Текст книги "Посвящение в радиоэлектронику"

Автор книги: Владимир Поляков

Жанр:

Технические науки

сообщить о нарушении

Текущая страница: 26 (всего у книги 26 страниц)

Одновременно с приемом сигнала с ИСЗ определяются и координаты терпящего бедствие объекта, что и обеспечивает быстрое и эффективное оказание помощи. Простейшие аварийные радиобуи АРБ-121,5 передают в эфир немодулированный сигнал на частоте 121,5 МГц. Таких буев установлено уже несколько сотен тысяч. Даже смодулированного сигнала достаточно, чтобы бортовая спутниковая аппаратура определила координаты буя с точностью до 20 км по доплеровскому сдвигу частот. Этого вполне достаточно, поскольку бортовые приемники-пеленгаторы поисковых судов и самолетов могут принять сигнал буя с расстояния в 30 км. Более совершенно устройство радиобуя АРБ-406. Он оснащен двумя передатчиками, один из которых на частоте 406 МГц посылает сигнал на спутник, а другой, работающий на частоте 121,5 МГЦ, служит «приводным маяком» для пеленгаторов спасательных средств. На радиобуе имеется и запоминающее устройство, хранящее основную информацию: название судна, государственную принадлежность, координаты, характер аварии. Эта информация передается на ИСЗ и далее – в координационный центр.

Сразу после запуска ИСЗ «Космос-1383» продемонстрировал высокую эффективность системы. Только за первые три месяца работы удалось спасти жизнь двенадцати гражданам Канады, США и Англии. Журнал «Тайм» писал о «чуде космического века». 24 марта 1983 года к первому советскому спутнику-спасателю присоединился второй, «Космос-1447», а 28 марта – американский ИСЗ NOAA-8. Через год на счету космической системы были сотни спасенных жизней, и более 20 стран выразили желание присоединиться к ней.

Немалую роль играют ИСЗ и в деле пополнения наших знаний о геологических, гидрофизических, агробиологических и многих других характеристиках поверхности Земли. Как вы думаете, что раньше было на месте пустыни Сахара? Сейчас – это огромное море песка, кое-где перемежаемого выходами коренных горных пород. Однажды с одной из АМС, удалившейся на расстояние нескольких десятков тысяч километров, было передано телевизионное изображение Земли. Мелких деталей на нем уже не было заметно, а только что упомянутые выходы горных пород оказались расположенными правильным кольцом и очерчивали контуры гигантского древнего горного цирка. О его существовании и не подозревали. Надо было удалиться в космос, чтобы увидеть это древнее геологическое образование. Аналогичные кольцевые структуры были обнаружены и на снимках, сделанных с орбитальных станций. Они помогли геологам найти новые месторождения меди. Снимки Ферганской долины, полученные нашими космонавтами на пилотируемых орбитальных станциях, помогли геологам правильно расположить разведочные буровые скважины, что сэкономило миллионы рублей, ведь каждая скважина обходится очень недешево!

Спутники помогают обнаруживать полезные ископаемые.

Имеется много других примеров чрезвычайной ценности космической информации о Земле. Когда густоту цвета на снимке Каспийского моря сопоставили с картой глубин, получили почти точное совпадение. А один снимок Аральского моря позволил сразу установить степень его обмеления из-за расхода воды рек Сыр-Дарьи и Аму-Дарьи на орошение поливных среднеазиатских земель. Один снимок заменил работу многих экспедиций!

В сельском хозяйстве сразу оценили выгоду использования спутниковой информации. На обнаружение вспышек заболеваний сельскохозяйственных культур и их поражения вредителями исследовательская служба США тратит ежегодно 3 млн. долларов. Ту же работу можно выполнить гораздо дешевле, используя космические снимки. Поля изменяют цвет в зависимости от состояния культуры и степени ее созревания. Важно и то, что контроль ведется не выборочно, на отдельных участках полей, а сразу по всей площади. Правильное определение сроков созревания крайне важно, поскольку снижение потерь урожая только на 1 % выражается для США суммой в размере 75 млн. долларов. В одной только Калифорнии в 1970 году сэкономили 5 млн. долларов благодаря использованию космической информации для определения степени зрелости винограда.

С орбиты ИСЗ очень хорошо видны лесные пожары, а своевременное их обнаружение очень важно.

… пожары.

… степень зрелости сельскохозяйственных культур.

Столь очевидные выгоды привели к разработке специализированного спутника для изучения и исследования природных ресурсов. Такой спутник ERTS-1 был запушен в США в 1972 году. Это довольно тяжелый спутник весом около тонны, диаметром 3,05 и высотой 3,35 м. Конструкция его во многом напоминает уже описанный метеорологический ИСЗ, и орбита имеет похожие параметры.

Спутник ERTS-1 был оснащен тремя телевизионными камерами электронного телевидения RBV с видиконами в качестве фотоприемников и многоканальной оптико-механической телевизионной камерой MSS. Надо сказать, что электронное телевидение в космосе себя не оправдало, и камеры RBV вышли из строя сразу после запуска из-за пробоя высоковольтной изоляции. Зато система механического телевидения работала более года и буквально «засыпала» информацией центр обработки, с лихвой окупив все затраты. Надо отметить, что из-за обилия информации полностью удавалось обрабатывать всего лишь 20 % получаемых снимков.

Остановимся подробнее на системе механического телевидения MSS, которую часто называют сканером. Она «нацелена» в одну точку на поверхности Земли, но благодаря качающемуся зеркалу эта точка перемещается по строке поперек направления движения спутника. Ширина строки составляет на поверхности Земли 185 км (100 миль). «Сняв» одну строку, сканер «прочерчивает» следующую, но весь ИСЗ успевает за это время немного продвинуться вперед по орбите, осуществляя развертку кадра. Качающееся зеркало совершает 15,2 колебаний в секунду. Угол качания составляет всего ± 2,9°. Во время рабочего ход для большей плавности зеркало движется по инерции, а ударившись о демпферы, возвращается в исходное положение электромагнитом. Это эллиптическое зеркало с размерами 23 х 23 см было изготовлено из полированного бериллия с серебряным покрытием.

Свет, отраженный качающимся зеркалом, попадает в зеркальную телескопическую систему Касеегрена диаметром 23 см, которая фокусирует его на волоконно-оптическую систему, распределяющую свет по фотодетекторам. Каждое качание зеркала дает сразу шесть строк изображения, снимаемых шестью системами фотодетекторов. А каждая система содержит четыре фотодетектора, рассчитанные на разные диапазоны спектра: 0,5…0,6 мкм (сине-зеленый), 0,6…0,7 мкм (красно-желтый), 0,7…0,8 мкм (красный) и 0,8…1,1 мкм (инфракрасный). Таким образом, всего в камере 24 световода и 24 фотоприемника.

Видеосигналы камеры MSS преобразуются в цифровую форму бортовым мультиплексером со скоростью 15 Мбит/с. Используются шестиразрядные слова-байты. Каждый формат (как бы предложение) содержит 25 слов: первое для синхронизации, остальные 24 для передачи данных от фотоприемников. Видеосигналы в цифровой форме либо сразу передаются на Землю, либо записываются бортовым магнитофоном, чтобы быть переданными потом, при пролете над станцией слежения.

Механическая спутниковая телевизионная система MSS.

Описанная система позволила получить очень хорошее разрешение на местности: около 60..70 м. На снимках, которые воспроизводятся в виде квадратных кадров размером 100 х 100 миль, можно рассмотреть отдельные корабли в океане или стоящие у причалов, шоссейные и железные дороги, строения, отдельные группы деревьев. После геометрической коррекции искажений и привязки к опорным точкам на местности снимки вполне могут использоваться для целей картографии.

На спутнике установлена и еще одна интересная система сбора информации с наземных и морских платформ. Платформы устанавливают в удаленных и труднодоступных местах, и они регистрируют сейсмические колебания, а главным образом – метеорологические данные. С помощью морских плавающих платформ-буев собираются данные о ветре, волнении, прохождении катастрофических волн цунами, метеопараметрах атмосферы и т. д. Каждая платформа оборудована небольшими радиопередатчиком и дежурным приемником. Спутник, дважды в сутки пролетая над каждой платформой, посылает сигнал запроса, по которому включается передатчик, и накопленная информация в цифровом виде передается на спутник. Данные со всех платформ накапливаются и передаются спутником в центр обработки.

Если линия связи платформа-спутник узкополосна и имеет пропускную способность не более 0,1 кбит/с, работая на частоте 401,9 МГц, то линия передачи данных со спутника на центр обработки должна пропускать очень большой объем информации. Передача ведется на волнах десятисантиметрового диапазона со скоростью 15 Мбит/с. Полоса частот основного и резервного каналов связи достигает 20 МГц. Дополнительно спутник имеет командный служебный радиоканал, который предназначен для управления его системами и работает в диапазоне MB.

На этом закончим рассказ о первом (и самом простом) ИСЗ для исследования природных ресурсов. Сейчас разрабатываются и используются более сложные и совершенные спутники и системы. Сообщалось, например, о разработке сканера, работающего в 24 спектральных диапазонах от ультрафиолетовой по дальней инфракрасной области. Все шире используется всепогодная радиометрическая и радиолокационная аппаратура. Радиометр (приемник собственного теплового радиоизлучения Земли), работающий на сантиметровых волнах, позволяет обнаруживать очаги лесных пожаров и вулканической деятельности, составлять карты сельскохозяйственных угодий и определять влажность почвы. Он оказался незаменимым в ледовой разведке, ведь кажущаяся яркостная температура льда оказалась почти на 100° выше температуры открытой воды.

Еще большие возможности имеет радиолокатор бокового обзора с синтезированной апертурой. Облака для этих приборов не помеха.

Много аппаратуры для исследования природных ресурсов и решения других народнохозяйственных задач размещается на отечественных ИСЗ «Метеор – Природа», регулярно запускаемых и эксплуатируемых с 1978 года. Они созданы на базе метеорологического спутника «Метеор», но существенно отличаются от него составом аппаратуры, параметрами орбиты и другими данными.

Искусственные спутники Земли для исследования природных ресурсов запускают на синхронно-солнечные орбиты. При таких орбитах ИСЗ пролетает над каждой точкой земной поверхности в одно и то же местное время. Высота Солнца при съемке остается одной и той же. Это даст возможность наблюдать поверхность в одинаковых условиях и легко выявлять произошедшие изменения ее состояния (например, появление всходов, их созревание, изменение береговой линии рек, озер и водохранилищ и т. д.). Высота орбит составляет около 650 км при угле наклонения около 98°, т. е. спутник пролетает и через полярные области планеты.

Основной аппаратурой для съемки поверхности Земли остается многоспектральная телевизионная аппаратура с механическим сканированием. Но уже имеются разработки приборов и с электронным сканированием. В них используются линейка светоприемников и интегральное электронное устройство сканирования, выполненное на приборах с зарядовой связью. Принцип действия линеек состоит в том, что по мере поступления тактовых импульсов «считывается» заряд с каждой из последующих ячеек-фотоприемников и таким образом разворачивается строка изображения. Используют как системы низкого разрешения, позволяющие наблюдать крупномасштабные образования при ширине полосы обзора 2100…2400 км, так и системы среднего и высокого разрешений для получения детальных изображений.

Космическая информация широко используется в народном хозяйстве нашей страны. Созданы, например, геологические карты в масштабах 1:2500000 и 1:5000000, которые невозможно было бы создать в сжатые сроки другими методами. Немало народнохозяйственной аппаратуры устанавливают на орбитальных космических станциях. Вот, например, состав такой аппаратуры: многоспектральная аэрофотокамера; ИК спектрометр; многоканальный сканер; СВЧ радиометр и измеритель коэффициента отражения от земных покровов (скаттерометр) трехсантиметрового диапазона; СВЧ радиометр диапазона ДМВ.

Существуют и другие разработки. Например, метеорологический спутник на геостационарной орбите. Он не только каждые 20 мин получает и передает в центр обработки изображение облачного покрова видимой половины Земли, но служит еще и ретранслятором. Обработанные снимки снова передаются на спутник, а оттуда ретранслируются любым возможным пользователям информации.

Рассказ о спутниках и межпланетных станциях можно продолжать до бесконечности, но тогда и эта книга никогда не имела бы конца. Так что лучше вовремя остановиться, a те из читателей, кто заинтересуется космической электроникой, могут прочитать о ней в популярных или научных изданиях.

Заключение

Приступая к работе над этой книгой, я надеялся познакомить читателей, если не со всеми, то, во всяком случае, со многими аспектами современной радиоэлектроники. По мере работы и особенно с приближением к ее завершению становилось все яснее, что полностью решить поставленную задачу не удастся. Электроника проникла в такое множество отраслей научной и производственной деятельности, что даже их простое перечисление оказывается практически невозможным. Еще труднее отразить современное состояние дел в радиоэлектронике. Прогресс настолько стремителен, что сведения. которыми мы располагали вчера, сегодня становятся безнадежно устаревшими.

Только что узнал: установлен новый рекорд дальности связи по волоконно-оптическому каналу – 200 км без промежуточных усилителей; на одном самолете полностью отказались от соединительных проводов и заменили их оптическим волокном; на одном кристалле площадью несколько квадратных сантиметров сделали микропроцессор с памятью объемом в четверть миллиона бит информации…

И подобные сообщения поступают непрерывно.

Как же быть? Может быть, базнадежно и пытаться изучать радиоэлектронику – все равно за современными достижениями не угонишься? Нет, дорогой читатель, все совсем не так. Речь идет не о гонке и не о соревновании, а о вашем посильном вкладе в общее дело совершенствования техники и технологии. Радиоэлектроника – увлекательнейшее дело и необъятное поле приложения ваших сил и знаний. Многие люди беззаветно служили радиоэлектронике. Наверное, они были очень счастливыми людьми, ибо испытали самое высшее наслаждение, которое только доступно человеку, – наслаждение творческой работой.

Вдумайтесь в эти слова, читатель, и, может быть, вы припомните моменты из собственной жизни, когда испытывали что-то подобное. Процесс творческого познания в самом себе несет удовлетворение для человека. Пока интересно – изучайте, пока есть желание – экспериментируйте! Радиолюбитель с паяльником и ученый перед сложнейшим компьютером едины в одном: они заняты творческой деятельностью. Если вы и не достигнете уровня всемирно известных ученых – не беда. Вы внесете посильный вклад своей творческой деятельностью в создание общества будущего.

Вот что писал Б. К. Шембель, один из столпов отечественной радиотехники, молодым читателям: «В работе не бойтесь трудных тем… Пристально и настойчиво изучая вопрос, вы обязательно найдете в нем новое, интересное, а иногда очень важное. А чем больше вы вложите труда в вашу работу, тем ближе она вам будет.