Рудольф Сворень - В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]
Для сложной бортовой аппаратуры это нетерпимая жара. (Загляните в радиотехнический справочник — даже кремниевые полупроводниковые приборы, которые слывут чемпионами по термостойкости, больше 150 °C терпеть не могут, да и то в области высоких температур их параметры сильно ухудшаются.) Вот почему на СА задолго до посадки начинается борьба за то, чтобы замедлить нагревание бортовой аппаратуры, отодвинуть, если можно так сказать, ее тепловую смерть.
Еще во время полета в космосе СА сильно охлаждают, создают минусовую температуру в приборном отсеке. На самой поверхности планеты внутри СА начинают действовать вентиляторы, которые вместе со специальными теплопоглотителями делают все возможное, чтобы ответственные узлы аппаратуры нагревались в самую последнюю очередь. Внешняя и внутренняя теплоизоляция, конечно, тоже играет не последнюю роль. И все это только одна сторона дела, одна группа задач. Нужно еще аккуратно затормозить спускаемый аппарат, мягко посадить его, обеспечить устойчивость даже в том случае, если СА сядет на склон горы… Список этот можно продолжить, но, думаю, важнее сказать другое: все конструкторские задачи — только часть большого комплекса проблем, решенных специалистами по двигателям, астронавигации, ориентации, корректированию орбит, динамике полета, радиосвязи, баллистике, бортовой автоматике, по научным исследованиям, ради которых и осуществляется эксперимент.
При каждом успехе космических автоматов мы вспоминаем главного конструктора, члена-корреспондента Академии наук Георгия Николаевича Бабакина, Героя Социалистического Труда, лауреата Ленинской премии. Он возглавлял конструкторское бюро, где были созданы многие космические автоматы, в том числе и те, что исследовали Венеру. Он возглавлял это конструкторское бюро и заложил основы, сформировал стиль, техническую политику, идеологию — словом все, что в итоге дало прекрасные результаты в исследовании космоса с помощью автоматов.
В исследованиях Венеры пройден большой путь, начало которому было положено еще Сергеем Павловичем Королевым, — первое попадание в планету («Венера-3», 1966), первый парашютный спуск и непосредственные измерения в атмосфере («Венера-4», 1967), спуск и измерения до высоты 20 км от поверхности («Венера-5», «Венера-6», 1969), первая передача научной информации с поверхности планеты («Венера-7», 1970), передача с дневной, т. е. обращенной к Солнцу, стороны планеты («Венера-8», 1972). И наконец, созданные с учетом всего предыдущего опыта станции «Венера-9» и «Венера-10», которые многим отличаются от своих предшественниц, в частности технологией спуска в атмосфере планеты…
— Рассказывая о прибытии «Венеры-9» на Венеру, вы подошли к тому моменту, когда должны вступить в строй парашютные системы…
— Парашютов на станции несколько. Первым появляется небольшой вспомогательный парашют — после отстрела верхней крышки теплозащитной оболочки (ТО) он уводит ее от аппарата (рис. 7 цветной вклейки). Позже будет произведен отстрел нижней крышки этой оболочки..
— Многие читатели, наверное, захотят узнать, что такое «отстрел»…
— Это тот счастливый случай, когда термин не требует перевода и точно отражает суть дела. Для того чтобы отделить и оттолкнуть одну часть аппарата от другой, как правило, используется пиротехнический заряд — сокращенно пирозаряд, это может быть небольшой цилиндр с некоторым подобием порохового заряда, с поршнем и толкателем. По соответствующей команде электрический импульс зажигает заряд, создается очень высокое давление, сила давления выталкивает поршень, и он производит необходимую работу. Например, отделяет СА от ОА, отбрасывает крышку теплозащиты. Кстати, на высоте около 50 км отстреливается основной парашют и скорость спуска СА начинает нарастать…
— А для чего это делается?
— Из парашютов самого СА первым раскрывается тормозной, он снижает скорость спуска до 50 м/с, т е до 180 км/ч. Начинает работать бортовой передатчик, и с трассы спуска идет научная информация на орбитальный аппарат (ОА). А с него — прямо на Землю. Через какое-то время раскрывается основной трехкупольный парашют общей площадью 180 м2 СА совсем уже медленно проходит один из самых интересных участков полета — слой облаков После этого медленный спуск не представляет особого интереса для ученых, а лишнее время лететь в жаркой атмосфере — это значит поднять температуру ОА и тем самым сократить возможное время его работы на поверхности планеты. Вот почему основной парашют отстреливает и СА начинает опускаться значительно быстрее, притормаживаясь только за счет особого жесткого зонтика, как принято говорить, за счет аэродинамического торможения Весь режим спуска СА имеет еще одну важную особенность — он должен быть синхронизирован с полетом ОА. Во время посадки СА орбитальный ретранслятор, установленный на ОА, должен находиться на таком участке своей орбиты, с которого можно перебросить надежный радиомост от СА на Землю. Как известно, именно таким четким взаимодействием СА и ОА завершились полеты «Венеры-9» и «Венеры-10», и они передали на Землю огромное количество информации.
Хотя информация и правит миром, однако она не вошла еще в школьные учебники, и единица количества информации — бит — пока не заняла своего законного места рядом с ваттами, метрами, амперами. Не кто иной, как связисты, первыми научились измерять информацию, да и само это слово в нынешнем его звучании пришло из теории связи. Трудный вопрос о полезности, о ценности сообщений остался в стороне, бесстрастной мерой информации стало количество простейших электрических сигналов-импульсов, необходимое для передачи слов, текстов, картинок независимо от их содержания Самая мелкая мера — один бит, один импульс или пауза, одно «да» или «нет» Если в алфавите 32 буквы, то для передачи каждой из них нужна определенная комбинация из 5 импульсов или пауз, из 5 «да» или «нет». И значит, количество информации в одной букве — 5 бит. В слове «сон» 3 буквы, т. е 15 бит, в слове «теплопроводность» 16 букв, оно содержит информацию 80 бит В шахматной доске 64 бит — 64 черных («да») или белых («нет») клеточки. В странице машинописного текста приблизительно 10 тыс. бит, в газетной фотографии — тысяч двести — триста, в пятиминутном разговоре — нисколько миллионов бит.
Избалованные легкостью получения информации, килобитами и мегабитами, которые приходят к нам с телевизионного экрана, из радиоприемника или по телефонному проводу, мы редко интересуемся ценой, которую платят за все это связисты А платят они немало, причем двумя видами валюты — секундами и герцами, временем передачи и полосой частот, которую нужно пропустить по каналу связи. (Полоса частот телевизионного сигнала — 6 МГц, полоса частот телефонного разговора примерно 3 кГц. Представление о полосе частот становится понятней, если вспомнить клавиатуру рояля: играя в пределах одной средней октавы, мы излучаем полосу частот примерно 400 Гц, играя на всей клавиатуре — около 4000 Гц.) Причем валюта — герцы и секунды — принимается в любой пропорции, важна лишь общая сумма: чем меньше времени отводится на передачу информации, тем шире должен быть пропускаемый спектр, и наоборот, чем более узкая полоса передается, тем дольше идет передача. Телеграмму в 1000 бит можно передать за 1 с, при этом линия связи должна будет пропустить полосу частот в 4000 Гц. А можно ограничиться полосой в 2–3 Гц, но тогда передавать телеграмму придется очень медленно — что-то около получаса. После такого предисловия мы можем вернуться на поверхность Венеры, куда только что спустился СА, и теперь уже со знанием дела отметить: время жизни спускаемого аппарата на поверхности ограничено; поэтому, чтобы передать с него большой объем информации, нужно передавать ее очень быстро, а значит, нужно, чтобы линия связи Венера — Земля пропускала широкую полосу частот.
Нужно-то оно, конечно, нужно, но только можно ли…
Главное препятствие для расширения полосы частот — огромная протяженность линий космической радиосвязи, эти бесконечные миллионы километров. Мощность, которая приходит от передатчика к приемнику, убывает с квадратом расстояния между ними. Именно с квадратом — расстояние увеличивается в 2 раза, мощность сигнала, доставшегося приемнику, уменьшается в 4 раза, расстояние растет в 1000 раз, мощность падает в миллион раз. От одного и того же передатчика с Венеры придет сигнал в 40 000 раз более слабый, чем с Луны, потому что от Земли до Венеры в 200 раз дальше, чем до Луны.
Мощность передатчика на космическом аппарате ограничена (все та же масса!), и практически мощность сигнала, принимаемого на Земле из района Венеры, измеряется триллиардными долями миллиардной доли ватта. Принять такой сигнал примерно то же самое, что, находясь в Москве, услышать писк комара, совершающего вечернюю прогулку где-нибудь в районе Мурманска. Казалось бы, ничего страшного в этом нет, электроника давно умеет усиливать слабые сигналы, даже в рядовом транзисторном приемнике на пути от антенны до громкоговорителя сигнал усиливается в миллионы раз. Кто же помешает усилить любой, самый слабый сигнал, который приходит с межпланетной станции на Землю?
