Радиоэлектроника и космос

Радиоэлектроника и космос

Когда мы говорим об освоении космического пространства, то обычно перед нашим взором прежде всего встают огромные многоступенча­тые ракеты. И это вполне понятно: именно ракеты помогли человеку совершить прыжок в космос.

Но знаете ли вы, что эти серебристые ги­ганты фактически беспомощны без электронных приборов?

Только радиоэлектроника позволяет обес­печить точный старт ракеты, вывести ее на заданную орбиту, собрать и передать на Землю научную информацию, следить за полетом ра­кеты и управлять ею.

Одна из самых главных задач любого запу­ска — добиться того, чтобы ракета строго вы­держивала заданный курс на активном участке полета, т. е. тогда, когда работают двигатели. Малейший рывок, малейшая неравномерность в работе двигателей, незначительная атмос­ферная «неровность» могут повлиять на началь­ную скорость или на угол подъема, а следова­тельно, и на весь дальнейший путь ракеты. Это значит, что за полетом ракеты нужно непрерывно следить и в случае необходимости подправлять ее, подавая соответствующую команду на двигатели.

Одна из систем запуска ракеты носит на­звание «радиолокационный ствол». Упрощенно ее можно представить себе так: ракета стартует в центре «колодца», который образован несколькими лучами радиолокато­ров. Если ракета идет ровно, то все локаторы получают одинаковые отраженные сигналы. Малейшее отклонение ракеты — и равновесие сигналов нарушено. Сигналы с локаторов на­правляют в электронно-вычислительную ма­шину, которая в случае необходимости выра­батывает команду управления.

А вот другой принцип управления полетом — астронавигация. На борту ракеты установлен небольшой телескоп, наведенный на определенную звезду. Свет звезды падает на фотоэлементы и создает электрические сиг­налы, которые после некоторой обработки по­ступают на бортовую вычислительную машину. Если ракета отклонится от заданного курса, сигналы, поступающие с фотоэлементов в ма­шину, изменятся, и она сразу же внесет по­правку в работу двигателей.

Полетом ракет и космических кораблей обычно управляют большие вычислительные машины только они успевают учитывать все данные полета и своевременно принимать правильное «решение». Если машина установ­лена на Земле, то команды управления пере­дают на космический корабль в виде радио­сигналов разной частоты, длительности, формы, в виде различных комбинаций высокочастот­ных импульсов и т. п.

Подобные системы телеуправления, или телемеханики, применяют и в промышленности, например для управления каким-либо взрывоопасным агрегатом.

Многие из вас видели телевизионные пере­дачи из космоса, видели наших космонавтов в кабине корабля-спутника. Эти передачи ве­ли установленные на спутнике небольшие телецентры-автоматы, затем их принимали наземные станции и передавали обычным телецентрам.

Космовидение — космическое теле­видение не только помогает заглянуть в кабину космического корабля. С его помощью можно наблюдать также за космонавтом, вышед­шим в открытый космос. Одно из важных до­стижений советской космической электроники — фотографирование обратной стороны Луны. Для этого была запущена ракета с очень точно рассчитанной программой полета. Она обогнула Луну и 4 октября 1959 г. несколько раз сфо­тографировала ее. Затем ракета направилась в сторону Земли и передала по радио все фотографии, подобно тому как передаются обыч­ные фототелеграммы.

Телевидение не только помогает изучать космос, но и само пользуется успехами косми­ческой техники. Так, в частности, искусствен­ный спутник Земли — прекрасный телевизион­ный ретранслятор. На нем можно установить приемник, который будет получать телевизион­ную программу с Земли, и передатчик, который перебросит эту программу на очень большое расстояние. Если запустить на круговую орби­ту три спутника-ретранслятора с высотой по­лета около 35 тыс. км, то через них можно будет передать сигнал практически из любой точки земного шара почти в любое место.

В будущем телевидению отводится особо важная роль при изучении далеких миров. Телевизионные камеры, установленные на при­способленных для «мягкой посадки» ракетах, смогут показать нам с близкого расстояния загадочный ландшафт Луны, а может быть, даже и планет солнечной системы.

Среди многих применений радиоэлектрони­ки в освоении космоса особый интерес пред­ставляют опыты локации Луны и планет сол­нечной системы. Советские ученые осуществили локацию Венеры и Меркурия и получили много новых данных об этих планетах. Одна из основ­ных трудностей при выполнении подобных экс­периментов связана с приемом отраженных сиг­налов. Ведь расстояния до планет исчисляются десятками миллионов километров. Поэтому отраженный сигнал приходит на Землю настолько ослабленным, что просто теряется на фоне помех и собственных шумов приемника.

Чтобы представить себе мощность отражен­ного сигнала, рассмотрим весьма наглядный, хотя и не очень реальный, опыт. Зачерпнем из Тихого океана стакан воды, вскипятим его и выльем обратно. Затем перемешаем всю воду в океане и снова зачерпнем ее в стакан. Теперь вода в стакане окажется теплее, чем вначале. Но насколько?.. Практически изменение темпе­ратуры неуловимо. Трудно даже представить себе, насколько изменилась тепловая энергия стакана воды. Вот примерно такие ничтожные изменения, такие порции энергии должен уло­вить приемник, чтобы зарегистрировать сиг­налы, отраженные от планет.

С подобной задачей справляются только уникальные приемники, точнее, целые прием­ные системы, число которых во всем мире можно пересчитать по пальцам. Каждый такой «приемник» занимает целый дом и содержит много сложных аппаратов, вплоть до холодиль­ных установок.

Сверхчувствительные приемники исполь­зуются и в радиоастрономии — для регистрации радиоволн, которые, подобно свету и теплу, излучают небесные тела. Вместе с направлен­ной антенной приемник образует радио­телескоп. С его помощью можно наблю­дать невидимые звезды и получать важные сведения об их природе.

Сравнительно недавно в радиоэлектронике, и в первую очередь в космической, начали применять совершенно новые установки квантовые (часто говорят квантово-механические или молекуляр­ные) генераторы и усилители. Излучателями в них являются атомы или моле­кулы. Главное достоинство таких систем исключительная точность.

В самые последние годы появились кванто­вые генераторы оптического диапазона — со­кращенно лазеры (есть еще и мазеры). Они излучают обычный и в то же время необычный свет. Свет фонаря или спички — это бесчисленное множество излучений отдель­ных атомов и молекул, причем излучений несо­гласованных, хаотичных. В лазере все излу­чатели атомы и молекулы действуют очень согласованно, благодаря чему лазер дает узкий концентрированный луч (о принципе дей­ствия лазера вы можете прочитать в статьях «Свет» и «Электромагнитное поле» в т. 3 ДЭ). С помощью лазера была осуществлена световая ло­кация Луны.

Световое пятно на ее поверхности имело диа­метр всего несколько километров!

Предполагается, что в будущем лазеры используют для связи с космическими кораб­лями. Кроме того, некоторые ученые считают возможным построить такие лазеры, мощные игольчатые лучи которых можно будет исполь­зовать во многих областях техники, например для бурения скважин, для проходки шахт и тоннелей, для различных видов обработки ме­таллов. Уже сейчас лазеры используют для обработки твердых материалов.