Текст книги "С думой о Земле"
Автор книги: Владислав Горьков
Соавторы: Леонид Кизим,Анатолий Березовой
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 14 страниц)
Реальная атмосфера отличается так называемыми флуктуациями. Так, замечено, что в соответствии с периодами солнечной активности наблюдаются четыре вида колебаний, разнесенных по времени. Во-первых, случайные колебания плотности в течение суток как на дневной, так и на ночной стороне Земли обусловлены спорадическими солнечными возмущениями. Во-вторых, колебания плотности повторяются через 27-суточные интервалы, равные периоду вращения Солнца вокруг своей оси по отношению к Земле. В-третьих, имеются сезонные колебания, на которые накладывается шестимесячный цикл. Например, плотность, стремится к минимуму в июле и к максимуму в октябре, причем в январе наблюдается вторичный минимум, а в апреле – вторичный максимум. В-четвертых, атмосфера реагирует на колебания солнечной активности в течение 11-летнего цикла появления солнечных пятен. Заметим, что, кроме солнечных возмущений, на атмосферу Земли оказывают воздействие и другие факторы.
Все это учитывают при построении динамической модели атмосферы Земли. Ее эллипсовидные поверхности постоянной плотности имеют вариации в зависимости от времени. В качестве такой модели атмосферы (так же, как и у фигуры Земли) каждое государство в своей космической практике использует собственную, уточняя ее также национальными средствами.
Благоприятным обстоятельством для изучения влияния атмосферы на элементы орбиты является то, что ее возмущения носят характер иной, чем гравитационные. Так, плотность атмосферы быстро уменьшается с высотой, и космический аппарат, находящийся на эллиптической орбите, испытывает эффект торможения главным образом в районе перигея. Это приводит к изменению формы орбиты, то есть орбита, все более приближаясь к круговой, монотонно изменяет эксцентриситет и большую полуось. Если бы атмосфера была стационарной, эти элементы оказались бы единственными, которые изменяются под действием атмосферы. Однако вследствие ее вращения появляются небольшие поперечные силы, создающие малые монотонно растущие возмущения.
Мы рассмотрели влияние Земли лишь на близкие околоземные орбиты. Что касается высокоэллиптических, стационарных и межпланетных орбит и траекторий, то для них возмущения, вносимые нашей планетой, будут существенно меньше.
Орбиты спутников связи
Выбор формы орбиты, ее наклонения и периода обращения являются первостепенными и, можно сказать, определяющими факторами при проектировании системы спутниковой связи. Они обусловливают принципы организации и эксплуатации системы, энергетику радиолиний и другие технические решения. Наибольшее развитие получили спутниковые системы связи на низких, высокоэллиптических и геостационарных орбитах.
Первыми нашли применение низкоорбитальные спутники связи. Их достоинством является экономичность вывода на орбиту, более простая бортовая аппаратура. Однако недостатков оказалось больше, чем достоинств: большое количество спутников в системе, необходимость постоянного контроля за их движением, частая коррекция орбиты вследствие ее эволюции в процессе полета. Все это привело ко многим эксплуатационным неудобствам, а в конечном счете к нерентабельности такой системы связи. Низколетящие спутники оказались эффективными лишь в случаях, не требующих двусторонней непрерывно действующей связи (например, у геологов). Переданная информация запоминается на борту спутника, а при его пролете над местом приема по команде или автоматически «сбрасывается» на Землю.
Развитие спутниковых систем связи в Советском Союзе начиналось с освоения высокоэллиптических орбит. Это стало возможным благодаря наличию мощной ракеты-носителя, возможностям космодрома и командно-измерительного комплекса, обеспечивающих вывод и управление полетом спутников типа «Молния» на орбитах с наклонением 65 градусов, периодом обращения 12 часов, высотой около 40 тысяч километров в апогее и около 500 километров в перигее. Параметры выбирались из условия обеспечения минимально необходимой длительности связи между двумя крайними пунктами. Так, например, между Москвой и Дальним Востоком одновременная радиовидимость при помощи спутника «Молния» обеспечивается в течение 8–9 часов из 12 для одного периода.
Как же этого добиваются?
Прежде всего путем учета законов механики и возмущений. Так, согласно второму закону Кеплера угловая скорость спутника при движении по эллиптической орбите тем меньше, чем дальше он удален от центра Земли. Иными словами, скорость его движения в районе апогея существенно медленнее, чем в перигее, что и позволяет при расположении апогея в Северном полушарии достичь такой продолжительности связи. Однако это необходимое, но недостаточное условие.
Дело в том, что возмущения, вносимые фигурой Земли, приводят к тому, что линия апсид прецессирует. Анализ математических зависимостей, описывающих движение спутника в реальном поле сил, позволяет среди множества орбит найти ту, у которой эта прецессия равна нулю. Ее наклонение оказывается равным порядка 63°.
Еще более приспособленной для целей связи оказалась геостационарная орбита. Известно, что создать искусственный спутник, который был бы неподвижным в межпланетном пространстве, вообще говоря, нельзя. Но его можно вывести так, чтобы, перемещаясь по отношению к звездам, он оставался неподвижным для наблюдателя на Земле. Такой спутник принято называть стационарным, то есть неподвижным, хотя более точно было бы назвать его геостационарным – неподвижным относительно какой-либо точки земной поверхности.
Каковы же должны быть параметры орбиты такого спутника?
Принято считать, что Земля совершает один оборот относительно своей оси за 24 часа. Это верно лишь отчасти. Например, меридиан, на котором расположена Москва, действительно пересекает линию Земля – Солнце через 24 часа, но по отношению к направлению на неподвижную звезду он совершает один оборот лишь за 23 часа 56 минут 04 секунды. Поэтому спутнику за это время нужно сделать один оборот вокруг оси Земли, чтобы его обращение по орбите было синхронным вращению Земли. Однако не всякий синхронный спутник будет стационарным. Для того чтобы он казался для наблюдателя на Земле неподвижным, плоскость его орбиты должна быть перпендикулярна оси вращения Земли.
В этих условиях единственно возможной остается орбита, след которой проходит по экватору, и, значит, наклонение ее равно нулю. Высота же орбиты должна равняться 35 800 километрам. Эта орбита хороша тем, что спутник «видит» с нее почти 40 процентов поверхности Земли. Вот почему с каждым годом растет число геостационарных спутников прежде всего для связи. Сейчас на этой орбите уже стало тесно. Мало того, космические аппараты еще и старятся, прекращают свою работу.
Что же делать, ведь на место отработавшего надо ставить новый?
И тут нам снова на помощь приходит Земля. Спутник, прекративший свою работу, почти незаметно начнет двигаться вдоль орбиты. А на ней есть две так называемые «потенциальные ямы», районы, попав куда он останавливается, точно корабль, бросивший якорь. Только морской корабль может сняться с якоря, а космический из «потенциальной ямы» выбраться уже не может, тут он остается навсегда. Районы, где отсутствует дрейф спутников, совпадают с малой осью экваториального сечения Земли и находятся над Индийским и Тихим океанами. Их называют кладбищем стационарных спутников. Отработавший космический аппарат, подобно престарелому слону, гонимому инстинктом на кладбище своих предков, начнет дрейфовать на кладбище спутников – в ближайшую «потенциальную яму». А освободившееся место займет новый спутник, чтобы продолжить службу своего предшественника.
Геостационарные спутники проще всего выводить на орбиту со стартовых площадок, расположенных на экваторе. И вот почему. Изменение наклонения после выведения космического аппарата на орбиту – самая дорогостоящая операция. Например, для полета на Луну с территории СССР требуется меньше топлива, чем для выведения спутника на стационарную орбиту, хотя последняя более чем в 10 раз ближе к нашей планете. Из всей энергии, затрачиваемой в этом случае на выведение, примерно половина уходит на поворот плоскости орбиты. Однако существует схема, которая позволяет экономить топливо и в общем случае.
Если спросить любого человека, целесообразно ли лететь на самолете из Москвы в Киев через Владивосток, то он, несомненно, подумает, что с ним шутят. Ясно, что такой обходной маневр связан с огромной и ненужной затратой топлива. Иначе обстоит дело в космосе, в частности при выведении спутника на стационарную орбиту. Для стартовой площадки, расположенной, например, выше 49 градусов по широте, с орбиты ожидания спутник переводится на переходную орбиту с высотой апогея, намного превышающей высоту стационарной орбиты.
В апогее осуществляется второе включение двигателя для перехода на вторую переходную орбиту, которая находится уже в плоскости экватора и перигеем касается стационарной. Третий раз двигательная установка включается в перигее второй переходной орбиты, то есть на высоте стационарной орбиты, для того чтобы снизить скорость спутника и предотвратить его уход вверх. Как ни парадоксально на первый взгляд, но именно использование переходной орбиты с апогеем, намного превышающим высоту стационарной орбиты, дает энергетический выигрыш. Оказывается, что с увеличением высоты энергозатраты на изменение наклонения орбиты, которые являются определяющими в общей доле затрат, уменьшаются. В итоге схема становится более экономичной.
Естественно, приведенная схема не единственная. В зависимости от обстановки, конкретных условий возможны и другие.
Космические антенны
Многие космические объекты, порой даже невидимые в самые сильные оптические телескопы, удается регистрировать по испускаемому ими радиоизлучению. А ведь радиофон несет в миллионы раз меньшую энергию, чем световой поток. Оказывается, такой разительный контраст между видимым и радиоизлучением обусловлен особенностями поглощения и рассеяния электромагнитных волн на пути от источника к приемнику.
Космические радиотехнические средства используются почти исключительно в УКВ-диапазоне. Дело тут вот в чем. Прилегающий к поверхности нашей планеты газовый слой (тропосфера) содержит повышенную концентрацию водяных паров и кислорода, которые поглощают волны миллиметрового и оптического диапазона. А в ионосфере (50–280 километров) находится несколько слоев с повышенной концентрацией свободных электронов, которые не пропускают длинные радиоволны. Отразившись, как от зеркала, они возвращаются на Землю.
Это свойство, необходимое и достаточное для земной радиосвязи, становится основной помехой для космической. Волны УКВ-диапазона (сантиметровые, дециметровые и метровые) проходят сквозь эти преграды. Поэтому они используются для связи со спутниками. Что же касается возможности приема, то она прежде всего связана с площадью антенн.
Диаметр зеркала самого крупного, в мире оптического телескопа равен 6 метрам, а поворотного радиотелескопа – 100 метрам. Такое увеличение площади антенны позволило значительно раздвинуть рамки наблюдения Вселенной – до расстояния 10 миллиардов световых лет. Осваивать такие дальности связи в космонавтике пока нет необходимости. Однако этот пример наглядно иллюстрирует не только возможности радиоинструментов, но и направление развития космических радиосистем.
Обеспечить большую мощность излучения со спутника трудно. Ведь возможности ракет-носителей ограничены. А это, в свою очередь, вызывает ограничение массы и габаритов устанавливаемой на спутниках аппаратуры. Компенсировать эти ограничения можно лишь за счет установки мощных радиосредств на Земле. Их-то и используют для управления движением космических аппаратов, контроля траектории их полета, приема и передачи телеметрической и научной (прикладной) информации, связи с космонавтами.
Если к этому добавить различия в дальности и скорости полета спутников, способах их ориентации и стабилизации, то становится ясным, насколько разнообразны должны быть радиолинии. И наиболее заметно это сказывается на антеннах. Сейчас их насчитывается несколько десятков, отличающихся друг от друга размерами, формой и другими параметрами. Наиболее распространена параболическая антенна, используемая в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Она состоит из металлического зеркала в виде параболоида вращения и облучателя, помещенного в фокусе.
Принцип ее действия основан на явлениях, общих для радиотехники и оптики. Так, световые лучи, исходящие от источника, находящегося в фокусе такого зеркала, после отражения от него становятся параллельными. Каждый элемент поверхности параболоида можно рассматривать как источник переизлучения электромагнитной энергии.
А как изменяется интенсивность излучения за пределами раскрыва параболоида? Реальная параболическая антенна излучает энергию во всех направлениях, а вследствие конечных размеров зеркала даже назад. Однако максимум ее приходится в направлении оси. Изменение плотности электромагнитной энергии вне главного лепестка характеризуют так называемые боковые лепестки диаграммы направленности.
При малой длине волны (единицы и десятки сантиметров) любое отклонение формы зеркала от заданной вызывает изменение диаграммы направленности, искажает, расширяет главный и увеличивает боковые лепестки. Поэтому зеркало параболической антенны диаметром в несколько метров изготовляют с точностью до нескольких миллиметров. Кроме того, конструкция его должна быть достаточно жесткой, исключающей деформацию под воздействием ветра, собственной тяжести и динамических нагрузок. Снег, дождь, обледенение зеркала тоже влияют на диаграмму направленности. Чтобы уменьшить их воздействие, а также защитить антенны от ветра, их иногда полностью покрывают колпаками из особого радиопрозрачного материала.
Диаграммы направленности любой антенны при приеме и передаче совпадают. Поэтому в том и другом случае может использоваться одна и та же антенна. При импульсном излучении вследствие разнесения по времени передаваемого и принимаемого сигналов она поочередно подключается к передатчику или приемнику. Чтобы использовать одну и ту же антенну при непрерывном излучение, передаваемый и принимаемый сигналы разносят по частоте. Электромагнитная энергия от передатчика к облучателю и от облучателя к приемнику передается с помощью волноводно-фидерного тракта.
Обеспечивает требуемую направленность параболической антенны при слежении за спутником оператор. С помощью электромеханических устройств он перемещает антенну раздельно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При программном управлении антенна сопрягается с вычислительной машиной. ЭВМ рассчитывает изменение углов в зависимости от времени и управляет антенной, а в автоматическом сопровождении она принимает сигнал и направляет его в замкнутую систему автоматического регулирования.
В космических радиолиниях метрового и нижней части дециметрового диапазонов волн используются спиральные антенны. Они представляют собой проволочные спирали, прикрепленные к металлическим дискам и питаемые через коаксиальный кабель. Его внутренний провод подсоединяется к спирали, а наружная оболочка – к диску, расположенному перпендикулярно оси спирали. При этом на одном диске может быть несколько конических или цилиндрических спиралей.
Направленные свойства спиральной антенны существенно зависят от соотношения диаметра спирали и длины волны. Это отношение обычно равно 0,25–0,45. Максимальное излучение такой антенны направлено вдоль ее оси. Ширина диаграммы направленности составляет несколько градусов. Перемещается антенна оператором или автоматически. Диск спиральной антенны предназначен для ослабления излучения в задней полусфере. У конических спиральных антенн диапазон рабочих частот более широкий, чем у цилиндрических. Спиральные антенны просты в эксплуатации, производство их дешево.
Излучение и прием электромагнитных колебаний на борту спутника осуществляются с помощью простых, надежных антенн рассмотренных выше типов. Применяются также несимметричный штыревой вибратор, рупорные, щелевые, турникетные и линзовые антенны.
В последние годы все больший интерес проявляется к антеннам нового типа – так называемым фазированным антенным решеткам (ФАР). Они представляют собой множество (сотни, тысячи и даже десятки тысяч) элементарных излучателей. Запитывают их последовательно или параллельно через специальные элементы – разветвители, усилители, фазовращатели и коммутаторы. На каждом элементарном излучателе получают требуемую величину и фазу электромагнитного поля. Управляет всеми элементами ЭВМ. Меняя величину и фазу электромагнитного поля на каждом облучателе по заданному закону, можно изменять форму диаграммы направленности ФАР, число и взаимное расположение главных лепестков излучения, перемещать их любым образом в пространстве.
Возможность формирования требуемого распределения электромагнитного поля электрическим способом позволяет делать ФАР практически любой формы, наиболее согласующейся с конструкцией того объекта, на котором предусматривается их установка. Фазированным антенным решеткам принадлежит будущее.
Таким образом, зная, как проходит трасса, расположение зон радиовидимости и наземных средств обеспечения космического полета, можно определить продолжительность связи космического аппарата с каждым КИП. Эти сведения позволяют планировать работу не только КИК, но и бортовой аппаратуры. Так для дистанционного зондирования Земли определяются условия и время съемки. Все эти задачи решают ЭВМ, размещенные в ЦУП и на КИП.
Управление спутниками
Когда речь заходит об управлении космическими аппаратами, обычно прежде всего говорят о динамических операциях – выводе орбитальных станций на монтажную орбиту, сближении и стыковке, спуске транспортных кораблей. Но есть и другая, не менее важная сторона – управление работой бортовыми системами: включение и выключение аппаратуры, поддержание требуемых режимов работы приборов, агрегатов. Именно это и является определяющим для спутников связи, навигации, изучения окружающей среды и природных ресурсов Земли.
Для управления космическими аппаратами разрабатываются команды двух типов. Одни управляют движением спутника, другие – работой его аппаратуры. По своей форме и принципам передачи они идентичны, различаются лишь методами расчета.
Итак, команда из ЦУП поступает по линии связи на КИП, с которого и идет непосредственное управление спутником. Каждая командная радиотехническая станция имеет пульт выдачи команд, программно-временное устройство, аппаратуру кодирования информации, радиопередатчик и антенну.
Вспомните принцип космической радиосвязи. Устойчивой она бывает лишь в пределах прямой радиовидимости. Это значит, что управлять спутниками, находящимися на низких околоземных орбитах, где радиовидимость ограничена несколькими минутами, с помощью команд довольно сложно, а иногда и невозможно. Как, например, управлять работой аппаратуры метеоспутника с помощью команд в акватории Мирового океана? А ведь именно там это крайне необходимо. Вот почему наряду с командами используют и программное управление.
Программу можно представить как совокупность слов, каждое из которых состоит из команд и времени, определяющего момент их исполнения. Различают жесткую и гибкую программы. Первая обычно закладывается в бортовое программно-временное устройство при подготовке спутника к запуску. По радиолинии передается лишь одна команда, по которой и начинает исполняться программа. Такой метод управления наиболее простой и надежный. Однако жесткая программа не может отслеживать изменение обстановки и не поддается коррекции после выведения спутника. Жесткий программник, как его обычно называют, можно сравнить с проигрывателем, в котором без смены пластинки мелодии не изменить. «Сменить мелодию» на борту спутника с жестким программным управлением еще сложнее, ведь на Землю его для этого не вернешь.
Более совершенен метод управления по гибкой программе, которую можно полностью или частично изменить во время сеанса радиосвязи. Здесь тоже есть аналогия, подобная той, что приведена выше. Гибкая программа сравнима с записью на магнитной ленте, которую при желании можно полностью или частично заменить, не вынимая из магнитофона. В гибкой программе команды и время их исполнения рассчитываются в ходе полета спутника и передаются в бортовое программно-временное устройство по радиолинии. Естественно, в этом случае возрастает сложность программно-временного устройства, снижается надежность, но зато реализуются широкие возможности для управления бортовыми системами и, следовательно, повышается эффективность использования космических средств.
Не исключаются и промежуточные варианты, когда возможны в некоторых пределах коррекция выдачи команд либо изменение значений самих команд.
Программно-временные устройства, используемые в космической технике, довольно разнообразны. Они могут быть механическими, электрическими, электронными. Первые два используются для реализации жесткой программы, а последнее, более точное и компактное, – гибкой. Принцип работы простейшего программно-временного устройства таков. Генератор частоты постоянно вырабатывает импульсы, но попасть в счетчик они могут лишь с поступлением на борт команды «Пуск программы». С этого момента замыкается электрическая цепь, связывающая часы с распределителем команд. Далее в зависимости от заложенной программы в требуемые моменты времени распределитель выдает командные сигналы в бортовые системы спутника.
Как известно, в процессе полета спутника возможны его отклонения от расчетного движения. В связи с этим в распределителе команд предусмотрено изменение (правда, в небольших пределах) коэффициента деления счетчика импульсов. Его значение задается радиокомандой «Коррекция программы». В зависимости от необходимости изменения времени начала работы той или иной бортовой системы таких команд может быть несколько.
Для реализации гибкой программы требуется более сложное программно-временное устройство. Но прежде чем рассмотреть его работу, остановимся на основных принципах передачи и приема информации. Команды, поступившие из ЦУП на КИП, передаются на спутник по радиолинии с помощью кода – совокупности возможных радиосигналов или, как их часто называют, кодовых комбинаций. Элементы, образующие алфавит кода, могут различаться по частоте, фазе и амплитуде. В этом смысле «радиоалфавит» располагает несколько большими возможностями по сравнению с общепринятым.
Управление полетом космическими аппаратами-спутниками немыслимо без использования вычислительной техники. А она, как известно, использует двоичные коды. Поэтому при радиоуправлении в системе «ЭВМ – источник команды и линия ее передачи» принят единый код. Кроме того, при передаче команд обычно используются различные счетчики, делители частоты, запоминающие устройства, наиболее простая реализация которых также возможна при двоичном коде.
Что касается аппаратуры, участвующей в радиоуправлении, то ее принято подразделять на передающую и приемную. Первая включает в себя кодирующее и передающее устройство, а вторая – приемное и декодирующее.
Заметим, что реальная аппаратура разрабатывается с учетом таких особенностей, как большие расстояния передачи радиосигналов, значительная скорость перемещения спутников в пространстве, высокая точность привязки команд к единому времени и наличие большого количества радиопомех. Что касается радиопомех, то это могут быть атмосферные и электрические шумы, паразитные излучения источников электромагнитных колебаний, помехи от соседних по частоте и местоположению радиопередатчиков. Каждая из них может привести к нарушению управления. Теоретически возможны три случая искажения команд. Во-первых, когда декодирующее устройство вообще не регистрирует кодовую комбинацию. На ее месте в приемном устройстве появится пропуск. В этом случае говорят, что кодовая комбинация подавлена. Во-вторых, возможна трансформация команды, и в приемном устройстве появится ложная команда. В-третьих, ложная команда может быть сформирована за счет только одних помех.
Вероятность искажения команд зависит от продолжительности включения приемника и выбранного кода. В реальных условиях приемник включают незадолго до начала сеанса и выключают сразу по его окончании. Поэтому при случайных помехах имитация команд практически исключена. А вот трансформация кодовых комбинаций возникает довольно часто, и с ней приходится бороться. Здесь прежде всего помогает увеличение мощности передатчика, что позволяет уверенно отличить элементарный сигнал от помехи.
Второй путь – повышение помехоустойчивости элементарного сигнала. Сейчас разработаны многочисленные способы построения и приема помехоустойчивых сигналов. Один из них предусматривает, например, применение избыточного кода.
Однако более надежной и получившей широкое применение считается радиолиния с обратным каналом связи, по которой на передающую сторону поступают сведения о принятой на спутнике информации. В этом случае записанная в регистре кодовая комбинация ретранслируется на Землю. Здесь она поразрядно сравнивается с исходной, и при полном совпадении на спутник дается сигнал, разрешающий ее исполнение. При обнаружении ошибки запись в регистре стирается, и вся операция повторяется сначала. Естественно, это не единственный способ защиты командной радиолинии, но ограниченность объема не позволяет останавливаться на этом вопросе.
Как же работает бортовое программно-временное устройство?
Все начинается с поступления команды «Запись программы». Прием, запись и хранение информации сопровождаются рассмотренными мерами по сохранению достоверности принимаемой программы. Завершается запись разовой командой «Пуск программы», которая тут же переводит запоминающее устройство в режим исполнения программы. Кодовая комбинация, содержащая первую по времени исполнения команду и код ее времени, переводится в регистр. Здесь временная часть хранящегося в ней слова сравнивается с текущим временем. В момент их совпадения командная часть слова посылается в распределитель команд, а в регистр из запоминающего устройства поступает следующая кодовая комбинация.
Использование принципов программного управления, как и программно-временных устройств, не является привилегией космической техники. Они нашли широкое применение в народном хозяйстве. Космонавтика вобрала и будет вбирать в себя технический опыт смежных областей техники. В свою очередь, многие решения, впервые апробированные в космической технике, стали достоянием других отраслей народного хозяйства.
Увидеть невидимое
Первые попытки производить измерения и управлять работой машин на расстоянии относятся к концу XIX века. По предложению французского ученого Э. Бранли новому направлению дали название «телемеханика». А в начале века наряду с Францией проблемой дистанционного управления движущимися объектами стали заниматься ученые Испании, Италии, Германии. В нашей стране первые работы в этой области появились в 20-х годах, а дальность действия советских телемеханических систем, например, в 1925 году не превышала 25 километров. Свое применение они нашли вначале на железнодорожном транспорте и энергосистемах.
В послевоенные годы в развитии телемеханических систем был сделан качественный скачок. На смену релейно-контактным элементам пришли полупроводниковые и магнитные, а затем и электронные устройства. Изменилось и их название. Теперь эти системы стали называть телеметрическими. Возросла и область их применения. Сегодня трудно назвать какую-либо отрасль народного хозяйства, где они бы не использовались. Дистанционное управление космическими аппаратами впервые применили в мае 1958 года, когда на орбиту был выведен третий советский ИСЗ.
Датчики, устанавливаемые на борту спутника и ракеты-носителя, измеряют и контролируют температурные режимы наиболее ответственных узлов, давление, вибрации, перегрузки и многие другие параметры. Они обеспечивают контроль за работой систем управления, автоматики, пневмогидросистем, отдельных блоков и приборов. По измеряемым параметрам или, как говорят специалисты, по телеметрии, судят о годности бортовой аппаратуры, принимают решение о переходе при необходимости на резервный комплект. Сегодня она стала основным видом контроля за работой космической техники.
Сбор информации, передачу ее на Землю, доставку в ЦУП и представление специалистам для изучения и анализа осуществляет телеметрический комплекс. В него входят бортовая телеметрическая аппаратура, наземные приемо-регистрирующие станции, аппаратура обработки информации, различные виды каналов связи.
Телеметрический комплекс должен обеспечивать полноту, высокое качество и оперативность доставки информации. Первое требование приводит к тому, что количество телеметрических датчиков оказывается достаточно большим. Так, на спутниках типа «Молния» число контролируемых параметров составляет около 500, а на пилотируемых кораблях «Союз» и станциях «Салют» – 2000–3000, а иногда и больше.
Что же касается принимаемой информации, то цифры здесь поистине астрономические. Например, с орбитального комплекса «Салют-7» – «Союз» ежесекундно принималось и обрабатывалось около 800 тысяч единиц информации, что по объему равносильно почти тексту этой книги. Такой поток, если не принять меры к тому, чтобы направить его в регулируемое русло, может забить буквально все каналы связи. Ведь пропускная способность каждого из них ограничена.
Каким же образом совмещают полноту, оперативность и качество получаемой информации?
Прежде всего путем уплотнения каналов. Известны два таких способа – частотный и временной. Первый основан на разнесении частот сигналов от различных датчиков, что значительно повышает производительность одного канала. На Земле, используя частотный фильтр, сигналы восстанавливают. При временном уплотнении вводится система бортовой коммутации, с помощью которой осуществляется поочередный опрос датчиков. Причем фиксируется только мгновенное показание датчика, после чего опрашивается следующий. Таким образом, телеметрические данные, передаваемые через радиоканал, представляют собой цепочку зашифрованных сигналов с определенной последовательностью опроса.
В соответствии с этими способами уплотнения разрабатывается и телеметрический комплекс. Частотный реализуется в аналоговых системах, где сигналы сохраняют свою форму, а временной в цифровых, в которых они квантуются по времени и амплитуде. Каждая из этих систем, естественно, имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому их применение определяется прежде всего видом получаемой информации.
