Сектр радиоволн для связи с ракетой

Спектр электромагнитных излучений очень широк: это и рентгеновские, и световые излучения, и широко применяющееся в технике инфракрасное (тепловое) излучение. Собственно радиоволны занимают в этом спектре лишь небольшой участок.

В радиотехнике принято делить радиоволны в зависимости от их длины на пять диапазонов: сверхдлинные (длиной более 10 000 ж), длинные (10ООО-МООО ж), средние (1000ч- 100 ж), короткие (100ч- 10 м) и ультракороткие волны (10 ж-т-1 мм). Наиболее широко в радиосвязи используются короткие и ультракороткие волны.

Короткие волны обеспечивают сравнительно большую дальность радиосвязи, так как они хорошо отражаются от ионосферы — ионизированного слоя воздуха на высоте 200—300 км. Однако, как известно, в настоящее время диапазон коротких волн заполнен радиопередающими станциями до предела.

В то же время чрезвычайно обширный, соседствующий с коротким диапазон ультракоротких волн практически пуст. Объясняется это тем, что надежная связь на ультракоротких волнах возможна лишь на расстоянии 50—100 км, так как волна короче 10 м распространяется прямолинейно. Так, уже в Рязани довольно трудно поймать московскую УКВ-радиостанцию без таких дополнительных средств, как, например, радиорелейные линии.

Ультракороткие волны не отражаются ионосферой. Они могут свободно пройти сквозь нее в космос. Однако это их свойство не использовалось для увеличения дальности радиосвязи вплоть до появления в околоземном космосе первых спутников, которые могут быть отличными ретрансляторами.

В настоящее время в радиотехнике имеются по крайней мере два варианта связи «Земля — Космос — Земля»: связь с помощью пассивных спутников (радиоволны просто отражаются от поверхности спутника подобно отражению коротких волн от ионосферы) и активных ретрансляционных спутников, представляющих собой приемно-передающие радиостанции.

Диапазон ультракоротких волн в электромагнитном спектре соседствует с инфракрасными лучами, а последние — с лучами видимого света, который интенсивно поглощается земной атмосферой и, следовательно, в ее пределах не может быть использован в качестве средства дальней связи. Однако для связи «Космос — Космос» электромагнитные излучения, лежащие в диапазоне световых волн, вполне пригодны. Генераторы таких волн — лазеры все чаще привлекают внимание специалистов, работающих над проектами сверхдальних космических линий связи.

Огибая Землю, на огромной высоте летает большой алюминиевый шар. Вот он вышел из земной тени и ослепительно засверкал в лучах солнца.

В определенной точке пространства его уже поджидает радиолуч. Как только шар попадает в луч, он начинает отражать радиоволны. В этот момент наземная передающая радиостанция начинает передачу. Одновременно на приемной станции, находящейся по другую сторону земного шара, начинается прием отраженных сигналов. Так осуществляется связь через космос с помощью пассивного ретранслятора.

В основе отражения радиоволн лежат определенные физические явления. Если на пути радиоволны поставить металлическое препятствие, то переменные электромагнитные поля волны рождают в металле переменные токи. Переменные токи в свою очередь рождают вторичное электромагнитное поле около поверхности препятствия. В результате в пространство уйдет отраженная волна.

Шар представляет собой оболочку из эластичной пластмассы, покрытую тонким слоем алюминия. Внутри оболочки находится баллон со сжатым газом или вещество, способное выделять газ. Перед запуском мягкая оболочка складывается и помещается в носовом конусе ракеты. После выхода на орбиту она автоматически надувается.

Чем выше находится спутник, тем с большей площади земной поверхности он виден и тем больший период времени он находится в зоне действия передающей и приемной станций. Однако с увеличением высоты спутника для получения хорошей отраженной волны потребуются более мощные передатчики. Считается, что запуск спутника-отражателя выше чем на 3200 км не имеет практического смысла.

Для получения непрерывной радиосвязи необходимо иметь в космосе не менее 400 спутников, обращающихся по произвольным орбитам высотой 1600 км. Практически в этом случае между передающей и приемной станциями все время будет находиться один из спутников.

Последняя ступень большой ракеты выходит на заданную высоту и, двигаясь по орбите, автоматически разбрасывает во все стороны оболочки спутников-отражателей, которые тут же начинают надуваться.

Газ только надувает оболочку, но не поддерживает затем ее форму. Вскоре материал оболочки затвердевает. Даже изрешеченная метеоритами, она долгое время сохраняет форму шара.

Однако система подобной связи с помощью спутников имеет и свои недостатки. Спутник только отражает излучаемый наземной станцией сцгнал, не усиливая и не преобразуя его. Следовательно, наземные передатчики должны быть мощными.

Обнаружение спутника-отражателя в космосе и слежение за ним представляет известные трудности. Если спутник не имеет радиомаяка, то радиопеленгация использована быть не может. Разумеется, маяк может быть установлен, однако это усложнит конструкцию спутника, сделает его менее надежным в работе. Обычно с помощью визуально-оптических методов рассчитывается орбита спутника и прогнозируется его движение за несколько оборотов вперед. В этом случае радиолуч наземного передатчика перемещается в пространстве по программе в соответствии с заранее рассчитанным движением спутника по орбите.

Отраженная волна попадает не только в пункт приема, но и на передающую станцию, в связи с чем возникает возможность контроля качества передачи. Конечно, все это значительно усложняет наземную систему.

Кроме того, связь с помощью спутников-отражателей не обладает таким важным качеством, как скрытность. Это ограничивает ее применение для военных систем связи.

Увеличение дальности УКВ-радиосвязи и создание глобальных систем связи возможно и при использовании активных ретрансляционных спутников, являющихся приемно-передающими космическими радиостанциями. Прежде чем передать сигнал наземной станции, такой спутник усиливает и преобразует его.

В связи с появлением активных спутников связи инженерам пришлось решить много сложных технических проблем, которые не возникают при использовании пассивных ретрансляторов.

Появилась, например, необходимость в длительном энергопитании бортовой аппаратуры космического приемопередатчика. Наряду с усовершенствованием батарей и аккумуляторов конструкторы стремятся максимально использовать полупроводниковую технику, потребляющую гораздо меньше энергии, чем ламповая.

Потребовалась точная стабилизация и ориентация спутника, так как его приемные и передающие антенны должны быть направлены к Земле. Наиболее простой способ стабилизации — заставить спутник вращаться.