§27. РАДИОЛОКАЦИЯ ПЛАНЕТ.
КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ФОБОС
В 1964 году в СССР и в США были проведены опыты по радиолокации Венеры, в которых участвовали две американские обсерватории (Массачусетская станция и станция в Пуэрто-Рико) и Крымская обсерватория АН СССР. В ходе экспериментов было установлено, что задержка сигнала в СССР всегда оказывалась меньше, чем в США. Анализ, проведенный Б.Уоллесом (Spectroscopy Letters, US, 1969, v.2, p.361-367), показал, что на скорость прохождения сигнала накладывалась скорость вращения Земли. В то время как в Крыму она была направлена навстречу сигналу с Венеры, а в США она имела обратное направление, что свидетельствует о том, что второй постулат Эйнштейна неверен, и скорость электромагнитной волны, испущеной движущимся источником, подчиняется классическому закону сложения скоростей (после получения таких выводов Крымская обсерватория от дальнейшего участия в этих разработках отказалась и ее подпись в результатах не фигурирует).
Необходимость сделать практические выводы из этих наблюдений возникла после истории с гибелью советских космических аппаратов «Фобос».
7 и 12 июля 1988 года с космодорома Байконур стартовали космические аппараты "Фобос-1" и "Фобос-2". 24 и 29 апреля 1989 года они должны были долететь до Марса и провести большую серию исследований, после чего предполагалось сближение со спутником Марса Фобосом на расстояние до 50 метров (малая сила тяжести Фобоса позволяла безопасное приближение на такое расстояние), после чего с этой высоты на поверхность Фобоса должны были быть сброшены спускаемые аппараты (которые просто "упали" бы на Фобос путем свободного падения - малое поле тяжести Фобоса не причинило бы им вреда). Эти спускаемые аппараты должны были, "закрепившись" на Фобосе, оставить там долговременную автоматическую станцию (ДАС), которая могла бы в течение нескольких месяцев собирать информацию и пересылать ее на Землю.
Это был первый проект, предполагавший прямую посадку на одно из малых тел Солнечной системы (американцы реализовали аналогичный проект только в 2000 году, совершив мягкую посадку космического аппарата на астероид Эрос). Были все основания считать, что такой амбициозный проект будет удачным: незадолго до этого, в начале 1980-х годов, была успешная серия мягких посадок советских аппаратов на Венеру, а в 1986 году были успешные исследования кометы Галлея аппаратами "Вега-1" и "Вега-2". Эти АМС были первыми образцами нового поколения межпланетных станций, к которому принадлежали и «Фобосы»
Однако запуск аппаратов "Фобос-1" и "Фобос-2" закончился неудачей: один из них "потерялся" еще по дороге к Марсу, а второй долетел до Марса и там связь с ним была потеряна. После этого советскую (российскую) межпланетную космонавтику продолжают преследовать неудачи, в то время как американцы продолжают успешные межпланетные исследования?
При анализе причин гибели "Фобосов" назывались самые разные версии, вплоть до вмешательства внеземных цивилизаций. Нас, однако, интересует версия, которая была высказана в книге В.К.Демина и В.П.Селезнева «Мирозданье постигая» (М., 1988, стр. 140), согласно которой причиной гибели этих аппаратов было неуместное использование теории относительности при расчете их траекторий.
В §8 ("Относительность одновременности") мы уже писали, что прямое следование принципам теории относительности при управлении межпланетными аппаратами может приводить к весьма комичным последствиям. Процитируем еще раз этот отрывок:
"Допустим, на Марсе есть марсоход, который принимает команды с Земли и передает на Землю снимки поверхности. Допустим, радиосигнал идет от Земли до Марса 15 минут. И вот, предположим, марсоход передал на Землю картинку, из которой следует, что перед марсоходом пропасть и он, двигаясь по инерции, упадет в нее через 5 минут. Пока этот сигнал идет до Земли, марсоход уже упал. Но вот через 10 минут после его падения сигнал на Земле уже принят, и, согласно этому сигналу, марсоход находится от пропасти еще в 5 минутах езды. Оператор дает марсоходу команду "Стоп". Очевидно, что это уже поздно и марсоходу ничем не помочь. Однако, если подходить с точки зрения теории относительности, то получается, что марсоход, уже 10 минут назад упавший в пропасть, будто бы в действительности стоит невредимый в 5 минутах хода от нее и его еще можно спасти. Этот мысленный эксперимент показывает, что эйнштейновский подход неверен".
На одном из интернет-сайтов была дана конкретизация таких выводов:
« -Можно ли обнаружить с
помощью телескопа или каких-либо приборов искажения орбит звезд, возникающие
вследствие переменной скорости света?
- Так
как расстояния до далеких звезд определяются со значительными ошибками (до 20%
от расстояния), а искажение орбиты происходит только в направлении луча зрения,
то заметить искажение весьма сложно. Зато при наблюдении планет Солнечной
системы искажения орбит становятся заметными. Более того, неучет таких
искажений может привести к серьезным негативным последствиям. Так, ошибки,
допущенные при радиолокационном измерении расстояний до Луны, Венеры, Марса,
привели к неудачным запускам космических автоматических аппаратов, в разное
время направляемых к этим планетам.
- Думается,
читателям небезынтересно более подробно познакомиться с этими поучительными
фактами.
- Профессор. Напомню, что измерение расстояния и
скорости относительного движения между Землей и Венерой осуществлялось путем
посылки мощных радиолокационных сигналов в сторону Венеры наземными станциями,
при этом определялось время прихода на Землю отраженных сигналов от
венерианской поверхности. Учитывая характер орбитального движения этих планет,
локацию начинали в период, когда расстояние до Венеры достигало около r1=80
млн. км, затем оно сокращалось до r2=40 млн. км и потом опять увеличивалось до r3. Длительность всего процесса
измерений достигала трех месяцев. На первом участке движения Земля и Венера
сближаются, а на втором участке удаляются друг от друга. Следовательно,
результирующая скорость прохождения радиосигналов от Земли до Венеры и обратно
на первом участке больше, а на втором -- меньше, и это должно отразиться на
продолжительности интервала времени от момента посылки сигналов до их приема.
Поскольку эти особенности распространения радиосигналов не учитывались и
скорость их распространения принималась постоянной и равной скорости света, расчетные
данные не совпали с фактическими: на первом участке расчетные расстояния оказались
короче. Чтобы подогнать расчетно-экспериментальные данные к истинным,
исследователи приняли "оригинальное" решение -- условно переместить
Венеру вперед по орбите примерно на 700 км. Только в этом случае оказалось
возможным "свести концы с концами" и якобы подтвердить справедливость
специальной теории относительности. Однако если отбросить какие-либо подгонки и
учесть действительные скорости распространения радиосигналов между планетами,
то проведенный эксперимент является убедительным подтверждением справедливости
классического закона сложения скоростей для световых излучений и
радиоизлучений. Нельзя пренебрегать законами распространения сигналов в
относительном движении, поскольку это может оказаться особенно опасным,
например, при навигации в условиях космического полета.
- У нас радиолокационные
измерения расстояний до Венеры проводились в 1962--1975 годах. Нет ли других
данных, свидетельствующих о трудностях, к которым приводят релятивистские
расчеты, и ошибках навигации в современной космонавтике?
- События, связанные с
полетами космических летательных аппаратов "Фобос-I" и
"Фобос-II" к Марсу, и их загадочное исчезновение, навигационные
просчеты при запусках других летательных аппаратов имеют прямое отношение к
проблеме распространения электромагнитных сигналов. Наиболее показательны в
данном плане неудачи с "Фобосами". Напомню, что эти аппараты, оснащенные
новейшей исследовательской и навигационной аппаратурой, после длительного
полета достигли окрестностей Марса. Предполагалось, что "Фобос-I"
будет проводить изучение поверхности планеты Марс, а [спускаемый аппарат] "Фобос-II"
осуществит посадку на спутник Марса Фобос. Связь с "Фобосом-I"
прекратилась внезапно, в это время второй аппарат, "Фобос-II",
продолжал процесс сближения с марсианским спутником. Однако, несмотря на
принятые меры предосторожности в процессе дальнего наведения аппарата по радиосигналам
с Земли, и "Фобос-II" также прекратил взаимодействие с наземными
станциями. В итоге космическая эпопея завершилась безрезультатно. Конечно, у
подобной неудачи может быть много случайных причин. Однако есть одна возможная
причина, носящая не случайный, а систематический характер. Если навигацию
осуществлять, опираясь на постулат постоянства скорости света (радиосигналов),
то в этом случае неизбежны роковые ошибки наведения, которые могут служить
причиной провала всей операции.
- Можно
ли оценить масштабы подобных ошибок?
- К сожалению, в печати не приводятся сведения о навигационной космической обстановке и методике проведения локационных измерений. Поэтому оценку подобной ситуации можно дать, исходя из общих положений небесной механики. Как известно, "Фобосы" успешно преодолели весь путь от Земли до Марса. Радиолокационный сигнал, который посылался с наземной радиостанции на летательный аппарат, принимался его бортовой станцией, а затем переизлучался и возвращался обратно на Землю, преодолевая расстояние туда и обратно за время более 10 минут. Навигация осложняется тем, что планеты -- Земля и Марс -- движутся по своим орбитам с разными скоростями (Земля -- со скоростью 29,76 км/сек, а Марс -- 24,11 км/сек), а естественный марсианский спутник Фобос летает вокруг Красной планеты со скоростью около 3 км/сек и периодом обращения 7,68 часа. Интересно отметить, что Фобос вращается вокруг Марса в 3,2 раза быстрее, чем Марс вращается вокруг своей оси, -- это единственный случай в Солнечной системе. Если при навигационных расчетах скорость света (радиосигналов) принималась постоянной в относительном движении небесных тел, то погрешности локационных измерений достигают следующих величии. Вследствие неучета скорости Марса относительно Земли, равной 5,65 км/сек, и длительности прохождения прямого и обратного радиосигналов около 10 минут погрешность в определении расстояния до Марса может достигать до 1000--2500 км. Такая ошибка в определении расстояния от поверхности Марса до летательного аппарата "Фобос-I" уже могла служить причиной его гибели. Для навигации же "Фобоса-II" особую коварность представляет орбитальная скорость спутника Марса -- Фобоса. В течение половины периода обращения, когда спутник не закрыт от наблюдателя Марсом, он совершает движение навстречу Земле, а затем удаляется со скоростью 3 км/сек. Вследствие этого ошибка радиолокации со стороны Земли может периодически меняться в пределах 1500 км в течение 3,84 часа (половина периода обращения). Если "Фобос-II" вышел на ту же орбиту, что и спутник Фобос, и летел на некотором постоянном расстоянии от него, то наземные радиолокационные станции фиксировали расстояние между ними со знакопеременной ошибкой в течение каждого полупериода вращения (3,84 часа). Так, например, если расстояние между аппаратом и спутником составляло четверть длины орбиты, то ошибка в измерении этого расстояния была не менее 1500 км. Поскольку дальность действия автономной системы наведения "Фобоса-II" может быть меньше указанной ошибки измерения, то вероятность столкновения и гибели аппарата становится существенной. Избежать всех этих ошибок можно при условии проведения навигационных измерений на основе классического сложения скоростей распространения радиосигналов в относительном движении небесных тел».
Исходя из таких соображений, в книге В.И.Секерина «Теория относительности – мистификация века» делается вывод, что причина катастроф советских (российских) межпланетных аппаратов при полном успехе аналогичных американских исследований состоит в том, что начиная с определенного момента в рядах конструкторов отечественных межпланетных станций верх взяло поколение, некритически относящееся к теории относительности, американцы же при разработке своих аппаратов учитывают ошибочность теории относительности и пользуются классическими формулами, но из понятных политических соображений не только не афишируют эту информацию, но и способствуют распространению дезинформации о необходимости использования релятивистских формул. Это объясняет и то, почему ранее (до середины 1980-х годов включительно) советские межпланетные программы были успешными - потому что все проекты тех времен основывались на базе, заложенной еще в 1940-50-е годы, когда в советской науке поддерживался здоровый критический подход по отношению к теории относительности.
Конечно, теория относительности является не единственной причиной отставания российских межпланетных исследований от американских. С 1990-х годов, после реставрации капитализма, к ним добавилось еще и крайнее отставание в финансировании космонавтики, что требует политического решения вопроса.