КОСМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
передача информации: между земными пунктами и космич. летат.
аппаратами (КЛА); между двумя или неск. земными пунктами через расположенные
в космосе КЛА или искусств, средства (пояс иголок, облако ионизированных
частиц и т. п.); между двумя или неск. КЛА. В космосе широко используются
системы связи самого различного назначения: для передачи телеметрич., телефонной,
телеграфной, телевиз. и пр. информации; для передачи сигналов команд и
управления КЛА; для проведения траекторных измерений. Наиболее широко в
системах К. с. используется радиосвязь. Осн. 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;
огранич. мощность бортовых радиопередатчиков КЛА; большая дальность связи
и как следствие работа с очень малыми уровнями принимаемых радиосигналов.
Всё это обусловливает создание для К. с. спец. 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 перио-дич. измерения его координат и вычисления параметров его
траектории. Т. о., система К. с. существует, как правило, при совместном
действии измерит, средств (система траекторных измерений), вычислит, 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 (автоматич. 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 космич.
станциями и др.) характерны большая скорость изменения направления связи,
малое время взаимной видимости, относительно небольшие дальности и соответственно
достаточно большие уровни радиосигналов.
Линии Земля
- борт КЛА (3 - Б) и борт КЛА - Земля (Б - 3) несут разную информац. нагрузку
и имеют различный энергетич. потенциал. Линия 3 - Б обеспечивает передачу
на КЛА сигналов команд управления, траекторных измерений, телефонную, телеграфную,
телевиз. связь с космонавтами на обитаемых КК. Линия Б - 3, как правило,
имеет значительно более низкий энергетич. потенциал, т. к. мощность передатчика
КЛА ниже мощности передатчика земной станции в линии 3 - Б (обычные мощности
на КЛА - единицы-десятки вт, на земной станции - единицы-десятки
кет).
Однако
осн. поток информации идёт именно по линии Б - 3. 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 апр. 1961, когда лётчик-космонавт
Ю. А. Гагарин впервые в истории человечества облетел Землю на КК «Восток»
и во время полёта поддерживал устойчивую двустороннюю те-лефонно-телеграфную
связь с Землёй на метровых и декаметровых волнах. В последующих полётах
КК ч Восток» и «Восход» радиосвязь с Землёй совершенствовалась и была с
успехом опробована между КК в групповых полётах. Вовремя полёта КК «Восток-2»
в авг. 1961 впервые из космоса на Землю передавалось телевиз. изображение
лётчика-космонавта Г. С. Титова. При передаче телевиз. изображения для
сужения спектра частот число кадров было уменьшено до 10 в сек. В
дальнейшем стали применяться телевиз. системы с обычным стандартом (см.
Космовидение).
Наибольшая
дальность двусторонней радиосвязи достигнута при полётах АМС к планетам.
Напр., 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 ИСЭ с высокой орбитой можно осуществит! связь между двумя пунктами,
удалёнными один от другого на тысячи км.< Макс, дальность
непосредств. связи при этом определяется возможностью видения ИСЗ одновременно
с каждого пункта. Связные ИСЗ могут применяться как в отд. линиях связи,
так и в сетях радиорелейных линий для передачи телевиз. программ, многоканальной
телефонии и телеграфии и др. видов информации. Примером сети, имеющей большое
число земных станций, может служить система «Орбита», действующая
в Сов. Союзе с 1967. Для связи могут использоваться ИСЗ, обращающиеся по
различным орбитам и на разных высотах. Осн. варианты орбит для связных
ИСЗ: круговая стационарная, сильно вытянутая эллиптич. 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 ?т точки, над к-рой расположен
спутник, напр. 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 эллиптич. 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 эллиптич.
синхронной орбите применяются на земных пунктах связи антенны большого
размера, т. к. расстояние ИСЗ - земной пункт превышает 30 000 км и
мощность принимаемых сигналов мала. ИСЗ на средневысоких и низких круговых
орбитах, напр. 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
значит, увеличению кол-ва спутников, требуемых для непрерывной связи. Кроме
того, усложняется система слежения и наведения антенн земных станций. При
малой высоте полёта непосредств. связь между значительно удалёнными пунктами
невозможна и приходится применять систему радиолинии 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 оснащён 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, напр. 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, к-рые обеспечивают
одноврем. передачу сообщений по неск. (до десятка) телевизионным или неск.
тысячам телефонных каналов, напр. 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 растёт 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. Напр., 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 параметрич. 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. Перечисл. 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 неск. КК, одновременно находящихся в космосе, и между
экипажами КК и космонавтами, находящимися в открытом космич. пространстве.
Кроме того, может осуществляться связь между двумя автоматич. 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, напр. 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 оп-тич. 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 космич.
экспедиций на Луну, напр. КК «Аполлон», или другие небесные тела, т. к.
требуется поддерживать связь экспедиции с КК, остающимся на планетоцентрич.
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 центр, программ в любое место на Земле.
С совершенствованием квантовых оптич. генераторов (лазеров) становится
перспективной оптич. связь, т. к. на оптич. 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 оптич. волн требуют тщательной стабилизации устройств,
ориентации оптич. систем на КЛА, сложного вхождения в связь и поддержания
её. Наиболее выгодны оптич. линии связи между КЛА, находящимися за пределами
земной атмосферы, т. к. атмосфера сильно поглощает и рассеивает энергию
оптич. волн.
Лит.: Системы
связи с использованием искусственных спутников Земли, Сб. ст., пер. с англ.,
М., 1964; Петрович Н. Т., Камнев ?. ?., 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.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я