Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (КО)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 193 (всего у книги 218 страниц)
Космическая ракета
Косми'ческая раке'та, предназначена для запуска автоматических или пилотируемых аппаратов в космическое пространство искусственных спутников Земли (ИСЗ) и к др. небесным телам. Современная К. р многоступенчатая баллистическая ракета (ракета-носитель), несущая полезный груз (космический объект). В случае дальних полетов К. Р. обычно выводится на орбиту ИСЗ с последующим стартом с этой орбиты., См. Ракета-носитель и Космический летательный аппарат .
Космическая связь
Косми'ческая свя'зь, передача информации: между земными пунктами и космическим летательным аппаратами (КЛА); между двумя или несколькими земными пунктами через расположенные в космосе КЛА или искусственные средства (пояс иголок , облако ионизированных частиц и т. п.); между двумя или несколькими КЛА. В космосе широко используются системы связи самого различного назначения: для передачи телеметрической, телефонной, телеграфной, телевизионной и прочей информации; для передачи сигналов команд и управления КЛА; для проведения траекторных измерений. Наиболее широко в системах К. с. используется радиосвязь. Основные особенности систем К. с., отличающие их от наземных: непрерывное (часто весьма быстрое) изменение положения КЛА; необходимость знания текущих координат КЛА и наведения приёмных и передающих антенн земного пункта связи на заданный КЛА; непрерывное изменение частоты принимаемых сигналов из-за Доплера эффекта ; ограниченные и изменяющиеся во времени зоны взаимной видимости земного пункта и КЛА; ограниченная мощность бортовых радиопередатчиков КЛА; большая дальность связи и как следствие работа с очень малыми уровнями принимаемых радиосигналов. Всё это обусловливает создание для К. с. специальных комплексов сложной аппаратуры, включающих наводящиеся антенны больших размеров, приёмные устройства с малым уровнем шумов, высокоэффективные системы обнаружения, выделения и регистрации радиосигналов. Необходимость знания текущего положения КЛА требует периодического измерения его координат и вычисления параметров его траектории. Т. о., система К. с. существует, как правило, при совместном действии измерительных средств (система траекторных измерений), вычислительного центра и комплекса управления КЛА. Для радиоканалов К. с. в зависимости от их направления и назначения применяются различные диапазоны частот. Их распределение и порядок использования определяются регламентом радиосвязи .
Связь Земля – КЛА. Связь между земным пунктом и КЛА предназначается для обеспечения двусторонней передачи всех видов необходимой информации. Для связи с дальними КЛА (автоматическими межпланетными станциями – АМС) характерны крайне малые уровни принимаемых радиосигналов и большое время взаимной видимости, поскольку изменение направления земной пункт – КЛА определяется в основном скоростью суточного вращения Земли. Для связи с близкими КЛА (искусственными спутниками Земли — ИСЗ, космическими кораблями — КК, орбитальными космическими станциями и др.) характерны большая скорость изменения направления связи, малое время взаимной видимости, относительно небольшие дальности и соответственно достаточно большие уровни радиосигналов.
Линия Земля – борт КЛА (З – Б) и борт КЛА – Земля (Б – З) несут различную информационную нагрузку и имеют различный энергетический потенциал. Линия З – Б обеспечивает передачу на КЛА сигналов управления, траекторных измерений, телефонную, телеграфную, связь с космонавтами на обитаемых КК. Линия Б – З, как правило, имеет значительно более низкий энергетический потенциал, т. к. мощность передатчика КЛА ниже мощности передатчика земной станции в линии З – Б (обычные мощности на КЛА – единицы-десятки вт, на земной станции – единицы-десятки квт ). Однако основной поток информации идёт именно по линии Б – З. Это вынуждает применять на земных пунктах для приёма информации с КЛА антенны с весьма большой эффективной площадью (десятки м2 ), а в случае приёма информации с межпланетных КЛА (поскольку мощность принимаемого сигнала уменьшается пропорционально квадрату расстояния) необходимы эффективные площади в сотни и тысячи м2 . Эффективные площади 2—5 тыс. м2 достигаются только в уникальных дорогостоящих антенных системах. Посредством таких антенных систем может быть обеспечена телефонная связь на межпланетных расстояниях.
Начало радиосвязи с человеком в космосе было положено 12 апреля 1961, когда лётчик-космонавт Ю. А. Гагарин впервые в истории человечества облетел Землю на КК «Восток» и во время полёта поддерживал устойчивую двустороннюю телефонно-телеграфную связь с Землёй на метровых и декаметровых волнах. В последующих полётах КК «Восток» и «Восход» радиосвязь с Землёй совершенствовалась и была с успехом опробована между КК в групповых полётах. Во время полёта КК «Восток-2» в августе 1961 впервые из космоса на Землю передавалось телевизионное изображение лётчика-космонавта Г. С. Титова. При передаче телевизионного изображения для сужения спектра частот число кадров было уменьшено до 10 в сек. В дальнейшем стали применяться телевизионные системы с обычным стандартом (см. Космовидение ). Наибольшая дальность двусторонней радиосвязи достигнута при полётах АМС к планетам. Например, при полётах к Марсу дальность связи между земным пунктом и АМС достигала 350 млн. км, к Юпитеру – 800—900 млн. км. С целью обеспечения таких дальних связей на АМС обычно используется направленная на Землю антенна.
Связь через ИСЗ. Обычно связь на большие расстояния обеспечивается по радиорелейным линиям прямой видимости, состоящим из двух оконечных и ряда промежуточных пунктов-ретрансляторов, отстоящих друг от друга на расстояние прямой видимости (50—70 км ). При установке одного промежуточного ретранслятора на борту ИСЗ с высокой орбитой можно осуществить связь между двумя пунктами, удалёнными один от другого на тысячи км. Максимальная дальность непосредственной связи при этом определяется возможностью видения ИСЗ одновременно с каждого пункта. Связные ИСЗ могут применяться как в отдельных линиях связи, так и в сетях радиорелейных линий для передачи телевизионных программ, многоканальной телефонии и телеграфии и др. видов информации. Примером сети, имеющей большое число земных станций, может служить система действующая в Советском Союзе с 1967. Для связи могут использоваться ИСЗ, обращающиеся по различным орбитам и на разных высотах. Основные варианты орбит для связных ИСЗ: круговая стационарная, сильно вытянутая эллиптическая синхронная, средневысокая круговая, низкая круговая. ИСЗ на стационарной орбите (стационарный ИСЗ) постоянно находится («висит») над выбранной точкой экватора и обеспечивает круглосуточную связь между земными станциями на широтах меньше 75° в радиусе до 8000 км от точки, над которой расположен спутник, например ИСЗ «Интелсат». Три таких ИСЗ, находящихся на равном удалении вдоль экватора, осуществляют связь любых земных станций в пределах указанных широт. Для районов, расположенных на широтах выше 70—75°, наиболее выгодны сильно вытянутые эллиптические синхронные орбиты с апогеем над центром обслуживаемой линии связи и с периодом обращения ИСЗ в половину или целые сутки (см. ИСЗ «Молния» ). При надлежащем выборе угла наклонения и места расположения апогея орбиты спутник будет значительную часть суток находиться в пределах видимости из заданного района. Для работы с ИСЗ на стационарной или эллиптической синхронной орбите применяются на земных пунктах связи антенны большого размера, т. к. расстояние ИСЗ – земной пункт превышает 30000 км и мощность принимаемых сигналов мала. ИСЗ на средневысоких и низких круговых орбитах, например ИСЗ «Курьер», «Реле», обеспечивают значительно большие мощности принимаемых сигналов. Однако уменьшение высоты полёта сокращает время взаимной видимости спутника и земного пункта связи и приводит в конечном счёте к значительному увеличению количества спутников, требуемых для непрерывной связи. Кроме того, усложняется система слежения и наведения антенн земных станций. При малой высоте полёта непосредственная связь между значительно удалёнными пунктами невозможна и приходится применять систему радиолиний с задержанной ретрансляцией. Однако в этом случае уровни принимаемых сигналов достаточно велики и не нужны большие и дорогостоящие антенные системы, благодаря чему связь с низкими ИСЗ может проводиться даже небольшими подвижными пунктами. Связной ИСЗ для транзитной передачи сигналов может быть оснащен активным ретранслятором, обеспечивающим также усиление сигналов, или представлять собой пассивный ретранслятор, т. е. отражатель. Кроме ИСЗ в виде отражателя были предложены и испытаны линии связи с рассеянными отражателями в виде пояса иголок, облака ионизированных частиц. Пассивный ретранслятор может обслуживать радиосеть, состоящую из большого числа линий с различными частотами радиосигналов, т. к. он отражает или рассеивает энергию многих одновременно приходящих радиосигналов без взаимных помех, например ИСЗ «Эхо». В отличие от него, активный ретранслятор может обслуживать сеть связи только с ограниченным числом линий, причём для устранения взаимных помех необходимо применять частотное, временное или кодовое разделение сигналов, поддерживать необходимый их уровень и не допускать перегрузок ретранслятора. Несмотря на это, наибольшее распространение имеют системы с активными ретрансляторами, которые обеспечивают одновременную передачу сообщений по нескольким (до десятка) телевизионным или нескольким тысячам телефонных каналов, например ИСЗ «Молния», «Интелсат», «Синком».
Для экономичности связи применяют многоканальные линии радиосвязи, что приводит к необходимости увеличения полосы пропускания частот в линии (см. Многоканальная связь ). Широкая полоса требуется также для ретрансляции телевизионных сигналов. С расширением полосы пропускания растет опасность искажения сообщений помехами радиоприёму . Поэтому приём сообщений с допустимыми искажениями – важнейшая задача, решаемая увеличением мощности радиосигналов, выбором частот связи, уменьшением уровня шумов радиоприёмников, применением эффективного кодирования, выбором типа модуляции, способа приёма и обработки радиосигналов при малом отношении сигнал/помеха и др. Например, частоты радиосигналов выбирают в пределах от 1 до 10 Ггц, т. к. на меньших частотах резко растут помехи от шумов космоса , а на больших – от шумов атмосферы ; в первых каскадах усилителей радиоприёмников земных станций используют малошумящие квантовые усилители и параметрические усилители, охлаждаемые жидким гелием.
В линии связи с пассивным ретранслятором для обеспечения необходимого уровня принимаемого сигнала увеличивают мощность передатчика и размеры антенны земной станции, размеры отражателя ретранслятора или переходят к ретрансляторам с направленным рассеянием энергии на земную станцию, а также сужают полосу пропускания частот в линии и понижают скорость передачи сообщений. Перечисленные меры имеют свои пределы, т. к. увеличивают стоимость оборудования линии связи и её эксплуатации.
Связь между КЛА. Связь между КЛА может осуществляться для обмена информацией между экипажами двух или нескольких КК, одновременно находящихся в космосе, и между экипажами КК и космонавтами, находящимися в открытом космическом пространстве. Кроме того, может осуществляться связь между двумя автоматическими КЛА с целью ретрансляции сигналов, измерения положения, навигации, управления движением и сближения. Особенности связи между КЛА следующие. Как правило, связь обеспечивается между взаимодействующими КЛА, т. е. между ИСЗ, на сравнительно небольших расстояниях, например между КК «Восток-3» и «Восток-4» или между «Восток-5» и «Восток-6». Из-за трудности взаимной ориентации антенн КЛА предпочтительна ненаправленная связь. Отсутствие воздействия атмосферы, а при высоких орбитах и ионосферы обеспечивает более свободный выбор диапазона радиочастот и использование оптических средств связи. При выборе диапазона частот и организации связи между ИСЗ необходимо учитывать возможность помех от мощных наземных станций. Системы К. с. усложняются при высадке космических экспедиций на Луну, например КК «Аполлон» , или другие небесные тела, т. к. требуется поддерживать связь экспедиции с КК, остающимся на планетоцентрической орбите, и (через КК или непосредственно) с Землёй. В этом случае объединяются все особенности связи между ИСЗ и земным пунктом, а также между дальними КЛА и земными пунктами.
В перспективе будут созданы системы передачи телевизионных программ через стационарные ИСЗ непосредственно на телевизоры; при этом открываются возможности полной телефикации и обеспечения передачи центральных программ в любое место на Земле. С совершенствованием квантовых оптических генераторов (лазеров ) становится перспективной оптическая связь, т. к. на оптических волнах можно передать сообщения на сверхдальние расстояния (до десятков световых лет) благодаря очень высокой направленности луча (расхождение луча не более долей сек ) при относительно малых размерах излучателей и приемлемой потребляемой мощности. Но узконаправленное излучение и приём оптических волн требуют тщательной стабилизации устройств, ориентации оптических систем на КЛА, сложного вхождения в связь и поддержания её. Наиболее выгодны оптические линии связи между КЛА, находящимися за пределами земной атмосферы, т. к. атмосфера сильно поглощает и рассеивает энергию оптических волн.
Лит.: Системы связи с использованием искусственных спутников Земли, Сб. ст., пер. с англ., М., 1964; Петрович Н. Т., Камнев Е. Ф., Вопросы космической радиосвязи, М., 1965; Спутники связи, пер. с англ., М., 1966; Крэсснер Г.-И. и Михаелс Дж.-В., Введение в системы космической связи, пер. с англ., М., 1967; Космические радиотехнические комплексы, М., 1968; Космические траекторные измерения, М., 1969.
Ю. К. Ходарев.
Космическая съёмка
Косми'ческая съёмка, съёмка Земли, небесных тел, туманностей и различных космических явлений, выполняемая приборами, находящимися за пределами земной атмосферы. Снимки земной поверхности, полученные путём К. с., отличаются тем, что при целостном (и более объективном, чем на картах) характере изображения местности они охватывают огромные площади (на одном снимке от десятков тысяч км2 до всего земного шара). Это позволяет изучать по космическим снимкам основные структурные, региональные, зональные и глобальные особенности атмосферы, литосферы, гидросферы, биосферы и ландшафты нашей планеты в целом. При К. с. возможна повторная съёмка местности в течение одного и того же полёта носителя, т. е. через краткие промежутки времени, что позволяет изучать динамику как природных явлений, периодических (суточных, сезонных и др.) и эпизодических (извержения вулканов, лесные пожары и др.), так и различных проявлений хозяйственной деятельности (уборка урожая, заполнение водохранилищ и др.). К. с. даёт основу для разработки комплексных мероприятий по борьбе с загрязнением воздуха, суши и морей.
Первые снимки из космоса были сделаны с ракет в 1946, с искусственных спутников Земли — в 1960, с пилотируемых космических кораблей – в 1961 (Ю. А. Гагариным). К. с. вначале ограничивалась фотографированием в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн с непосредственной доставкой снимков на Землю (преимущественно в контейнерах с парашютом). Наряду с черно-белой и цветной фото– и телесъёмкой применяются инфратепловая, микроволновая, радарная, спектрометрическая и др. фотоэлектронные съёмки (см. Аэрометоды ). Съёмочная аппаратура принципиально та же, что и при аэросъёмке. Методами К. с. нашей планеты являются: 1) съёмки с высот 150—300 км с недолговременных носителей и возвращением экспонированных плёнок и регистрограмм на Землю; 2) съёмки с высот 300—950 км с долговременных носителей (на орбитах, при которых спутник находится как бы постоянно над освещенной стороной Земли) и передачей изображений на Землю с помощью радиотелевизионных систем; 3) съёмки с высоты примерно 36 тыс. км с т. н. стационарных спутников с доставкой фотоинформации на Землю путём применения тех же систем; 4) съёмки с межпланетных автоматических станций с ряда последовательно увеличивающихся высот (например, со станции «Зонд» с 60 и 90 тыс. км и т. д.); 5) съёмки Земли с поверхности Луны и ближайших планет, автоматически выполняемые доставленной туда регистрирующей фотоэлектронной и передающей радиотелевизионной аппаратурой; 6) съёмки с пилотируемых космических кораблей и пилотируемых орбитальных станций (первая – советская станция «Салют»). Средние масштабы космических снимков 1: 1000000 – 1: 10000000. Детальность изображения земной поверхности на снимках из космоса довольно значительна. Например, при рассматривании с 10-кратным увеличением фотографий масштаба 1:1500000, полученных с борта «Салюта», на открытой местности видны основная гидрографическая и дорожная сеть, контуры полей, селения средних размеров и все города с их квартальной планировкой. Современные области использования К. с.: метеорология (изучение облачности, снежного покрова и др.), океанология (течений, дна мелководий и др.), геология и геоморфология (в особенности образований большой протяжённости), исследования ледников, болот, пустынь, лесов, учёт культурных земель, природно-хозяйственное районирование территорий, создание и обновление мелкомасштабных тематических и общегеографических карт. Ближайшие перспективы практического применения К. с. для изучения, освоения и охраны географической среды и естественных ресурсов Земли связаны с выполнением с орбитальных научных станций-лабораторий т. н. многоканальных съёмок (одновременно в нескольких спектральных диапазонах при одинаковой освещённости местности). Это увеличивает разнообразие и объём получаемой информации и обеспечивает возможность её автоматической обработки, в частности при дешифрировании космических снимков.
Лит.: Петров Б. Н., Орбитальные станции и изучение Земли из космоса, «Вестн. АН СССР», 1970, №10; Гольдман Л. М., Топографическое дешифрирование цветных аэроснимков за рубежом, М., 1971, с. 22—27; Виноградов Б. В., Кондратьев К. Я., Космические методы землеведения, Л., 1971; Виноградов Б. В., Состояние космической дистанционной индикации природной среды в СССР, в сб.: Актуальные вопросы советской географической науки, М., 1972, с. 227—31; Богомолов Л. А., Применение аэросъёмки и космической съёмки в географических исследованиях, в кн.: Картография, т. 5, М., 1972 (Итоги науки и техники); Исследования природной среды с пилотируемых орбитальных станций, Л., 1972.
Л. М. Гольдман.
Космическая триангуляция
Косми'ческая триангуля'ция, метод осуществления геодезических связей между пунктами на земной поверхности путём одновременных наблюдений из этих пунктов Луны, высотных баллонов с источником света или искусственных спутников Земли (см. Спутниковая геодезия ).
Космическая физиология
Косми'ческая физиоло'гия, раздел космической биологии и медицины, изучающий механизмы регуляции и компенсации функций в условиях воздействия на организм всей совокупности факторов космического полёта. К их числу относятся перегрузки, вибрации, шумы, связанные со стартом, активным участком полёта космического корабля и его спуском, а также состояние невесомости, действие космических лучей, изменения сложившихся в земных условиях суточных, сезонных и иных биологических ритмов и др. Закономерности, устанавливаемые исследованиями по К. ф., служат основой для биологического и медицинского прогнозирования, в том числе для разработки оптимального режима труда и отдыха, сна, питания и быта космонавтов. К. ф. изыскивает также пути и средства повышения и поддержания устойчивости организма в условиях космического полёта (разработка рациональных комплексов физических упражнений, применение некоторых профилактических, в том числе и фармакологических средств и т. д.). Данные К. ф. учитываются не только при отборе космонавтов и разработке системы их тренировки, но и для решения некоторых проблем физиологии организма в обычных (земных) условиях.
Лит. см. при статьях Космическая биология и Космическая медицина .
Космические зонды
Косми'ческие зо'нды, космические летательные аппараты, предназначенные для проведения физических исследований околоземного межпланетного космического пространства, небесных тел Солнечной системы и их окрестностей. В отличие от высотных зондов, высотных зондирующих ракет, К. з. осуществляют измерения на удалениях от земной поверхности, превышающих радиус Земли. Применительно к спутникам, выведенным на орбиты с малым и средним эксцентриситетом, термин «К. з.» не употребляется. К категории К. з. относятся космические летательные аппараты, запускаемые к Луне и планетам. Первый в мире К. з., получивший название «Луна-1», запущен в СССР 2 января 1959. Он был выведен на гиперболическую орбиту относительно Земли и, двигаясь по ней, прошёл 4 января 1959 вблизи Луны, покинул сферу действия тяготения Земли и стал первой искусственной планетой Солнечной системы. Космические аппараты, выводимые на гелиоцентрические орбиты, часто называют дальними К. з. К. з., предназначенные для исследований Луны, Марса, Венеры, в отечественной практике часто называют автоматическими межпланетными станциями (АМС), лунными станциями и т. п. В США такие аппараты называются лунными зондами, марсианскими зондами и т. п. Космическими станциями часто называются зонды для исследования периферийных областей околоземного космического пространства и межпланетного пространства (например, американские спутники IMP, советские К. з., входившие в системы «Электрон»). Типичными К. з. являются космические аппараты серии «Зонд» (СССР) и аппараты серии «Пионер» (США). Они предназначались для исследования околоземного и межпланетного пространства; аппараты серии «Зонд», начиная с «Зонда-3», доставили много ценных сведений для изучения Луны и её окрестностей (см. также «Луна» ).
Научные измерения на К. з. осуществляются либо при помощи бортовой аппаратуры (измерения потоков частиц, магнитного поля и т. д.), либо путём фотографических исследований и дистанционных измерений. Полученные в эксперименте результаты обычно передаются по телеметрическим или телевизионным каналам (например, эксперименты с «Луной-3», аппаратами серии «Венера» и др.) или доставляются на Землю в возвращаемом аппарате (например, некоторые из аппаратов серии «Зонд», «Луна-16»).
На межпланетные трассы К. з. выводятся обычно с промежуточной орбиты ИСЗ. Посадка их на др. небесные тела осуществляется обычно также с промежуточной орбиты искусственного спутника. При возвращении на Землю (например, некоторых аппаратов серии «Зонд») практикуется вход аппаратов в атмосферу непосредственно со второй космической скоростью . Параметры траектории К. з. определяются с помощью системы радиотехнических наблюдений. Иногда для этой цели используются фотографические наблюдения комет искусственных (например, при запуске «Луны-1» и «Луны-2»).
С помощью К. з. получены первые экспериментальные данные о периферийных областях околоземного космического пространства. Обнаружена и детально исследована магнитосфера Земли . Открыт («Луна-1», «Луна-2») солнечный ветер — непрерывный поток частиц, излучаемых Солнцем в спокойных условиях, и выбросы частиц, характерных для повышений активности Солнца. Наряду с исследованием этих потоков были изучены и «вмороженные» в них магнитные поля, а также взаимодействие потоков солнечного ветра с магнитосферой Земли, что имеет большое значение для изучения динамики магнитных бурь, возникновения полярных сияний и др. геофизических явлений, обусловленных солнечно-земными связями.
К. з., запущенные к Венере и Марсу, позволили получить экспериментальные данные о ближайших окрестностях и атмосферах этих планет; с помощью К. з. получены фотографии поверхности Луны и Марса, изучены физические характеристики лунного грунта. Последние исследования осуществлялись как непосредственно на Луне, так и на образцах лунного грунта, доставленных на Землю.
Существует международная система регистрации и обозначения К. з. (см. в ст. Искусственные спутники Земли ). В национальных программах космических исследований сериям К. з. часто даются собственные названия: серии «Луна», «Зонд», «Маринер» и т. п.
Лит.: Dictionary of technical terms for aerospace use, Wash., 1965.
М. Г. Крошкин.
