Анатолій Копік
Електромагнітні хвилі, за допомогою яких радіосигнал передається в космічному просторі, чи рухаються з гігантською швидкістю - швидкістю світла. На Землі затримки в передачі майже не відчуваються, а от з космонавтами на орбіті доводиться говорити вже з затримкою. Відповідь з Місяця буде йти півтори секунди, з Марса - вже хвилин шість. Крім того, по мірі віддалення передавача сигнал стрімко згасає. Як же бути? Проблема важка, але вирішуване.
Сьогодні найвіддаленіший космічний об'єкт, з яким підтримується радіоконтакт, - це американська автоматична міжпланетна станція В«Вояджер-1В», запущена 5 вересня 1977 року. У серпні минулого року вона подолала рубіж 100 астрономічних одиниць (15 мільярдів кілометрів) і впритул підійшла до межі Сонячної системи. Радіосигнал з такої відстані йде близько 14 годин.
В«Вояджер-1В» - Найдальша космічна станція, з якої підтримується зв'язок
Інформація з В«ВояджераВ» на Землю передає жорстко скріплена з корпусом параболічна антена діаметром 3, 65 метра, яка повинна бути зорієнтована точно на рідну планету. Через неї на частотах 2295 МГц та 8418 МГц шлють сигналу два радіопередавача потужністю по 23 Вт. Для надійності кожен з них дубльований. Більша частина даних транслюється на Землю зі швидкістю 160 біт/с - Це всього рази в три-чотири швидше, ніж швидкість набору тексту професійної друкаркою і в 300 разів повільніше телефонного модему. Для прийому сигналу на Землі використовується 34-метрові антени мережі далекого космічного зв'язку NASA, але в деяких випадках задіюються найбільші 70-метрові антени, і тоді швидкість вдається підняти до 600 і навіть 1400 біт/с. У міру віддалення станції її сигнал слабшає, але ще важливіше те, що поступово знижується потужність радіоізотопних генераторів, які живлять передавачі. Очікується, що станція зможе передавати наукові дані ще принаймні 10 років, після чого зв'язок з нею припиниться.
<
p> Вже з цього опису видно, що космічна радіозв'язок залежить від безлічі різних факторів: дальності, потужності передавача, розмірів бортовий і наземної антен, довжини хвилі, якості приемопередающей електроніки, перешкод, шумів, поглинання сигналу в навколишньому середовищі і навіть від швидкості руху космічного апарату.
Радіомалиші
Зв'язок з космічними апаратами підтримують не тільки професіонали, але і любителі. Перший американський радіоаматорський супутник OSCAR-1 був запущений вже в 1961 році, а в 1969-му в США з'явилася і громадська супутникова радіоаматорська організація AMSAT (AMateur SATellite). В СРСР перші радіолюбительські апарати В«Радіо-1В» і В«Радіо-2В» були запущений 26 жовтня 1977 року. Завзятими радіоаматорами є багато космонавти і астронавти. Космонавт Муса Манаров, наприклад, першим вийшов на зв'язок у любительському діапазоні з борту орбітальної станції В«МирВ». На Міжнародній космічній станції теж є короткохвильова радіостанція, і в години відпочинку екіпаж іноді виходить на зв'язок з радіоаматорами різних країн.
А близько 10 років тому з супутникового радіоаматорства виникло нове бурхливо розвивається напрямок - В«студентськіВ» супутники. Як виявилося, участь студентських груп у створенні космічних апаратів - дуже ефективний спосіб підготовки кваліфікованих кадрів для космічної та інших високотехнологічних галузей промисловості.
Тонна - кіловат - кубометр
Принцип дії радіозв'язку полягає в тому, що коливання струму в антені передавача створюють в навколишньому просторі електромагнітні хвилі, які, рухаючись з швидкістю світла, досягають антени приймача і збуджують в ній змінний електричний струм. Цей наведений струм дуже слабкий, але якщо налаштувати приймач точно в резонанс з частотою радіохвилі, то навіть слабке її вплив може розгойдати в антені цілком помітні коливання. Потім їх підсилюють, аналізують і витягують передану інформацію.
Радіохвилі різних діапазонів по-різному проходять через земну атмосферу. Для космічного зв'язку оптимальний діапазон від 1, 5 до 30 сантиметрів. За межами цього вікна радіосигнал помітно послаблюється в атмосфері або навіть може від неї відбитися. На більш коротких хвилях втрати енергії зростають за рахунок поглинання молекулами води та кисню в тропосфері, а на більш довгих хвилях проходженню сигналу все сильніше заважає іоносфера, яка для хвиль довші 10-30 метрів стає непереборною перешкодою. Поглинання радіохвиль також викликається дощем і туманом, але, звичайно, не в такій мірі, як в оптичному діапазоні.
Приймач не вловлює радіохвилі, якщо вони слабкіше його порогу чутливості. Між тим енергія електромагнітних хвиль падає як квадрат пройденого ними відстані. Це означає, що сигнал з Марса буде в сотні тисяч разів слабше, ніж такий же сигнал, переданий з Місяця, а з Плутона - ще в тисячу разів слабкіше. У інженерів є кілька способів утримати радіосигнал вище порогу чутливості приймача. Найбільш очевидний - збільшити потужність передавача. На Землі це легко зробити - антени системи далекого космічного зв'язку NASA випромінюють в космос до полумегаватта енергії. А ось на космічному апараті бюджет енергії жорстко обмежений. Її виробляють або сонячні батареї, або радіоізотопні генератори. І для отримання більшої потужності треба збільшувати їх масу. При цьому зростають також площа і маса радіаторів, відвідних надлишок вироблюваного тепла. Загальна маса апарату обмежена можливостями ракети-носія, а збільшити же масу окремої системи за рахунок інших частіше всього неможливо. Космічні апарати - це дуже гармонійні технічні комплекси, де всі параметри жорстко зав'язані один на одного: не можна серйозно змінити одну систему, не вплинувши на параметри інших. Сьогодні для супутників існує емпірична формула: В«1 кг, 1 Вт, 1 літрВ», яка означає, що обсяг супутника масою в 1 тонну складе близько 1 кубометра, а його система енергоживлення здатна досягти потужності 1 кіловат. Наприклад, потужність передавачів радіоаматорських супутників складає всього декілька ватів, а сучасні телекомунікаційні апарати на геостаціонарній орбіті можуть мати передавачі потужністю кілька кіловатів, що дозволяє приймати їх сигнал невеликими В«тарілкамиВ» супутникового телебачення.
Якщо збільшити розмір приймальної антени, то можна зібрати більше енергії електромагнітної хвилі і зловити сигнал слабшого передавача. У космосі розміри антен зазвичай не перевищують габаритів обтічника ракети-носія, то Тобто декількох метрів. Хоча останнім часом інженери навчилися обходити це обмеження - антени все частіше роблять розгортається. Наприклад, апарати В«ТураяВ» (Thuraya), що підтримують мобільний супутниковий зв'язок, оснащені 12-метровою антеною, яка розгортається як парасолька з первісної компактного укладання. На Землі для далекого космічного зв'язку використовуються параболічні антени діаметром до 70 метрів. Це вже близько до межі - сучасні конструкційні матеріали не дозволяють створювати на поверхні Землі набагато більші рухливі антени, оскільки вони деформуються під власною вагою. У майбутньому їх місцем стане навколоземну орбіту. У невагомості гігантська космічна антена може бути поступово зібрана з дуже легких ажурних елементів.
Найпростіші сигнали В«найпростішого супутникаВ»
Рівне 50 років тому, 4 жовтня 1957 року, з космосу вперше був прийнятий радіосигнал штучного походження. Радіомаяк першого супутника транслював з орбіти в ефір прості короткі сигнали В«біп-біпВ». Передача йшла на двох частотах - 20 і 40 МГц (довжина хвилі - 15 і 7, 5 метра), доступних для прийому радіоаматорами на Землі. Для них це був знак визначної події - виходу людства в космос. Фахівці ж вдобавок отримували важливу телеметричну інформацію - періодичність сигналів повідомляла про температуру в приладовому відсіку, а по проходженню радіохвиль через іоносферу визначалися фізичні умови в навколоземному просторі. Перший штучний супутник піднявся над З...
