Первую в России систему радиозондирования атмосферы создали ученые вуза

12:47, 23 марта 2022

Она применяется в исследованиях климата и в подготовке пусков космических ракет

Прототип устройства — в руках разработчика Олега Плохих — находится в ИРИТ-РтФ. Фото: Владимир Петров.

23 марта — Всемирный день метеорологии. Ученые Уральского федерального университета имеют к нему непосредственное отношение. Рассказываем об истории создания исследователями УрФУ первой отечественной навигационной системы радиозондирования атмосферы, которая широко применяется в сети Росгидромета, а также при подготовке пусков ракет с космодромов Байконур и «Восточный».

Лучше зарубежных образцов

В нашей стране до 90% информации, предназначенной для прогнозов погоды и состояния климата, запусков космических ракет и других нужд, поставляют системы радиозондирования (СР). Мониторинг метеорологических параметров атмосферы данные системы осуществляют с помощью аэрологических радиозондов (АРЗ), которые запускаются в стратосферу Земли, на высоту до 50 км.

В 1990-е годы возникла потребность в усовершенствовании конструкции отечественных аэрологических радиозондов и определяющих их координаты наземных радиолокационных станций (РЛС). Чтобы улучшить эксплуатационные характеристики оборудования и повысить его конкурентоспособность, сотрудники ИРИТ-РтФ разработали малогабаритную РЛС «Бриз». Ее демонстрация на международных выставках в Линдау (Германия) и Санкт-Петербурге осенью 1997 года прошла настолько успешно, что отпала необходимость в закупках образцов зарубежной техники.

Опыт создания РЛС «Бриз» использовали при разработке и изготовлении на «УПП «Вектор» (Екатеринбург) нового радиолокационного комплекса «Вектор-М». Он работает с полупроводниковыми радиозондами типа МРЗ-3, которые также созданы на основе разработок ученых УрФУ. Позже этот тип радиозондов модернизировали, и сейчас их серийно выпускают на предприятии «Радий» (Касли, Челябинская область).

«Преимущества комплексов „Бриз“ и „Вектор-М“ в сравнении с предыдущими образцами заключались в значительном снижении мощности излучения РЛС, их массы и габаритов, в применении современной элементной базы и цифровых методах обработки радиотелеметрической информации. В настоящее время в сети Росгидромета эксплуатируется более 50 комплексов „Вектор-М“», — рассказывает Олег Плохих, разработчик комплексов, старший преподаватель, инженер I категории департамента радиоэлектроники и связи УрФУ.

Тогда же, в конце 1990-х, специалисты ИРИТ-РтФ по собственной инициативе провели исследования по созданию отечественной радионавигационной системы радиозондирования (СР). В 2000 году на выставке Russia Arms Expo в Нижнем Тагиле они продемонстрировали упрощенный макет радиозонда с навигационным модулем. А осенью 2009-го на аэрологической станции Верхнее Дуброво в Свердловской области провели успешные испытания первого в нашей стране действующего макета радионавигационной СР.

На Земле и в космосе

Опыт, накопленный при создании комплексов «Бриз» и «Вектор-М», пригодился в 2010-2012 годах. Тогда, в соответствии с постановлением Правительства РФ № 218 специалисты УрФУ и предприятия «Радий» реализовали проект «Создание и производство технических средств радиозондирования атмосферы на основе спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС с целью модернизации технологической базы аэрологической сети Росгидромета». Они разработали и запустили серийное производство первой отечественной навигационной системы радиозондирования атмосферы «Полюс» и аэрологический навигационный радиозонд МРЗ-Н1.

В 2011 году, на этапе создания опытного образца системы радиозондирования «Полюс», интерес к разработке проявил Центр эксплуатации наземной космической инфраструктуры (ЦЭНКИ, Москва), отвечающий за эксплуатацию и строительство космодромов Байконур и «Восточный». В ноябре того же года СР «Полюс» прошла успешные испытания на космодроме «Южный» (Байконур). Для подготовки пусков космических ракет на космодроме установили сначала опытный, а затем и первый серийный образец СР «Полюс».

«Специалисты ЦЭНКИ сразу же оценили потенциал новой системы, ее мобильность, возможность работы в полевых условиях, быстроту развертывания, надежность и простоту в обслуживании. Совместно со специалистами „Радий“ мы в кратчайшие сроки доработали функционал специализированного программного обеспечения системы радиозондирования с учетом рекомендаций ЦЭНКИ», — вспоминает Вячеслав Иванов, профессор кафедры радиоэлектроники и телекоммуникаций УрФУ.

По инициативе ЦЭНКИ и силами УрФУ, «Радий» и «УПП «Вектор» система радиозондирования «Полюс» получила дальнейшее развитие. В результате в 2015 году на космодром «Восточный» были поставлены и прошли испытания две стационарные системы «Полюс-С» и одна мобильная «Полюс-М» (последняя — в составе мобильного аэрологического комплекса, созданного «УПП «Вектор» на базе автомобиля КАМАЗ). После проведения комплексных испытаний СР «Полюс» была введена в структуру метеорологического обеспечения космодрома «Восточный» и участвовала в подготовке первого пуска ракеты «Союз-2» 28 марта 2016 года.

За 2016-2021 годы система радиозондирования «Полюс» была поставлена на 22 аэрологические станции Росгидромета, в том числе на две станции в Антарктиде.

«К настоящему времени получены и обработаны результаты их использования в реальных условиях, проведены доработки для повышения эксплуатационных характеристик. Аэрологическая подготовка всех пусков ракет на космодромах Байконур и „Восточный“ осуществляется аппаратурой СР „Полюс“ и радиозондами МРЗ-Н1», — заключает Олег Плохих.

Справка

С момента организации в 1935 году сети станций регулярного радиозондирования атмосферы Советский Союз являлся лидером в создании современных технических средств аэрологических наблюдений.

Особенностью отечественных систем радиозондирования является определение координат аэрологических радиозондов (АРЗ) с помощью радиолокационных станций (РЛС). Сверхрегенеративные приемопередатчики работают в особом режиме генерации сигнала, при котором один активный — ламповый или полупроводниковый — прибор осуществляет передачу телеметрического сигнала, прием запросного импульса РЛС и ответ на этот запросный импульс.

Теорию сверхрегенеративного полупроводникового приемопередатчика разработал Вячеслав Иванов. Все отечественные полупроводниковые радиозонды радиолокационного типа, которые в свое время заменили ламповые приборы, работают на принципах теории Вячеслава Иванова.