Посвящение в радиоэлектронику

В прозрачной и очень разреженной холодной атмосфере Марса живым организмам, так же как и на Венере, существовать было бы очень трудно. Их там и не обнаружили, даже бактерий. Получается, что жизнь в Солнечной системе — явление уникальное, возникшее только на Земле, и тем с большей бережностью надо к ней относиться. Первая мягкая посадка на Марс осуществлена во время группового полета АМС «Марс-2» и «Марс-3» в 1971 году. Станции передали на Землю изображения планеты и некоторые сведения о ее поверхности.

Космические эксперименты продолжаются. Осуществлены полеты к дальним планетам Солнечной системы — Юпитеру и Сатурну. Автоматические межпланетные станции передали по радиоканалу изображения этих планет, полученные с близкого расстояния. А когда знаменитая комета Галлея приближалась к перигелию и под действием солнечного излучения распустила огромный газовый «хвост», навстречу ей отправились АМС, обогатившие науку новыми сведениями о структуре и происхождении комет. Предполагают, что кометы являются одними из самых старых обитателей Солнечной системы, они сформировались из первоначального газопылевого облака одновременно с планетами, и поэтому изучение комет проливает свет на тайны происхождения Солнечной системы. Без радиоэлектроники подобные исследования космоса были бы просто невозможны.

Электроника и космонавтика

Планомерное и широкое освоение космоса невозможно лишь одними автоматами — полеты людей в космос стали обыденным явлением. В Советском Союзе разработана длительно действующая орбитальная космическая станция «Салют», на которой может находиться постоянный или сменяемый экипаж из нескольких человек. В комплекс орбитальной станции входит собственно орбитальный блок, выводимый в околоземное пространство мощной ракетой-носителем, и транспортный корабль «Союз», на котором отправляются космонавты. Корабль стыкуется на орбите с орбитальным блоком. Кроме того, к станции могут пристыковываться транспортные грузовые корабли типа «Прогресс».

Вся станция представляет собой весьма внушительное сооружение: общая масса орбитального блока и корабля «Союз» составляет около 26 т, длина достигает 23 м, а поперечный размер по раскрытым солнечным батареям 11 м. Внутри станции оборудованы рабочие и спальные места для космонавтов, системы обеспечения их жизнедеятельности. Для проведения научных экспериментов, фотографирования и визуального наблюдения в отсеках станции предусмотрено 27 иллюминаторов.

Полеты космических кораблей и орбитальных станций были бы невозможны без обширного комплекса радиотехнических средств навигации и связи. Во время полета необходимо производить точные траекторные измерения для определения местонахождения корабля. Параметры орбиты измеряются с помощью двух бортовых приемопередатчиков-ответчиков, работающих в различных диапазонах волн. Они ретранслируют радиосигналы, передаваемые с наземных пунктов сложения и связи, и благодаря этому позволяют определять наклонную дальность, радиальную скорость и угловое положение станции относительно наземных пунктов, где и производятся измерения. Полученные данные передаются в координационно-вычислительный центр, обрабатывающий поступающую информацию и определяющий параметр орбиты. Наклонная дальность вычисляется по задержке ретранслированною радиосигнала. Радиальная скорость измеряется по доплеровским изменениям несущих частот передатчиков станции и наземных пунктов. Для определения углового положения станции служат специальные угломерные устройства, входящие в антенные и приемные системы наземных пунктов слежения.

Внимание, стыковка!

Очень важна роль командных радиолиний между станцией и наземными пунктами. Наземный комплекс посылает на борт команды в виде двоичных чисел (так называемые уставки). Бортовая аппаратура принимает и дешифрирует команды. Информация о работе бортовых систем передается на Землю двумя радиотелеметрическими линиями. Когда станция находится вне зоны радиовидимости наземных пунктов, телеметрическая информация, интересующая Землю, собирается и хранится бортовым запоминающим устройством. В дальнейшем эта информация «сбрасывается» при пролете станции над пунктом слежения.

Во время сеансов связи с космонавтами по КВ каналам передается также и оперативная телеметрическая информация об их состоянии. Вообще же система связи с космонавтами обеспечивает непрерывную двустороннюю телефонную связь на всем протяжении полета. В зоне радиовидимости наземных пунктов используется УКВ диапазон, позволяющий добиться устойчивой связи при прямой видимости между антеннами станции и наземного пункта, а на остальных участках траектории используется КВ диапазон. Связь при этом возможна благодаря преломлению радиоволн в ионосфере Земли.

Орбитальная станция «Салют» оснащена телевизионной системой, имеющей четыре передающие камеры. Две из них установлены внутри станции и позволяют операторам Центра управления полетом наблюдать за работой космонавтов. Две другие камеры расположены снаружи станции. Они нужны для контроля ориентации станции при орбитальном полете. На участке выведения на орбиту одна из внешних телекамер контролировала процесс отделения станции от последней ступени ракеты-носителя. Внешние камеры позволяют наблюдать за работой космонавтов при выходе в открытый космос и за стыковкой кораблей на орбите. Все телекамеры оборудованы передающими трубками типа «видикон» и развертывают изображение в соответствии с отечественным стандартом на 625 строк при 25 кадрах в секунду. Телевизионная информация поступает на видеоконтрольное устройство, расположенное на пульте управления станции, и на передатчики линии связи с наземными пунктами.

Многочисленная радиоэлектронная аппаратура станции потребляет немалую мощность. Ее поставляют панели солнечных элементов, подобно крыльям развернутые по бокам станции. Их общая площадь составляет несколько квадратных метров. Ток, вырабатываемый солнечными элементами, заряжает буферную никель-кадмиевую аккумуляторную батарею, обеспечивающую питание аппаратуры станции при пиковых нагрузках, а также при полете станции над теневой, ночной стороной Земли. Продолжительность нахождения станции в тени Земли достигает 40 % общего полетного времени.

По-иному решили проблему питания радиоэлектронной аппаратуры космических кораблей американские конструкторы. При осуществлении программы «Аполлон», завершившейся 16–24 июля 1969 года первой лунной экспедицией трех космонавтов, были разработаны специальные электрохимические источники тока топливные батареи. Вещество элементов этих батарей в процессе выработки электроэнергии не расходуется. Оно служит лишь катализатором реакции соединения водорода с кислородом. Эти газовые реагенты — топливо батарей — заправляются в баки при запуске корабля и расходуются в топливных элементах по мере надобности.

Побочным продуктом электрохимической реакции оказывается обычная вода, использовавшаяся для питья и других хозяйственных нужд космонавтов. Ежедневно каждому космонавту требуется около ведра воды, и для многодневного полета запас ее получается значительным. Топливные элементы избавляют от необходимости «везти» воду с Земли. К сожалению, вода, полученная из экологически чистых топливных элементов, оказалась не совсем «чистой». Она напоминала газированную, поскольку была насыщена водородом, что, по сообщениям космонавтов, было не очень приятно (обычная газированная вода насыщается углекислым газом). В дальнейшем научились с помощью специальных фильтров очищать воду, полученную из топливных элементов.

Кроме топливных элементов на кораблях «Аполлон-11» и «Аполлон-12», осуществлявших полет к Луне, имелись резервные батареи обычных аккумуляторов. Они, кстати говоря, позволили благополучно вернуться на Землю экипажу аварийного корабля «Аполлон-13», на котором взорвался кислородный бак системы электроснабжения. Общее энергопотребление космических кораблей и орбитальных станций достигает нескольких киловатт, и эту весьма значительную мощность обеспечивают описанные энергетические установки.