Что такое электроника? Принципы работы
радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические
колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...
Дата обновления
08.06.2016
Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека
поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
Статистика
Автоматические межпланетные станции
Наиболее сложным и многообразным радиоэлектронным оборудованием
оснащены автоматические межпланетные станции (АМС), совершающие
далекие "прогулки" в пределах нашей Солнечной системы.
Автоматические межпланетные станции, как правило, уже не
возвращаются на Землю, поэтому вся обширнейшая информация, которую
они собирают в продолжение многомесячного полета, передается только
по радио.
Научная аппаратура АМС рассчитана на исследование определенной
планеты или нескольких планет, а также межпланетного пространства,
проходимого АМС на пути к цели. Детальное исследование планеты
осуществляют АМС с мягкой посадкой, продолжающие функционировать
некоторое время еще и на поверхности планеты. В связи с большими
трудностями осуществления мягкой посадки на далекую планету по
командам с Земли большинство операций по сближению и посадке
осуществляется в автоматическом режиме на основании сигналов многих
датчиков и результатов работы большого количества сложной бортовой
радиотехнической аппаратуры навигации и наведения.
Вот, например, автоматическая лунная станция (АЛС), в задачи которой
входило определение физических условий на поверхности Луны,
измерение параметров и свойств лунного грунта, его химического
состава на различной глубине, обзор и передача на Землю изображения
лунной поверхности в районе посадки.
Работой АЛС управляют две системы: командная, принимающая "указания"
с Земли, и программная, руководствующаяся заранее заложенной в
памяти программой. Такое "дублирование руководства" позволяет
избежать ошибок, связанных с потерей связи и с изменением внешних
условий в случае несоответствия запрограммированным ситуациям.
В состав АЛС входит до четырех телевизионных установок. Три из них
передают на Землю изображения лунной поверхности вокруг
АЛС, охватывая все 360° по азимуту и 65° по углу места. В то же
время две установки могут быть повернуты в одну сторону для обзора
одного и того же сектора. Это позволяет получать стереоскопическое
изображение участка местности, по которому с помощью специальной
обработки снимков на Земле приборами-стереокомпараторами можно
узнавать размеры наблюдаемых предметов и их удаленность от АЛС.
Четвертая телевизионная установка контролирует работу манипулятора
станции - механической "руки", отбирающей пробы грунта и предметы на
лунной поверхности.
На рисунке показано устройство одной из телевизионных камер.
Собственно камера "смотрит" вертикально вверх, а выбор сцены
производится поворотным зеркалом. Развертка изображения
осуществляется на 200 (малая четкость) или 600 (высокая четкость)
строк. Сигналы изображения с малой четкостью передаются на Землю
всенаправленной антенной в относительно узкой полосе частот. Такой
режим работы нужен при проверке функционирования аппаратуры сразу
после посадки, а также в случае выхода из строя остронаправленной
антенны или системы ее ориентации в сторону Земли. Сигналы
изображения с высокой четкостью передаются остронаправленной
антенной в широкой полосе частот. Когда объектив камеры сфокусирован
на предметы, находящиеся на расстоянии 4 м, разрешающая способность
системы в зависимости от изменяемого фокусного расстояния объектива
может составить от 4 до 0,2 мм!
2 января 1959 года была запущена первая советская АЛС "Луна-1",
которая впервые в истории достигла второй космической скорости и
навсегда покинула поле земного тяготения. В окололунном пространстве
она выполнила обширную программу научных исследований и по радио
сообщила результаты на Землю. Менее чем через год, в сентябре
1959 года, АЛС "Луна-2" впервые в мире достигла поверхности Луны,
доставив туда вымпел с Гербом Советского Союза. Вслед за этим, в
октябре того же года, АЛС "Луна-3" облетела Луну, сфотографировала
обратную, невидимую с Земли сторону Луны и изображение передала по
радио на Землю. Так человечество впервые получило возможность
увидеть обратную сторону Луны.
Обзорное телевизионное
устройство АЛС: 1 -видикон; 2-затвор; 3-потенциометр диафрагмы;
4-потенциометр фокусного расстояния; 5-объектив с переменным
фокусным расстоянием; 6-мотор установки зеркала по азимуту;
7-козырек; 8-зеркало; 9-мотор установки зеркала по углу места;
10-турель со сменными фильтрами; 11-радио-электронные устройства;
12-кабели
18 июня 1965 года был осуществлен запуск многоступенчатой ракеты
с автоматической станцией "Зонд-З". Она сфотографировала ту часть
невидимой' с Земли стороны Луны, которая осталась неохваченной при
съемке 1959 года. Полученные снимки передавались на Землю не сразу,
а спустя почти девять суток после съемки, когда расстояние до
станции составляло около 2,2 млн. км. При этом отрабатывалась
система передачи изображений на большие расстояния. Передача
осуществлялась с малой скоростью, причем каждый кадр для большей
достоверности передавался многократно. Передача одного кадра
занимала 34 мин при числе строк разложения 1100. Каждая строка
содержала 860 элементов изображения; таким образом, общее число
элементов в кадре составляло около миллиона. Малая скорость передачи
позволила резко сузить полосу частот радиоканала и тем самым
увеличить отношение сигнал-шум на выходе наземного приемного
устройства, что и обеспечило высокое качество изображения.
Первую мягкую посадку на поверхность Луны осуществила АЛС "Луна-9",
запущенная 31 января 1966 года. Радиоэлектронные системы станции
обеспечили прием команд и передачу телеметрической информации,
измерение параметров движения ракеты-носителя, разгонного блока и
самой станции на всех этапах полета, включающих вывод на орбиту ИСЗ,
разгон в сторону Луны и торможение перед посадкой в заранее
намеченной равнинной части Океана Бурь. На расстоянии 75 км от
поверхности Луны по команде бортового радиовысотомера была включена
тормозная двигательная ракетная установка. Автоматическая лунная
станция с ювелирной точностью опустилась на поверхность, и через 250
с после посадки раскрылись антенны для передачи на Землю научной
информации. Радиопередачи велись на частоте 183,538 МГц. Через
некоторое время заработали телевизионные камеры и началась передача
изображений поверхности в районе посадки.
Образцы лунного грунта доставила на Землю АЛС "Луна-16", а следующая
АЛС, "Луна-17", отправила в путешествие по поверхности Луны первый в
истории самодвижущийся исследовательский аппарат "Луноход-1".
Произошло это 17 ноября 1970 года. Аппарат представлял собой
восьмиколесную тележку с установленным на ней контейнером,
содержащим научную аппаратуру, телекамеры, антенны, двигатели,
энергетическую установку и прочее оборудование. "Луноход-1"
управлялся радиокомандами с Земли. Он передавал на наземный пункт
управления телевизионные изображения поверхности, по которой
двигался. Операторы, сидя в удобных креслах за пультом управления,
порой забывали, что управляемый ими объект находится на громадном
расстоянии в 380 тыс. км-настолько чутко
он реагировал на команды. К радиоэлектронной аппаратуре "Лунохода"
предъявлялись особые требования: возможно меньшие масса и габаритные
размеры, малое энергопотребление, стабильность параметров в широком
диапазоне температур, при воздействии вибрации и ускорений, а также
высокая надежность. Надежность и ресурс аппаратуры оказались
настолько высокими, что "Луноход" проработал значительно дольше
предполагаемого срока. Автоматические
межпланетные станции посылаются не только к Луне, но и к другим
планетам Солнечной системы. Первый межпланетный полет АМС "Венера-1"
происходил в то же самое время, когда в космос поднялся первый
космонавт планеты Ю. А. Гагарин. Дата его полета, 12 апреля 1961
года, теперь отмечается как День космонавтики. Осенью следующего
года отправилась в полет АМС "Марс-1". Эти АМС на входили в
атмосферу планет. Облетая планету по вытянутой траектории, они
передавали на Землю телевизионные изображения и показания приборов (магнитометров,
детекторов, микрометеоритов, счетчиков частиц и т.д.). Так было
положено начало комплексному исследованию планет Солнечной системы
аппаратами, посланными людьми.
Трудности организации радиомоста АМС - Центр управления полетом
огромны. Только задержка радиосигнала на пути к Марсу достигает 10
мин. Попробуйте, зная скорость распространения радиоволн (3 - 108
м/с), оценить длину радиотрассы!
Но расстояния в сотни миллионов километров - не препятствие для
современной техники радиосвязи... да и не только радиосвязи. Прежде
чем послать, например, к Венере АМС, необходимо очень точно
определить параметры орбиты планеты и расстояние до нее. Эти вопросы
были решены при радиолокации Венеры наземным радиолокатором,
созданным Институтом радиотехники и электроники АН СССР совместно с
рядом других организаций. Работы проводились под руководством
вице-президента АН СССР В. А. Ко-тельникова (его именем названа уже
известная читателю теорема). Планетный радиолокатор был размещен в
Крыму, на базе Центра дальней космической связи, где имелась
эффективная антенная система. Она была выполнена из восьми связанных
в общую конструкцию параболических зеркал. Но даже при такой большой
площади антенны отраженный от Венеры сигнал оказывается чрезвычайно
слабым: его уровень значительно ниже уровня собственных шумов
приемника. Для выделения сигнала использовалась достаточно сложная
обработка смеси сигнала и шума на ЭВМ.
В последующие годы для целей дальней космической связи, радиолокации
планет и радиоастрономических исследований были построены еще более
мощные антенные сооружения. Впечатляет, например, полноповоротная
параболическая антенна диаметром 75 м, установленная в Подмосковье.
Планетный радиолокатор позволил измерить расстояние до Венеры (около
ста миллионов кило-метрор) с точностью в несколько сотен метров! Это
позволило в 10000 раз уменьшить ошибку, в определении
астрономической единицы среднего расстояния от Земли до Солнца. Без
такого уточнения был бы невозможным вывод АМС на околовенерианскую
орбиту и доставка спускаемых аппаратов в заданный район поверхности
планеты.
Первую мягкую посадку на поверхность другой планеты осуществила АМС
"Венера-7" в 1970 году. Вслед за ней на поверхность Венеры
опустились станции "Венера-9" и "Венера-10". Переданные ими сведения
поразили многих. Ранее ученые полагали, что условия на поверхности
планеты должны быть близки к земным, но все оказалось не так.
Громадное давление атмосферы и высокая температура поверхности
сделали Венеру планетой малоподходящей для обитания живых организмов.
Каменистая пустыня и затянутое ядовитыми облаками раскаленное
венерианское небо-поистине такие условия могут выдержать только
автоматы.
Исследования Венеры продолжаются. С помощью АМС "Венера-15" и
"Венера-16" в 1984 году проводилась радиолокационная съемка
поверхности планеты. Автоматические межпланетные станции длительное
время летали вокруг Венеры как ее спутники и при прохождении
наиболее приближенных к поверхности участков траектории (высота
около 1000 км) снимали радиолокационное изображение полосы местности
длиной до 8000 и шириной 150 км. Один сеанс съемки продолжался 15
мин. На АМС использовались специальные радиолокаторы, созданные в
Московском энергетическом институте под руководством академика АН
СССР А. Ф. Богомолова. Изображения отдельных отснятых участков
поверхности объединялись в общую радиолокационную карту поверхности
Венеры. Полученные результаты интересны для нас не только с
теоретической, но и с практической точки зрения. Знание эволюции
Венеры помогает понять и историю развития Земли, облегчает поиск на
Земле полезных ископаемых.
В прозрачной и очень разреженной холодной атмосфере Марса живым
организмам, так же как и на Венере, существовать было бы очень
трудно. Их там и не обнаружили, даже бактерий. Получается, что жизнь
в Солнечной системе - явление уникальное, возникшее только на Земле,
и тем с большей бережностью надо к ней относиться. Первая мягкая
посадка на Марс осуществлена во время группового полета АМС "Марс-2"
и "Марс-3" в 1971 году. Станции передали на Землю изображения
планеты и некоторые сведения о ее поверхности.
Космические эксперименты продолжаются. Осуществлены полеты к дальним
планетам Солнечной системы - Юпитеру и Сатурну. Автоматические
межпланетные станции передали по радиоканалу изображения этих планет,
полученные с близкого расстояния. А когда знаменитая комета Галлея
приближалась к перигелию и под действием солнечного излучения
распустила огромный газовый "хвост", навстречу ей отправились АМС,
обогатившие науку новыми сведениями о структуре и происхождении
комет. Предполагают, что кометы являются одними из самых старых
обитателей Солнечной системы, они сформировались из первоначального
газопылевого облака одновременно с планетами, и поэтому изучение
комет проливает свет на тайны происхождения Солнечной системы. Без
радиоэлектроники подобные исследования космоса были бы просто
невозможны.
