Страница:
Созданные на базе кораблей «Восток» автоматические аппараты, получившие название «Зенит», на несколько десятилетий стали основой систем космической фоторазведки. За это время они неоднократно модернизировались и приспосабливались к конкретным задачам, таким, как обзорная съемка больших площадей, детальное фотографирование районов особого интереса, стереоскопическая съемка, однако, базовая конструкция сохранилась на протяжении более 30 лет. (рис. 2.1).
Наблюдаемые различия длительности полетов, параметров орбит, частот передачи и кодировки телеметрической информации и позывных поисковых радиомаяков[10] позволили западным аналитикам выделить три основных варианта фоторазведчиков «востоковского» типа, называемых «поколениями», а также ряд более мелких модификаций.
Спутники первого поколения запускалось теми же ракетами-носителями и на такие же орбиты, что и пилотируемые «Востоки». Начиная с «Космоса-12» в декабре 1962 г. установилась типичная продолжительность полетов, равная 8 суткам, а частота запусков возросла к 1964 г. до 9 в год. В конце того же 1964 г. наблюдался и первый инцидент в этой программе, когда «Космос-50» по завершении 8-суточного полета не был возвращен, а взорвался на орбите.
Можно только гадать, был ли это взрыв самой тормозной установки или преднамеренное уничтожение спутника после ее отказа для предотвращения возможного при неконтролируемом сходе аппарата с орбиты попадания секретного оборудования в чужие руки.
Второе поколение фоторазведывательных спутников связывается с началом эксплуатации в 1963 г. ракеты-носителя «Союз». Носитель «Союз» отличается от предшествовавшего носителя «Восток» более мощной третьей ступенью, позволившей увеличить массу выводимого на орбиту груза с 4750 до 5500 килограммов[11], что давало возможность установить более совершенную фотоаппаратуру.
Первый спутник, запущенный ракетой «Союз», «Космос-22», вернулся на Землю через 6 суток, но в последующих полетах спутники второго поколения использовали ту же 8-суточную схему, что и первое поколение. При этом высота орбиты подбиралась так. чтобы каждый спутник, совершая по 16 витков в сутки, на 8-й день полета проходил вдоль той же наземной трассы, что и в первый, обеспечивая равномерное покрытие всей охватываемой полосы широт за время полета.
С 1966 г. для запусков фоторазведывательных спутников стали использоваться также стартовые комплексы близ Плесецка Архангельской области, построенные в 1957—59 гг. для боевого дежурства МБР Р-7 [5,6]. Это позволило повысить количество пусков до 20 и более в год, причем если с Байконура фоторазведчики выводились на орбиты с наклонением 65 (и, реже, 51,8 градусов), то расположение северного полигона позволяло запускать их также на орбиты с наклонениями 72—73 и 81 градус, покрывающие все населенные районы Земли.
Поскольку скорость прецессии орбиты зависит от ее наклонения (приложение 1), для каждого использовавшегося наклонения подбирались несколько различающиеся высоты орбит, с тем, чтобы обеспечить повторение наземной трассы по прошествии 7 суток.
В 1966 г. было зафиксировано появление второго варианта спутников второго поколения, отличающегося характером телеметрических сигналов. Расширение его применения совпадает по времени с прекращением использования первого поколения (см. табл. 2.4), а поскольку первая разновидность второго поколения предположительно обеспечивала более высокое разрешение, чем спутники первого поколения, считается, что второй вариант предназначался для менее легальной съемки [7]. Такая прямолинейная логика может иметь мало общего с реальностью, поэтому принятое разделение второго поколения на спутники «высокого» и «низкого» разрешения следует воспринимать только в изложенном выше смысле.
Различение спутников первого и второго поколений не составляло проблемы, поскольку третьи ступени носителей «Восток» и «Союз» различаются по длине почти в 3 раза и легко отличимы по видимому блеску.
Кроме того, пока спутники оптической разведки выводились «Востоками» и «Союзами» параллельно, эти носители запускались на несколько отличающиеся наклонения. Так, с Байконура спутники первого поколения выводились на орбиты с наклонением 51,2—51,3 градуса, а второго – 51,8 градуса, а с Плесецка – 64.6 и 65,6 градуса соответственно. Такое различие не имело практического значения для задач самих спутников и могло быть объяснено только использованием различных стартовых площадок, отстоящих друг от друга на несколько десятков километров. Хотя «Востоки» и «Союзы» используют одинаковые стартовые комплексы, разные площадки могли быть лучше приспособлены для обслуживания различающихся третьих ступеней того или иного носителя.
С 1968 г спутники стали оснащаться дополнительным двигательным отсеком, установленным на сферическом спускаемом аппарате с противоположной стороны от приборно-агрегатного отсека (рис. 21). Такая компоновка впервые использовалась на пилотируемых кораблях «Восход», но там резервная ДУ просто дублировала основной тормозной двигатель, тогда как на спутниках третьего поколения дополнительная установка использовалась для коррекции орбиты.
Возможность корректировать орбиту в ходе полета, продемонстрированная впервые «Космосом-228», позволяла компенсировать тормозящее воздействие атмосферы и, следовательно, использовать орбиты с более низким перигеем, обеспечивающим более высокое наземное разрешение. Кроме того, начиная с «Космоса-251», КДУ использовалась и для временного снижения орбиты, обеспечивающего ежесуточное повторение наземной трассы в течение нескольких дней. Стабилизация трассы повышает вероятность съемки лежащих вдоль нее районов, но ограничивает охват остальной территории. Такое маневрирование показывает, что целью съемки является конкретная область особого интереса и соответствующие спутники классифицируются как предназначенные для детальной фоторазведки.
На некоторых спутниках, предназначавшихся, видимо, для съемки с относительно низким разрешением, «носовые» двигательные установки заменялись отсеком вспомогательной полезной нагрузки. В ряде случаев дополнительная нагрузка использовалась для испытания новых приборов и научных исследований, что особо отмечалось в соответствующих сообщениях ТАСС.
Эти спутники, использовавшиеся с 1968 по 1978 г. сначала относились к третьему поколению, поскольку типичная длительность их полетов, так же как и у маневрирующих спутников, составляла не 8, а 12 суток [7]. В более поздних источниках они называются «вторым поколением с увеличенной продолжительностью [8], исходя из того, что их телеметрические сигналы передаются в режиме времяимпульсной модуляции (PDM), тогда как остальные спутники третьего поколения используют либо импульсную кодировку (типа азбуки Морзе), либо двухтоновые сигналы.
Отметим, что деление на поколения и варианты довольно условно, тем более, что все три поколения используют одну базовую конструкцию, а на различия в маневренности, формате телеметрии и поисковых радиомаяков, которые могут отражать конструктивные особенности, накладываются различия в параметрах орбит и вариации длительности полета, связанные с конкретными задачами каждого полета.
Так, с 1971 г. один-два раза в год стали запускаться аппараты, подобные по телеметрии маневрирующим спутникам третьего поколения, но не маневрирующие. Стабильное и небольшое число запусков привело к предположению, что в отличие от продолжавших использоваться неманеврирующих спутников с времяимпульсной модуляцией эти аппараты предназначены в основном для картографической съемки.
Продление орбитального существования спутников третьего поколения до 14 суток позволило с 1976 г изменить профиль обзорных полетов, осуществлявшихся ранее спутниками первого и второго поколений. Предназначающиеся для общего обзора спутники 3 поколения в течение первых суток полета выводятся на рабочие орбиты с апогеем 415 км. Высота перигея подбирается в зависимости от наклонения так, что за один виток трасса спутника смещается относительно земной поверхности на 23,3 градуса (для используемых наклонений перигей меняется от 324 до З56 км). Это обеспечивает возвращение ее к исходной точке через 201 виток по прошествии почти 13 суток, и как раз в этот момент спутник возвращается на Землю.
Меньшее расстояние между соседними витками, чем в применявшейся ранее 7-суточной схеме покрытия позволяет, не теряя полноты охвата, использовать более ДЛИННОФОКУСНУЮ оптическую систему, обладающую меньшим полем зрения, но дающую белее высокое разрешение. Сохранение же прежней оптической системы означало бы улучшение охвата за счет перекрытия соседних полос наблюдения. Вероятно, именно это и используется в действительности, т к. в описанной схеме наблюдения трассы суточных витков каждый день проходят посередине между витками предыдущего дня [9].
Такие спутники получили название спутников «промежуточного разрешения» чтобы отличать их от спутников «высокого разрешения», стабилизирующих свою трассу для наблюдения конкретных районов и неманеврирующих спутников «низкого разрешения».
В 1984 г были проведены эксперименты по «орбитальному хранению» спутников промежуточного разрешения до выполнения ими штатного обзорного полета. «Космос-1587» и «Космос-1613» после выведения на переходную орбиту оставались там не 8,5 оборота, как обычно, а 183,5. По прошествии более 11 суток они были переведены на обычные рабочие орбиты и возвращены в конце 207-виткового цикла. Помимо точного совпадения хода обоих полетов, преднамеренность операции была видна и в том, что стартовали оба спутника на час с лишним позже остальных аппаратов данного типа, но за счет более длительного полета посадка произошла в обычных условиях освещенности [10].
С 1975 г. спутники третьего поколения стали запускаться на приполярные орбиты с наклонением 81,3 градуса, которое в 1980 г. было заменено на 82,3 градуса. В сообщениях ТАСС об этих запусках указывалось, что «поступающая информация передается в Государственный научно-исследовательский и производственный центр «Природа» для обработки и использования».
Эти аппараты, носившие название «Фрам», были доработаны для ведения многозональной, спектрозональной и цветной съемок в целях изучения природных ресурсов [10а]. Однако, они по-прежнему могли использоваться и для обзорной разведывательной съемки и имеющиеся данные не позволяют с уверенностью судить, каким же образом распределялись, возможности этих спутников между военными и народнохозяйственными задачами.
Подобно спутникам обзорной разведки, «народнохозяйственные» спутники 3 поколения в течение первых суток полета выводились на рабочие орбиты, обеспечивавшие замыкание наземной трассы к моменту возвращения спутника через 13—14 суток. Средняя высота полета составляла обычно 265—275 км либо 220—230 км, при этом трасса повторялась через 207 или 209 витков соответственно. Отдельные спутники – не чаще раза в год – выводились и на более высокие орбиты, достигавшие 340—390 км.
Спутники, запускаемые с 1979 г. на более круглые орбиты с орбитами высотой от 250 в перигее до 280 км в апогее, с 1989 г. стали официально именоваться «Ресурс Ф» и получаемые ими изображения с 1987 г. предлагаются зарубежным пользователям на коммерческой основе. О спутниках, не укладывающихся в орбитальные параметры «Ресурсов Ф» и объявленное суммарное количество их запусков, никаких подробностей не известно. По-видимому, они отличались от «Ресурсов Ф» только комплектацией бортовой оптической аппаратуры и к настоящему времени, возможно, уже выведены из эксплуатации (последний запуск состоялся в июле 1989 г. под именем «Космос-2029»).
Кратковременность полетов спутников, созданных на основе «Востока», вынуждала запускать их в огромных количествах. К середине 70-х осуществлялось по 30—35 запусков ежегодно, но даже при такой интенсивности суммарное время полета фоторазведывательных спутников едва достигало 400 суток в год. При возникновении же международных кризисов интервалы между запусками приходилось еще сокращать, доводя частоту пусков, вероятно, до предела производственных возможностей.
Так, во время советско-китайского конфликта на о. Даманский с 25 февраля по 25 апреля 1969 г. стартовало 10 фоторазведывательных спутников, а когда в конце лета 1969 г. возник новый конфликт на о. Гольдинский, еще 15 спутников было запущено на протяжении менее 3 месяцев [11].
Другим недостатком аппаратов «востоковского» типа является то, что получить и проанализировать изображения можно только после завершения полета и возвращения фотоаппаратуры с отснятой пленкой на Землю. С этой точки зрения даже двухнедельный срок полета спутника в критических условиях оказывался неприемлемо долгим. Так, для отслеживания обстановки на Ближнем Востоке в ходе арабо-израильской войны в октябре 1973 г. Советскому Союзу пришлось запустить 3 фоторазведчика с интервалом в 3 дня и каждый из них вернуть через 6 суток.
Возможно, этот опыт заставил ускорить разработку следующего поколения разведывательных спутников, первый представитель которого вышел на орбиту два года спустя.
«Космос-758», стартовавший с Плесецка 5 сентября 1975 г., был, как и предыдущие фоторазведчики, запущен носителем «Союз», однако уже эксцентрическая орбита с апогеем 350 и перигеем 180 километров и новым наклонением 67,2 градуса не позволяла отнести его ни к одной их известных ранее групп. Он провел на орбите 20 дней, выполнив при этом ряд маневров, свидетельствовавших о значительно большем запасе характеристической скорости, чем у спутников третьего поколения, и 25 сентября взорвался, вероятно при попытке очередного включения двигателя.
Продолжение запусков подтвердило появление нового, четвертого по принятой классификации, поколения фоторазведывательных спутников. Спутники 4 поколения выводятся на характерную опорную орбиту высотой 170—180 на 350—360 километров. Малая высота перигея требует регулярных коррекций для компенсации сопротивления атмосферы и удержания спутника на орбите. Соответствующие включения двигателя используются одновременно и для коррекции дрейфующего аргумента перигея, чтобы сохранить его над нужной широтой при благоприятной для съемки освещенности.
В ходе полета спутники могут временно опускать перигей ниже 160 километров. Подобно спутникам детальной фоторазведки 3 поколения, они стабилизируют таким образом свою суточную трассу относительно земной поверхности и обеспечивают повторные наблюдения заданных районов в течение нескольких последовательных дней при одновременном улучшении разрешения. Повторные прохождения обычно осуществляются в течение 3 суток, после чего аппарат возвращается на исходную орбиту и продолжает прерванное глобальное наблюдение.
В подобных случаях рассмотрение стабилизированной трассы спутника дает 16 точек, над которыми располагаются перигеи его ежесуточных витков. Большинство из них оказывается над территорией СССР или над океаном, а один из немногих оставшихся можно определить как цель съемки, учитывая условия освещенности и возможные текущие особенности международной обстановки.
Типичная продолжительность полетов спутников 4 поколения сначала составляла 30 суток. В начале 80-х гг. она возросла до 45 суток, а в последующие несколько лет достигла 55—59. Полномасштабная эксплуатация системы началась в 1981 г., когда частота пусков увеличилась до 10 в год и спутники начали сменять друг друга, обеспечивая почти непрерывное нахождение на орбите по крайней мере одного из них (см. табл. 2.2).
В том же 1981 г. помимо полетов с целью детальной фотосъемки спутники, относимые к 4-му поколению, стали выводиться и на менее вытянутые орбиты высотой от 200 до 300 километров, позволяющие предположить ведение обзорной съемки. Такие запуски осуществляются, только с Байконура в среднем раз в год. Полеты проводятся, как правило, весной и длятся меньше остальных – сначала 4-6 недель, а в последнее время – 6-7 недель.
В мае 1988 г группа западных журналистов была приглашена на Байконур с целью рекламы советской ракетно-космической техники и наблюдала «обычный запуск искусственного спутника Земли». Сам спутник, получивший обозначение «Космос-1944», показан не был, но было объявлено, что он предназначен для обзорного картографирования [12], а после запуска выяснилось, что он, относится именно к вышеописанной группе.
Очевидно, эти спутники сменили ранее использовавшиеся для общей картографической съемки неманеврирующие СПУТНИКи третьего поколения, последний из которых был запущен в январе 1982 г.
При длительности полетов спутников 4 поколения до полутора-двух месяцев по крайней мере часть получаемой информации должна была передаваться на Землю в ходе полета. Поэтому когда Кеттерингская группа зафиксировала глубоко модулированные радиосигналы, передаваемые ими на частоте 240 МГц, они были связаны с ретрансляцией изображений на Землю.
Это мнение подтверждается недавним заявлением советских разработчиков, что «до 1980 г. цифровые сканирующие приемники с передачей изображения по радиолинии использовались только спутниками военного наблюдения» [13]. Отсюда следует, что на спутниках четвертого поколения (появившихся в 1975 г.) не только была применена ретрансляция изображений по радиоканалу, но и использовались фотоприемники с зарядовой связью, обеспечивающие получение изображения в удобной для последующей обработки цифровой форме.
Однако помимо связываемой с передачей изображений трансляции на УВЧ, от спутников 4 поколения время от времени фиксируются также стандартные УКВ сигналы поисковых маяков. Такие сигналы обычно принимаются на 9-й и 18-й день полета и свидетельствуют о периодическом возвращения на Землю объектов, которые считаются капсулами с отснятой пленкой [14].
Советские спутники четвертого поколения представляются таким образом аналогами американских спутников типа Big Bird, которые оборудовались одновременно оптическими системами для обзорного наблюдения с радиопередачей изображения и для получения детальных снимков, возвращаемых на Землю в капсулах.
Различие профилей полета этих двух типов заключается в том, что по течении расчетного срока пребывания на орбите советские спутники не разрушаются в атмосфере, как американские, а совершают посадку на территории СССР. Долгое время полагалось, что спутники четвертого поколения, «Биг Берд», сводятся с орбиты для затопления несгоревших обломков в океане. Однако в 1988 г. удалось зафиксировать сход с орбиты «Космоса-1942», который был направлен в обычный район приземления советских пилотируемых кораблей [14]. Возвращение спутников 4 поколения преследует, очевидно, цель повторного использования дорогостоящей фотоаппаратуры и, частично, бортовой электроники.
Говоря об аналогии между советскими спутниками 4 поколения и американскими Big Bird, уместно напомнить, что сама система «Биг Берд» была у ВВС США резервным проектом для прорабатывавшейся с 1965 г. пилотируемой разведывательной станции MOL (Manned Orbiting Laboratory). В тот же период КБ Челомея спроектировало аналогичную орбитальную пилотируемую станцию (ОПС) «Алмаз»[12]. В 1969 г. проект «МОЛ» был отменен, как неоправданное дублирование станции НАСА «Скайлэб», и ВВС США воспользовались запасным вариантом, разработав автоматические спутники КН-9, ставшие известными как «Биг Берд». В СССР же пилотируемые разведывательные станции дошли до стадии летных испытаний. Челомею «только» запретили использовать для доставки экипажей собственные транспортные корабли и заставили поделиться своими заготовками с королевской фирмой, которая сделала из них «гражданские» «Салюты» [15].
В отличие от последних, «Алмазы» выводились на значительно более низкие орбиты высотой от 220 до 250 км. Установка на борту фотокамеры со «складной» оптикой, обеспечивающей фокусное расстояние 10 метров [16] и постоянная ориентация станций на Землю системой электромеханической стабилизации однозначно говорили о предназначении «Алмазов» для детальной разведывательной съемки. Отснятую пленку предполагалось проявлять на борту станции, после чего экипаж должен был просмотреть ее и передать наиболее интересные кадры по телевизионному каналу. Остальная пленка возвращалась на Землю в капсуле, отделявшейся от станции в ходе полета [15].
Первый «Алмаз», названный официально «Салютом-2», был запущен 3 апреля 1972 г., но вышел из строя еще до старта корабля с экипажем. 28 апреля ТАСС объявил, что «программа полета завершена», опустив дежурное слово «успешно» и 28 мая станция упала в океан вблизи Австралии.
Последующие станции данного типа, ставшие известными как «Салют-3» и «Салют-5», были выведены на орбиты в 1974 и 1976 гг. Из 5 запущенных к ним кораблей «Союз» только три смогли состыковаться и доставить на станции экипажи, проработавшие в общей сложности 80 суток.
В 1978 г. работы по пилотируемым «Алмазам» были прекращены. Предпочтение было отдано автоматическим системам – по-видимому, именно вышеописанным спутникам четвертого поколения.
Использование для запуска спутников 4 поколения носителя «Союз», применявшегося и для предшествовавших типов фоторазведчиков, свидетельствует в пользу того, что это поколение также разработано Куйбышевским ЦСКБ, ответственным как за выпуск носителей «Восток» и «Союз», так и аппаратов на базе корабля «Восток». Однако запас автономности и характеристической скорости спутников четвертого поколения означает, что конструктивно они имеют мало общего с «востоковскими» предшественниками.
В западной литературе распространено мнение, что спутники 4 поколения созданы на базе корабля «Союз», вызванное прежде всего сходством требований к двигательной системе. Автору это представляется не очевидным, т к. именно двигательные установки являются причиной многочисленных аварий спутников 4 поколения, не наблюдаемых в пилотируемых полетах. Уже то, что два из трех первых спутников в 1975—76 г. взорвались на орбитах, свидетельствует об использовании новой ДУ. Ее очевидная модернизация в середине 80-х, когда ресурс спутников 4 поколения был продлен до двух месяцев, снова привела к тому, что почти ежегодно один из спутников взрывается на орбите. (В 1991 г. очередную аварию, возможно, удалось предотвратить, досрочно возвратив «Космос-2149» после 40 суток полета).
Компоновка спутников 4 поколения остается неизвестной. Можно сказать лишь, что их масса не превосходит 7 тонн, которые носитель «Союз» способен вывести на низкую орбиту, а конструкция включает солнечные батареи, необходимые при полетах длительностью полтора-два месяца.
Пятое поколение советских спутников оптической разведки отсчитывают от стартовавшего в декабре 1982 г. «Космоса-1426». Выведенный с Байконура носителем «Союз» на орбиту с уникальным наклонением 50,6 градуса «Космос-1426» провел на ней 67 суток – на 17 суток дольше тогдашнего рекорда длительности спутников 4 поколения. В течение полета он выполнил 10 коррекций траектории, поддерживая ее перигей на высоте 200—210 км в условиях благоприятной освещенности. 5 марта «Космос-1426» исчез с орбиты, хотя естественное падение было исключено.
Все последующие спутники пятого поколения запускаются на орбиты с наклонением 64,8 градуса и заметно более круглые, чем у «Космоса-1426». В отличие от спутников 4 поколения они не используют свою маневренность для временного снижения орбиты, постоянно сохраняя ее почти круговой и поддерживая высоту в довольно узком диапазоне. Примерно раз в две недели по мере снижения перигея до 220, а апогея до 260 км, производится двухимпульсный маневр, поднимающий орбиту до номинальной с перигеем около 240 и апогеем около 285 км. При этом аргумент перигея постоянно поддерживается близким к 90 градусам, т е. перигей находится над наиболее северными из достигаемых спутниками районов.
Длительность полетов спутников пятого поколения составляет 6—8 месяцев, а в 1987 г. «Космос-1881» установил рекорд долгожительства советских фоторазведчиков, равный 259 суткам. Благодаря этому уже с августа 1986 г, удалось обеспечить постоянное присутствие на орбите как минимум одного спутника пятого поколения. Непрерывность была нарушена очевидными неполадками в ходе полета «Космоса-1936», вызвавшими в мае 1988 г. его возвращение всего через 7 недель после старта и годичный перерыв в дальнейших запусках.
Тем не менее, уже сейчас можно утверждать, что штатный режим эксплуатации данной системы предусматривает постоянное нахождение на орбите двух спутников. Начиная с «Космоса-1770 и -1810» в 1986 г., во всех случаях, когда два спутника пятого поколения оказываются на орбитах одновременно, плоскости их орбит отстоят друг от друга ровно на 91 градус.
Наблюдаемые различия длительности полетов, параметров орбит, частот передачи и кодировки телеметрической информации и позывных поисковых радиомаяков[10] позволили западным аналитикам выделить три основных варианта фоторазведчиков «востоковского» типа, называемых «поколениями», а также ряд более мелких модификаций.
Спутники первого поколения запускалось теми же ракетами-носителями и на такие же орбиты, что и пилотируемые «Востоки». Начиная с «Космоса-12» в декабре 1962 г. установилась типичная продолжительность полетов, равная 8 суткам, а частота запусков возросла к 1964 г. до 9 в год. В конце того же 1964 г. наблюдался и первый инцидент в этой программе, когда «Космос-50» по завершении 8-суточного полета не был возвращен, а взорвался на орбите.
Можно только гадать, был ли это взрыв самой тормозной установки или преднамеренное уничтожение спутника после ее отказа для предотвращения возможного при неконтролируемом сходе аппарата с орбиты попадания секретного оборудования в чужие руки.
Второе поколение фоторазведывательных спутников связывается с началом эксплуатации в 1963 г. ракеты-носителя «Союз». Носитель «Союз» отличается от предшествовавшего носителя «Восток» более мощной третьей ступенью, позволившей увеличить массу выводимого на орбиту груза с 4750 до 5500 килограммов[11], что давало возможность установить более совершенную фотоаппаратуру.
Первый спутник, запущенный ракетой «Союз», «Космос-22», вернулся на Землю через 6 суток, но в последующих полетах спутники второго поколения использовали ту же 8-суточную схему, что и первое поколение. При этом высота орбиты подбиралась так. чтобы каждый спутник, совершая по 16 витков в сутки, на 8-й день полета проходил вдоль той же наземной трассы, что и в первый, обеспечивая равномерное покрытие всей охватываемой полосы широт за время полета.
С 1966 г. для запусков фоторазведывательных спутников стали использоваться также стартовые комплексы близ Плесецка Архангельской области, построенные в 1957—59 гг. для боевого дежурства МБР Р-7 [5,6]. Это позволило повысить количество пусков до 20 и более в год, причем если с Байконура фоторазведчики выводились на орбиты с наклонением 65 (и, реже, 51,8 градусов), то расположение северного полигона позволяло запускать их также на орбиты с наклонениями 72—73 и 81 градус, покрывающие все населенные районы Земли.
Поскольку скорость прецессии орбиты зависит от ее наклонения (приложение 1), для каждого использовавшегося наклонения подбирались несколько различающиеся высоты орбит, с тем, чтобы обеспечить повторение наземной трассы по прошествии 7 суток.
В 1966 г. было зафиксировано появление второго варианта спутников второго поколения, отличающегося характером телеметрических сигналов. Расширение его применения совпадает по времени с прекращением использования первого поколения (см. табл. 2.4), а поскольку первая разновидность второго поколения предположительно обеспечивала более высокое разрешение, чем спутники первого поколения, считается, что второй вариант предназначался для менее легальной съемки [7]. Такая прямолинейная логика может иметь мало общего с реальностью, поэтому принятое разделение второго поколения на спутники «высокого» и «низкого» разрешения следует воспринимать только в изложенном выше смысле.
Различение спутников первого и второго поколений не составляло проблемы, поскольку третьи ступени носителей «Восток» и «Союз» различаются по длине почти в 3 раза и легко отличимы по видимому блеску.
Кроме того, пока спутники оптической разведки выводились «Востоками» и «Союзами» параллельно, эти носители запускались на несколько отличающиеся наклонения. Так, с Байконура спутники первого поколения выводились на орбиты с наклонением 51,2—51,3 градуса, а второго – 51,8 градуса, а с Плесецка – 64.6 и 65,6 градуса соответственно. Такое различие не имело практического значения для задач самих спутников и могло быть объяснено только использованием различных стартовых площадок, отстоящих друг от друга на несколько десятков километров. Хотя «Востоки» и «Союзы» используют одинаковые стартовые комплексы, разные площадки могли быть лучше приспособлены для обслуживания различающихся третьих ступеней того или иного носителя.
С 1968 г спутники стали оснащаться дополнительным двигательным отсеком, установленным на сферическом спускаемом аппарате с противоположной стороны от приборно-агрегатного отсека (рис. 21). Такая компоновка впервые использовалась на пилотируемых кораблях «Восход», но там резервная ДУ просто дублировала основной тормозной двигатель, тогда как на спутниках третьего поколения дополнительная установка использовалась для коррекции орбиты.
Возможность корректировать орбиту в ходе полета, продемонстрированная впервые «Космосом-228», позволяла компенсировать тормозящее воздействие атмосферы и, следовательно, использовать орбиты с более низким перигеем, обеспечивающим более высокое наземное разрешение. Кроме того, начиная с «Космоса-251», КДУ использовалась и для временного снижения орбиты, обеспечивающего ежесуточное повторение наземной трассы в течение нескольких дней. Стабилизация трассы повышает вероятность съемки лежащих вдоль нее районов, но ограничивает охват остальной территории. Такое маневрирование показывает, что целью съемки является конкретная область особого интереса и соответствующие спутники классифицируются как предназначенные для детальной фоторазведки.
На некоторых спутниках, предназначавшихся, видимо, для съемки с относительно низким разрешением, «носовые» двигательные установки заменялись отсеком вспомогательной полезной нагрузки. В ряде случаев дополнительная нагрузка использовалась для испытания новых приборов и научных исследований, что особо отмечалось в соответствующих сообщениях ТАСС.
Эти спутники, использовавшиеся с 1968 по 1978 г. сначала относились к третьему поколению, поскольку типичная длительность их полетов, так же как и у маневрирующих спутников, составляла не 8, а 12 суток [7]. В более поздних источниках они называются «вторым поколением с увеличенной продолжительностью [8], исходя из того, что их телеметрические сигналы передаются в режиме времяимпульсной модуляции (PDM), тогда как остальные спутники третьего поколения используют либо импульсную кодировку (типа азбуки Морзе), либо двухтоновые сигналы.
Отметим, что деление на поколения и варианты довольно условно, тем более, что все три поколения используют одну базовую конструкцию, а на различия в маневренности, формате телеметрии и поисковых радиомаяков, которые могут отражать конструктивные особенности, накладываются различия в параметрах орбит и вариации длительности полета, связанные с конкретными задачами каждого полета.
Так, с 1971 г. один-два раза в год стали запускаться аппараты, подобные по телеметрии маневрирующим спутникам третьего поколения, но не маневрирующие. Стабильное и небольшое число запусков привело к предположению, что в отличие от продолжавших использоваться неманеврирующих спутников с времяимпульсной модуляцией эти аппараты предназначены в основном для картографической съемки.
Продление орбитального существования спутников третьего поколения до 14 суток позволило с 1976 г изменить профиль обзорных полетов, осуществлявшихся ранее спутниками первого и второго поколений. Предназначающиеся для общего обзора спутники 3 поколения в течение первых суток полета выводятся на рабочие орбиты с апогеем 415 км. Высота перигея подбирается в зависимости от наклонения так, что за один виток трасса спутника смещается относительно земной поверхности на 23,3 градуса (для используемых наклонений перигей меняется от 324 до З56 км). Это обеспечивает возвращение ее к исходной точке через 201 виток по прошествии почти 13 суток, и как раз в этот момент спутник возвращается на Землю.
Меньшее расстояние между соседними витками, чем в применявшейся ранее 7-суточной схеме покрытия позволяет, не теряя полноты охвата, использовать более ДЛИННОФОКУСНУЮ оптическую систему, обладающую меньшим полем зрения, но дающую белее высокое разрешение. Сохранение же прежней оптической системы означало бы улучшение охвата за счет перекрытия соседних полос наблюдения. Вероятно, именно это и используется в действительности, т к. в описанной схеме наблюдения трассы суточных витков каждый день проходят посередине между витками предыдущего дня [9].
Такие спутники получили название спутников «промежуточного разрешения» чтобы отличать их от спутников «высокого разрешения», стабилизирующих свою трассу для наблюдения конкретных районов и неманеврирующих спутников «низкого разрешения».
В 1984 г были проведены эксперименты по «орбитальному хранению» спутников промежуточного разрешения до выполнения ими штатного обзорного полета. «Космос-1587» и «Космос-1613» после выведения на переходную орбиту оставались там не 8,5 оборота, как обычно, а 183,5. По прошествии более 11 суток они были переведены на обычные рабочие орбиты и возвращены в конце 207-виткового цикла. Помимо точного совпадения хода обоих полетов, преднамеренность операции была видна и в том, что стартовали оба спутника на час с лишним позже остальных аппаратов данного типа, но за счет более длительного полета посадка произошла в обычных условиях освещенности [10].
С 1975 г. спутники третьего поколения стали запускаться на приполярные орбиты с наклонением 81,3 градуса, которое в 1980 г. было заменено на 82,3 градуса. В сообщениях ТАСС об этих запусках указывалось, что «поступающая информация передается в Государственный научно-исследовательский и производственный центр «Природа» для обработки и использования».
Эти аппараты, носившие название «Фрам», были доработаны для ведения многозональной, спектрозональной и цветной съемок в целях изучения природных ресурсов [10а]. Однако, они по-прежнему могли использоваться и для обзорной разведывательной съемки и имеющиеся данные не позволяют с уверенностью судить, каким же образом распределялись, возможности этих спутников между военными и народнохозяйственными задачами.
Подобно спутникам обзорной разведки, «народнохозяйственные» спутники 3 поколения в течение первых суток полета выводились на рабочие орбиты, обеспечивавшие замыкание наземной трассы к моменту возвращения спутника через 13—14 суток. Средняя высота полета составляла обычно 265—275 км либо 220—230 км, при этом трасса повторялась через 207 или 209 витков соответственно. Отдельные спутники – не чаще раза в год – выводились и на более высокие орбиты, достигавшие 340—390 км.
Спутники, запускаемые с 1979 г. на более круглые орбиты с орбитами высотой от 250 в перигее до 280 км в апогее, с 1989 г. стали официально именоваться «Ресурс Ф» и получаемые ими изображения с 1987 г. предлагаются зарубежным пользователям на коммерческой основе. О спутниках, не укладывающихся в орбитальные параметры «Ресурсов Ф» и объявленное суммарное количество их запусков, никаких подробностей не известно. По-видимому, они отличались от «Ресурсов Ф» только комплектацией бортовой оптической аппаратуры и к настоящему времени, возможно, уже выведены из эксплуатации (последний запуск состоялся в июле 1989 г. под именем «Космос-2029»).
Кратковременность полетов спутников, созданных на основе «Востока», вынуждала запускать их в огромных количествах. К середине 70-х осуществлялось по 30—35 запусков ежегодно, но даже при такой интенсивности суммарное время полета фоторазведывательных спутников едва достигало 400 суток в год. При возникновении же международных кризисов интервалы между запусками приходилось еще сокращать, доводя частоту пусков, вероятно, до предела производственных возможностей.
Так, во время советско-китайского конфликта на о. Даманский с 25 февраля по 25 апреля 1969 г. стартовало 10 фоторазведывательных спутников, а когда в конце лета 1969 г. возник новый конфликт на о. Гольдинский, еще 15 спутников было запущено на протяжении менее 3 месяцев [11].
Другим недостатком аппаратов «востоковского» типа является то, что получить и проанализировать изображения можно только после завершения полета и возвращения фотоаппаратуры с отснятой пленкой на Землю. С этой точки зрения даже двухнедельный срок полета спутника в критических условиях оказывался неприемлемо долгим. Так, для отслеживания обстановки на Ближнем Востоке в ходе арабо-израильской войны в октябре 1973 г. Советскому Союзу пришлось запустить 3 фоторазведчика с интервалом в 3 дня и каждый из них вернуть через 6 суток.
Возможно, этот опыт заставил ускорить разработку следующего поколения разведывательных спутников, первый представитель которого вышел на орбиту два года спустя.
«Космос-758», стартовавший с Плесецка 5 сентября 1975 г., был, как и предыдущие фоторазведчики, запущен носителем «Союз», однако уже эксцентрическая орбита с апогеем 350 и перигеем 180 километров и новым наклонением 67,2 градуса не позволяла отнести его ни к одной их известных ранее групп. Он провел на орбите 20 дней, выполнив при этом ряд маневров, свидетельствовавших о значительно большем запасе характеристической скорости, чем у спутников третьего поколения, и 25 сентября взорвался, вероятно при попытке очередного включения двигателя.
Продолжение запусков подтвердило появление нового, четвертого по принятой классификации, поколения фоторазведывательных спутников. Спутники 4 поколения выводятся на характерную опорную орбиту высотой 170—180 на 350—360 километров. Малая высота перигея требует регулярных коррекций для компенсации сопротивления атмосферы и удержания спутника на орбите. Соответствующие включения двигателя используются одновременно и для коррекции дрейфующего аргумента перигея, чтобы сохранить его над нужной широтой при благоприятной для съемки освещенности.
В ходе полета спутники могут временно опускать перигей ниже 160 километров. Подобно спутникам детальной фоторазведки 3 поколения, они стабилизируют таким образом свою суточную трассу относительно земной поверхности и обеспечивают повторные наблюдения заданных районов в течение нескольких последовательных дней при одновременном улучшении разрешения. Повторные прохождения обычно осуществляются в течение 3 суток, после чего аппарат возвращается на исходную орбиту и продолжает прерванное глобальное наблюдение.
В подобных случаях рассмотрение стабилизированной трассы спутника дает 16 точек, над которыми располагаются перигеи его ежесуточных витков. Большинство из них оказывается над территорией СССР или над океаном, а один из немногих оставшихся можно определить как цель съемки, учитывая условия освещенности и возможные текущие особенности международной обстановки.
Типичная продолжительность полетов спутников 4 поколения сначала составляла 30 суток. В начале 80-х гг. она возросла до 45 суток, а в последующие несколько лет достигла 55—59. Полномасштабная эксплуатация системы началась в 1981 г., когда частота пусков увеличилась до 10 в год и спутники начали сменять друг друга, обеспечивая почти непрерывное нахождение на орбите по крайней мере одного из них (см. табл. 2.2).
В том же 1981 г. помимо полетов с целью детальной фотосъемки спутники, относимые к 4-му поколению, стали выводиться и на менее вытянутые орбиты высотой от 200 до 300 километров, позволяющие предположить ведение обзорной съемки. Такие запуски осуществляются, только с Байконура в среднем раз в год. Полеты проводятся, как правило, весной и длятся меньше остальных – сначала 4-6 недель, а в последнее время – 6-7 недель.
В мае 1988 г группа западных журналистов была приглашена на Байконур с целью рекламы советской ракетно-космической техники и наблюдала «обычный запуск искусственного спутника Земли». Сам спутник, получивший обозначение «Космос-1944», показан не был, но было объявлено, что он предназначен для обзорного картографирования [12], а после запуска выяснилось, что он, относится именно к вышеописанной группе.
Очевидно, эти спутники сменили ранее использовавшиеся для общей картографической съемки неманеврирующие СПУТНИКи третьего поколения, последний из которых был запущен в январе 1982 г.
При длительности полетов спутников 4 поколения до полутора-двух месяцев по крайней мере часть получаемой информации должна была передаваться на Землю в ходе полета. Поэтому когда Кеттерингская группа зафиксировала глубоко модулированные радиосигналы, передаваемые ими на частоте 240 МГц, они были связаны с ретрансляцией изображений на Землю.
Это мнение подтверждается недавним заявлением советских разработчиков, что «до 1980 г. цифровые сканирующие приемники с передачей изображения по радиолинии использовались только спутниками военного наблюдения» [13]. Отсюда следует, что на спутниках четвертого поколения (появившихся в 1975 г.) не только была применена ретрансляция изображений по радиоканалу, но и использовались фотоприемники с зарядовой связью, обеспечивающие получение изображения в удобной для последующей обработки цифровой форме.
Однако помимо связываемой с передачей изображений трансляции на УВЧ, от спутников 4 поколения время от времени фиксируются также стандартные УКВ сигналы поисковых маяков. Такие сигналы обычно принимаются на 9-й и 18-й день полета и свидетельствуют о периодическом возвращения на Землю объектов, которые считаются капсулами с отснятой пленкой [14].
Советские спутники четвертого поколения представляются таким образом аналогами американских спутников типа Big Bird, которые оборудовались одновременно оптическими системами для обзорного наблюдения с радиопередачей изображения и для получения детальных снимков, возвращаемых на Землю в капсулах.
Различие профилей полета этих двух типов заключается в том, что по течении расчетного срока пребывания на орбите советские спутники не разрушаются в атмосфере, как американские, а совершают посадку на территории СССР. Долгое время полагалось, что спутники четвертого поколения, «Биг Берд», сводятся с орбиты для затопления несгоревших обломков в океане. Однако в 1988 г. удалось зафиксировать сход с орбиты «Космоса-1942», который был направлен в обычный район приземления советских пилотируемых кораблей [14]. Возвращение спутников 4 поколения преследует, очевидно, цель повторного использования дорогостоящей фотоаппаратуры и, частично, бортовой электроники.
Говоря об аналогии между советскими спутниками 4 поколения и американскими Big Bird, уместно напомнить, что сама система «Биг Берд» была у ВВС США резервным проектом для прорабатывавшейся с 1965 г. пилотируемой разведывательной станции MOL (Manned Orbiting Laboratory). В тот же период КБ Челомея спроектировало аналогичную орбитальную пилотируемую станцию (ОПС) «Алмаз»[12]. В 1969 г. проект «МОЛ» был отменен, как неоправданное дублирование станции НАСА «Скайлэб», и ВВС США воспользовались запасным вариантом, разработав автоматические спутники КН-9, ставшие известными как «Биг Берд». В СССР же пилотируемые разведывательные станции дошли до стадии летных испытаний. Челомею «только» запретили использовать для доставки экипажей собственные транспортные корабли и заставили поделиться своими заготовками с королевской фирмой, которая сделала из них «гражданские» «Салюты» [15].
В отличие от последних, «Алмазы» выводились на значительно более низкие орбиты высотой от 220 до 250 км. Установка на борту фотокамеры со «складной» оптикой, обеспечивающей фокусное расстояние 10 метров [16] и постоянная ориентация станций на Землю системой электромеханической стабилизации однозначно говорили о предназначении «Алмазов» для детальной разведывательной съемки. Отснятую пленку предполагалось проявлять на борту станции, после чего экипаж должен был просмотреть ее и передать наиболее интересные кадры по телевизионному каналу. Остальная пленка возвращалась на Землю в капсуле, отделявшейся от станции в ходе полета [15].
Первый «Алмаз», названный официально «Салютом-2», был запущен 3 апреля 1972 г., но вышел из строя еще до старта корабля с экипажем. 28 апреля ТАСС объявил, что «программа полета завершена», опустив дежурное слово «успешно» и 28 мая станция упала в океан вблизи Австралии.
Последующие станции данного типа, ставшие известными как «Салют-3» и «Салют-5», были выведены на орбиты в 1974 и 1976 гг. Из 5 запущенных к ним кораблей «Союз» только три смогли состыковаться и доставить на станции экипажи, проработавшие в общей сложности 80 суток.
В 1978 г. работы по пилотируемым «Алмазам» были прекращены. Предпочтение было отдано автоматическим системам – по-видимому, именно вышеописанным спутникам четвертого поколения.
Использование для запуска спутников 4 поколения носителя «Союз», применявшегося и для предшествовавших типов фоторазведчиков, свидетельствует в пользу того, что это поколение также разработано Куйбышевским ЦСКБ, ответственным как за выпуск носителей «Восток» и «Союз», так и аппаратов на базе корабля «Восток». Однако запас автономности и характеристической скорости спутников четвертого поколения означает, что конструктивно они имеют мало общего с «востоковскими» предшественниками.
В западной литературе распространено мнение, что спутники 4 поколения созданы на базе корабля «Союз», вызванное прежде всего сходством требований к двигательной системе. Автору это представляется не очевидным, т к. именно двигательные установки являются причиной многочисленных аварий спутников 4 поколения, не наблюдаемых в пилотируемых полетах. Уже то, что два из трех первых спутников в 1975—76 г. взорвались на орбитах, свидетельствует об использовании новой ДУ. Ее очевидная модернизация в середине 80-х, когда ресурс спутников 4 поколения был продлен до двух месяцев, снова привела к тому, что почти ежегодно один из спутников взрывается на орбите. (В 1991 г. очередную аварию, возможно, удалось предотвратить, досрочно возвратив «Космос-2149» после 40 суток полета).
Компоновка спутников 4 поколения остается неизвестной. Можно сказать лишь, что их масса не превосходит 7 тонн, которые носитель «Союз» способен вывести на низкую орбиту, а конструкция включает солнечные батареи, необходимые при полетах длительностью полтора-два месяца.
Пятое поколение советских спутников оптической разведки отсчитывают от стартовавшего в декабре 1982 г. «Космоса-1426». Выведенный с Байконура носителем «Союз» на орбиту с уникальным наклонением 50,6 градуса «Космос-1426» провел на ней 67 суток – на 17 суток дольше тогдашнего рекорда длительности спутников 4 поколения. В течение полета он выполнил 10 коррекций траектории, поддерживая ее перигей на высоте 200—210 км в условиях благоприятной освещенности. 5 марта «Космос-1426» исчез с орбиты, хотя естественное падение было исключено.
Все последующие спутники пятого поколения запускаются на орбиты с наклонением 64,8 градуса и заметно более круглые, чем у «Космоса-1426». В отличие от спутников 4 поколения они не используют свою маневренность для временного снижения орбиты, постоянно сохраняя ее почти круговой и поддерживая высоту в довольно узком диапазоне. Примерно раз в две недели по мере снижения перигея до 220, а апогея до 260 км, производится двухимпульсный маневр, поднимающий орбиту до номинальной с перигеем около 240 и апогеем около 285 км. При этом аргумент перигея постоянно поддерживается близким к 90 градусам, т е. перигей находится над наиболее северными из достигаемых спутниками районов.
Длительность полетов спутников пятого поколения составляет 6—8 месяцев, а в 1987 г. «Космос-1881» установил рекорд долгожительства советских фоторазведчиков, равный 259 суткам. Благодаря этому уже с августа 1986 г, удалось обеспечить постоянное присутствие на орбите как минимум одного спутника пятого поколения. Непрерывность была нарушена очевидными неполадками в ходе полета «Космоса-1936», вызвавшими в мае 1988 г. его возвращение всего через 7 недель после старта и годичный перерыв в дальнейших запусках.
Тем не менее, уже сейчас можно утверждать, что штатный режим эксплуатации данной системы предусматривает постоянное нахождение на орбите двух спутников. Начиная с «Космоса-1770 и -1810» в 1986 г., во всех случаях, когда два спутника пятого поколения оказываются на орбитах одновременно, плоскости их орбит отстоят друг от друга ровно на 91 градус.