Виктор Петров - Искусственный спутник земли

В целях экономии энергии передачу информации со спутника на Землю выгодно производить не непрерывно, а по команде с Земли в течение примерно 30–40 секунд, пока спутник пролетает над наземной специальной приемно-передающей станцией. Измерения же параметров производятся в течение длительного времени и накапливаются в так называемом запоминающем устройстве.

Рассмотрим упрощенную блок-схему бортового устройства радиостанции ИСЗ «Минитрек», которая будет служить для передачи данных телеизмерений и радиопеленгации американского ИСЗ (рис. 43).

Цифрой 2 на рисунке обозначен маломощный передатчик для радиопеленгации. Он имеет мощность 10 мвт, работает на частоте 108 мгц, весит приблизительно 400 г. Как с его помощью производят пеленгацию ИСЗ, мы опишем в главе о наблюдении за ИСЗ. Этот передатчик почти все время подключен через переключатель 1 к антенне, непрерывно излучающей его сигналы.

Данные измерений приборами-датчиками 9 накапливаются в запоминающем устройстве 8 , представляющем собой медленно движущуюся магнитофонную ленту. При подходе спутника к телеметрическим и пеленгационным станциям, расположенным в США главным образом вдоль 75 меридиана, с Земли подается радиокоманда, принимаемая приемником 4 (на входе приемника стоит фильтр 3 , для того чтобы не принимать сигналы собственного передатчика 2 ). От принятого с Земли сигнала срабатывает реле 5 , в результате чего включается и подключается к антенне передатчик радиотелеметрии 6 , к кодирующему устройству 7 подключается запоминающее устройство 8 , и результаты длительных измерений вследствие быстрого движения магнитофонной ленты передаются за 30–60 секунд [30]. После прекращения передачи реле 5 отпускает (отключается), передатчик 2 снова посылает непрерывно сигналы для радиопеленгации, передатчик 6 отключается, магнитофонная лента опять движется медленно, то есть все становится так, как было до прихода команды с Земли.

На наземных станциях радионаблюдения за ИСЗ установлена трехспиральная направленная антенна в 10 раз более чувствительная, чем антенны, существовавшие ранее специально для приема данных радиотелеизмерений (рис. 44).

Передача данных телеизмерений в течение короткого времени, когда спутник находится над наземной станцией, производится не только с целью экономии энергии, но и с целью свести к минимуму ошибки, связанные с эффектом Допплера. Этот эффект заключается в том, что принимаемая на Земле частота радиосигнала будет большей, чем излучаемая на спутнике, в случае приближения спутника и меньшей при удалении его. Это изменение частоты будет тем большее, чем бóльшая скорость удаления или приближения спутника. Оно может быть принято за изменение частоты передатчика, что при частотной модуляции ведет к ошибкам измерения. За время передачи порядка полминуты и при условии, что спутник находится над станцией, расстояние между ним и приемником изменится очень мало, и ошибка из-за эффекта Допплера будет небольшой.

Если сравнить два спутника, один из которых непрерывно передает информацию на Землю, а другой лишь после запроса с Земли, то можно увидеть, что первый передатчик будет потреблять мощность в два раза бóльшую, чем второй. Это означает, что второй спутник может более длительное время вести измерения разных физических параметров верхних слоев атмосферы и передавать их на Землю. Этот факт и определил режим работы рассмотренной системы передачи данных измерений на земные измерительные пункты. Сравнение двух вариантов работы приборов сделано в табл. 4.

Таблица 4

На борту ИСЗ необходимо иметь источник электрической энергии. Мы уже говорили, что таким источником может быть фотоэлектрический преобразователь излучаемой Солнцем энергии в электрическую.

Это устройство основано на замечательном свойстве некоторых материалов, называемых полупроводниками, непосредственно превращать солнечную энергию в электрическую. Они в природе широко распространены (например, кремний).

Из химически чистого кремния после специальной сложной обработки изготовляют небольшие пластинки, называемые фотоэлементами. Соединив целый ряд таких фотоэлементов между собою, мы и получим солнечную батарею. Уже в настоящее время кремниевые фотоэлементы обладают коэффициентом полезного действия до 10%.

Это не так мало. Вспомним, что паровозы имеют коэффициент полезного действия всего лишь 6%. Однако 10% далеко не предел, и ученые считают, что уже в ближайшее время КПД солнечных батарей может быть повышен до 22%.

Следует иметь в виду, что Солнце, находясь в зените, посылает на Землю энергию, мощностью примерно в 1000 вт на 1 кв. м. Из этого следует, что, создав кремниевую батарею площадью в 1 кв. м, можно получить мощность в 220 вт при КПД в 22%.

Если в земных условиях такому использованию солнечной энергии может мешать плохая погода, то на ИСЗ таких помех не будет. Но, однако, придется осуществить одно важное условие: рабочая поверхность солнечной батареи должна быть перпендикулярной к солнечным лучам. Это условие можно обеспечить только с помощью описанной ниже системы стабилизации ИСЗ.