Посвящение в радиоэлектронику - Владимир Поляков

Большие спутники-ретрансляторы с мощными передатчиками, например «Релей», «Синхом», «Телстар» и уже упомянутый «Интелсат», позволяют не только передавать огромную информацию на межконтинентальные расстояния, но решают и ряд других задач. Одна из важнейших — обеспечение постоянной и устойчивой связи с малыми подвижными объектами кораблями, самолетами или лаже геологической партией. Для решения этой задачи можно использовать УКВ, но только на малых расстояниях, в пределах прямой видимости. На УКВ работают, например, служба скорой помощи, такси. Но это в городах, где дальность связи не превышает 10…15 км. Как быть, скажем, в тайге или в океане? Раньше выход был один — короткие волны. Но условия прохождения их неустойчивы, помех много, нужны большие мощности и длинные антенны. Тут уж не до портативности. Сейчас передать сигнал па связной спутник можно с помощью карманной радиостанции с короткой штыревой антенной. Не верите? Мне самому трудно было поверить, пока я не послушал сигналы радиолюбительских станций, ретранслируемые через ИСЗ. Приемник был самодельным, размером чуть больше карманного фонарика, а антенной служил отрезок провода длиной 2,5 м.

Теперь свои спутники имеют даже радиолюбители. И аппаратуру для ретрансляции сигналов они изготовили сами в студенческих конструкторских бюро московских институтов и в лабораториях клубов ДОСААФ. Первые два спутника «Радио-1» и «Радио-2» были отправлены «попутным грузом» с очередным исследовательским ИСЗ «Космос-1045» и выведены на орбиту 26 октября 1978 года.

Доступ к ретрансляторам радиолюбительских спутников открыт для всех, кто имеет позывной и личную радиостанцию. Многие зарубежные радиолюбители не замедлили установить радиосвязи через наш спутник, точно так же, как и наши радиолюбители «работали» через американские спутники серии «Оскар». Читатели, которые захотят подробнее познакомиться с радиолюбительскими ИСЗ, могут прочесть о них в первых номерах журнала «Радио» за 1979 год. Радиолюбительство, это, конечно же, очень интересно, но ИСЗ решают и чрезвычайно важные народнохозяйственные задачи.

Казалось бы, парадокс: чтобы найти полезные ископаемые, нужно копать землю; чтобы узнать степень созревания хлебов, надо сорвать колосок, а чтобы узнать погоду, следует выйти на улицу. Почему все эти совершенно земные дела надо делать со спутника? Смысл в этом, оказывается, очень большой. Возьмем в качестве примера погоду. Если сейчас небо затянуто тучами и идет дождь, то через полдня небо может расчиститься и засияет солнце, а может произойти и другое: тучи сгустятся еще сильнее и дождь зарядит на неделю. Как узнать, какая погода нас ожидает? А ведь знание погоды очень важно для правильного планирования сельскохозяйственных работ, строительства, навигации кораблей и самолетов. А сколько здоровья городским жителям сохранит правильный прогноз погоды! Но чтобы он был правильным, надо собрать информацию со многих тысяч метеорологических наблюдательных пунктов, обработать эти данные, составить карту погоды по всей территории страны, континента, полушария и уж только тогда заниматься прогнозом. Построить такую огромную сеть датчиков, непосредственно измеряющих параметры атмосферы, практически невозможно, особенно если учесть, что большая часть воздушного океана расположена над водной поверхностью. А наблюдения в отдельных точках дают пеструю, мозаичную картину с большими отклонениями от истинной погоды.

Проблему решают метеорологические спутники серий «Метеор» (СССР), «Нимбус» (США), и др. Взгляд сверху с большой высоты позволяет прежде всего получать совершенно точное распределение облачности по огромным территориям. Облачность очень хорошо отображает атмосферные процессы: фронты, циклоны, воздушные течения. Датчики ИК излучения, установленные на спутнике, дают картину теплового баланса планеты, что позволяет заранее обнаруживать очаги возникновения циклонов, ураганов, конфигурацию морских течений, «отапливающих» побережья. Подсчитано, что годовой выигрыш хозяйства страны только за счет долгосрочных прогнозов погоды для транспорта, контроля водных ресурсов, борьбы с паводками и наводнениями, своевременного получения штормовых предупреждений в четырнадцатикратном размере превышает расходы на создание и эксплуатацию метеорологических спутников.

Мы уже привыкли, слушая сводку погоды, встречать сообщения о том, что сведения получены со спутника «Метеор», и знаем, что сведения эти достоверные. В околоземном пространстве работает несколько метеорологических станций «Метеор-2», относящихся ко второму поколению спутников погоды. С их борта передаются данные о распределении облачности, ледового и снежного покровов на земном шаре, глобальные данные о температурных полях и высотах верхней границы облаков, температуре водной поверхности.

Передача ведется по двум радиолиниям. По одной из них, работающей в диапазоне 460…470 МГц, передается поток комплексной метеорологической и радиометрической информации, по другой, в диапазоне 137…138 МГц, ведется непосредственная передача локальных телевизионных изображений. Прием глобальной информации осуществляется на наземных центрах в Москве, Новосибирске и Хабаровске. Имеется и большая сеть автономных приемных пунктов, которые могут находиться в любом пункте страны и даже на судах в море. На них можно получить телевизионное изображение текущего состояния облачного, ледового и снежного покровов в режиме непосредственной передачи при пролете спутника через зону радиовидимости из данного приемного пункта. Все эти данные, разумеется, могут быть приняты и на зарубежных пунктах приема! Основные же массивы глобальной информации подвергаются обработке в наземных центрах. Обработка предусматривает коррекцию геометрических и других нелинейных искажений снимков, их географическую и временную привязку изображений к районам съемки. Изображения, полученные от точных сканирующих устройств с калибровочными сигналами, фотометрируются, преобразуются в цифровую форму и направляются в память ЭВМ.

После первичной обработки массивы информации объемом в сотни миллионов бит выдаются специалистам различных направлений для целевой или вторичной обработки. Метеорологи извлекают из нее данные для прогнозов погоды, гидрологи для контроля паводков, наполнения водохранилищ, определения границы таяния снегов, лесники для контроля за лесными пожарами, и т. д.

Метеорологические спутники непрерывно совершенствуются. Их аппаратура пополняется СВЧ устройствами для всепогодного наблюдения ледового и снежного покровов, определения влагосодержания облачности, обнаружения зон осадков, а также другими полезными приборами. Как же устроены столь полезные помощники метеорологов? На рисунке показан один из метеорологических спутников. Большие панели солнечных элементов устанавливаются перпендикулярно направлению на Солнце и обеспечивают электропитание аппаратуры и подзаряд аккумуляторов, включаемых в работу на ночной стороне Земли. Число элементов более 10000, а мощность энергетической установки около 0,5 кВт. В нижней части конструкции размещена платформа с аппаратурой. Система ориентации с ИК датчиками горизонта всегда разворачивает спутник так, чтобы платформа была обращена к Земле.

Метеорологический спутник:

1 — антенна; 2 — телевизионная камера; 3 — инфракрасный интерференционный спектрометр; 4 — радиометр, регистрирующий излучение от верхней части облаков; 5 — ультрафиолетовый спектрометр обратного рассеивания; 6 — радиометр для измерений над освещенной и теневой сторонами Земли; 7 — спектрометр с фильтром и фотометрическим клином; 8 — инфракрасный спектрометр; 9 — детектор ультрафиолетового излучения Солнца; 10 — радиометры с ограничителями избирательного действия

Спутник выводится на приполярную круговую орбиту высотой 1100 км и наклонением к плоскости экватора 80°. С этой орбиты спутник дважды за сутки «осматривает» практически всю поверхность Земли, ведь плоскость орбиты в пространстве сохраняет ориентацию, а Земля поворачивается в соответствии с суточным вращением вокруг оси.

Основное оборудование спутника — три телевизионные камеры с разрешающей способностью на поверхности Земли 900 м. Сигналы камер записываются на бортовой видеомагнитофон и передаются на Землю при пролете спутника в зоне радиовидимости со станции сложения. Четвертая телевизионная камера с худшей разрешающей способностью (3,2 км) непрерывно передает изображение Земли для любых возможных пользователей. В ночное время изображение облачного покрова Земли получают сканирующим ИК радиометром, работающим в диапазоне длин волн 3,4…4,2 мкм. Всего же на спутнике установлено 11 различных метеорологических приборов. Полный объем информации, «сбрасываемой» за один сеанс связи со спутником, может достигать 150 Мбит.