КВ радиосвязь на первом этапе полетов космонавтов
К 40-летию полетов Ю. А. Гагарина и Г. С. Титова
В публикациях о полетах наших первых (да и следующих) космонавтов мало внимания обращалось на одну из технических сторон – организацию и осуществление радиосвязи. А ведь она – одна из основных технических средств, обеспечивающих благополучный старт, полет и посадку пилотируемых космических кораблей. При этом под связью следует понимать не только телефонные переговоры с космонавтами, передачу команд, сигналов и получение докладов от них, но и постоянный прием с борта объективной информации о физическом состоянии космонавтов, техническом состоянии важнейших элементов корабля и обстановке внутри него, получение сигналов о стыковке и расстыковке кораблей, включении тормозной двигательной установки, отделении спускаемого аппарата, а также прием сигналов пеленга для определения района посадки.
Даже это простое перечисление убедительно свидетельствует о важной роли и месте радиосвязи в исследовании космоса и возможности его освоения космическими аппаратами (КА) и кораблями с космонавтами на борту.
Чтобы организовать такую связь, были созданы специальные системы радиосвязи с аппаратурой, расположенной как на Земле, так и на космическом корабле. Одна из них – система ультракоротковолновой (УКВ) радиосвязи с позывным «Заря». Для нее были созданы специальные земные приемно-передающие средства, расположенные на научно-измерительных пунктах Министерства обороны. Связь по системе «Заря» упоминается многими авторами мемуарной и технической литературы. Другая система – коротковолновая (KB) радиосвязь с позывным «Весна» – осуществлялась с помощью специально подобранных приемных и передающих средств на KB центрах Министерства связи СССР. На период полетов организовывалась система телефонных и телеграфных каналов проводной связи от Центра управления полетами (ЦУП) к УКВ пунктам Минобороны и KB центрам Минсвязи.
Система KB радиосвязи «Весна» практически не описывалась в литературе. Я попытаюсь рассказать о ней как участник событий тех давних лет. К осуществлению коротковолновой радиосвязи были привлечены силы и средства главным образом Минсвязи, Минобороны и Минрадиопрома СССР.
Организацией и обеспечением работы KB радиосвязи занимались четыре научные организации. Разрабатывалась и изготовлялась бортовая аппаратура Московским НИИ радиосвязи (МНИИРС) Минрадиопрома (директор Ю. С. Быков, заместитель по науке М. Р. Капланов, главный конструктор В. А. Расплетин). Организация земной части системы радиосвязи, включая подбор технических средств, была поручена НИИР Минсвязи (директор А. Д. Фортушенко, заместитель по науке В. П. Минашин, главный специалист Е. И. Розенфельд). Научное сопровождение и координацию действий МНИИРС и НИИР осуществлял ЦНИИС Минобороны (начальник Д. Н. Геращенко, заместитель по науке Н. Т. Нечаев, главный специалист Н. Д. Булатов). Организация работ в целом, координация действий всех научных организаций, а также непосредственное оперативное руководство действием системы KB связи отводились Командно-измерительному комплексу (КИК) Минобороны (начальник А. Г. Карась, заместитель по связи И. И. Спица, главный специалист В. Н. Танетов). Большую помощь в организации и осуществлении этой связи оказали министр связи СССР Н. Д. Псурцев и сменившие его позже Н. В. Талызин и В. А. Шамшин, начальник Главного радиоуправления Минсвязи И. И. Домбровский и начальник отдела И. М. Воробьев. Все работы проводились очень слаженно, люди трудились с большим энтузиазмом, отдавая все свои силы и знания мал исследованной на первых порах космической радиосвязи, выполнявшей следующие главные функции: двусторонняя телефонная или телеграфная связь космонавтов с Землей, передача с борта корабля и прием на Земле оперативной телеметрической информации (ОТМ), а также передача с борта во время посадки спускаемого аппарата (СА) сигнала «АН» для его пеленгования и определения района приземления спускаемого аппарата.
Система «Весна» работала в диапазоне 10. 24 МГц. Телефонная или телеграфная связь с борта корабля осуществлялась с помощью передатчика мощностью 6. 10 Вт, настроенного по рекомендации ЦУПа на одну из пяти фиксированных частот.
Сигналы ОТМ передавались с КА в виде телеграфных посылок различной длительности, следующих цепочкой друг за другом по 17 информационным каналам. Разделялись такие цепочки меандровой посылкой. Каждый из каналов отличался по длительности передаваемых посылок, которые несли в себе информацию о физическом состоянии космонавтов, технических параметрах основных элементов корабля, реакции аппаратуры на команды с Земли, давлении и температуре внутри корабля. Во время полета фиксировались стыковка и разделение кораблей. В период же посадки корабля по изменению длительности определенной посылки определялись момент включения тормозной двигательной установки (ТДУ), момент отделения от корабля спускаемого аппарата. При парашютировании СА через антенну, которая была вделана в одну из строп парашюта, передавался сигнал «АН» до приземления СА. Примерно через 10-15 мин после приземления СА выстреливалась штыревая антенна, через которую продолжал передаваться сигнал «АН». Мощность сигналов ОТМ и «АН» составляла 1 Вт.
На период полетов космических аппаратов на Земле по системе «Весна» задействовались технические средства передающих и приемных KB центров Министерства связи. На передающих центрах использовались передатчики мощностью от 15 до 500 кВт, работавшие в основном на ромбические антенны. Прием сигналов велся на приемники типа Р-250 с антеннами БС, РГД и др. Для записи сигналов ОТМ каждый из приемных центров был оснащен ондуляторами, а для записи переговоров и сообщений – магнитофонами.
Во время первых полетов в системе «Весна» работали до 12 KB центров. После проведения тщательного анализа эффективности использования каждого из них было решено ограничиться шестью центрами: двумя в Москве (Бутово и Львовская), Новосибирске, Иркутске, Алма-Ате и Хабаровске. На рисунке приведены общая продолжительность приема сигналов ОТМ шестью радиоцентрами и суммарное время приема (по результатам полетов летом 1963 г.).
Центр управления полетами с каждым из центров был связан двумя телефонными и телеграфным каналами. Каждый телефонный канал с помощью аппаратуры ОДГТС включался в сеть циркулярной (диспетчерской) связи. Руководство работой KB центров осуществлялось с пункта управления КИК.
Работа центров была организована следующим образом. В ЦУП имелась карта земного шара меркаторской проекции с нанесенными на нее (рассчитанные на ЭВМ) диаграммами направленности антенн (по половинной мощности) каждого из задействованных центров. На карту накладывался рассчитанный и начерченный на кальке стандартный виток (след полета корабля на Землю) с нанесенными метками времени. Виток накладывался на карту его восходящей частью (точкой пересечения экватора) по времени и долготе прогнозируемого пересечения.
Заблаговременно на каждый из центров телеграммой с ЦУП передавались данные о времени включения и выключения определенного передатчика, данные о пересечении экватора для каждого витка. На KB центрах имелись такие же карты и калька с нанесенным на нее стандартным витком для самостоятельного расчета переключения антенн приемников. В течение всего полета корабля передатчики центров работали постоянно на несущей частоте без модуляции. По желанию космонавтов с Земли передавались музыка, песни или последние известия. В период полета на каждом центре постоянно находились представители Центра подготовки космонавтов для переговоров с экипажем корабля и передачи необходимых данных. Двусторонняя связь могла также осуществляться с ЦУПа по модуляционному каналу.
По заблаговременной заявке КИК Министерство связи на время проведения полетов выдавало запреты на работу радиостанций, работающих на частотах, близких к частотам системы «Весна»; осуществлялась также «расчистка» частот, занятых зарубежными станциями, включением на этих частотах передатчиков большой мощности.
Следует отметить, что в центрах к этим работам привлекались лучшие специалисты, особенно «слухачи» для приема сигналов и сообщений с борта корабля, когда он находился на большом удалении. Такому «слухачу» удавалось добывать ценную информацию из космоса при весьма низком уровне сигналов.
В ЦУП постоянно присутствовали представители НИИР Минсвязи, которые составляли прогнозы прохождения радиоволн по трассам полета кораблей и выдавали рекомендации наиболее благоприятных периодов для проведения двусторонней связи или приема сигналов. Такие же прогнозы наиболее вероятных сеансов связи определялись перед полетом каждого из кораблей при составлении программы работы космонавтов и осуществления ими различных экспериментов. Правильность прогнозов оказывалась весьма высокой – близкой к 1.
Связь с космонавтами по KB радиоканалу весьма интенсивно применялась для обмена служебной информацией и переговоров в основном вне зон радиовидимости УКВ пунктов. KB радиоканал системы «Весна» весьма часто использовался, когда в космосе находилось одновременно два-три корабля или при возникновении непредвиденных ситуаций. Особенно полезен был KB канал для приема с борта корабля всеми центрами сигналов ОТМ. Данные телеметрии регистрировались, анализировались и сообщались на ЦУП по служебной циркулярной связи.
Собранные суммарные данные приема сигналов ОТМ от нескольких кораблей в различные времена года и суток показали, что прием ведется в среднем в течение 85-95% суточного времени. Это означало, что физическое состояние космонавтов и техническое состояние корабля контролировались почти непрерывно. Кроме того, важными элементами контроля являлись моменты срабатывания ТДУ, отделение СА от корабля, стыковки и расстыковки с другим кораблем. Эти моменты уверенно фиксировались по принимаемым сигналам и немедленно докладывались в ЦУП. Немало было случаев внештатных ситуаций на кораблях, отмеченных по сигналам ОТМ, которые принимались по KB радиоканалу.
Приведу лишь один пример. В конце полета корабля «Восход-2» 19 марта 1965 г. с космонавтами П. И. Беляевым и А. А. Леоновым на последнем витке не произошло включение ТДУ в автоматическом режиме, а корабль находился в это время над южной частью Африки. Зафиксировать случившееся можно было только по KB каналу, и он сыграл важную роль в посадке корабля. О происшедшем немедленно было доложено в ЦУП, где оперативно приняли решение осуществить посадку на следующем витке вручную и уточнили данные. Спуск с орбиты и посадка прошли благополучно, но не в заданном районе. Определить его и непосредственно место посадки удалось нескольким KB центрам и ЦУП пеленгацией сигнала от спускаемого аппарата (сначала излучаемого антенной на стропе парашюта, а затем штыревой антенной). Все кончилось благополучно благодаря надежно действовавшей системе радиосвязи «Весна».
Система «Весна» успешно работала более 10 лет. За это время пришла уверенность в надежности техники космических кораблей «Союз», а также в безопасности работы всех систем, которые непрерывно совершенствовались. Для сокращения затрат на обеспечение дальнейших полетов пришли к решению отказаться от использования системы «Весна», которая была весьма дорогой и все же не могла считаться достаточно эффективной. Однако нельзя не отметить, что она помогла изучить выносливость космонавтов во время полетов и надежность сложной космической техники.
Статья опубликована в журнале «Электросвязь» №7, 2001 г., стр. 45.
Перепечатывается с разрешения редакции.
Источник
Школьная Энциклопедия
Nav view search
Navigation
Search
Говоря о космической радиосвязи, мы часто думаем, что это связь между объектами, находящимися в космосе. На самом деле это гораздо более широкое понятие.
Космической называется радиосвязь, которую осуществляют при помощи объектов, расположенных за пределами атмосферы Земли, то есть в космосе. Это могут быть космические радиостанции или космические ретрансляторы. С помощью космической радиосвязи информация передаётся между радиостанциями, расположенными на Земле, и космическими летательными аппаратами, между двумя и более космическими летательными аппаратами, а также между несколькими земными радиостанциями при помощи космических ретрансляторов.
Теория космической радиосвязи Кларка
Артур Чарльз Кларк
Ещё в октябре далёкого 1945 г. 27-летний инструктор по радиолокации, лейтенант военно-воздушных сил Англии Артур Чарльз Кларк, впоследствии учёный и изобретатель, ставший известным писателем-фантастом, опубликовал в журнале «Wireless World» статью, в которой предложил создать глобальную систему радиосвязи, используя для этого искусственные спутники Земли, находящиеся на орбитах, расположенных над экватором Земли. А поскольку предполагалось, что такой спутник совершает один оборот за 24 часа, то есть вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения Земли, то по отношению к Земле он как бы неподвижно «висит» в небе. Следовательно, антенна, расположенная на поверхности Земли, один раз направленная на такой спутник, останется направленной на него в любой момент времени. Стало быть, его можно использовать в качестве ретранслятора радиосигналов, способных соединить два или более радиопередатчика, находящихся на большом расстоянии друг от друга. А если на одной орбите разместить 3 таких спутника-ретранслятора, разнеся их на 120 0 , то они накроют радиовещанием всю планету.
Кларк не запатентовал своё изобретение, так как не верил, что его идея может быть реализована технически в ближайшее время. Ведь искусственных спутников Земли в то время ещё не существовало. Он предполагал, что для этого понадобится примерно полвека. Однако учёным удалось решить эту задачу гораздо раньше. Кларк, проживший 90 лет, убедился в этом очень скоро. Уже через 12 лет его идея начала воплощаться в жизнь.
Первый в мире искусственный спутник Земли
4 октября 1957 г. земляне впервые услышали радиосигнал из космоса, посылаемый с первого искусственного спутника Земли «Спутник-1», запущенного в СССР с космодрома Байконур. Источником этого сигнала было радиопередающее устройство, установленное на борту спутника. Радиосигнал от него могли принимать радиолюбители во всех уголках нашей планеты. Можно сказать, что это были первые сеансы космической радиосвязи. Вскоре появились и другие искусственные спутники. И космическая радиосвязь начала развиваться.
Радиосвязь между Землёй и космическими летательными аппаратами
Радиосвязь между Землёй и космическим кораблём
Когда были созданы первые космические летательные аппараты, стало ясно, что надёжная двухсторонняя радиосвязь с ними просто необходима. Ведь без неё было бы невозможно управлять космическими кораблями и станциями с Земли и поддерживать с ними контакт. И для радиосвязи стали выделять радиолинии. По одним из них («Земля – борт космического корабля») передавалась информация с Земли на борт корабля. Это, к примеру, сигналы управления траекторией корабля, информация для космонавтов и др. По другим («Борт космического корабля — Земля») принималась информация на Земле. Это связь с космонавтами, находящимися на обитаемых станциях, результаты научных исследований, проводимых в космосе и др.
Спутниковая связь
Когда появились искусственные спутники Земли, настало время использовать их в качестве ретрансляторов наземной радиосвязи, как и предсказывал Кларк. Ведь наземная радиосвязь, а также связь с самолётами на расстоянии свыше 1000 км, велась на коротких волнах. Но это довольно узкий диапазон. И если в нём одновременно работают много станций, возникают сильные помехи, что приводит к снижению надёжности.
Другое дело – ультракороткие волны (УКВ). Их диапазон используется реже, потому что они распространяются только в пределах прямой видимости, поэтому для передачи радиосигнала на большие расстояния непригодны. Но УКВ способны пронизывать ионосферу и уходить выше. И если использовать в качестве ретрансляторов искусственные спутники Земли, то отражённый от них радиосигнал ультракороткого диапазона, посланный одной наземной радиостанцией, передастся другой наземной радиостанции. Всё, как и предсказывал Кларк.
Ретрансляция радиосигнала происходит очень просто. Радиосигнал от наземной радиостанции отражается поверхностью спутника связи и посылается на принимающую радиостанцию. В этом случае его передача происходит без задержек, практически мгновенно. А ретрансляция называется пассивной.
Но существует и другой способ ретрансляции — активный. На борту спутника устанавливается приёмник радиосигналов, запоминающее устройство и радиопередатчик. Информация, принятая в момент нахождения спутника над каким-то объектом, запоминается. А в момент, когда спутник входит в зону видимости объекта, которому нужно передать сигнал, вся накопленная информация передаётся этому объекту. В этом случае передача сигналов происходит с задержкой.
Следует сказать, что спутники связи, описанные в обоих случаях, не неподвижны, а двигаются относительно поверхности Земли с определённой скоростью. Их положение меняется во времени. А их орбита может иметь форму эллипса или круговую форму и располагаться на низкой или средней высоте.
Но если запустить спутник в направлении вращения Земли по круговой орбите в плоскости экватора на высоту примерно 36 000 км, то по отношению к Земле он будет казаться неподвижным. Такой спутник называется геостационарным. Используемый в качестве ретранслятора, он один может обеспечить связью примерно 30 % поверхности Земли. А 3 таких спутника, расположенных на угловом расстоянии 120° охватывают радиосвязью практически всю поверхность Земли.
Схема глобальной радиосвязи
Спутники связи используются также для ретрансляции телевизионных сигналов, для поиска терпящих бедствие морских судов и самолётов.
Радиосвязь между автоматическими космическими аппаратами используют для ретрансляции сигналов и передачи их на далёкие расстояния. Экипажи пилотируемых космических кораблей пользуются космической радиосвязью для обмена информацией между собой, например, при стыковке или расстыковке, проведении работ в открытом космосе.
Источник