В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]
Шрифт:
Нужно-то оно, конечно, нужно, но только можно ли…
Главное препятствие для расширения полосы частот — огромная протяженность линий космической радиосвязи, эти бесконечные миллионы километров. Мощность, которая приходит от передатчика к приемнику, убывает с квадратом расстояния между ними. Именно с квадратом — расстояние увеличивается в 2 раза, мощность сигнала, доставшегося приемнику, уменьшается в 4 раза, расстояние растет в 1000 раз, мощность падает в миллион раз. От одного и того же передатчика с Венеры придет сигнал в 40 000 раз более слабый, чем с Луны, потому что от Земли до Венеры в 200 раз дальше, чем до Луны.
Мощность передатчика на космическом аппарате ограничена (все
Помешают помехи, шумы, как их называют радисты. Это «радиосигналы», рожденные хаотическим движением электронов в самой антенне приемника, радиоизлучением Солнца, Галактики, далеких звезд. Уровень всех этих шумов невелик, мы не сталкиваемся с ними, слушая земные радиостанции или телецентры. Но чрезвычайно слабый сигнал с далекой космической станции может просто утонуть в шумах, потеряться в них, как шепот на шумной улице. Усиление в этом случае не имеет никакого смысла — вместе с сигналом усиливаются шумы.
Проблема выделения слабых сигналов из шума — одна из центральных в современной радиотехнике. В числе методов, облегчающих ее решение, самый радикальный — хирургия, сужение частотного спектра сигнала. Чем уже частотные ворота канала связи, тем меньше мощность попавших в него шумов и из них легче выделить полезный сигнал.
Итак, конфликт: с одной стороны, чтобы выделить слабый сигнал из шумов, он должен быть узкополосным, с другой стороны, с помощью узкополосного сигнала много информации не передать. И разрешение конфликта, неожиданное и смелое, — орбитальный ретранслятор. Теперь от установленного на СА сравнительно маломощного передатчика на приемник орбитального аппарата придет довольно сильный сигнал — идти недалеко, какие-то тысячи километров. Не миллионы. И можно не бояться шумов, вести передачу в сравнительно широкой полосе частот. А на ОА стоит уже значительно более мощный передатчик, снабженный к тому же остронаправленной антенной (СА неподвижен, а ОА можно крутить как угодно, направляя антенну на Землю).
Поэтому от ОА на Землю опять-таки приходит сигнал значительно более сильный, чем приходил бы от самого СА. Все это, вместе взятое, дает самый важный эффект — резко, во много сотен раз может быть расширена полоса частот, пропускаемых каналом связи. (Предлагается такое сравнение: прямая передача с Венеры — это возможность услышать две-три соседние клавиши рояля, а ретрансляция — многозвучные аккорды, охватывающие несколько октав.) Ну а если расширяется частотный спектр сигнала, то, значит, возрастает объем информации, которую можно передать с Венеры. Возрастает объем того самого бесценного продукта, из-за которого и затевалась вся эта сложная экспедиция на Венеру.
Весь объем информации, которую можно было передать с поверхности планеты, разделили между несколькими потребителями — коммутатор поочередно подключал к передатчику СА разные научные приборы. Но основная часть этого объема, основное время работы канала связи было ассигновано главному научному результату — простому человеческому «увидел»! Об этом завершающем аккорде всего эксперимента рассказывает доктор технических наук
— Очень хотелось бы, Арнольд Сергеевич, представить себе аппаратуру, которой была доверена съемка Венеры…
— Прежде всего, наверное, нужно сказать, что съемки в общепринятом смысле этого слова не было. Иногда космические автоматы действительно прежде всего фотографируют объект, а затем уже по линии радиосвязи передают изображение на Землю. В данном случае такой необходимости не было. Изображение воспринималось фотоэлектронным прибором, установленным на СА, тут же преобразовывалось в серии электрических сигналов, которые через ОА сразу же передавались на Землю (рис. 9). Ну а там уже из этих сигналов воссоздавалась картинка…
— То есть обычная телевизионная передача…
— Скорее фототелеграфная. Во-первых, картинка передавалась медленно, на один кадр ушло почти полчаса. Во-вторых, в системе не было обязательного телевизионного атрибута — передающей электронно-лучевой трубки. Ее роль взяла на себя камера с механической разверткой.
Как известно, в передающей телевизионной трубке изображение проецируется на светочувствительный экран так, как, скажем, оно проецируется на пленку или на пластинку в фотоаппарате. Светочувствительный экран — это огромное множество мельчайших фотоэлементов, и на каждом из них под действием световой картинки появляется свой электрический заряд. Этап заряд тем больше, чем выше освещенность данной точки. Острый электронный луч трубки поочередно обегает все фотоэлементы, «считывает» заряд, и картинка оказывается зашифрованной в меняющемся токе луча. Это называется разверткой изображения, превращением его в телевизионный сигнал.
В камере с механической разверткой тоже создается электрическое описание картинки, но уже иным способом. В такой камере всего один фотоэлемент, точнее, фотоэлектронный умножитель — ФЭУ. Луч к нему приходит через объектив и очень малое отверстие в диафрагме. В итоге ФЭУ видит только одну точку картинки. Но с помощью подвижного зеркала (его быстро покачивает кулачок, вращаемый двигателем), установленного на поворотной платформе, камера постепенно, точку за точкой, осматривает весь объект.
— А что заставило отказаться от электронного телевидения в пользу механического?..
— Мне бы не хотелось так ставить вопрос… Система все-таки в основном электронная: сам ФЭУ, его питание, усилители и преобразователи сигнала, синхронизация вращения двигателя высокостабильной опорной частотой — все это чистая электроника. Что же касается механической развертки, то в ее пользу есть немало аргументов.
— Какие же?..
— Система с механической разверткой — такие системы теперь часто называют сканерами — это прежде всего очень точный измерительный прибор с равномерной чувствительностью и четкостью по всему кадру. Весь кадр осматривается одним и только одним светочувствительным элементом — ФЭУ, диафрагма вырезает луч, который всегда проходит через центр объектива. В такой системе огромная панорама получается одним росчерком пера, ее не нужно склеивать из кусочков. А автоматическая регулировка усиления позволяет скомпенсировать неодинаковую освещенность объекта. К тому же при медленной передаче картинки электронная развертка просто не имеет смысла — теряется главное ее достоинство — ее безынерционность.