Евгений Попов - Автоматические космические аппараты

• Название: Автоматические космические аппараты
• Автор: Евгений Попов
• Издательство: Знание
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1984

В настоящее время, на современном этапе освоения и изучения космического пространства, большую роль играют различные автоматические космические аппараты: искусственные спутники Земли, межпланетные станции, грузовые корабли. Об этих объектах их структуре системах и конструктивных особенностях и рассказывается в данной брошюре.

Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся современными проблемами космонавтики.

---

Причем для передачи цветного изображения один и тот же участок местности просматривается последовательно через три светофильтра, автоматически сменяемых перед объективом. Это подобно тому, как в цветном телевизоре применяется три канала передачи для красного, синего и зеленого цветов, которые при различных количественных соотношениях дают всю гамму цветового изображения. Полученные же на Земле изображения окрашиваются соответствующим цветом, и методом накладывания их друг на друга образуется одно изображение, точно передающее близкие к естественным цвета далекой планеты.

В состав радиокомплекса КА входит и телеметрическая система, которая предназначена для передачи информации на Землю о функционировании основных систем КА в процессе полета, а также для передачи научной информации. Телеметрическая система включает в себя множество датчиков, установленных в различных системах КА и на научной аппаратуре.

Датчики — это температурные, контактные или потенциометрические устройства, способные преобразовывать реальные физические величины в различные по величине напряжения электрического тока. Для обеспечения высокой точности показаний датчиков в телеметрической системе применен автономный блок питания, напряжение которого строго поддерживается относительно заданного уровня.

В телеметрическую систему входит также и запоминающее устройство, аналого-цифровой преобразователь. блок логики и т. д. Сигналы датчиков поступают на аналого-цифровой преобразователь и на автоматику радиокомплекса. Режим опроса датчиков, скорость передачи, запись и воспроизведение устанавливаются автоматикой КА или по команде с Земли. На Земле полученные сигналы расшифровываются и с помоии. ю таблиц и графиков переводятся в замеренные на борту реальные физические величины: напряжение, силу тока, давление газов, температуру в различных местах аппарата, мощность космического излучения, освещенность и т. д.

Помимо чисто радиотехнической аппаратуры, радиокомплекс в своем составе имеет ЭВМ, которая служит для автономного управления аппаратурой во время полета. В памяти ЭВМ заложены программы проведения типовых сеансов, и при отсутствии команды с Земли об отмене программы ЭВМ начинает сеанс в запланированное время.

Следует сказать, что проведение сеансов связи регламентируется орбитой полета автоматического КА с учетом вращения Земли: сеансы могут проводиться только при наличии прямой радиовидимости КА с пункта наземной радиосвязи. Работающий радиокомплекс излучает энергию с заключенной в ней информацией через антенну, соединенную с передатчиком фидером — высокочастотным кабелем. Антенно-фидсрное устройство предназначено для совместной работы с радиокомплексом; в его состав входят различного рода антенны, кабели, волноводы, антенные переключатели, ответвителн, фильтры и т. д.

Антенны, устанавливаемые на автоматическом КА, быкают малонанравленныс (штыревые и спиральные конические) и остронаправлснные (параболические и так называемые антенные решетки). На КА, работающих на орбите ИСЗ, в подавляющем большинстве случаев (за исключением связных ИСЗ) применяются малонаправленныс антенны. В связи с тем что ИСЗ находятся относительно близко от приемных пунктов, сигнал с таких антенн достаточно мощный, и применение нескольких антенн, расположенных с разных сторон ИСЗ, дает уверенный прием сигнала при любой ориентации КА относительно Земли.

Правда, бывают и исключения. Например, на спутниках связи для повышения уровня сигнала и с целью приема качественной информации используется параболическая антенна. Через такую антенну, направляемую на Землю с помощью оптического датчика, ретранслируются телевидение и радиовещание. Это, конечно, не исключает использования на этих ИСЗ малонаправлснных антенн, через которые контролируется состояние служебных систем ИСЗ и передаются команды с Земли.

На космических межпланетных станциях, проводящих исследования на сравнительно больших расстояниях от Земли, исчисляемых десятками и сотнями миллионов километров, сигналы с малонаправленных антенн значительно ослабевают. Связь с таким КА можно поддерживать только в медленном темпе, и поэтому, начиная с расстояния порядка 10 млн. км, информация пропускается через остронаправленную параболическую антенну КА. Такие антенны излучают энергию в узком пучке, а не рассеивают ее во все стороны. В сеансах связи параболическая антенна с помощью оптического датчика наводится на Землю так, чтобы Земля находилась в конусе излучения.

Передача энергии от передатчика к антенне осуществляется по кабельному тракту, а для сантиметрового диапазона с целью уменьшения потерь — по пустотелому волноводу. Использование на КА нескольких передатчиков, приемников и антенн вынуждает применять в антенно-фидерном тракте антенные переключатели, которые подключают к той или иной антенне работающий передатчик, а резервный передатчик отключают. Эти операции проводятся либо по командам с Земли, либо от бортовых программно-временного устройства или ЭВМ аппарата.

Для определения плотности атмосферы исследуемой планеты (например. Марса или Венеры) проводится радиопросвечивание газовых сред или атмосферы планеты. Этот эксперимент может быть осуществлен при радиозаходе КА за планету. Известно, что плотные газовые среды замедляют (хотя и незначительно) скорость распространения радиоволн, причем это замедление растет с увеличением частоты радиосигнала. Поэтому для радиопросвечивания пользуются двумя сигналами: с относительно низкой и с высокой частотами сигнала.

В научную аппаратуру, представляющую собой специальное радиопередающее устройство, поступает через направленный отвствитель часть энергии передатчика. В этом устройстве производится умножение частоты сигнала в несколько раз, усиление по мощности и излучение его в направлении на Землю. На наземном пункте принимаются сигналы обеих частот.

Основной сигнал увеличивается во столько раз, во сколько второй был увеличен на борту КА, и сравнивается со вторым сигналом. Разность во времени прихода этих сигналов позволяет получить информацию о коэффициенте преломления радиоволн в газовых средах. Подобные измерения, проводимые в течение всего времени захода или выхода КА из-за диска планеты, дают возможность получать высотный профиль концентрации электронов в ионосфере.

В антенном тракте применяются фильтры для развязки сигналов на близких частотах. С целью уменьшения энергетических потерь в высокочастотном тракте и для удобства настройки в дециметровом диапазоне часто все высокочастотные элементы (фильтры, переключатели и направленный ответвитсль) объединяют в блок АФУ — блок антенно-фидерного устройства.

Система терморегулирования. Научные приборы, радиокомплекс и источник питания обеспечивают работоспособность автоматического КА, но при наличии рабочей температуры на его борту. Температурный режим КА и поддержание его в заданных пределах обеспечивает система терморегулирования. Как мы уже знаем, научная аппаратура, радиокомплекс, вспомогательная и служебная системы КА в процессе работы потребляют электроэнергию. Но, как известно, при потреблении электрической энергии на любом приборе, агрегате или системе происходит выделение тепла. В этом легко убедиться даже в домашней обстановке, если, скажем, слушая радио или просматривая телевизионные передачи, положить руку на верхнюю крышку приемника или телевизора. У длительно работающих устройств рука ощутит более нагретую поверхность по сравнению с окружающими предметами.

В земных условиях это тепло в большинстве случаев отводится от приборов по принципу естественной конвекции: нагретый воздух, расширяясь, понижает свою плотность и поднимается вверх. На его место приходит более тяжелый холодный воздух и забирает избыточное тепло от аппаратуры. На автоматическом же КА в условиях невесомости нагретый воздух, находящийся в герметичном отсеке, никуда от аппаратуры не уходит. Следовательно, во избежание перегрева необходимо принудительно его удалять и замещать более холодным. Это делается с помощью вентиляторов, которые приводят в движсние внутреннюю атмосферу автоматического КА.

В космическом пространстве при удалении от Солнца на 150 млн. км (район земной орбиты) элементы конструкции автоматического КА, обращенные к Солнцу, могут нагреваться до +150 °C, а находящиеся в тени — охладиться до -120 °C. Существующая аппаратура такой диапазон тепловых условии не выдерживает. Так, например, полупроводниковые элсктрорадиоэлементы при нагреве выше температур +80–90 °C выхолят из строя. А при низких температурах замерзает электролит в химической буферной батарее и прекращается подача электрической энергии.

Для нормальной работы приборов и систем создают более узкий диапазон температур от 0 до 30 °C. Поддержание такого интервала температур и возлагается на систему терморегулирования, в которой используются как пассивные, так и активные средства поддержания заданного теплового режима.