Посвящение в радиоэлектронику - Владимир Поляков

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.

Первую мягкую посадку на поверхность Луны осуществила АЛС «Луна-9», запущенная 31 января 1966 года. Радиоэлектронные системы станции обеспечили прием команд и передачу телеметрической информации, измерение параметров движения ракеты-носителя, разгонного блока и самой станции на всех этапах полета, включающих вывод на орбиту ИСЗ, разгон в сторону Луны и торможение перед посадкой в заранее намеченной равнинной части Океана Бурь. На расстоянии 75 км от поверхности Луны по команде бортового радиовысотомера была включена тормозная двигательная ракетная установка. Автоматическая лунная станция с ювелирной точностью опустилась па поверхность, и через 250 с после посадки раскрылись антенны для передачи на Землю научной информации. Радиопередачи велись на частоте 183,538 МГц. Через некоторое время заработали телевизионные камеры и началась передача изображений поверхности в районе посадки.

Образцы лунного грунта доставила на Землю АЛС «Луна-16», а следующая АЛС, «Луна-17», отправила в путешествие по поверхности Луны первый в истории самодвижущийся исследовательский аппарат «Луноход-1». Произошло это 17 ноября 1970 года. Аппарат представлял собой восьмиколесную тележку с установленным на ней контейнером, содержащим научную аппаратуру, телекамеры, антенны, двигатели, энергетическую установку и прочее оборудование.

«Луноход-1» управлялся радиокомандами с Земли. Он передавал на наземный пункт управления телевизионные изображения поверхности, по которой двигался. Операторы, сидя в удобных креслах за пультом управления, порой забывали, что управляемый ими объект находится на громадном расстоянии в 380 тыс. км настолько чутко он реагировал на команды. К радиоэлектронной аппаратуре «Лунохода» предъявлялись особые требования: возможно меньшие масса и габаритные размеры, малое энергопотребление, стабильность параметров в широком диапазоне температур, при воздействии вибрации и ускорений, а также высокая надежность. Надежность и ресурс аппаратуры оказались настолько высокими, что «Луноход» проработал значительно дольше предполагаемого срока.

Автоматические межпланетные станции посылаются не только к Луне, но и к другим планетам Солнечной системы. Первый межпланетный полет АМС «Венера-1» происходил в то же самое время, когда в космос поднялся первый космонавт планеты Ю. А. Гагарин. Дата его полета, 12 апреля 1961 года, теперь отмечается как День космонавтики. Осенью следующего года отправилась в полет АМС «Марс-1». Эти АМС на входили в атмосферу планет. Облетая планету по вытянутой траектории, они передавали на Землю телевизионные изображения и показания приборов (магнитометров, детекторов, микрометеоритов, счетчиков частиц и т. д.). Так было положено начало комплексному исследованию планет Солнечной системы аппаратами, посланными людьми.

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!