Посвящение в радиоэлектронику

Особые линии связи нужны спутникам, передающим на Землю научную, метеорологическую или народнохозяйственную информацию. Она накапливается бортовым магнитофоном и передается в центр обработки по команде с Земли. Сколь выгодна передача этой информации по радиоканалу, можно понять на простом примере.

Если на ИСЗ установить аэрофотокамеру с запасом пленки и снимать поверхность Земли, а затем контейнер с пленкой «отстреливать» и спускать на Землю на парашюте, то каждый снимок обойдется очень дорого. Если же передавать такую же информацию по радиоканалу (как в телевидении, с разверткой изображения), то каждый снимок будет значительно дешевле. И чем дольше проработает спутник, тем дешевле станет и передаваемая им информация. Не по «собственной» стоимости, конечно, а по затратам на ее добывание и пересылку.

Ориентация КЛА в пространстве осуществляется по сигналам датчиков направления. Они могут ориентироваться либо на горизонт Земли или планеты, вокруг которой обращается КЛА (датчики горизонта), либо на Солнце, либо на заранее выбранную звезду (датчики астроориентации). Работа датчиков горизонта основана на приеме ИК излучения планеты. Кажущаяся температура космического пространства составляет всего около 4 К (четыре градуса по шкале Кельвина), а температура диска Земли около 260 К. В фокусе ИК оптической системы, направленной на горизонт, установлен ИК приемник, например терморезистор. Его сопротивление изменяется при попадании в поле зрения края диска планеты, и соответствующий сигнал подается на механизмы поворота КЛА.

Датчик астроориентации также представляет собой типичное оптоэлектронное устройство. Изображение светила проецируется телескопической системой линз на мозаику из нескольких фотоприемников. В зависимости от положения изображения на мозаике вырабатывается сигнал на коррекцию положения КЛА. В других системах используют один фотоприемник, механически сканирующий определенную часть небосвода. Вырабатываемый сигнал ошибки заставляет систему ориентации изменять положение КЛА так, чтобы изображение светила попадало в центр поля сканирования. Все задачи управления полетом решаются системой управления КЛА. Здесь и ориентация, и стабилизация осей КЛА в пространстве, и наведение, и маневрирование при встрече с другим космическим кораблем или объектом, и включение систем и механизмов по заданной программе, и многое-многое другое. Управляющее устройство должно сравнивать сигналы датчиков, характеризующие те или иные параметры полета, с эталонными, опорными сигналами и выдавать команды на необходимую коррекцию. С этой задачей лучше всего может справиться бортовая ЭВМ, выполненная на основе микропроцессора. Теперь она есть на каждом КЛА.

Оборудование системы ориентации метеорологического спутника:

_{1 — солнечная бленда ИК датчика; 2 — панель с солнечными элементами; 3 — ИК датчик горизонта; 4 — датчик Солнца; 5 — контактные кольца вала солнечных панелей; 6 — инерциальный диск; 7 — солнечный датчик системы ориентации панелей; 8 — вал солнечных панелей}

Наиболее сложным и многообразным радиоэлектронным оборудованием оснащены автоматические межпланетные станции (АМС), совершающие далекие «прогулки» в пределах нашей Солнечной системы. Автоматические межпланетные станции, как правило, уже не возвращаются на Землю, поэтому вся обширнейшая информация, которую они собирают в продолжение многомесячного полета, передается только по радио.

Научная аппаратура АМС рассчитана на исследование определенной планеты или нескольких планет, а также межпланетного пространства, проходимого АМС на пути к цели. Детальное исследование планеты осуществляют АМС с мягкой посадкой, продолжающие функционировать некоторое время еще и на поверхности планеты. В связи с большими трудностями осуществления мягкой посадки на далекую планету по командам с Земли большинство операций по сближению и посадке осуществляется в автоматическом режиме на основании сигналов многих датчиков и результатов работы большого количества сложной бортовой радиотехнической аппаратуры навигации и наведения.

Вот, например, автоматическая лунная станция (АЛС), в задачи которой входило определение физических условий на поверхности Луны, измерение параметров и свойств лунного грунта, его химического состава на различной глубине, обзор и передача на Землю изображения лунной поверхности в районе посадки. Работой АЛС управляют две системы: командная, принимающая «указания» с Земли, и программная, руководствующаяся заранее заложенной в памяти программой. Такое «дублирование руководства» позволяет избежать ошибок, связанных с потерей связи и с изменением внешних условий в случае несоответствия запрограммированным ситуациям.

В состав АЛС входит до четырех телевизионных установок. Три из них передают на Землю изображения лунной поверхности вокруг АЛС, охватывая все 360° по азимуту и 65° по углу места. В то же время две установки могут быть повернуты в одну сторону для обзора одного и того же сектора. Это позволяет получать стереоскопическое изображение участка местности, по которому с помощью специальной обработки снимков на Земле приборами — стереокомпараторами можно узнавать размеры наблюдаемых предметов и их удаленность от АЛС. Четвертая телевизионная установка контролирует работу манипулятора станции — механической «руки», отбирающей пробы грунта и предметы на лунной поверхности.

На рисунке показано устройство одной из телевизионных камер. Собственно камера «смотрит» вертикально вверх, а выбор сцены производится поворотным зеркалом. Развертка изображения осуществляется на 200 (малая четкость) или 600 (высокая четкость) строк. Сигналы изображения с малой четкостью передаются на Землю всенаправленной антенной в относительно узкой полосе частот. Такой режим работы нужен при проверке функционирования аппаратуры сразу после посадки, а также в случае выхода из строя остронаправленной антенны или системы ее ориентации в сторону Земли. Сигналы изображения с высокой четкостью передаются остронаправленной антенной в широкой полосе частот. Когда объектив камеры сфокусирован на предметы, находящиеся на расстоянии 4 м, разрешающая способность системы в зависимости от изменяемого фокусного расстояния объектива может составить от 4 до 0,2 мм!

Обзорное телевизионное устройство АЛС:

_{1 — видикон; 2 — затвор; 3 — потенциометр диафрагмы; 4 — потенциометр фокусного расстояния; 5 — объектив с переменным фокусным расстоянием; 6 — мотор установки зеркала по азимуту; 7 — козырек; 8 — зеркало; 9 — мотор установки зеркала по углу места; 10 — турель со сменными фильтрами; 11 — радиоэлектронные устройства; 12 — кабели}

2 января 1959 года была запущена первая советская АЛС «Луна-1», которая впервые в истории достигла второй космической скорости и навсегда покинула поле земного тяготения. В окололунном пространстве она выполнила обширную программу научных исследований и по радио сообщила результаты на Землю. Менее чем через год, в сентябре 1959 года, АЛС «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны, доставив туда вымпел с Гербом Советского Союза. Вслед за этим, в октябре того же года, АЛС «Луна-3» облетела Луну, сфотографировала обратную, невидимую с Земли сторону Луны и изображение передала по радио на Землю. Так человечество впервые получило возможность увидеть обратную сторону Луны.

18 июня 1965 года был осуществлен запуск многоступенчатой ракеты с автоматической станцией «Зонд-3». Она сфотографировала ту часть невидимой с Земли стороны Луны, которая осталась неохваченной при съемке 1959 года. Полученные снимки передавались на Землю не сразу, а спустя почти девять суток после съемки, когда расстояние до станции составляло около 2,2 млн. км. При этом отрабатывалась система передачи изображений на большие расстояния. Передача осуществлялась с малой скоростью, причем каждый кадр для большей достоверности передавался многократно. Передача одного кадра занимала 34 мин при числе строк разложения 1100. Каждая строка содержала 860 элементов изображения; таким образом, общее число элементов в кадре составляло около миллиона. Малая скорость передачи позволила резко сузить полосу частот радиоканала и тем самым увеличить отношение сигнал-шум на выходе наземного приемного устройства, что и обеспечило высокое качество изображения.