ВСЕПОГОДНЫЙ АСТРОНОМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ALL-WEATHER ASTRONOMICAL COMPLEX

Изобретение относится к оптическим астрономическим приборам, и может быть использовано для осуществления наблюдения искусственных и естественных небесных тел в ясную, пасмурную и дождливую погоду.
Известны оптические телескопы, размещаемые на свободных дрейфующих или привязных аэростатах. Такие аэростатные телескопы включают оптическую систему, светоприемное устройство, механизм наведения и стабилизации визирной оси телескопа, реализованный, например, на гироскопах и газовых реактивных двигателях малой тяги, и блок управления аэростатным телескопом. Аэростатный телескоп подвешивается к аэростату, снабженному наземным оборудованием, куда входят механизм подъема и опускания аэростата, газораспределительное средство, сооружение для хранения аэростата, а также блок управления аэростатом и аэростатным наземным оборудованием. Привязной аэростат соединяется с наземным оборудованием при помощи кабель-троса или шланг-троса, которые ограничивают его подвижность. Свободный аэростат снабжается автономной аппаратурой и оборудованием и его перемещение определяется интенсивностью и направлением воздушных потоков. Для обработки астрономической информации, поступающей с аэростатного телескопа, а также для управления всем аэростатным комплексом на земле сооружается специальный пункт управления. Телескоп, поднятый на аэростате над основной толщей атмосферы, обеспечивает качественное наблюдение небесных тел практически в любую погоду. Аэростатные наблюдения небесных тел принято называть «Баллонной астрономией». Однако реализация астрономического средства наблюдения, состоящего из телескопа, аэростата, наземного оборудования и пункта управления, является сложной и весьма затратной процедурой. Кроме того, ограничения на массогабаритные характеристики оптического блока затрудняют использование оптических систем с большими входными зрачками, что снижает эффективность аэростатных средств наблюдения.
Известны также оптические телескопы, стационарно размещаемые на земле. В таких телескопах оптическая система со светоприемным устройством закрепляется на опорно-поворотном устройстве (монтировке), с приводами и датчиками положения осей. Управление элементами оптической системы, в том числе, блендами, затворами, светофильтрами, а также работой светоприемного устройства и работой опорно-поворотного устройства осуществляет блок управления наземным телескопом. Сам телескоп и его аппаратура располагается в защитном укрытии (астробашне). Защитное укрытие, в свою очередь, снабжено своим блоком управления, обеспечивающим соответствующее перемещение его створок и других подвижных частей. Аппаратура обработки астрономической информации и аппаратура управления телескопом и оборудованием, а также рабочие места астрономов и операторов, выполняющих наблюдение, располагаются в специальных помещениях, к которым подведены линии связи и линии энергоснабжения. Укрытие с телескопом располагается, как правило, на оборудованной территории с подъездными автодорогами, метеостанцией, инженерными коммуникациями и сложной инфраструктурой. Описание подобной аппаратуры приведено в статье «Светосильный широкоугольный телескоп АЗТ-33ВМ», авторов С.А. Денисенко и др., опубликованной в журнале «Оптический журнал», №10, 2009 г., стр. 48-51. Строительство и обустройство самой территории и вышеперечисленных сооружений требует значительных финансовых затрат и занимает много времени. Для более рационального использования затраченных ресурсов и сокращения расходов на эксплуатацию на обустроенной территории дополнительно размещают еще один или несколько наземных телескопов, максимально используя уже имеющиеся здания и сооружения, задействуя имеющуюся аппаратуру и оборудование, и привлекая уже имеющийся научный и технический персонал.
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является комплекс «Окно», описанный в издании «Оптико-электронный комплекс контроля космического пространства «Окно» // Каталог «Оружие России», том 5 «Вооружение и военная техника Войск противовоздушной обороны», часть 2 / - М.: Изд-во Военный парад. 1996-1997 г, стр. 72-79. Комплекс предназначен для наблюдения искусственных небесных тел, находящихся в околоземном космическом пространстве. Комплекс состоит из наземных телескопов с блоками управления телескопами, защитных укрытий наземных телескопов с блоками управления защитными укрытиями и пункта управления комплексом.
Каждый наземный телескоп содержит входное устройство, расположенное на опорно-поворотном механизме и выполненное из последовательно установленных оптического блока и светоприемного устройства, а также блок управления наземным телескопом, установленный так, что первый выход блока управления наземным телескопом связан со входом оптического блока, второй выход блока управления наземным телескопом связан со входом светоприемного устройства, третий выход блока управления наземным телескопом связан со входом опорно-поворотного механизма. Пункт управления комплексом содержит пульт управления с рабочими местами астрономов и операторов, а также связанные с ним комплексный блок обработки информации и комплексную аппаратуру управления, установленные так, что первый вход комплексного блока обработки информации связан с выходом светоприемного устройства первого телескопа, второй вход комплексного блока обработки информации связан с выходом светоприемного устройства второго телескопа и т.д., первый выход комплексной аппаратуры управления связан со входом блока управления первого телескопа, первый вход комплексной аппаратуры управления связан с выходом блока управления первого телескопа, второй выход комплексной аппаратуры управления связан со входом блока управления защитным укрытием первого телескопа, а второй вход комплексной аппаратуры управления присоединен к выходу блока управления защитным укрытием первого телескопа и т.д. Кроме того в состав пункта управления комплексом входят комплект комплексного математического обеспечения, позволяющий реализовать автоматическую работу всех комплексных средств в режиме реального времени, аппаратура линии связи, аппаратура метеостанции и система энергоснабжения. Однако в таком наземном астрономическом комплексе наблюдения выполняются через толщу земной атмосферы. Формирующиеся в атмосфере облачные образования затрудняют, а в пасмурную или дождливую погоду и вообще исключают какие-либо астрономические наблюдения. При этом сложная и дорогостоящая аппаратура обработки астрономической информации и управления телескопами простаивает.
Задачей заявляемого изобретения является создание всепогодного астрономического комплекса с расширенными временными рамками работы и повышенными эксплуатационными характеристиками при сохранении высокой информативности наблюдений.
Технический результат - возможность проведения высокоинформативных астрономических наблюдений при неблагоприятных погодных условиях за счет использования совместно с наземным оборудованием аэростатного телескопа и аэростатного оборудования, способного работать в том числе в пасмурную или дождливую погоду.
Это достигается тем, что во всепогодный астрономический комплекс, состоящий по крайней мере из одного наземного телескопа, содержащего входное устройство, расположенное на опорно-поворотном механизме и выполненное из последовательно установленных оптического блока и светоприемного устройства, блок управления наземным телескопом, установленный так, что первый выход блока управления наземным телескопом связан со входом оптического блока, второй выход блока управления наземным телескопом связан со входом светоприемного устройства, третий выход блока управления наземным телескопом связан со входом опорно-поворотного механизма, защитного укрытия наземного телескопа с блоком управления защитным укрытием и наземного пункта управления всепогодным астрономическим комплексом, содержащего комплексный пульт управления с рабочими местами и взаимосвязанные с ним комплексный блок обработки информации и комплексную аппаратуру управления, установленные так, что первый выход комплексного пульта управления связан с первым входом комплексного блока обработки информации, выход комплексного блока обработки информации связан с первым входом комплексного пульта управления, первый вход комплексной аппаратуры управления связан со вторым выходом комплексного пульта управления, второй вход комплексного пульта управления связан с первым выходом комплексной аппаратуры управления, а также аппаратуру линии связи и аппаратуру метеостанции, взаимосвязанные с комплексной аппаратурой управления, установленные в пункте управления всепогодным астрономическим комплексом так, что вход и выход аппаратуры линии связи связаны соответственно со вторым выходом и вторым входом комплексной аппаратуры управления, а вход и выход аппаратуры метеостанции связаны соответственно с третьим выходом и третьим входом комплексной аппаратуры управления, при этом второй вход комплексного блока обработки информации связан с выходом светоприемного устройства наземного телескопа, вход блока управления наземным телескопом связан с четвертым выходом комплексной аппаратуры управления, четвертый вход комплексной аппаратуры управления связан с выходом блока управления наземным телескопом, пятый выход комплексной аппаратуры управления связан со входом блока управления защитным укрытием наземного телескопа, а пятый вход комплексной аппаратуры управления связан с выходом блока управления защитным укрытием наземного телескопа, в отличие от известного, дополнительно введен по крайней мере один аэростатный телескоп, содержащий входное устройство, расположенное на механизме наведения и стабилизации визирной оси аэростатного телескопа и выполненное из последовательно установленных оптического блока и светоприемного устройства, блок управления аэростатным телескопом, установленный так, что первый выход блока управления аэростатным телескопом связан со входом оптического блока, второй выход блока управления аэростатным телескопом связан со входом светоприемного устройства, третий выход блока управления аэростатным телескопом связан со входом механизма наведения и стабилизации визирной оси аэростатного телескопа, также введены по крайней мере одно защитное укрытие аэростатного телескопа и по крайней мере одно наземное аэростатное оборудование, установленное в защитном укрытии аэростатного телескопа, причем в наземном аэростатном оборудовании установлен блок управления защитным укрытием аэростатного телескопа и наземным аэростатным оборудованием, а также дополнительно введен по крайней мере один привязной аэростат, соединенный с аэростатным телескопом, причем аэростат и аэростатный телескоп связаны с наземным пунктом управления всепогодным астрономическим комплексом и с наземным аэростатным оборудованием посредством кабель-троса, при этом аэростатный телескоп и наземное аэростатное оборудование установлены таким образом, что выход светоприемного устройства аэростатного телескопа связан с третьим входом комплексного блока обработки информации, вход блока управления аэростатным телескопом связан с шестым выходом комплексной аппаратуры управления, четвертый выход блока управления аэростатным телескопом связан с шестым входом комплексной аппаратуры управления, вход блока управления защитным укрытием аэростатного телескопа и наземным аэростатным оборудованием связан с седьмым выходом комплексной аппаратуры управления, а седьмой вход комплексной аппаратуры управления связан с выходом блока управления защитным укрытием аэростатного телескопа и наземным аэростатным оборудованием.
На фиг. 1 приведена функциональная схема всепогодного астрономического комплекса; на фиг. 2 изображен всепогодный астрономический комплекс, находящийся в состоянии хранения; на фиг. 3 изображена работа всепогодного астрономического комплекса в ясную погоду; на фиг. 4 изображена работа всепогодного астрономического комплекса в дождливую погоду.
Всепогодный астрономический комплекс (фиг. 1) содержит наземный телескоп 1 с входным устройством 2, оптическим блоком 3 и светоприемным устройством 4, опорно-поворотный механизм 5, блок управления 6 наземным телескопом 1, защитное укрытие 7 наземного телескопа 1, блок управления 8 защитным укрытием 7 наземного телескопа 1, аэростатный телескоп 9 с входным устройством 10, оптическим блоком 11 и светоприемным устройством 12, механизм наведения и стабилизации 13 визирной оси аэростатного телескопа 9, блок управления 14 аэростатным телескопом 9, привязной аэростат 15, защитное укрытие 16 аэростатного телескопа 9, наземное аэростатное оборудование 17, блок управления 18 защитным укрытием 16 и наземным аэростатным оборудованием 17, кабель-трос 19, наземный пункт управления 20 всепогодным астрономическим комплексом с комплексным пультом управления 21 с рабочими местами для астрономов и операторов (на фиг. не указаны), комплексным блоком обработки информации 22, комплексной аппаратурой управления 23, аппаратурой линии связи 24, аппаратурой метеостанции 25, а также комплектом математического обеспечения и системой энергоснабжения (на фиг. не показаны).
Наземный телескоп 1 содержит входное устройство 2, состоящее из оптически связанных между собой и установленных последовательно оптического блока 3 и светоприемного устройства 4, причем входное устройство 2 закреплено на опорно-поворотном механизме 5. Также в наземном телескопе 1 установлен блок управления 6 наземным телескопом 1, расположенный так, что первый выход блока управления 6 наземным телескопом 1 связан со входом оптической системы 3, второй выход блока управления 6 наземным телескопом 1 связан со входом светоприемного устройства 4, третий выход блока управления 6 наземным телескопом 1 связан со входом опорно-поворотного механизма 5. Наземный телескоп 1 помещен в защитное укрытие 7, выполненное с подвижными створками, в котором также установлен блок управления 8 защитным укрытием 7, который управляет створками защитного укрытия 7. Аэростатный телескоп 9 содержит входное устройство 10, состоящее из оптически связанных между собой и установленных последовательно оптического блока 11 и светоприемного устройства 12, причем входное устройство 10 закреплено на механизме наведения и стабилизации 13 визирной оси аэростатного телескопа 9. Также в аэростатном телескопе 9 установлен блок управления 14 аэростатным телескопом 9, расположенный так, что первый выход блока управления 14 аэростатным телескопом 9 связан со входом оптического блока 11, второй выход блока управления 14 аэростатным телескопом 9 связан со входом светоприемного устройства 12, третий выход блока управления 14 аэростатным телескопом 9 связан со входом механизма наведения и стабилизации 13 визирной оси аэростатного телескопа 9. Привязной аэростат 15 соединен с оборудованием, установленным на земле. В защитном укрытии 16 аэростатного телескопа 9, выполненном с подвижными створками, установлено наземное аэростатное оборудование 17 с блоком управления 18 защитным укрытием 16 и наземным аэростатным оборудованием 17, который также управляет створками защитного укрытия 16 аэростатного телескопа 9. Привязной аэростат 15 при помощи кабель-троса 19 соединен с наземным аэростатным оборудованием 17 и наземным пунктом управления 20 всепогодным астрономическим комплексом. Пункт управления 20 всепогодным астрономическим комплексом содержит комплексный пульт управления 21, в котором размещены рабочие места астрономов и операторов. Комплексный блок обработки информации 22 взаимосвязан с комплексным пультом управления 21 и установлен таким образом, что первый выход комплексного пульта управления 21 связан с первым входом комплексного блока обработки информации 22, а выход комплексного блока обработки информации 22 связан с первым входом комплексного пульта управления 21. Комплексная аппаратура управления 23 также взаимосвязана с комплексным пультом управления 21 и установлена так, что первый вход комплексной аппаратуры управления 23 связан со вторым выходом комплексного пульта управления 21, а первый выход комплексной аппаратуры управления 23 связан со вторым входом комплексного пульта управления 21. Также в наземном пункте управления 20 всепогодным астрономическим комплексом расположена аппаратура линии связи 24, взаимосвязанная с комплексной аппаратурой управления 23 и установленная так, что вход аппаратуры линии связи 24 связан со вторым выходом комплексной аппаратурой управления 23, а выход аппаратуры линии связи 24 связан со вторым входом комплексной аппаратурой управления 23. Аппаратура метеостанции 25, также расположенная в наземном пункте управления 20 всепогодным астрономическим комплексом, взаимосвязана с комплексной аппаратурой управления 23 и установленная таким образом, что вход аппаратуры метеостанции 25 связан с третьим выходом комплексной аппаратурой управления 23, а выход аппаратуры метеостанции 25 связан с третьим входом комплексной аппаратурой управления 23.
Наземный телескоп 1 расположен так, что выход светоприемного устройства 4 наземного телескопа 1 связан со вторым входом комплексного блока обработки информации 22. Блок управления 6 наземным телескопом 1 и блок управления 8 защитным укрытием 7 наземного телескопа 1 взаимосвязаны с комплексной аппаратурой управления 23, расположенной в наземном пункте управления 20 всепогодным астрономическим комплексом таким образом, что вход блока управления 6 наземным телескопом 1 связан с четвертым выходом комплексной аппаратуры управления 23, четвертый выход блока управления 6 наземным телескопом 1 связан с четвертым входом комплексной аппаратуры управления 23, вход блока управления 8 защитным укрытием 7 наземного телескопа 1 связан с пятым выходом комплексной аппаратуры управления 23, а выход блока управления 8 защитным укрытием 7 наземного телескопа 1 связан с пятым входом комплексной аппаратуры управления 23.
Аэростатный телескоп 9 расположен так, что выход светоприемного устройства 12 аэростатного телескопа 9 связан с третьим входом комплексного блока обработки информации 22. Блок управления 14 аэростатным телескопом 9 взаимосвязан с комплексной аппаратурой управления 23, расположенной в наземном пункте управления 20 всепогодным астрономическим комплексом таким образом, что вход блока управления 14 аэростатным телескопом 9 связан с шестым выходом комплексной аппаратуры управления 23, а четвертый выход блока управления 14 аэростатным телескопом 9 связан с шестым входом комплексной аппаратуры управления 23.
В защитном укрытии 16 аэростатного телескопа 9 размещено наземное аэростатное оборудование 17, в котором расположен блок управления 18 защитным укрытием 16 аэростатного телескопа 9 и наземным аэростатным оборудованием 17, взаимосвязанный с комплексной аппаратурой управления 23 и установленный так, что вход блока управления 18 защитным укрытием 16 аэростатного телескопа 9 и наземным аэростатным оборудованием 17 связан с седьмым выходом комплексной аппаратурой управления 23, а седьмой вход комплексной аппаратурой управления 23 связан с выходом блока управления 18 защитным укрытием 16 аэростатного телескопа 9.
Всепогодный астрономический комплекс работает следующим образом. До начала сеанса наблюдения, т.е. в дневных условиях всепогодный астрономический комплекс находится в состоянии хранения (фиг. 2). В этом состоянии створки защитного укрытия 7 наземного телескопа 1 и створки защитного укрытия 16 аэростатного телескопа 9 закрыты и обеспечивают сохранность наземного телескопа 1, аэростатного телескопа 9 и привязного аэростата 15, также находящегося в защитном укрытии 16. Планомерную работу комплекса обеспечивает наземный пункт управления 20 всепогодным астрономическим комплексом. При наступлении вечерних сумерек из наземного пункта управления 20 всепогодным астрономическим комплексом поступают команды управления и подвижные створки защитного укрытия 7 наземного телескопа 1 и защитного укрытия 16 аэростатного телескопа 9 раскрываются, а привязной аэростат 15 с аэростатным телескопом 9 поднимается на рабочую высоту и вся аппаратура всепогодного астрономического комплекса приводится в рабочее состояние (фиг. 3). Начинается наблюдение небесных тел в соответствии с планом работ на текущий сеанс. Каждый телескоп работает по своему намеченному плану.
В наземном телескопе 1 элементами оптического блока 3, режимами работы светоприемного устройства 4, а также положениями осей опорно-поворотного механизма 5 управляют сигналы, поступающие с блока управления 6 наземным телескопом 1. В аэростатном телескопе 9 элементами оптического блока 11, режимами работы светоприемного устройства 12 и положениями осей механизма наведения и стабилизации 13 визирной оси аэростатного телескопа 9 управляют сигналы, поступающие с блока управления 14 аэростатным телескопом 9.
В процессе работы визирная ось, например, наземного телескопа 1 наводится на наблюдаемое небесное тело. Оптическое излучение небесного тела достигает входного зрачка оптического блока 3 наземного телескопа 1 и оптический блок 3 формирует оптическое изображение небесного тела на светочувствительной поверхности светоприемного устройства 4. В светоприемном устройстве 4 световая энергия преобразуется в электрические сигналы и эти сигналы поступают на вход комплексного блока обработки информации 22. Сигналы перерабатываются по комплексным алгоритмам и программам и результаты переработки поступают на комплексный пульт управления 21, где астрономы и операторы анализируют их. Полученные результаты через комплексную аппаратуру управления 23 и при помощи аппаратуры линии связи 24 могут быть переданы за пределы всепогодного астрономического комплекса.
Аэростатный телескоп 9 работает аналогичным образом. Наличие в составе всепогодного астрономического комплекса аэростатного телескопа 9 позволяет реализовать двухракурсное наблюдение особо важных космических объектов. При этом база наблюдения может составлять несколько километров. Это расширяет информационные возможности комплекса. В частности, наблюдение объекта с двух разных точек позволяет определять расстояние до объекта.
В облачную и дождливую погоду привязной аэростат 15 поднимается выше облаков и обеспечивает наблюдение запланированных космических объектов (фиг. 4). При этом наземный телескоп 1 находится в состоянии хранения. Остальная аппаратура комплекса, его здания, сооружения и оборудование функционируют в штатном режиме, а его научный и технический персонал обеспечивает требуемое качество таких наблюдений.
Таким образом, достигнут технический результат - создан всепогодный астрономический комплекс, способный работать при неблагоприятных погодных условиях с возможностью проведения высокоинформативных астрономических наблюдений за счет использования аэростатного телескопа и аэростатного оборудования, работающего в том числе в пасмурную или дождливую погоду.