственный, так и опоспедованный характер!

- радиотехнические системы использовались непосредственно для слежения за ракетами;

- радиометоды использовались для изучения верхней атмосферы и ионосферы Земли» что было необходимо для правильного расчета полетов баллистических ракет;

- измерения параметров верхних слоев атмосферы и ионосферы с помощью исследовательских ракет предоставляли необходимую информацию для решения задач распространения радиоволи.

В работе показано, что к концу 50-х годов такой ход развития привел к созданию базовых эленентов РФИХА! бортовых авиационных систем дистанционного зондирования, ставших в дальнейшем базой для разработки космических устройств, и ракет-носителей, способных вывести на околоземнуо орбиту необходимую аппаратуру.

В то же время развитие ракетной и зарождавшейся космической техники не стало еще в тот период одним из основных факторов, стимулировавших изучение планет. Однахо, несмотря на это обстоятельство, со времени окончания второй мировой войны и до конца 5и-х годов в основном были сформированы методы дистанционного зондирования в радиодиапазоне.

С одной стороны, этот процесс бил обусловлен необходимостью проведения военной разведки без

непосредствеккого г.ролета над территорией, что стимулировало

разработку средств радиокартографирования поверхности и соответствующих методов обработки полученной информации.

С другой — уровень развития радиотехники, достигнутый к окончанию второй мировой войны, позволил радиоастрономии к середине 50-х годов окончательно оформиться в самостоятельную отрасль науки. На этом этапе ее развитие шло в основном по пути совершенствования аппаратуры и методов исследования собственного радиоизлучения планет Солнечной системы и других небесных объектов. Это обстоятельство объясняется, в свою очередь, двумя основными причинами.

Во-первых, невозможностью с технической точки зрения создария планетных радиолокаторов с необходимой мощностью излучения.

Во-вторых, отсутствием запросов на проведение подобных исследований со стороны других наук и областей техники.

Вместе с тен успехи радиоастрономических исследований позволили разработать основные положения теории радиоизлучения планет и методов определения свойств их поверхностей и атмосфер по полученным результатам.

Все это создало, в основном, научную базу для проведения пассивного зондирования планет бортовыми устройствами в радиодиапазоне.

Новый уровень был достигнут и в изучении радиометодами свойств атмосферы и ионосферы. Это объяснялось необходимостью исследования распространения радиоволн для обеспечения работы радиолокационных станций дальнего обнаружения и слежения за баллистическими ракетами И проведения радиоастрономических экспериментов. В дополнение ж известным методам просвечивания и локирования ионосферы добавились радиоастрономические методы: просвечивание атмосферы и ионосферы естественным радиоизлучением космического источника и измерение собственного радиоизлучения газовой оболочки Земли. Эти исследования способствовали ках практически полному оформлению методов радиопросвечивания атмосфер и ионосфер планет с борта жоскического аппарата, так И развитию теоретических и аппаратурных оснований их пассивной локации из космоса.

Хроме ' того создание систем противовоздушной и противоракетной обороны, а также центров слежения за полетами

баллистических ракет, равно как и опит, накопленный в результате их функционирования, позволяет говорить о становлении, а основном, наземного радиоизмеритчльного комплекса. Таким образок, к концу 50-х годов была обеспечена база для проведения "косвенными" радиоисследований планет в ходе радиослежения за космическими аппаратами.

В третьей главе пан анализ развития систем и методов РФИКА на втором -этапе (с конца 50-х по конец 70-х годов). Показано, что на протяжении рассмотренного периода наблюдался процесс становления и отработки основных средств и методов радиозондирования с помощью бортового радиооборудования космических аппаратов. Причем сам ход этого процесса отличался рядом характерных черт.

Выделение второго этапа развития РФИКА в соответствии с принятыми нами принципами периодизации обуславливается возникновением научно-технического направления РФИКА и созданием первых его функциональных средств, которые при этом посипи вспомогательный и экспериментальный характер. В соответствии с этим возможно определить и временные рамки второго этапа.

РФИКА Земли (радиопросвечивание атмосферы и ионосферы) началось с запуска первого искусственного спутника Земли в 19 57 г. Первый же эксперимент по дистанционному иследованию других планет с помощью специальной радиотехнической системы был проведен с борта американского космического аппарата "Каг1пег-2" пишь в 1962 г. при его пролете вблизи Венеры. Несмотря на это обстоятельство отнесение нижней границы второго этапа к концу 50-х годов имеет веские причины.

Первая из ник состоит в самом факте начала использования радиофизических методов для дистанционного зондирования Земли. Вторая - в выполнении первых экспериментов по применению "косвенных" радиотехнических методов для исследований планет. Наконец, третьг причина связана с резким расширением к началу 60-х годов радиоастрономических исследований и, что особо важно, с проведением успешны* экспериментов по активной радиолокации планет. Выполненные в этот период исследования заложили, по существу, теоретический и практический фундамент

для развития дистанционного зондирования планет в радиодиапазоне с борта космического аппарата.

Проведенный анализ свидетельствует о том, что в эти же годи началось также интенсивное взаимосвязанное и взаимовлияющее развитие активной и пассивной радиоастрономии, космонавтики и РФИКА планет» Многоеспектность этого процесса, его специфика отражает, по существу, качественный сдвиг в развитии РФИКА. Эти обстоятельства дают, по нашему убеждению, убедительные аргументы для принятия за исходный рубеж второго этапа период конца 50-х годов.

Таким образом, начало РФИКА планет было положено экспериментами пи радиопросвечиванию атмосферы и ионосферы Земли. Применение указанного истода исследования било предопределено использованием штатных бортовых радиотехнических устройств. Важно отметить« что не только в знаменательном 1957 г-, но И в течение 60-х годов еще не имелось технических возможностей для установки на космическом аппарате сложного специального научного радиотехнического оборудования. Подобное положение почти не изменялось вплоть до начала 70-х годов, и использование для радиофизических ислледований планвг итатного бортового радиооборудования космических аппаратов оставалось доминирующим.

.При этом в, первую* очередь, применялись радиопередающие устройства, входивдзш в состав всех бортовых радиокомплексов. Радиорефракционные исследования с использованием штатной аппаратуры проводились во время практически всех полетов искусственных спутников Земли и межпланетных космических станций.

Развитие активных систем и методов РФИКА с середины 60-х годов било в основном связано с интенсификацией исследований Луны. Итерес к этому небесному телу, имевший в большой степени политическую подоплеку, стимулировал отправку к нему большого числа космических аппаратов и изучение его всеми доступными средствами.

В результате исследования слабовыраженной ионосферы Луны к середине 70—х годов окончательно оформилась схема

дяухчастотного дисперсионного интерферометра - основного средства радиопросвечивания.

Произошло становление и еще одного класса активных систем - устройста бистатической локации, 1а которых в качества средства зондирования также иййользовался бортовой связной радиокомплекс. В силу сущности метода Первые эксперименты по его применению били произведены не с борта искусственного спутника Земли, а с первых орбитальных окололунных станций.

Моностатические радиолокатиоинив Исследования проводились в основном штатными бортовъгии высотомерами спускаемых аппаратов. Лилш в Начале 70->Х годов достигнутый уровень развития космических "лунных" аппаратов Позволил разместить на Сорту специализированные устройства активной Локации: в 1971 И в 1974 годах радиовысотомеры больших высот на советских искусственных спутниках Лупи "Луна-19 и 22" соответственно и в 1972 Г. радиолокатор с СинтезиройаПноП апертурой антенны на орбитальном отсеке американского космического корабля *Аро11о-17". ПрИчеН Последнее устройство стало первой радиолокационной станцией такого типа, Ьываденной в космическое пространство.

Отработанные в "лунных" условиях средства и методы РФИКА стали использоваться с начала 70-х годов при изучении других планет, в частности, Венеры и Марса. В основном это касалось исследований, выполняемых с помощью штатной радиотехнической аппаратуры.

Весьма показательно также, что специальные системы активной локации, апробированные при изучении Луны (специализированные радиовысотомеры и радиолокатор с синтезированной апертурой) не использовались при исследований других планет. Сложившееся положение объясняется ориентацией планетных космических исследований тех лет на эксперименты, проводившиеся с помощью спускаемых аппаратов. Помимо этоГо возросшие дальнести перелета и тяжелые условия, как в атмосфере так к на поверхности этих планет, существенно ограничили состав научного оборудования последних, а также объем передаваемой информации. Эти же обстоятельства не позволили в "лунных" масштабах провести радиофизические дистанционные исследования

Венеры я Марса и с помонью штатной аппаратуры спускаемых отсеков (например, радиовысотомеров). Основные радиофизические исследования были здхполнснц бортопыки радиотехническими системами орбитальных модулей методами бистатичесхой радиолокации и радиопросвечивания.

Проведенный анализ позвляет определить ход развития активных систем РФИКА в течение второго зтапа как достаточно плаюнь'й, при постепенном совершенствовании параметров от устройства к устройству.

В работе также установлено, что эволюция дистанционного зондирования в ралиодиапазоне стимулировалось и бурным прогрессом радиоастрономии, наблюдавщимся в эти годы.

Решение специфических проблем этой науки обусловило создание в 1962 г. первой специальной пассивной системы РФИКА - радиотелескопа, предназначенного для исследования радиоизлучения Венеры с борта KA "Mariner-2".

Характерно, что следующий эксперимент по наблюдению собственного радиоизлучения планеты был выполнен лишь в 1973 и 1975 годах советскими станциями "Марс-3* и "ttapc-5" соответственно. В задачу исследования входило проведение радиотеплового картографирования некоторых районов Марса.

Столь малочисленные исследования можно объяснить тем обстоятельством, что для развития пассивного направления РФИКА было необходимо использование специализированных устройств или, по крайней мере, совмещение их на уровне антенной системы с активными радиолокационными станциями. Как раз такой подход и был впоследствии опробован при дистанционном зондировании Земли с борта американской орбитальной станции "Skylab" в 1973 г.. Однако сложность подобной системы, обуславливала неприемлемые характеристики (масса, габариты, энергопотребление и т.п.) для установки ее иа борту межпланетной станции.

.Таким образом, эволюция средств пассивных РФИКА на втором этапе носила эпизодический и в определенной степени сжачкообразний характер.

В целом же второй этап возможно рассматривать как время двусторонней, радиотехнической и "космической" подготовки теоретической и практической базы для развертывания

широкомасштабных космических исследований планет в радиодиапазоне.

В четвертой главе проведено историко-научное рассмотрение третьего этапа развития РФИКА (с конца 70-х годов по настоящее время).

Эволюция систем РФИКА планет в течение 60-х - 70-х годов вывела их на новый качественный уровень. За это время был достигнут очевидный прогресс в средствах и метопах исследований, позволивший получить более точные и достоверные сведения в гораздо больших объемах. В качестве характерного примера, может быть приведен первый эксперимент по радиокартографированию Венеры в глобальном масштабе, выполненный американским КА "Р1опеег-Уепиз-1" в 1978-1979 гг. Его результаты позволяют говорить о создании функционального технического средства на основе дальнейшего усовершенствования базового устройства в связи с неотложными требованиями практики и о начале нового третьего этапа в развитии РФИКА.

Рассматриваемый этап характеризуется проведением глобальных исследований Земли и дугих планет Солнечной системы с помошью нового класса активных радиолокационных устройств и построением на их основе всего космического комплекса исследовательской аппаратуры.

Выявленные тенденции проявились в резком увеличении удельного веса радиотехнических исследовательских систем в составе научного оборудования межпланетных станций и а качественном увеличении их научной информативности на фоне общего сокращения числа запусков космических аппаратов к планетам Солнечной системы по сравнению со вторым периодом (конец 50-х - конец 70-х годов).

Так пять космических зондов, составивших почти половину всех межпланетных комических аппаратов, запушенных на протяжении третьего этапа, были ориентированы на изучение Венеры в ралиодиапазоне. В результате были получены радиокартографические снимки почти 90% поверхности планеты, постоянно скрытой облаками от средств наблюдения э других диапазонах спектра.

Крайне важно отметить, что в процессе этого сложного многоэтапного исследования глобального масштаба происходило последовательное совершенствование систем радиолокационного зондирования. Такой, ж примеру, показатель качества работы анализируемых систем, как линейное разрешение по поверхности, составил десятки километров у радиолокатора бокового обзора, установленного на КА "Pjxweer-Venus-l* (1978 г.); окота полутора километров для аппаратуры КА "Венера-15, 16" (1983 г.) и возрос до сотен метров для некоторых районов Венеры у радиотехнической системы на борту КА "Magellan" (1990 г.).

Необходимо также отметить, что проведение глобального картографирования Венеры ознаменовало собой не только иные, качественный и количественный, уровни получаемой информации, но и явилось своеобразной точкой отсчета в широком использовании в планетных исследованиях нового класса бортовых радиотехнических устройств - радиолокаторов с синтезированной апертурой антенны. Напомним, что в предшествующем эксперименте с использованием подобной системы, который был проведен с помощью орбитального отсека КА *Аро11о-17" в 1972 г., преследовались другие цели (подповерхностное зондирование отдельных областей лунной поверхности), и для их достижения применялось менее совершенное аппаратурное обеспечение (регистрация отраженных сигналов производилась фотографическим устройством)■

Начало же третьего этапа развития РФИКА было отмечено фактом использования более сложных космических радиолокационных систем с синтезом апертуры (промежуточная запись полученных сигналов на бортовой магнитофон и последующая передача их на Землю для обработки), а также их применением не только для картографирования плаиот, ко и для изучения поверхности Земли. В 1978 г., практически одновременно с КА "Pioneer-Venus-1" на околовенерианской орбите, начал функционировать искусственный спутник Земли "Seasat". Его основу составил радиотехнический комплекс дистанционного зондирования, включавший в себя три исследовательские радиосистемы. Уровень развития

радиоэлектроники а целом и средств радиолокационного зондирования, в частности, достигнутый х хонцу 70-х - началу 80-х годов, раскрыл перед специалистами возможности иссследования планет с помощью качественно новой

радиотехнической системы без ее длительного опробования при дистанционном зондировании Земли с борта искусственного

спутника•

Так, на протяжении третьего этапа било трижды проведено изучение поверхности Венеры при помощи радиолокаторов с синтезированной апертурой с орбиты ее искусственных спутников. Каждый из выполненных экспериментов характеризовался использованием все более совершенной аппаратуры (например, разрешение улучшалось всякий раз почти на порядок). Радиолокационный комплекс КА "Seasat" получил некоторое развитие только при полетах космических кораблей по программе "Space Shuttle" в 1981 и 1934 годах. В хода этих экспериментов применялись незначительно модифицированные системы, аналогичные установленной на КА "Seasat"*.

Дальнейшее усовершенствование радиолокаторов с

синтезированной апертурой антенны связано с запуском европейского "ERS-1" и советского "Алмаз" спутников дистанционного зондирования Земли в 1-990 и 1991 Голах соответственно.

Выявлено, что на протяжении третьего этапа продолжалось также совершенствование и ранее отработанных систем И методов РФИХА. Их развитие в основном обуславливалось расширением круга исследуемых объектов. Била проведена бистатичесхая радиолокация Солнца, а совершенствование радиоэатменншс радиорефракционных Методов было напрямую связано с изучением внешних планет Солнечной системы и комет. Было осуществлено радиопросвечивание не только атмосфер и ионосфер, но и колец этих планет и околокометной плазмы.

В этот же период прослеживалось значительное возрастание роли наземного радиокомплокса при изучении планет с помощью космических аппаратов. Подобное явление было обусловлено увеличением дальностей, на которых проводились радиофизические исследования и повышением информативности научной аппаратуры.

Показателен в этом плане эксперимент по слежению за американским космическим аппаратом "Voyager-2". При его пролете

* , Следует отметить, что эти исследования были приостановлены в связи с аварией в 1986 г. орбитальной ступени "Challenger"»

около Нептуна и Урана была проведена модернизация сети дальней космической связи NASA. Били увеличены диаметры больших антенн (с 64 м до 70 н), усовершенствована усилительная и регистрирующая аппаратура. Для слежения за аэростатами советских станций "Вега-1, 2" в атмосфере Венеры была создана международная сеть радиоинтерферометров со сверхдлинними базами.

Сооружение и организация наземного комплекса для проведения радиоисследований планет по сложности и стоимости стали соизмеримыми с собственно космической системой.

Проведенный анализ выявил также возросшее значение на третьем этапе самого космического аппарата как элемента системы РФИКА. Объяснение этому дает тот факт, что новый класс используемых систем дистанционного зондирования планет (радиолокаторы с синтезированной апертурой антенны) нуждается в постоянном его перемещении наш исследуемой поверхностью.

Таким образом, можно утверждать, что радиофизические системы и методы дистанционного зондирования постепенно заняли, благодаря их надежности и информативности, присущее им одно из центральных мост в современных космических исследованиях.

В заключении кратко сформулированы основные положения, рассмотренные в диссертационной, работе. Впервые проведена реконструкция процесса зарождения, стоновления и дальнейшего развития систем радиофизического дистанционного зондирования ппанет с борга космических аппаратов. Разработаны методологические основы анализа развития и предложена структура классификации систем и методов РФИКА. Установлена периодизация процесса эволюции РФИКА, определены также главные социально-политические и научно-технические факторы, повлиявшие на процесс его зарождения и становления.

На .основе проведенного анализа сделаны некоторые прогнозы относительно основных путей пальнейшего развития РФИКА.

В результате были получены_следуюшие выводы.

1». Разработана модель внутренней организации систем радиофизического ао кдиро ва ния планет, которая представляет

совой триединую структуру и включает в себя радиотехническую систему дистанционного зондирования, космически» аппарат и объединяйте« их обаао теоретическое обоснование используемого Катода.

2. На основе разработанной модели предложена жомбинативно-иерархическая схема классификация систем радиофизического исследования планет. Триединая структура позволила выявить и соединить в одном, логически обоснованном комплексе основной спектр классификационных признаков, связанных с теоретическими принципами используемого метода, конструкторскими особенностями радиотехнического оборудования и характеристиками космического носителя.

3. Проведена периодизация и выделено три этапа процесса формирования радиозондирования на основе уровня развития составляющих его базовых элементов и рассматриваемой научно-тохничсекой отрасли знания а целой.

I этап (начало XX века - конец 50-Х годов).

Зарождение естественно-научных и технических предпосылок й создание базовых элементов системы РФИКА,

II этап (конец 50-х - конец 70-х. годов).

Формирование . научно-технического направления РФИКА и создание первых функциональных (целевых) средств РФИКА. При этом исследования, проводимые указанными средствами, носили вспомогательный, экспериментальный характер).

III этап (конец 70-х годов - настоящее время). Возникновение отдельного научно-технического, комплексного направления на основе практического применения систем РФИКА.

4. Установлено, что весь процесс эволюции систем радиозондирования протекал в тесном взаимодействии радиоэлектроники, ракетно-космической техники, астрономии и комплекса наук о Земле.

5. Выявлено определяющее влияние различных областей науки и техники, а также социально-политических факторов на развитие радиозондирования в течение определенных отрезков времени!

- развития радиотехники в целом и совершенствования дальней радиосвязи в частности (20-е - 30-е годы XX в.);

- совершенствования противовоздушной обороны и средств обзора пространства, стимулированного второй мировой войной (40-е годы);

- формирования основных средств и методов радиоастрономии (50-е годы);

- подготовки запусков перных межпланетных станций (конец 50-х - первая половина 60-х годов);

- "космической гонки" за приоритет в освоении Луны между СССР и США (вторая половина 60-х годов - первая половина 70-х годов);

- научных запросов астрономических дисциплин и научно-практических запросов комплекса наук о Земле (конец 70-х - настоящее время);

- задач военной разведки и обороны (постянно действующий фактор с конца 30-х голов).

6. Показано, что с кота 70-х годов совершенствование космической техники и радиоэлектроники обусловили развитие радиофизических научно-исследовательских бортовых систем как космического комплекса, объединяющего все доступные (активные и пассивные) методы исследования.

7. Раскрыта постоянно возрастающая роль систем радиозондирования в космических исследованиях планет и намечены два наиболее вероятных направления их дальнейшего развития:

- как основы всего научно-исследовательского аппаратурного космического комплекса

- как неотъемлимой части всечастотного научно-исследовательского аппаратурного космического кокллекса.

1. Чеснов В.М. Основные этапы развития радиолокационных систем с синтезированной апертурой для исследования Земли и других планет. // Из истории авиации и космонавтики. Вып. 55. Москва. 1987. С. 163-175.

2. Чеснов В.М. Основные этапы взаимодействия радиолокации, астрономии и космонавтики. //Из истории авиации и космонавтики. Вып. 57. Москва. 1989. С. 47-67.

3. Чеснов D.H. Особенности третьего этапа развития радиотехнических систем исследования планет космического базирования. // XXXIII научная конференция аспирантов и молодых специалистов по истории естествознания и техники. Тезисы докладов. Москва. 1991. С. 138-139.

4. Чеснов В.М. О третьем этапе развития радиоисследований планет с помощью космических аппаратов. // Из истории авиации и" космонавтики. Вып. 63. Москва. 1991. (В печати.)

5. Чеснов В.М. К вопросу о развитии исследований по дистанционному зондированию Земли и других планет Солнечной системы с помощью космических аппаратов // XXXIV научная конференция аспирантов и молодых специалистов по истории естествознания и техники. Тезисы докладов. Москва. 1992. С. 85-86.

6. Чеснов В.М. Принципы классификации радиофизических исследований планет Солнечной системы // IV конференция мололых ученых. Тезисы докладов. Киев. 1992. (В печати.)

•Д80.Т.100,