Диаграмма направленности - графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны от выбранного направления.

Исследование ДН небольших антенн производят в безэховых камерах (комнатах, где не происходит отражения от стен). Для антенн, не помещающихся в камеру, изготавливают их уменьшенные модели и уменьшают длину излучения во столько же раз, во сколько была уменьшен масштаб антенны.

Для построения диаграммы направленности выбирается яркий точечный источник на небе (зачастую - Солнце). Далее проводится серия наблюдений под разными углами, позволяющая построить распределение интенсивности в зависимости от направления, то есть искомую диаграмму направленности.

Рис. 1 Изображение диаграммы направленности

2. Исследование космического излучения с поверхности Земли

2.1 Радиотелескопия

Простейший радиотелескоп состоит из двух основным компонентов: антенны и радиометра, который получает и усиливает принятый с антенны сигнал и передает его на регистрирующий самописец.

Радиотелескоп не может получать непосредственно изображение источника, однако, суть его работы в том, что он составляет карту энергии излучения источника сигнала. Радиотелескоп может промерить или просмотреть только ту область, в которой лежит главный лепесток диаграммы направленности.

Рис. 2. Направление главного лепестка диаграммы направленности

Следовательно, чтобы измерить излучение протяженного источника, нужно промерить источник в каждой его точке.

Угловое разрешение: 1' (одна угловая минута, около 0,02°) соответствует площадке размером 29 см, различимой с расстояния в 1 км или одной печатной точке текста на расстоянии 1 м.

Ввиду дифракции радиоволн на апертуре телескопа, измерение направления на точечный источник происходит с некоторой ошибкой, которая определяется диаграммой направленности антенны и накладывает фундаментальное ограничение на разрешающую способность инструмента

(2.1)

Где - длина волны

D - длина апертуры телескопа

Высокая разрешающая способность телескопа позволяет различать более мелкие объекты. К примеру, телескоп с низкой разрешающей способностью будет видеть свою звезду как точечный источник. Как видно из формулы 2.1 увеличение разрешающей способности радиотелескопа возможно путем уменьшения длины волны или увеличением длины апертуры. Соответственно, если мы хотим изучить длинноволновое излучение, то длину волны мы уменьшать не может и нам придется увеличивать длину апертуры. Также увеличение длины апертуры увеличивает еще одну важную характеристику телескопа-чувствительность, что позволяет радиотелескопу обнаруживать более слабые источники радиоизлучения.

, (2.2)

где P - мощность собственных шумов радиотелескопа,

S - эффективная площадь (собирающая поверхность) антенны,

- полоса частот,

t - время накопления сигналов.

Для повышения чувствительности радиотелескопов увеличивают их собирающую поверхность и применяют малошумящие приёмники и усилители на основе мазеров, параметрических усилителей.

Но за увеличением длины апертуры стоит одна проблема, а именно сложность обслуживание и ненадежность таких больших антенн, из-за деформаций конструкции под собственным весом и ветровых нагрузок практически невозможно создать полноповоротный параболический (наиболее распространенный тип радиотелескопов) телескоп диаметром более 150 м.

Самая большая на текущий момент полноповоротная антенна имеет размеры 100x110 метров и находится в США (Зеркало размером 100х110 м было построено после того, как в 1988 г под собственным весом обрушилась 90 м полноповоротная антенна).

Однако, антенну можно сделать неподвижной, а направление главного лепестка диаграммы направленности менять с помощью передвижных облучателей.

Рис. 3. Схематичное изображение антенны с облучателем

Самый большой неповоротный радиотелескоп расположен в Пуэрто-Рико, и выглядит он вот так.

Рис. 4. Обсерватория Аресибо

Над сферической чашей на тросах висит конструкция в 800 т. По периметру зеркало окружено металлической сеткой, которая защищает телескоп от техногенного радиоизлучения. Диаметр антенны составляет 305 метров. Антенна расположена в естественной низине с целью снижения техногенных помех. /3/

Недостатком данного телескопа является невозможность его направления на угол меньше 20 градусов по отношению к зениту.

Это предел возможностей увеличения длины апертуры для одиночного радиотелескопа, и поэтому учеными в 1950 г. была выдвинута идея увеличения апертуры путем объединения радиотелескопов в сеть.

2.2 Радиоинтерферометры

3. Проект «Радиоастрон»

Проект «Радиоастрон» - радиотелескоп, расположенный на базе космического аппарата «Спектр-Р», который является многоцелевой орбитальной обсерваторией.

Цель международного проекта Радиоастрон состоит в том, чтобы создать совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов единую систему наземно-космического интерферометра для получения изображений, координат и угловых перемещений различных объектов Вселенной с исключительно высоким разрешением.

Орбита спутника «Радиоастрон» имеет радиус апогея до 350 тысяч километров. Интерферометр при таких базах обеспечит информацию о характеристиках и координатах галактических и внегалактических радиоисточников с шириной интерференционных лепестков до 8 микросекунд дуги для самой короткой длины волны проекта 1.35 см.

Главная целью «Радиоастрона» - создание радиоинтерферометра с громадной базой, что позволит достигнуть точности в миллионные доли угловой секунды. А такая точность, в свою очередь, позволяет изучать такие явления как:

1) Активных галактических ядер (АГЯ) около сверхмассивных черных дыр, обеспечивающие механизм ускорения космических лучей - форма, размеры, скорость и ускорение излучающей области ядра, спектр и поляризация излучения деталей и их переменность;

2) космологическая модель, темная материя и энергия по зависимости перечисленных выше параметров АГЯ от красного смещения, а также по наблюдению их через гравитационные линзы;

3) строение и динамика областей звездообразования в нашей Галактике и АГЯ по мазерному и мегамазерному излучению;

4) нейтронные (кварковые) звезды и черные дыры в нашей Галактике - структура по РСДБ наблюдениям и по измерениям флуктуации функции видности, собственные движения и параллаксы;

5) структура и распределение межзвездной и межпланетной плазмы по флуктуациям функции видности пульсаров;

6) построение высокоточной астрономической координатной системы;

7) построение высокоточной модели гравитационного поля Земли.

По состоянию на 18 июля 2012 года при помощи этого аппарата в связке с наземными радиотелескопами было исследовано 29 активных ядер галактик, 9 пульсаров ,6 источников мазерных линий в районах образования звёзд и планетных систем. /4/

3.1 Характеристики радиотелескопа

Таблица 2

Характеристики телескопа

Перигей-350000 км

Апогей-600 км /2/

Зеркальная параболическая антенна радиотелескопа имеет диаметр в 10метров, состоит из 27 лепестков и 3-х метрового цельного зеркала.

Полная масса полезного научного груза -- приблизительно 2600 кг. Она включает массу антенны (1500 кг), электронного комплекса, содержащего приёмники, малошумящие усилители, синтезаторы частот, блоки управления, преобразователи сигналов, стандарты частоты, высокоинформативную систему передачи научных данных -- около 900 кг.

В настоящий момент для сеансов двусторонней связи используются крупнейшие в России антенные комплексы П-2500 (диаметр 70 м) в приморском городе Уссурийск и ТНА-1500 (диаметр 64 м) в подмосковном посёлке Медвежьи Озера.

Связь с аппаратом «Спектр-Р» возможна в двух режимах. Первый режим -- двусторонняя связь, включающая передачу команд на борт и прием с него телеметрической информации.

Второй режим связи -- сброс радиоинтерферометрических данных через узконаправленную антенну высокоинформативного радиокомлекса (ВИРК).

Заключение

Я считаю, что данная работа в достаточной мере описывает имеющиеся методы получения космического радиоизлучения. При помощь данной работы можно проследить за тенденциями в развитии радиотелескопов. Можно заметить, что ученые акцентировали свои усилия в улучшении телескопов больше на увеличении характеристики углового расширения, чем на увеличении чувствительности радиотелескопов. Это, скорее всего, связано с тем, что увеличение чувствительности требует увеличения площади,следовательно и диаметра, антенн (2.5), что делать после определенного порога (150 м) очень сложно. Так как наблюдения, проводимые при помощи «Радиоастрона» оказались очень результативными, я думаю, что радиоастрономия будут продолжать развитие в этом направлении (увеличение разрешения за счет увеличения апертуры) путем размещения новых орбитальных обсерватории, которые будут подобны «Радиоастрону». Мою мысль подтверждает наличие такого проекта как SNAP (SuperNova Acceleration Probe), который планируют запустить в 2020 году. /5/

Список используемых источников