Китай заявил о прорыве в технологии лазерной космической локации

Credit: National University of Defence Technology

Группа китайских военных ученых заявляет, что они добились прорыва в технологии лазерной визуализации, которая позволит наземным станциям идентифицировать и отслеживать цель в космосе с беспрецедентной точностью. Пишет Scmp.com.

Результаты показывают, что радар, разработанный профессором Хань Фэем (Han Fei) из Национального университета оборонных технологий в провинции Аньхой (National University of Defence Technology in Anhui province), может получать изображения объекта размером с большой палец на околоземной орбите с разрешением до 3 миллиметров (0,1 дюйма).

По словам исследователей, эта точность на два порядка выше, чем лучшие результаты, достигнутые аналогичными устройствами в США и других западных странах. Технология также может помочь направлять наземные лазерные лучи для удаления небольших фрагментов космического мусора, которые угрожают спутникам и космическим аппаратам, об этом Хань и его коллеги написали в статье, опубликованной в отечественном журнале Acta Physica Sinica в прошлую субботу. “Разрешение на уровне сантиметра или даже миллиметра для получения изображений космических объектов в диапазоне 100 км [62 мили] может быть достигнуто в обозримом будущем с производительностью, намного превосходящей те, которые достигаются традиционными оптическими или радиолокационными технологиями визуализации”, – сказали исследователи.

Самая большая головная боль космических инженеров возникает из-за мусора размером от 1 см (0,4 дюйма) до 10 см, потому что спутники могут быть защищены от мелких предметов, в то время как более крупные объекты могут быть обнаружены с помощью существующей технологии с достаточным уведомлением, чтобы предпринять действия по уклонению. В 2016 году одна из крупнейших космических радиолокационных систем, принадлежащих Китаю, потеряла 4 процента своего источника питания после того, как крошечный кусочек космического мусора чуть более 1 см попал в солнечную панель спутника, согласно отчету, опубликованному в прошлом месяце.

Мощные лазеры могут заставить эти маленькие осколки изменить курс и в конечном итоге упасть обратно в атмосферу Земли.

Но лазерные выстрелы должны попадать точно, и погрешность невелика, это считанные миллиметры. В условиях низкой гравитации большая часть мусора вращается хаотично, что затрудняет идентификацию и отслеживание, поэтому для преодоления этих проблем команда использовала технологию визуализации, которая, согласно нелогичной теории в оптической физике, не приводит к уменьшению разрешения при увеличении расстояния. Технология, известная как лазерная отражательная томография, была вдохновлена компьютерной томографией, используемой в больницах, и использует несколько лазерных лучей для освещения поверхности цели, а затем восстанавливает изображение по частицам света, отражающимся в разных направлениях.

Разрешение на изображениях, полученных с помощью этого метода, определяется небольшими различиями в угле лазерных лучей, когда они попадают в цель, а не расстоянием от наблюдателя.

Улучшив качество лазерного источника и чувствительность приемного устройства, ученые смогли получить сверхточные изображения крошечного объекта с большого расстояния.

Радар, созданный командой Ханя, испускает короткие лазерные импульсы с пиковой мощностью более 100 киловатт. Фактические характеристики машины в области космического наблюдения остаются засекреченными, но исследователи раскрыли часть потенциала в наземном эксперименте.

Устройство, установленное на берегу водохранилища в пригородном районе города Хэфэй, создавало четкие изображения вращающейся цели шириной 5 см на расстоянии километра (0,6 мили).

По словам исследователя из Сианьского института оптики и точной механики Китайской академии наук, который не участвовал в проекте, но был знаком с технологией, результаты стали убедительным доказательством потенциала устройства для использования в космосе.

“Серьезной проблемой для качества технологии лазерной визуализации является турбулентность в атмосфере”, – сказал исследователь, который попросил не называть его имени. Возмущение, вызванное турбулентностью в пределах горизонтального диапазона в один километр, было почти эквивалентно возмущению на высоте 100 километров, поскольку выше воздух становится более разреженным.

Помимо этого, по словам исследователя, атмосферный эффект был незначительным, потому что лазер должен был перемещаться в космосе.

Эта технология также может быть использована для изучения спутников с целью получения ценной информации об их конструкции, технологии, статусе и назначении, добавил он.

Используемая технология была впервые предложена американскими учеными в конце 1980-х годов, и исследователи по всему миру работают над поиском способов ее совершенствования.

Команда Ханя заявила, что их достижение было основано на ультрасовременном лазерном источнике, который значительно уменьшил шум, влияющий на качество сигнала.

Они также разработали новый алгоритм, использующий искусственный интеллект для оценки случайного движения небольшой цели и помогающий радару генерировать высококачественные изображения с неполной, быстро меняющейся информацией.
В декабре исследовательская группа из Университета космической инженерии в Пекине заявила, что они использовали другой тип технологии лазерной визуализации для достижения разрешения 5 мм с расстояния 1,2 км.

В прошлом году правительство Китая объявило о плане создания оборонительной системы с рядом передовых средств, включая крупнейшую в мире радиолокационную сеть и мощные лазерные системы.

Stephen Chen
Ирина Дорошенко (Filipok)