Научно - техническая революция в космосе: изучение Земли из космоса, обеспечение связи через космос

Освоение космоса - одна из ярчайших страниц истории всего человечества. После запуска первого спутника в космос, после полёта Гагарина, после первого шага человечества в космическое пространство людей Земли охватило чувство общности, гордость за могущество человека и потрясение величием вплотную приблизившейся Вселенной. Очень немногие видели тогда, какие гигантские перемены несёт космонавтика сложившемуся веками укладу жизни, как врывается она в нашу жизнь. От первых спутников и полётов в космос прошло не так уж много времени, но и за эти десятилетия произошли огромные перемены в космонавтике, она бурно развивается. Научно-техническая революция, охватившая в своё время все отрасли науки и промышленности, в первую очередь коснулась и космонавтики. Прогресс в развитии космонавтики огромен, достигнутые технические и научные результаты трудно переоценить.

"Красота-то какая!" - воскликнул Юрий Гагарин, первый в мире человек, увидевший нашу планету с космической высоты. "Я с интересом следил за Землёй, видел крупные реки и горы, по окраске различал вспаханные и не сжатые поля.… Нигде не увидишь таких огромных полей, таких лесных массивов, такого множества могучих рек, такой богатой палитры красок - от изумрудной зелени до сияющей белизны горных вершин, покрытых вечными снегами!". Так писал в своей книге "700000 км в космосе" второй в мире космонавт Герман Титов. Он не только наблюдал поверхность Земли, но и впервые в мире фотографировал её из космоса. Тогда ещё мало кто предполагал, что именно наша родная планета станет для спутника основным и главным объектом наблюдений.

Как вы думаете, сколько телефонных звонков раздаётся в мире ежедневно? Десятки, сотни миллионов? Нет, более двух миллиардов. Одних только междугородних переговоров происходит каждые сутки свыше 10 миллионов. Сотнями тысяч исчисляется и количество соединений между абонентами, живущими в разных странах и на разных континентах. А потребности в новых линиях продолжают расти. Строительство кабельных и проводных линий уже давно не поспевает за всё нарастающим потоком встречных сообщений. На помощь пришло радио, но и оно постепенно сдаёт позиции перед накатывающимся информационном бумом. С запуском первых искусственных спутников Земли возможность решить эту задачу стала вполне реальной.

Использовать небесное тело в качестве зеркала, отражающего радиоволны, пытались ещё в первые послевоенные годы. Об искусственных спутниках Земли тогда только мечтали, приходилось экспериментировать с естественными. В 1957 году вокруг планеты закружилась первая искусственная Луна. Однако маленький шарик с четырьмя усами-антеннами ещё почти нечего не умел. Прошло три года, прежде чем в космосе оказался первый специализированный спутник связи. Это была как бы Луна в миниатюре. Такой же круглый, как она, тридцатиметровый в диаметре надувной шар обращался вокруг Земли на высоте 1300 километров, отражая посылаемые к нему радиоволны. Однако сложность и высокая стоимость наземных устройств при этом даже простотой и дешевизной самого спутника. Причин для отказа от таких пассивных спутников связи было более чем достаточно. На смену им пришли активные ретрансляторы.

Первенцем космической связи в Советском Союзе стал запущенный весной 1965 года спутник "Молния-1". С тех пор космический "парк" "Молний" регулярно пополняется. Работают уже более совершенные и лучше приспособленные для международной связи "Молния-2" и "Молния-3". Но принципиальное устройство спутников остаётся без особых изменений. Все они имеют по две складных и распрямляющихся на орбите "зонтичных" антенны для приёма и передачи сигналов, а также по три одинаковых ретранслятора, состоящих из приёмных, преобразующих и усилительных устройств. Работает при этом лишь один ретранслятор, два других остаются в резерве.

Центральная наземная передающая станция посылает в космос соответствующим образом обработанные и превращённые в определённую последовательных электромагнитных колебаний телевизионное изображение с сопровождающим его звуком, телефонную речь, телеграфные сообщения. Эти сигналы принимаются на спутниках "Молния", преобразуются и после усиления вновь передаются на Землю, но уже в других направлениях. В пунктах приёма их улавливают большие чашеобразные антенны наземных станций "Орбита", построенных почти во всех крупных городах нашей страны. Там принятые сигналы проходят новую цепочку преобразований, и вот уже на экранах телевизоров где-нибудь за тысячи километров от телецентра смотрят московские передачи или слышат в телефонной трубке голоса далёких друзей. Вращаясь внутри орбиты спутника, Земля вводит в зону его действия всё новые территории. Поэтому "Молнии", кроме обслуживания советских станций, позволяют также перебрасывать радиомосты между СССР и странами Европы, Азии, Центральной и Северной Америки.

В 1975 году в Советском Союзе был впервые запущен новый спутник связи "Радуга". Космический аппарат был выведен на так называемую геостационарную орбиту. Он вращался вокруг Земли в её экваториальной плоскости на высоте около 36 тысяч километров. При этом угловая скорость спутника равнялась скорости вращения планеты, и, таким образом, он оказывался неподвижно висящим над выбранной точкой экватора.

Также как и "Молния", "Радуга" помогала передавать через космос и наземные станции "Орбита" телевизионные программы, телефонные разговоры, телеграфные послания. С включением спутников "Радуга" в систему "Орбита" её зона действия и объём передаваемой информации заметно возросли. В следующем году СССР вывел на геостационарную орбиту спутник телевизионного вещания "Экран". Первый такой аппарат "повис" над островом Суматра в Индийском океане. Отсюда излучение спутника охватывало всю восточную часть нашей страны от Новосибирска до Якутска. Спутник "Экран" оснащён мощным бортовым передатчиком и большой раскрывающейся в космосе передающей антенной. Для того, чтобы она всегда смотрела в заданном направлении, космический аппарат имеет совершенную систему ориентации и стабилизации его положения в безопорном пространстве. Создание высокой выходной мощности телевизионного передатчика, впятеро превышающей мощность передатчика "Молнии", требует значительных энергетических затрат. Электроэнергию спутнику "Экран" поставляют солнечная электростанция, состоящая из панелей площадью более двадцати квадратных метров, и объединенные с нею химические аккумуляторы. Управление положением спутника и удержания его в точке "стояния" осуществляются по командам с Земли с помощью специальных реактивных микродвигателей. Для трансляции программ Центрального телевидения на районы Урала, Средней Азии и Дальнего Востока в 1979 году была создана другая система спутникового вещания - "Москва". В ней используются специальные ретрансляционные "стволы" усовершенствованных стационарных спутников "Горизонт". Их сигналы, также имеющие повышенную мощность и излучаемые узконаправленными антеннами, принимают небольшие наземные станции с неподвижными параболическими антеннами диаметром всего 2,5 метра. Со временем увеличивается число центральных телепрограмм и появляется необходимость обеспечивать передачи программ других стран. Поэтому поиски новых технических средств, разработка более совершенных устройств и приборов для спутникового телевещания продолжаются.

Часто случается, что стихийные бедствия одновременно выводят из строя линии связи и нарушают подачу электроэнергии. При этом районы, пострадавшие от наводнений, ураганов, тайфунов, оказываются полностью отрезанными от внешнего мира. В таких ситуациях может выручить портативная станция спутниковой связи, разработанная американскими специалистами. Всё оборудование станции размещается в двух небольших чемоданчиках типа "дипломат". В одном находится складная антенна, а в другом - приёмопередатчик и миниатюрная ЭВМ с цветным видеоэкраном. С помощью карты, компаса и уровня антенна наводится на стационарный спутник связи, а передаваемые сообщения набираются клавишами и контролируются по изображению на экране. Сюда же выводится и принимаемая информация. Станция автономна и не зависит от состояния местной электростанции. Для её питания вполне достаточно энергии автомобильных аккумуляторов.

Спутники не знают границ. Виток за витком пролетают они над различными государствами или "освещают" сразу несколько из них, словно специально созданные для укрепления контактов между народами. Уже вскоре после первых космических запусков начали закладываться основы глобальной системы связи. Наша страна в этом деле была среди первых. В 1971 году начала действовать международная спутниковая система связи "Интерспутник". Вместе с Советским Союзом в неё вошли европейские социалистические страны, Куба, Монголия, затем к ним присоединились Вьетнам, Лаос, Афганистан, Алжир, Ирак, Сирия, Народно-демократическая республика Йемен. В каждой из этих стран при содействии СССР построены наземные станции с большими антеннами, которые работают через висящие над Атлантическим и Индийским океанами стационарные спутники "Горизонт". Одним из ярких примеров их использования является освещение событий Московских Олимпийских игр в 1980 году. За ходом спортивных состязаний следили тогда с помощью "Интерспутника" более тридцати стран Европы, Азии, Африки и Америки.

…Зал передачи газет Центрального телеграфа. Горят лампочки на пультах фототелеграфных аппаратов - электронные роботы "читают" только что сверстанные газеты. Всего две с лишним минуты требуется аппарату для превращения газетной страницы в набор сигналов, которые тут же уносятся радиоволнами к спутнику "Горизонт". Из космоса они сбрасываются на станции "Орбита", а оттуда по проводам и кабелям достигают типографий. В некоторых городах ликвидируют и этот последний наземный участок "почтового тракта". Там газеты с орбиты принимают прямо на небольшие круглые антенны, установленные непосредственно на крышах типографий. Это с успехом осваивает новый для себя вид связи спутниковая система "Москва". Сегодня десятки российских городов получают центральные газеты через космос. Такой способ передачи уже никого не удивляет. А космонавтика тем временем предоставляет людям всё новые и новые виды услуг. В знаменитой Британской библиотеке разработали особую систему. С помощью ЭВМ книга или редкий документ прямо в абонементном отделе преобразовываются в цифровой код и через установленную на крыше библиотеки антенну передаются на искусственный спутник Земли. Где бы ни находилась библиотека-заказчик - в другом городе, соседней стране или на противоположном континенте, - её антенна тут же примет зашифрованный текст, а специальная аппаратура немедленно переведёт его на обычный "человеческий" язык.

Две одинаковые тринадцатиметровые антенные чаши, словно обидевшись, повернулись "спинами" друг к другу. Каждая смотрит на "свой" спутник: один висит над Атлантическим, другой - над Индийским океаном. С плавающими там кораблями держит связь через космос Одесская станция международной организации морской спутниковой связи "Инмарсат". Вторая такая же станция разместилась в Находке на Дальнем Востоке. Ей тоже "подведомственны" два океана - Тихий и Индийский. Обе станции с одной стороны "подключены" к космосу, а с другой - к наземным линиям связи. В судовой комплект аппаратуры космической связи входят и телетайпы. Это также позволяет обмениваться информацией с любым абонентом, в каком бы городе мира он ни находился. Столь же доступными стали и суда для береговых служб. Уже в одном из первых рейсов со спутниковой аппаратурой экипаж пассажирского лайнера "Александр Пушкин" дважды имел возможность оценить достоинства нового вида связи. В первом случае срочно вызванный вертолёт спас жизнь тяжело заболевшего члена команды, а во втором - сведения о состоянии вулкана на острове Новая Британия, куда направлялся корабль, позволили ему успеть посетить остров до разрушительного извержения.

Каждый год в море погибает около 400 крупных судов. В 1978 году в Советском Союзе было начато проектирование космической системы поиска аварийных судов и самолетов, или, сокращенно, КОСПАС. Одновременно к аналогичной работе приступили в США, Франции и Канаде. Их детище называлось САРСАТ, что означает "Помощь и спасение путем слежения со спутников". В 1980 году оба проекта объединились, и разработка их продолжалась уже сообща. По договоренности между странами-участницами в системе КОСПАС - САРСАТ одновременно действует четыре спутника - два советских и два американских. Летая на высотах около тысячи километров по орбитам, близким к полярным, они постоянно держат в поле зрения практически всю планету. Каждый из спутников прослушивает на поверхности Земли полосу шириной порядка 4-5 тысяч километров, а все вместе позволяют принять сигналы с любого терпящего бедствие судна, самолета или какого-нибудь сухопутного транспортного средства не позднее, чем через час-полтора после аварии. За два года экспериментальной работы система КОСПАС - САРСАТ, эксплуатирующая советские и американские спутники, вернула к жизни около 300 человек, а к началу 1987 года число спасенных превысило 600.

Ещё одним достижением космической техники являются навигационные космические системы. Из чего же состоит и как действует навигационная космическая система? Специализированные спутники, запущенные в нужной последовательности на разные орбиты, образуют в околоземном пространстве своеобразные созвездия. Радиопередатчики космических маяков непрерывно излучают радиоволны, на которых сами сообщают необходимые сведения о своих орбитах и одновременно передают сигналы времени. Эту информацию спутникам передают заранее с наземных станций, на которых регулярно измеряют характеристики траекторий их движения и следят за точным совпадением хода бортовых и наземных часов. Корабельная или самолетная навигационная станция, принимая сигналы из космоса, измеряет по ним расстояние до спутников, а также скорости изменения этих расстояний. Вместе с параметрами орбит и метками времени полученные данные автоматически направляются в бортовую вычислительную машину, которая решает соответствующие математические уравнения. В результате штурман почти сразу же видит на табло координаты, а если требуется, то и скорость своего транспортного средства. Космическая навигационная система может обслуживать неограниченное число потребителей, так как все они независимо друг от друга получают из космоса необходимую информацию. В России создание космических маяков началось с запуском спутника "Космос-1000". Сейчас уже на орбитах действуют аналогичные усовершенствованные аппараты, входящие в отечественную навигационную космическую систему "Цикада".

За последние годы получены огромные результаты в освоении и использовании космоса. Несколько стран мира, включая Россию, работают сейчас над созданием международного космического комплекса "Альфа". Предшественником его является российская космическая станция "Мир", которая проработала в космосе более 15 лет. На ней побывало несколько космических экипажей, включая и международные. Российские космонавты побили рекорд по длительности пребывания на станции - более 1 года. Работа на станции "Мир" позволила накопить большой научно-технический опыт. Большим достижением космической науки является создание американского многоразового космического корабля, который позволяет выводить на орбиту космические спутники и осуществлять их ремонт. Недавно астронавтами этого космического корабля был произведён ремонт американского космического спутника-телескопа. Кроме России и США космическая техника успешно развивается в таких странах как Франция, Китай, Япония, Великобритания.

Таким образом, спутники подсчитывают наши жизненно важные запасы плодородных почв, лесов, вод, полезных ископаемых. Они постоянно следят за состоянием суши, океанов, атмосферы и предупреждают нас о появлении и развитии опасных явлений. В то же время спутники показали нам, как быстро и часто мы расходуем это запасы не по-хозяйски, транжирим, какой вред наносим нашему единственному дому.

Итак, теперь уже всем хорошо известно, что с помощью спутников из космоса удобно изучать нашу Землю, её ресурсы, строение, состояние, регулировать хозяйственную деятельность человека. Однако, это далеко не единственная функция космических спутников Земли. Они нашли очень широкое применение для обеспечения космической связи.