Текст книги "Кто вы?"

Автор книги: Николай Петрович

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 13 страниц)

Ожесточенная борьба за снижения температуры шумов приемника привела в последнее время к созданию малошумящих приемников. «Ртутный столбик» термометра приемника упал с температуры 1500–2000 до 20–50 градусов по Кельвину, то есть почти в сто раз. Это достигнуто за счет использования новых принципов усиления и преобразования сигналов и «замораживания» входного каскада приемника до температур, близких к абсолютному нулю.

Один из новых видов усилителей – мазер. Это молекулярный усилитель, который работает на принципах, схожих с работой лазера (мы с ними знакомились в главе второй).

Переходим к врагам внешним. Одним из основных его источников является сумма теплового и синхротронного излучения небесных тел Галактики и Метагалактики.

Это излучение имеет непрерывный спектр, и величина его падает с уменьшением длины волны. Значит, для уменьшения помех, создаваемых небесным фоном, надо работать на предельно коротких волнах. Но к сожалению, уменьшение волны приводит к появлению нового вида шумов – квантовых, которые есть результат дискретной или фотонной структуры потоков излучений.

Эти два фактора приводят к тому, что результирующий шумовой фон неба, о котором мы говорили уже, имеет глубокий минимум.

При волнах короче 3 сантиметров появляются шумы атмосферы. Правда, их можно принципиально исключить, вынося приборы за ее пределы.

Шумовой фон достигает максимума, когда радиотелескопы смотрят на центр Галактики (там максимальная концентрация магнитного поля и релятивистских электронов), и минимума – при направлении на ее полюс.

Как и внутренние шумы приемника, внешние шумы также измеряют градусами Кельвина.

Направим радиотелескоп на центр Галактики. Приемник при этом будем перестраивать по частоте и измерять уровень фона на его выходе. Мы получим кривую, приведенную на рисунке (при направлении на полюс минимум будет еще глубже).

Я надеюсь, что Жан Эффель не обидится, что его создание – черт – приобрело, еще одну специальность – олицетворять злые шумовые силы природы.

Землянам опять повезло. Минимальный чертик хорошо совмещается с радиоокном нашей планеты.

Из кривой следует, что температура фона наименьшая – составляет единицы градусов – в диапазоне волн приблизительно 3–10 сантиметров.

Кроме шумового фона, в радиовселенной много так называемых дискретных источников излучения. Они дают всплески радиоизлучения в отдельных точках неба. Такая помеха попадет в горло приемника, если антенна направлена на этот источник. Тогда уровень внешних помех может резко возрасти (при сильном дискретном источнике). Но это отдельные, редкие точки на небосводе, и их можно в большинстве случаев избежать, изменяя направление антенны или настройку приемника.

Блок-схема системы связи, нарисованная на странице 97, нереальна. В ней действует только сигнал, а помех совсем нет. Учесть же их можно введением в эту схему генераторов помех, которые выбираются так, чтобы создаваемый ими электрический хаос соответствовал реальному в рассматриваемой системе связи.

Во весь голос

А нельзя ли перекричать помехи? Подавить этого врага грубой силой? Можно. Но этот путь дает успех при не очень больших расстояниях между передатчиком и приемником. Так, вращая ручку настройки приемника, мы замечаем, что местные радиовещательные станции отлично слышны, а дальние еле-еле и искажаются помехами.

Какое же надо превосходство мощности сигнала над мощностью помех? Оно зависит от ряда факторов: от способа передачи и приема, от скорости передачи, от уровня допустимых искажений – и лежит в пределах от 10 до 1000 раз.

Напомним, что мощность передатчика (или источника помех) есть энергия, излучаемая им за одну секунду. То, что волна любого типа по мере удаления от пославшего источника теряет свою силу, известно всем. Но не все отдают себе отчет, сколь быстро это происходит. Мощность волны падает катастрофически – пропорционально квадрату расстояния. А что это значит, знает, наверное, каждый: при увеличении расстояния в два раза мощность уменьшается лишь в четыре раза, но зато увеличение дальности в 100 раз уже дает уменьшение в 10 тысяч раз!

Легко доказать этот закон. Поместим в центре шара свечу. С увеличением его радиуса R освещенность любой внутренней площадки будет слабеть пропорционально квадрату радиуса. Ведь световая энергия свечи должна распределяться на всю сферу, а ее поверхность растет как R². То же происходит с мощностью радиоволны.

Это один из печальных законов мироздания, встающих на пути радиоконтакта. Остается утешаться тем, что площадь сферы пропорциональна R², а не R³.

Тут вспоминается диалог двух пассажиров, ударившихся при резком торможении вагона:

– Не мог уж Ньютон в своем законе сделать силу удара не mV²/2, а просто mV/2.

– Ты лучше благодари его за двойку в знаменателе, все-таки синяк в два раза меньше.

Максимальная мощность излучения передатчиков, реализованная на нашей планете в диапазоне радиоокна, достигла уже десятков мегаватт в импульсном режиме и десятков киловатт при непрерывном излучении.

Но эти мощности не позволяют просто перекричать помехи в космических радиолиниях. Значит, надо перехитрить помехи: принять все другие меры для повышения отношения сигнал/помеха в точке приема, а сам сигнал сделать грубым и малочувствительным к «укусам» помех.

«Любит – не любит»

Дальность связи можно резко повысить, если не распылять энергию, несущую информацию, по всей сфере, окружающей источник, а сконцентрировать ее в направлении на корреспондента. Эту благородную миссию выполняют так называемые направленные антенны.

Создание антенн с высокой направленностью является сложной и увлекательной математической и конструкторской задачей. Надо найти такую форму антенны, при которой разбегающиеся во все стороны волны собираются как бы в кулак и бросаются узким пучком на благодарного корреспондента. Для этого надо, чтобы фазы и больших лучей, и маленьких лучиков точно совпали в этом кулаке. Только тогда мощность будет сконцентрирована в пучке.

Я не раз терпел фиаско, пытаясь оторвать антеннщиков от любимой их «игры» с векторами лучей антенного поля и увлечь разработкой новых методов передачи информации. Боюсь, что даже жены ревнуют их к этим векторам.

Пример такого увлечения своим делом являет Григорий Захарович Айзенберг, один из главарей нашей антенной школы. Не случайно студенты валом валят на его лекции. Страсть и знания увлекают и зажигают их.

И не случайно характеристики направленности антенн они составили из… лепестков цветов. Их так и называют на самых серьезных дискуссиях и в учебниках – лепестки.

Но есть одно отличие от цветка. Среди лепестков венчика имеется один большой – главный. Он-то и увеличивает дальность связи. А меньшие, или боковые, – это издержки производства, результат того, что не удается все фазы лучей и лучиков точно согласовать.

По лепесткам диаграммы направленности с еще большим успехом можно гадать о любви. Ведь если повезет, можно попасть на гигантский лепесток!

Итак, чем уже главный лепесток (чем меньше угол α) и чем меньше площадь боковых, тем дальше будет мчаться наша информация.

Угол α зависит от отношения диаметра антенны к длине волны. Чем больше это отношение, тем уже главный лепесток. В сантиметровом диапазоне диаметры антенн достигли уже порядка 100 метров, что уменьшило ширину лепестка направленности до долей градуса. Последнее равносильно увеличению мощности передатчика в десятки тысяч раз (в направлении главного лепестка).

К сожалению, закон квадратичного ослабления мощности с увеличением расстояния, конечно, продолжает действовать и в случае направленной антенны. Ну, а если дальше увеличивать диаметр антенны, будет ли расти дальность связи?

Увеличивать можно, но… направленность может не возрастать. Почему? С увеличением размеров антенны надо повышать точность обработки поверхности «зеркала», как говорят специалисты, антенны. Если увеличивать диаметр, а точность не повышать, то фазы волн не совпадают, лучи не складываются согласно, мощность в точке приема не возрастает. Зеркало становится хоть и большим, но кривым.

Точность при уже достигнутых диаметрах антенн близка к пределу – это микроны. И предел этот ставят колебания температуры и влажности, вибрация, старение материалов.

Увеличение диаметра приемной антенны также увеличивает дальность связи. Чем больше антенна, тем большее число отдельных лучей она суммирует и тем больше будет мощность сигнала на входе приемника.

Таким образом, межзвездную систему связи обязательно должны украшать гигантские антенны на обеих корреспондирующих планетах.

Фокус-покус

Человек непрерывно воспринимает гигантское количество информации. Всю ее можно разделить на два типа. Первый – непрерывная, теперь ее часто называют аналоговой. И второй – дискретная, или прерывная.

Вообразим, что мы на футбольном матче. Раздался свисток судьи. Это типичный пример дискретной информации. Она принимает только два значения – есть свисток или нет свистка. Да или Нет. Такую информацию называют двоичной. Начался матч. Не отрывая взора от поля, вы следите за мячом, за игроками, за воротами. Теперь вы вбираете в себя непрерывную сложную информацию о ходе сражения.

Но вот забит гол! Это тоже пример дискретной двоичной информации – или мяч там, или мимо.

По ходу матча на табло появляются цифры забитых голов. Это тоже дискретная информация, но не двоичная. Она имеет ряд дискретных значений. Число элементов, из которых она набирается, равно десяти. Ее называют десятеричной.

Любую информацию с помощью преобразователей (телевизионные камеры, микрофоны, телеграфные аппараты и т. д.) можно отобразить электрическим сигналом. Эти сигналы, естественно, будут тоже двух типов – непрерывные или дискретные.

Вернемся на минуту снова к нашим зарубкам на волне. Примером сложного непрерывного сигнала может быть телевизионный сигнал. Его можно сравнить по сложности очертаний, например, с кижским Преображенским собором, который, как оказывается, построили гениальные руки только топором и без единого гвоздя.

Простейший двоичный сигнал – Да – Нет – можно представить незатейливым плотницким срубом с проемами.

Каждому ясно, что передать по каналу связи информацию об очертании собора в тысячу раз труднее, чем об очертании сруба. Но оказывается, есть путь сделать первое таким же простым, как второе. Я не ошибся, не заглядывайте в список опечаток.

Для совершения этого фокуса-покуса надо проделать три «истязания» непрерывного сигнала.

Первое истязание. Из сигнала надо выбросить всю «пустую породу», не несущую информации. Для этого в нем обозначаются отдельные его значения, равно отстоящие друг от друга, а остальное все выбрасывается. Эти оставшиеся дискреты, как это ни странно на первый взгляд, хранят всю информацию исходного непрерывного сигнала. Так, для непрерывного речевого сигнала с полосой 3000 гц нужно из него вырезать 6000 равноотстоящих импульсов в секунду. По этим вырезкам можно абсолютно точно восстановить исходный сигнал. В этом состоит основное содержание известной теоремы Котельникова.

У студентов распространено некое неверие в эту теорему. Задаю четкий вопрос на экзамене: точно или приближенно можно восстановить сигнал по отдельным значениям, взятым в соответствии с теоремой Котельникова?

И часто получаю туманные ответы:

С большой точностью.

С некоторой точностью.

С большой вероятностью.

Конечно, приближенно.

Смотря, какой исходный сигнал.

Смотря, что нам надо. И т. д.

Второе истязание. Оно состоит в том, что амплитуды полученных вырезок из сигнала мы передаем не точно, а приближенно. Например, весь диапазон изменения амплитуд сигнала мы разбили на 10 стандартных уровней. Передавая каждый из импульсов, мы смотрим, к какому из этих 10 уровней он ближе, и передаем номер этого уровня. Чем больше число этих уровней, тем точнее будет передан сигнал. Например, речевой сигнал разбивают на 127 уровней. При этом восстановленный на приеме речевой сигнал не отличается от передаваемого без описанных преобразований.

Почему можно допустить передачу приближенного значения амплитуды сигнала вместо точного? Потому что потребитель информации (ухо, глаз, реле и др.) всегда имеет некоторую мертвую зону нечувствительности к небольшим изменениям и отклонения сигнала в пределах этой зоны не замечаются на приеме.

И наконец, третье истязание, последнее. Оно состоит в том, что вместо импульса (приведенного к ближайшему уровню) надо передать просто номер этого уровня. А номера уровней можно передать группой двоичных посылок. Например, для 127 уровней надо взять группу из 7 посылок типа Да – Нет. Меняя взаимное расположение Да – Нет в группе, можно составить 127 различных комбинаций или кодов.

После этих трех преобразований наш сложный, часто ажурный и очень нежный сигнал превратился в грубый, топорный двоичный сигнал. Такое преобразование сложного непрерывного сигнала в простейший дискретный получило название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

Итак, фокус-покус свершился. Но вы, читатель, естественно, спросите: за счет чего удается добиться упрощения сигнала, оставив объем информации тем же? Собака зарыта, оказывается, в спектре нового сигнала. Он разбух, и разбух не менее чем в 10 раз! Мы как бы прошлись грубым утюгом по сигналу на шкале времени, сгладили его во времени, и от этого он стал более широким по частоте. В новом канале можно было бы уместить 10 непрерывных! Но зато мы получили грубый удобный сигнал! Его прямо можно из канала подавать на электронную машину дискретного действия, с ним можно делать и еще ряд других фокусов, чем мы и займемся позже. Сейчас отметим, что любая информация может быть превращена в простую дискретную и даже в самую простую – двоичную. Проще же двоичной ничего быть не может. Ибо непрерывное повторение да, да, да или нет, нет, нет никакой информации не несет. Она появляется только когда есть и да и нет.

Как грузить информацию?

С момента зарождения радио и потом, в течение почти полувека, информацию взваливали либо на амплитуду, либо на частоту радиоволны. Воздействие на частоту отличается от амплитудной модуляции только тем, что передаваемый сигнал меняет частоту волны.

Но вот появилась новая гениально простая идея. Оказалось, что из непрерывной радиоволны можно вырезать короткие отрезочки (как из бумажной ленты можно настричь много узких полосочек) – импульсы – и грузить информацию на эти импульсы. Ведь у импульсов много параметров, и все их можно менять: амплитуду, ширину, частоту, взаимное расположение и т. д. Так появилось большое семейство импульсных методов модуляции.

Кроме непрерывных и импульсных волн, в последние годы появился новый неожиданный переносчик информации: шум! Да, именно он, тот самый, который является врагом номер один во всех без исключения каналах передачи информации.

Самым удивительным является то, что максимальное количество информации из всех возможных сигналов может тащить на себе именно шум. Это блестяще было доказано творцом теории информации Клодом Шенноном.

Каким же образом заставить шум нести информацию? Ведь все его параметры: амплитуда, частота, фаза – хаотически меняются во времени. В нем не за что ухватиться, нет ни одного устойчивого параметра для загрузки информации.

Все это верно. Но все же есть один устойчивый параметр – это сам хаос. И им, оказывается, можно управлять. Можно, например, на передаче и на приеме поставить простые устройства, которые будут генерировать один и тот же хаос.

Пусть на передаче и на приеме имеется по два таких генератора. Каждая пара (первая и вторая) генерирует свои одинаковые шумы. Далее уславливаемся, что посылку Да будем передавать, включая первый генератор, для передачи Нет – второй. На приеме остается только сличить пришедший шум с двумя местными и решать, что передавалось – Да или Нет.

В настоящее время к упомянутым основным способам модуляции надо добавить еще несколько десятков их модификаций. Это плоды развития теории информации. Я как-то взял лист ватмана и попытался их все собрать воедино и классифицировать. К первому листу пришлось подклеить второй, но и он не уместил всех способов. Листы пестрели всевозможными сочетаниями букв (сокращенные названия способов). В глазах рябило, но стройности не получилось. Дело уперлось, как это часто бывает, в удачный критерий сравнения.

Боюсь, читатель, что если мы здесь начнем снова раскладывать их по полочкам, то увязнем в опасной трясине.

Давайте поступим иначе.

Будем для простоты рассматривать только два вида сигналов: непрерывное гармоническое колебание (переносчик без всякой модуляции) и посылки типа Да – Нет. Первый может использоваться для начальной сигнализации и привлечения внимания. Второй для передачи информации.

Как мы видели, в посылки Да – Нет можно превратить информацию любой сложности. Этот способ передачи является самым грубым и, следовательно, самым стойким против помех. Поэтому использование его в межзвездной связи и вероятно и целесообразно. Наложение посылок Да – Нет на волну мы рассмотрим в следующем разделе.

Теперь обратимся к модному в последние годы в радиотехнике слову: избыточность. Что же такое избыточность? Грубо говоря, это то пятое колесо, которое возят автомобилисты на случай прокола.

Передача определенного количества информации обязательно требует некоторого минимального времени Δt и некоторой минимальной полосы частот Δf (ширина частотного коридора). Можно менять значения Δt и Δf, но их произведение при передаче одной и той же информации должно оставаться постоянным. Так, замедлив передачу в три раза (то есть заняв время 3Δt), можно сузить необходимую полосу в три раза (^Δf/₃). Но 3Δt · ^Δf/₃ = Δt · Δf = CONST.

Если мы хотим для большей надежности передачи повторить ее, скажем, пять раз, то мы займем время не Δt, a 5Δt. Это и есть передача с временнóй избыточностью: мы занимаем в пять раз большее время, чем минимально необходимое. Можно такое повторение проводить не по времени, а по частоте: передавать одну и ту же информацию на пяти несущих частотах, но для этого потребуется пять передатчиков. Тогда время передачи останется то же, а полоса частот, занимаемая сигналом, станет равной 5Δf. Тем самым мы ввели частотную избыточность.

Простое повторение – это самый накладный метод введения избыточности. Однако есть и более экономные, требующие меньшего увеличения Δt или Δf. Все они являются методами корректирующего кодирования сигналов, когда к посылкам, несущим информацию, приставляют дополнительные, или избыточные, посылки. И это делает чудеса: они могут шепнуть на приеме, какая из информационных посылок до неузнаваемости искажена помехами; более того, при большом числе избыточных посылок они не только угадывают, какая же посылка на самом деле была послана на передаче, но и сами автоматически исправляют искаженную!

В очень ответственных системах применяют иногда одновременно и временную и частотную избыточность.

Интересно отметить, что частотную избыточность легко ввести, заменяя посылки отрезками шума. Изменяя «среднюю скорость» шумового хаоса, можно изменять в широких пределах полосу, занимаемую шумовой посылкой. Такая избыточность рождает удивительные свойства. Например, можно отсечь больше трех четвертей частотного спектра сигнала, а он продолжает трудиться и переносить информацию (как бодро бегущая ящерица с отсеченным хвостом). Это «безразличие» сигнала к своему спектру позволяет чисто хирургически бороться с мощными помехами в полосе частот сигнала. Их безжалостно вырезают с частью сигнала.

Невообразимые дальности межзвездной связи и начальная неизвестность адреса корреспондента потребуют, вероятно, широкого введения избыточности в сигналы этих систем связи.

Да – Нет

Существует множество способов для наложения сигналов Да – Нет на радиоволну.

Какой же из них лучший с точки зрения нашей задачи? Выбор зависит от врага номер один – помехи. Ведь он не дремлет, особенно в длиннющих космических радиолиниях. Оказалось, что лучше всего противостоят помехам сигналы Да – Нет, запрятанные в фазу сигнала, если их фаза сдвинута на максимальный угол – 180 градусов. Это положение было доказано советскими учеными А. Пистолькорсом и В. Сифоровым еще в начале тридцатых годов.

Человечки на нашем рисунке изображают фазовые посылки. Переход с ног на голову или наоборот соответствует повороту фазы на 180 градусов.

Шли годы, как пишут в романах, а этот способ не находил применения. Все упиралось в смышленый приемник. Он должен четко чувствовать или различать фазы: при одной фазе «говорить» на выходе Да, при другой – Нет. Но ведь фаза – это время, точнее, величина, определяющая положение сигнала во времени. Смещая синусоиду во времени, мы меняем ее фазу. Упрощенную модель фазового канала можно мыслить так. На передаче и на приеме имеются часы. Мы их сверили и внесли поправку на время прохождения радиоволны от передатчика к приемнику. Далее условились, например, так: посылки, приходящие в четные секунды, всегда означают Да, а в нечетные – всегда Нет. В действительности нужны часы, отсчитывающие миллионные доли секунды и автоматически проверяющие, чему соответствует фаза сигнала: Да или Нет.

В толстых пыльных папках патентных библиотек можно найти сотни очень остроумных предложений по построению такого фазового приемника, по созданию точных магических часов на передаче и на приеме. Но ни один из них не давал уверенного приема. Да и Нет вели себя как цирковые акробаты. То они хранили заданное на передаче положение: Да стоит на ногах, а Нет вверх тормашками на руках. То вдруг на некий случайный отрезок времени все Да вставали на руки, а все Нет на ноги. Это происходило и из-за незначительного изменения режима работы приемника, и из-за действия помех. Предугадать эти массовые акробатические номера (названные «обратной работой») было невозможно. Поиски схемы, свободной от этого недостатка, продолжались безрезультатно более 25 лет. Я тоже многие месяцы все свободное время отдавал этой головоломке. Но Да и Нет продолжали издеваться. В конце концов неудачи привели меня к вопросу: а возможен ли такой приемник принципиально?

Удалось строго математически доказать, что хаотический танец Да и Нет неизбежен, а фазовый приемник без «обратной работы» при классических фазовых сигналах – чистейший миф. Магические часы принципиально нельзя заставить идти точно. Было жаль времени и сил, потраченных зря.

Как-то, изнывая от смертельной тоски в очереди, я механически чертил на обрывке газеты сигналы в разных фазах. Действовали силы инерции периода борьбы с «обратной работой». Вдруг совершенно четко, как на киноэкране, я увидел новые фазовые сигналы, которые принципиально устраняют эту проклятую «обратную работу».

Для их формирования, во-первых, надо отказаться от одинаково идущих часов в передатчике и в приемнике. Их надо выбросить на свалку. Отсчет времени или фазы в точку приема должен приносить сам сигнал. В него и надо на передаче врубить метки времени. Но оказывается, это лишнее. Метки уже есть: фаза несущего колебания каждой посылки и есть отличная метка времени.

Во-вторых, для эксплуатации этих меток следует немного изменить метод манипуляции фазы: надо фазу каждой посылки отсчитывать не по единым часам (которые мы уже выбросили), а от фазы ранее переданной (предыдущей) посылки. Например, так: для передачи Нет берем фазу, обратную предыдущей (или сдвинутую от предыдущей на 180 градусов). Соответственно изменяется и метод приема: каждая предыдущая посылка (она же метка времени) хранится в памяти приемника до прихода следующей и сопоставляется с нею в блоке сравнения. Каждая посылка несет свою информацию и одновременно является меткой времени (часами) для приема последующей.

На рисунке верхние человечки изображают посылки, идущие со входа, а нижние – те же посылки, но прошедшие через линию задержки. Если человечки стоят одинаково – оба на ногах или оба на руках, – то передается плюс. Если стоят по-разному, то минус. В этом случае «обратная работа» принципиально устраняется. Даже если произойдет переворот всех посылок на обратные, информация не исказится, поскольку перевернется как данная, так и ей предшествующая посылка, а их соотношение (одинаковые они или разные) сохранится.

Поражала предельная простота метода. Неужели я первый набрел на этот лежащий на самой поверхности способ передачи и приема? Не может быть! Тут, наверное, ошибка в рассуждениях. К утру уже сомнений не было – все получается! Акробатика уничтожена. Да и Нет уже не меняются местами. Но еще три года ушло на то, чтобы создать такой канал связи. Авторское свидетельство было выдано после двухлетнего спора с экспертами. Их сбивала элементарная простота метода.

Сейчас этот метод известен под названием относительной фазовой телеграфии (ОФТ). Он попал в учебники. Слово относительный подчеркивает, что фаза данной посылки отсчитывается относительно предыдущей. ОФТ находит широкое применение в различных системах связи, особенно там, где нужно получить предельную помехоустойчивость (или скорость) передачи.

Мы на ней несколько задержались потому, что из известных методов ОФТ обеспечивает максимальную помехоустойчивость, а следовательно, и максимальную дальность. Это делает возможным ее применение в межзвездной связи.

Ура! Да здравствует контакт!

^{Окончание спора}

О. Предположим, цивилизация X и цивилизация Y пытаются установить контакт. Как, ты думаешь, можно вычислить потребную мощность передатчика?

П. Она же зависит от многих величин, которые мы будем высасывать из пальца!

О. Вынь палец изо рта. Попробуем логически моделировать эту систему связи, опираясь на теорию и практику землян.

П. Но ведь у них техника…

О. Перестань. Техника другая, но законы, понимаешь, З-А-К-О-Н-Ы те же. Скажи мне, от чего зависит предельная дальность радиосвязи?

П. Попытаюсь вспомнить. От мощности передатчика Р – раз. От диаметров передающей и приемной антенны D₁ и D₂ – два. От температуры шумов на входе приемника Т – три. От рабочей длины волны λ (она определяет уровень внешних помех) – четыре… Вот, кажется, и все.

О. Слона-то ты и не приметил. Хочешь, посылай 1000 телеграмм в час, хочешь, посылай одну в сутки нужна та же мощность, так?

П. Нет, конечно. Чем больше скорость работы, тем полоса пропускания приемника Δf должна быть шире, тем больше он вбирает в себя шумов, тем больше нужна мощность передатчика, чтобы их перекричать.

О. Верно. Но это не все. Дальность еще зависит от того, насколько нам надо перекричать шум. А это, в свою очередь, определяется способом погрузки информации на переносчик. Ведь нам надо выиграть поединок на входе приемника (см. рисунки). Чем способ передачи помехоустойчивей, тем меньшую мощность надо для победы.

П. Конечно.

О. Итак, цивилизация X отстоит от цивилизации Y на расстоянии R световых лет. Подсчитай, пожалуйста, какая нужна мощность для радиосвязи.

П. Но у меня же нет ни единой цифры.

О. Держу пари, что все необходимые цифры лежат в твоем затянувшемся паутиной пессимизма «запоминающем устройстве», то бишь – голове. На какой волне меньше всего шумы Галактики?

П. Они достигают минимума приблизительно при волнах от 3 до 30 сантиметров.

О. Верно. Какой диаметр антенн достигнут в этом диапазоне?

П. Порядка сотни метров.

О. Убедился? Ты все отлично знаешь. Дальше действуй сам. Встряхни свою память. Ведь там уйма сведений валяется без дела. Вот логарифмическая линейка, бумага. А я пока полистаю свежие журналы. Да попутно оцени, сколько звезд находится в сфере радиуса R, считая, что плотность звезд в сфере такая же, как в окрестности солнечной системы.

П. Готово. Вот расчетная формула и результаты.

О. Как же ты их получил?

П. Я считал, что обе цивилизации находятся на уровне, близком к нашему. Поэтому можно принять: диаметры антенны D = 150 метров, длина волны λ = 10 сантиметров, температура шумов T = 10°К, минимальное отношение мощностей сигнал/шум N = 10.

О. А полоса пропускания приемника?

П. Я ее принял равной 10 герцам.

О. Что же это за сигнал?

П. Это либо непрерывное излучение синусоидального переносчика без всякой модуляции, либо с очень медленной модуляцией – несколько посылок в секунду.

О. Какая же нужна мощность?

П. Ближним звездам – десятки киловатт, дальним – миллионы киловатт.

О. Ну вот видишь, ты сам себе доказал, что уже сегодня мы можем прокричать «ау!» ближайшей сотне звезд. Передатчики такой мощности – это уже достижимая почти величина в нашем диапазоне волн.

П. «Ау!»-то, может, и можем, но как быть с посылкой более содержательной информации?

О. А что?

П. Будем говорить о передаче дискретных двоичных сигналов. Весьма вероятно, что именно этот гибкий помехоустойчивый метод будет использоваться. Так вот, если мы захотим увеличить скорость передачи в 100 раз по отношению к принятой в расчете, то нам нужно в 100 раз увеличить мощность передатчика. А ведь 100 посылок в секунду на нашей планете – это телеграфная линия средней скорости. Как же быть с идеей Кардашева?

О. Во-первых, у нас есть еще резервы. Например, ты слышал об уникальной антенне в Пуэрто-Рико? Ее диаметр 300 метров. Использование антенн такого типа может дать снижение необходимой мощности в сотню раз. Далее, мы можем в несколько раз снизить величину N, применяя фазовое телеграфирование и коды, корректирующие ошибки. Во-вторых, можно сложить мощности нескольких передатчиков в эфире…

П. Все равно мы не сможем создать передающее устройство, которое «выплюнет» все достижения нашей цивилизации за короткий отрезок времени. Не хватит пороху!

О. Что ты называешь коротким?

П. Скажем, дни или недели. Нельзя же вбирать эту информацию годами или десятками лет!

О. Да, пожалуй.

П. Вот видишь. Так есть ли надежда?

О. Стоп! Ведь мы с тобой условно считали, что X и Y цивилизации типа земной. Но если мы X, то Y могла уйти далеко вперед! Это может быть даже сверхцивилизация, владеющая сказочными энергетическими ресурсами!

П. Ну и что?

О. А то, что в уравнение связи входит произведение технических возможностей X и Y. Это значит, что мы уже можем принимать не только простейшие сигналы типа «ау!», но и богатейший поток информации от таких цивилизаций.

П. Ты обещал цифры.

О. Пожалуйста. Воспользуемся расчетами Н. Кардашева. Возьмем самый крайний случай. Сверхцивилизация Y решила передать нам, темным иксам, гигантский поток информации объемом, приблизительно равным содержанию всех книг, изданных за время существования человечества. Их число равно 10⁸. Будем считать, что при преобразовании содержащейся в каждой из книг информации в двоичную в среднем потребуется 10⁶ двоичных единиц. Можно всю эту премудрость передать за одни сутки?