Владимир Поляков - Посвящение в радиоэлектронику
Трудности организации радиомоста АМС-Центр управления полетом огромны. Только задержка радиосигнала на пути к Марсу достигает 10 мин. Попробуйте, зная скорость распространения радиоволн (3·108 м/с), оценить длину радиотрассы!
Но расстояния в сотни миллионов километров — не препятствие для современной техники радиосвязи… да и не только радиосвязи. Прежде чем послать, например, к Венере АМС, необходимо очень точно определить параметры орбиты планеты и расстояние до нее. Эти вопросы были решены при радиолокации Венеры наземным радиолокатором, созданным Институтом радиотехники и электроники АН СССР совместно с рядом других организаций. Работы проводились под руководством вице-президента АН СССР В. А. Котельникова (его именем названа уже известная читателю теорема). Планетный радиолокатор был размещен в Крыму, на базе Центра дальней космической связи, где имелась эффективная антенная система. Она была выполнена из восьми связанных в общую конструкцию параболических зеркал. Но даже при такой большой площади антенны отраженный от Венеры сигнал оказывается чрезвычайно слабым: его уровень значительно ниже уровня собственных шумов приемника. Для выделения сигнала использовалась достаточно сложная обработка смеси сигнала и шума на ЭВМ.
В последующие годы для целей дальней космической связи, радиолокации планет и радиоастрономических исследований были построены еще более мощные антенные сооружения. Впечатляет, например, полноповоротная параболическая антенна диаметром 75 м, установленная в Подмосковье. Планетный радиолокатор позволил измерить расстояние до Венеры (около ста миллионов километров) с точностью в несколько сотен метров! Это позволило в 10000 раз уменьшить ошибку в определении астрономической единицы — среднего расстояния от Земли до Солнца. Без такого уточнения был бы невозможным вывод АМС на околовенерианскую орбиту и доставка спускаемых аппаратов в заданный район поверхности планеты.
Первую мягкую посадку на поверхность другой планеты осуществила АМС «Венера-7» в 1970 году. Вслед за ней на поверхность Венеры опустились станции «Венера-9» и «Венера-10». Переданные ими сведения поразили многих. Ранее ученые полагали, что условия на поверхности планеты должны быть близки к земным, но все оказалось не так. Громадное давление атмосферы и высокая температура поверхности сделали Венеру планетой малоподходящей для обитания живых организмов. Каменистая пустыня и затянутое ядовитыми облаками раскаленное венерианское небо — поистине такие условия могут выдержать только автоматы.
Исследования Венеры продолжаются. С помощью АМС «Венера-15» и «Венера-16» в 1984 году проводилась радиолокационная съемка поверхности планеты. Автоматические межпланетные станции длительное время летали вокруг Венеры как ее спутники и при прохождении наиболее приближенных к поверхности участков траектории (высота около 1000 км) снимали радиолокационное изображение полосы местности длиной до 8000 и шириной 150 км. Один сеанс съемки продолжался 15 мин. На АМС использовались специальные радиолокаторы, созданные в Московском энергетическом институте под руководством академика АН СССР А. Ф. Богомолова. Изображения отдельных отснятых участков поверхности объединялись в общую радиолокационную карту поверхности Венеры. Полученные результаты интересны для нас не только с теоретической, но и с практической точки зрения. Знание эволюции Венеры помогает понять и историю развития Земли, облегчает поиск на Земле полезных ископаемых.
В прозрачной и очень разреженной холодной атмосфере Марса живым организмам, так же как и на Венере, существовать было бы очень трудно. Их там и не обнаружили, даже бактерий. Получается, что жизнь в Солнечной системе — явление уникальное, возникшее только на Земле, и тем с большей бережностью надо к ней относиться. Первая мягкая посадка на Марс осуществлена во время группового полета АМС «Марс-2» и «Марс-3» в 1971 году. Станции передали на Землю изображения планеты и некоторые сведения о ее поверхности.
Космические эксперименты продолжаются. Осуществлены полеты к дальним планетам Солнечной системы — Юпитеру и Сатурну. Автоматические межпланетные станции передали по радиоканалу изображения этих планет, полученные с близкого расстояния. А когда знаменитая комета Галлея приближалась к перигелию и под действием солнечного излучения распустила огромный газовый «хвост», навстречу ей отправились АМС, обогатившие науку новыми сведениями о структуре и происхождении комет. Предполагают, что кометы являются одними из самых старых обитателей Солнечной системы, они сформировались из первоначального газопылевого облака одновременно с планетами, и поэтому изучение комет проливает свет на тайны происхождения Солнечной системы. Без радиоэлектроники подобные исследования космоса были бы просто невозможны.
Электроника и космонавтика
Планомерное и широкое освоение космоса невозможно лишь одними автоматами — полеты людей в космос стали обыденным явлением. В Советском Союзе разработана длительно действующая орбитальная космическая станция «Салют», на которой может находиться постоянный или сменяемый экипаж из нескольких человек. В комплекс орбитальной станции входит собственно орбитальный блок, выводимый в околоземное пространство мощной ракетой-носителем, и транспортный корабль «Союз», на котором отправляются космонавты. Корабль стыкуется на орбите с орбитальным блоком. Кроме того, к станции могут пристыковываться транспортные грузовые корабли типа «Прогресс».
Вся станция представляет собой весьма внушительное сооружение: общая масса орбитального блока и корабля «Союз» составляет около 26 т, длина достигает 23 м, а поперечный размер по раскрытым солнечным батареям 11 м. Внутри станции оборудованы рабочие и спальные места для космонавтов, системы обеспечения их жизнедеятельности. Для проведения научных экспериментов, фотографирования и визуального наблюдения в отсеках станции предусмотрено 27 иллюминаторов.
Полеты космических кораблей и орбитальных станций были бы невозможны без обширного комплекса радиотехнических средств навигации и связи. Во время полета необходимо производить точные траекторные измерения для определения местонахождения корабля. Параметры орбиты измеряются с помощью двух бортовых приемопередатчиков-ответчиков, работающих в различных диапазонах волн. Они ретранслируют радиосигналы, передаваемые с наземных пунктов сложения и связи, и благодаря этому позволяют определять наклонную дальность, радиальную скорость и угловое положение станции относительно наземных пунктов, где и производятся измерения. Полученные данные передаются в координационно-вычислительный центр, обрабатывающий поступающую информацию и определяющий параметр орбиты. Наклонная дальность вычисляется по задержке ретранслированною радиосигнала. Радиальная скорость измеряется по доплеровским изменениям несущих частот передатчиков станции и наземных пунктов. Для определения углового положения станции служат специальные угломерные устройства, входящие в антенные и приемные системы наземных пунктов слежения.
Внимание, стыковка!
Очень важна роль командных радиолиний между станцией и наземными пунктами. Наземный комплекс посылает на борт команды в виде двоичных чисел (так называемые уставки). Бортовая аппаратура принимает и дешифрирует команды. Информация о работе бортовых систем передается на Землю двумя радиотелеметрическими линиями. Когда станция находится вне зоны радиовидимости наземных пунктов, телеметрическая информация, интересующая Землю, собирается и хранится бортовым запоминающим устройством. В дальнейшем эта информация «сбрасывается» при пролете станции над пунктом слежения.
Во время сеансов связи с космонавтами по КВ каналам передается также и оперативная телеметрическая информация об их состоянии. Вообще же система связи с космонавтами обеспечивает непрерывную двустороннюю телефонную связь на всем протяжении полета. В зоне радиовидимости наземных пунктов используется УКВ диапазон, позволяющий добиться устойчивой связи при прямой видимости между антеннами станции и наземного пункта, а на остальных участках траектории используется КВ диапазон. Связь при этом возможна благодаря преломлению радиоволн в ионосфере Земли.
Орбитальная станция «Салют» оснащена телевизионной системой, имеющей четыре передающие камеры. Две из них установлены внутри станции и позволяют операторам Центра управления полетом наблюдать за работой космонавтов. Две другие камеры расположены снаружи станции. Они нужны для контроля ориентации станции при орбитальном полете. На участке выведения на орбиту одна из внешних телекамер контролировала процесс отделения станции от последней ступени ракеты-носителя. Внешние камеры позволяют наблюдать за работой космонавтов при выходе в открытый космос и за стыковкой кораблей на орбите. Все телекамеры оборудованы передающими трубками типа «видикон» и развертывают изображение в соответствии с отечественным стандартом на 625 строк при 25 кадрах в секунду. Телевизионная информация поступает на видеоконтрольное устройство, расположенное на пульте управления станции, и на передатчики линии связи с наземными пунктами.
