Электромагнитные волны в космическом пространстве.

Для систем обычной наземной ра­диопередачи оценку воздействия сигнала на приемную установку выражают напряженностью электрического поля ра­диоволн в пункте приема. Но такая оценка, удобная для радиовещания, где прием ведется на случайные антенны, непригодна для спе­циальных радиолиний. Дело в том, что сигналы на таких линиях могут иметь форму раздельных (дискретных) радио­импульсов; их воздействие на приемник определяется не только амплитудой на­пряженности поля, но и длительностью, и частотой повторения импульсов. В та­ком случае более полное воздействие сигналов на приемник характеризуется той мощностью Р2, которую сможет из­влечь из радиоволн приемная антенна.

Вместо абсолютного значения мощ­ности Р2 вводят отношение мощности излучения Р1 передатчика к мощности Р2, доставляемой приемнику. Это отно­шение можно назвать затуханием на радиолинии.

Обращаясь к распространению ра­диоволн в к о с м и ч е с к о м про­странстве и считая, что потери на соударения электронов с молекулами газа полностью отсутствуют, получаем формулу

P₁ /P₂ = ( 4πrr / λ )² *( 1 /D₁ D₂ )

λ— длина вол­ны в метрах, a D₁ и D₂ — коэффициен­ты направленности передающей и при­емной антенн, безразмерные величины.

Казалось бы, что выгоднее более длинные волны, так как с увеличением К затухание уменьшается; это означает, что некоторую заданную мощность Р2 можно обеспечить при меньшей Р1. Однако мы знаем, что с уменьшением длины волны достигается возможность увеличения коэффициентов направленности антенн D₁ и D₂, и это оказывается в большинстве случаев ре­шающим соображением для выбора длины волны.

Радиотехника в настоящее время решает три основные задачи, требую­щие распространения радиоволн в кос­мическом пространстве. Первая — об­служивание наземных абонентов, ретрансляцией через искусственный спут­ник Земли. Вторая — управление с Зем­ли космическими объектами и связь космонавтов с Землей. Наконец, третья задача — связь и взаимное управление между космическими кораблями без участия Земли и вне земной атмосфе­ры.

Если спутник-ретранслятор служит для передачи программ телевидения и радиовещания, то на борту работают лишь один приемник и один передатчик. Разумеется, связь и радиовещание че­рез спутник-ретранслятор возможны лишь в те часы суток, в которые имеет­ся прямая видимость спутника из обоих наземных пунктов, т. е. оба пункта находятся в зоне освещенности. Для того чтобы зона освещенности ос­тавалась на поверхности Земли «непо­движной», спутник-ретранслятор должен быть запущен над экватором в сторону вращения Земли на высоту около 36 000 км. Тогда его угловая ско­рость окажется равной угловой скоро­сти вращения Земли, и он будет пред­ставляться для наземного наблюдателя неподвижным «стационарным». Учитывая, что радиоволны дважды проходят через всю толщу ат­мосферы и испытывают поглощение в ней, приходится отказываться от волн короче 2—3 см. Вместе с тем, имея на­земные приемные антенны направленны­ми вверх, нужно считаться с воздейст­вием на них мешающих излучений Солн­ца, космических тел и межзвездного га­за. Это воздействие особенно сильно в диапазоне метровых волн, поэтому они редко применяются для связи че­рез спутники. Применяются в основном дециметровые волны и главным образом нижняя часть сантиметровых (3 - 10 см).

Вторая задача, решаемая радиотех­никой в космическом пространстве, — связь Земли с космонавтами и управ­ление с Земли полетом космических ко­раблей. Присутствие человека на кораб­ле выдвигает новые, более сложные и ответственные требования к радиоли­ниям по сравнению с требованиями беспилотных полетов. Радиолиния долж­на обеспечить речевую (радиотелефон­ную) связь космонавтов с наземными центрами, так как именно речевая связь позволяет изложить любую, в том числе и неожиданную, ситуацию. Вместе с тем радиолиния служит для передачи сигналов телеуправления и телеметрии. Наконец, учитывается возможность при­земления корабля в любой точке зем­ного шара и необходимость его поиска с помощью 'радиопеленгования.

Все эти обстоятельства требуют ус­тановки на космическом корабле радио­средств разных диапазонов — KB и УКВ. Передача с корабля на KB может быть принята земными центрами на больших расстояниях. Но качество этого приема зависит от состояния ионосфе­ры и ухудшается замираниями. Обратимся к третьей космической задаче радиотехники — взаимодействию космических аппаратов без участия Земли. В этом случае отпадают все те ограничения в выборе длин волн, кото­рые диктовались свойствами земной ат­мосферы. Миллиметровые, субмиллимет­ровые и даже оптические волны в прин­ципе могут использоваться для связи и управления по линиям Космос — Кос­мос. Особенно интересны световые вол­ны, создаваемые лазерами с огромными коэффициентами направленности. Выбор диапазона зависит от сложности разра­ботки аппаратуры и методов ориенти­ровки лучей на цель.

Вопросы для самоконтроля.

1.Основные свойства электромагнитных волн.

2.В чем заключается эффект Доплера.

3.Какие существуют радиоволны.

4.Что характеризует вектор Умова-Пойнтинга.

5.Виды поляризации.

6.Что такое фронт волны.

7.Диапазон ОНЧ.

8.Диапазон КВ.

9.Диапазон УКВ.

10.Диапазон СВЧ.

11. Распространение ДВ.

12. Распространение КВ.

13. Распространение УКВ.

14. Распределение спектра радиоволн.

Рекомендуемая литература.

1. Учебное пособие. Основы радионавигации. Составитель Алексеев Н.Ю. Академия ГА, 2006г.

2. Беляевский Л.С., Новиков В.С., Оленюк П.В. Основы радионавигации. Учебник для вузов. М.: Транспорт, 2003г.

3. Беляевский Л.С., Новиков В.С., Оленюк П.В. Основы радионавигации. М.: Транспорт, 1992г.