Космическая радиосвязь

Космическая радиосвязь

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

Космическая радиосвязь

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 1200, 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.

Космическая радиосвязь

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

Космическая радиосвязь

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

Космическая радиосвязь

Спутник-ретранслятор

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.

 

Космическая радиосвязь

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.