Радиолюбителю про спутники

Авторское издание
 
Книга предназначена для радиолюбителей, интересующихся любительской цифровой радиосвязью с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ)
 
г.Людиново 2005 год
 
Автор - Г. А. Тяпичев, емайл - gt37 (at) bk.ru

Предисловие

ВложениеРазмер
PDF icon Predislovie.pdf149.73 КБ

Предисловие

Мир переживает информационный бум. Основной источник информации -сети Интернета, работающие по телефонным линиям, перестали удовлетворять постоянно растущим потребностям человечества в количестве и качестве информационных услуг. Требуются новые технологии, новые способы доставки информации из Интернета к потребителю. Кроме того, наша страна уникальна по своим размерам и в ней есть еще множество достаточно больших регионов, где нет телефонных сетей. Одним из возможных решений этой проблемы является организация работы сети Интернет через искусственные спутники Земли (ИСЗ). В феврале 2003 года российское телевидение показало фрагмент выступления Президента нашей страны, в котором Президент заявил о том, что посредством ИСЗ Интернет скоро будет доступен в любом уголке нашей страны.

Специалисты уже давно работают над решением проблемы спутников и космической радиосвязи, есть хорошие результаты. Но в общедоступной литературе вопросы, связанные с этой проблемой, не рассматриваются, хотя многие читатели с удовольствием пополнили бы свои знания по проблемам спутников и космической связи. В предлагаемой вам книге я хочу рассказать о наиболее доступных методах получения информации через аппаратуру, установленную на искусственном спутнике Земли (ИСЗ).

Дело в том, что уже много лет на околоземных орбитах вращаются ИСЗ, на борту которых установлена аппаратура для любительской радиосвязи. В мире существует определенная категория людей, которые, в свободное от основной работы время, увлекаются радиосвязью, в том числе и с использованием аппаратуры ИСЗ. Эти люди называют себя любителями радио - «радиолюбителями» и фанатично преданы своему любимому занятию. Среди радиолюбителей есть и рабочие и служащие, есть седовласые ветераны (вроде меня) и школьники, есть музыканты и ученые, есть крупные государственные деятели и даже ... короли.

Итак, чтобы получить через ИСЗ большое количество информации применяют каналы связи, работающие на базе микропроцессоров. Радиолюбители для этих целей используют свои домашние персональные компьютеры. Виды радиосвязи, в которых основную роль при формировании сигналов играет компьютер, называются «цифровыми видами связи». Следовательно, ИСЗ и цифровые виды связи являются главными составляющими для получения информации, в том числе и из Интернета.

Проблема приема информации от аппаратуры, установленной на ИСЗ, имеет как бы три составляющих:

□ Собственно ИСЗ, методы его обнаружения и контроля за его состоянием и перемещением;
□    Ультракоротковолновая радиосвязь (УКВ), которая наиболее подходит для работы с радиоаппаратурой ИСЗ;

□    Цифровые виды связи, которые, благодаря применению компьютеров, способны организовать передачу информации на очень больших скоростях.

В этой книге мне хочется на простых примерах из радиолюбительской практики рассказать вам о том, что представляют из себя ИСЗ с аппаратурой для любительской УКВ радиосвязи. А также познакомить с основными видами цифровой радиосвязи, которые применяются в радиолюбительской практике. В книге представлено большое количество описаний различных аппаратов, антенн и других устройств, которые можно изготовить самостоятельно в домашних условиях. Приведены описания компьютерных программ, использующихся при расчетах элементов орбит ИСЗ и при различных цифровых видах связи. Даны ссылки на адреса в Интернете.

Материал книги распределен по двум составным частям следующим образом.

Часть первая. Спутники.

□    Глава 1. ИСЗ для радиолюбителей. В этой главе освещаются основные исторические сведения о начале эры спутников. Представлена информация о всех ИСЗ с любительской аппаратурой на борту, которые находятся на орбитах во время написания книги. Даны ссылки на адреса в Интернет, где можно получить справочную информацию по этим спутникам. Дана информация о новых проектах ИСЗ в разных странах, в том числе информация о проекте ЦНИИМАШ.

□    Глава 2. Радиолюбительские ИСЗ на разных орбитах. Рассказывается о принципах движения спутников на орбитах. Подробно рассказывается о путях и методах получения нужной информации по ИСЗ, в том числе и из Всемирной радиолюбительской пакетной сети.

□    Глава 3. Расчет элементов орбит ИСЗ. Материал этой главы рассказывает о расчетах элементов орбит ИСЗ. Подробно описаны компьютерные программы для расчета элементов орбит и методы проведения расчета.

□    Глава 4. Связь через любительские ИСЗ. Подробно описываются принципы работы на ИСЗ ретрансляторов. Перечисляются требования, предъявляемые к ретрансляторам. Очень подробно описывается метод проведения анализа и подготовка к работе с Международной Космической Станцией (МКС), спутниками RS-20 и самым интересным спутником -A0-40.
 

Часть вторая. Спутники и УКВ

□    Глава 5. Как наблюдать за ИСЗ. Описывается различная приемная аппаратура, предназначенная для работы с ИСЗ на ультракоротковолновых диапазонах. Приводятся схемы самодельной аппаратуры, установленной на радиостанции RA3XB. Рассказывается о налаживании УКВ аппаратуры в домашних условиях, приводятся схемы самодельных аппаратов, предназначенных для настройки УКВ конвертеров и другой аппаратуры.

□ Глава 6. Антенны для связи с ИСЗ.
Рассказывается об особенностях этих видов связи, об эффективности антенных систем. Приводятся описания нескольких специальных антенн, в том числе очень эффективной новой конструкции УКВ антенны с зеркальным параболоцилиндрическим рефлектором. Эта конструкция в радиолюбительской практике применяется и описывается впервые. Достаточно подробно описываются методы настройки различных УКВ антенн.

Данная книжка основана на материалах моей книги под названием «Спутники и цифровая радиосвязь», которая была написана мною в 2003 году и издана (издательством ДЕСС г. Москва) в начале 2004 года. Сейчас июль месяц 2005 года и у меня появилось желание немного доработать и опубликовать эту книгу в несколько сокращенном варианте в Интернете на своём сайте.

Желаю читателю успехов в расширении кругозора! Геннадий А. Тяпичев - R3XB mailto: tga-r3xb (at) kaluga.ru
 

Часть первая. Спутники. ИСЗ для радиолюбителей

ВложениеРазмер
PDF icon satellite-part1.pdf1020.13 КБ

Часть первая. Спутники.

 

 

Глава 1. ИСЗ для радиолюбителей

 
Предисловие
 
Уже много лет жители нашей планеты постоянно слышат о все новых и все более совершенных аппаратах, которые мощными ракетами забрасываются в околоземное пространство, чтобы там, в условиях абсолютного холода и вакуума, вращаясь вокруг Земли на заданных орбитах, выполнять предназначенную для них работу.
 
Искусственные спутники Земли (ИСЗ) прочно вошли в жизнь человеческого сообщества. ИСЗ широко используются и в мирных и в военных целях. Каждый знает о спутниковом телевидении, спутниковой радиосвязи, об использовании спутников в разведке природных богатств Земли, об использовании спутников в метеорологии - это далеко не полный перечень использования ИСЗ на благо человека. Слышим мы также сообщения о размещении на спутниках военного снаряжения, о спутниках - шпионах. Но мало кто знает о том, что существуют спутники, которые используются в радиолюбительских целях.
 
О том, что представляют из себя радиолюбительские спутники, для каких целей они используются, как рассчитывается время появления спутника в зоне радиовидимости и какие спутники сейчас летают в космосе - вот примерный перечень вопросов, о которых будет рассказано в первой части этой книге. Сначала я расскажу о начале зарождения эры спутников, затем познакомлю с действующими сегодня спутниками, а в конце будут даны все доступные материалы о перспективе.
 
Эта книга является переработанным авторским вариантом моей книги «Спутники и цифровая радиосвязь». Переработка книги минимальная, в основном связанная с оформлением. Поэтому прошу учесть, что все ссылки на сайты, по всей вероятности, работать не будут. Информация по спутникам тоже не первой свежести. Заняться полной переработкой нет сил и возможности.

 

 

Начало эры спутников

 

Первый в мире ИСЗ

 
Когда в СССР появилась идея о создании и запуске первого искусственного спутника Земли, все участники эксперимента надеялись на его успешный запуск, но никто не знал, сколько времени спутник просуществует: один день, неделю, месяц? Очень важно было принимать со спутника какие-то сигналы — только они могли доказать, что спутник находится на орбите. Было совершенно неизвестно, в каком пункте удастся принять сигналы, какой должна быть чувствительность приемной аппаратуры. Ясно было только одно: нужно иметь как можно больше пунктов наблюдения. И тогда решили привлечь к эксперименту радиолюбителей. Институту радиотехники и электроники АН СССР поручили держать связь с радиоклубами ДОСААФ и редакцией журнала "Радио". Были выделены необходимые средства на оснащение аппаратурой 28 радиоклубов, расположенных в различных городах страны. Аппаратуру доставляли туда самолетами.
 
Начальников клубов пригласили в Москву, здесь им читали лекции о том, как наблюдать за радиосигналами спутника, давали рекомендации относительно конструирования специальной аппаратуры. Предварительно аппаратуру испытывали на военном аэродроме. Привезли туда маленький передатчик на 20 МГц — копию того, который был установлен на первом ИСЗ, и летали с ним на самолете, а на земле вели прием его сигналов.
 
Судя по воспоминаниям участников эксперимента, спутник представлял собой небольшой контейнер, в котором размещался малогабаритный радиопередатчик на частоту 20 МГц. Передатчик излучал несущую частоту, которая через небольшие промежутки времени прерывалась специальным таймером. В эфир шли короткие посылки, напоминающие непрерывную передачу телеграфных "тире". Из контейнера выходила определенной длины металлическая упругая лента, которая использовалась в качестве антенны. Питание осуществлялось от специальных электрических аккумуляторов. Срок работы передатчика зависел от времени работоспособности аккумуляторов.
 
Центральным радиоклубом СССР и другими радиолюбительскими организациями были организованы наблюдательные пункты, оснащенные очень приличной по тем временам аппаратурой в 28 населенных пунктах страны, в том числе и в Магадане, и на Камчатке, и на Сахалине.
 
Запуск спутника был осуществлен 4 октября 1957 года. Радиолюбители "схватили" спутник на самом первом его витке. Уже через четыре минуты после начала приема первых сигналов от спутника, диктор Всесоюзного радио Ю. Левитан объявил о запуске в Советском Союзе искусственного спутника Земли.
 
Это событие было очень важным и интересным в жизни каждого человека. Ночами в ясную погоду можно было видеть, как по небу медленно перемещается маленькая светящаяся звездочка. Мы знали, что это летел спутник. Впоследствии выяснилось, что этим светящимся в небе предметом был не спутник, а одна из огромных ступеней ракеты, которая тоже летала вокруг Земли. Спутник был настолько мал по размерам, что отражение от него нельзя было увидеть даже в мощный телескоп.
 
Так началась эра использования радиоаппаратуры на ИСЗ. Русское слово "спутник" с тех пор прочно вошло в обиход по всему миру. Изображения первого спутника стали появляться в прессе, но каждый из них в чем-то отличался от других - так художники доносили до зрителей свое видение этого аппарата. Одно из таких изображений, взятое мною из старого архива, показано на рис. 1.1.
 

Рис. 1.1. «Первобытное» изображение первого спутника

 

 
До тех пор еще никогда на Землю не приходили радиосигналы связи из-за пределов ионосферы, с движущегося космического объекта! В субботу, 5 октября, и особенно в воскресенье, 6-го, на любительских диапазонах творилось что-то невообразимое: все оживленно обсуждали происшедшее, делились впечатлениями и выясняли какие-то детали, спрашивали, на каких частотах работает передатчик, когда его лучше слышно, каков характер сигналов. Зарубежные радиолюбители поздравляли советских радиолюбителей с успешным запуском.
 
Радиолюбители активно вели наблюдения за радиосигналами спутника. Помимо советских радиолюбителей в наблюдениях участвовали коротковолновики ГДР, Чехословакии, США, Англии, Голландии, Японии, Австралии и многих других стран.
Что же дали эти наблюдения? Прежде всего систематический прием сигналов с борта спутника позволял судить, правильно ли работает радиостанция на спутнике, установить продолжительность ее действия, оценить работу источников питания. Уже это немало, так как станция находилась в необычных условиях и подвергалась воздействию малоизученных факторов. Некоторые радиолюбители, кроме того, что делали привязку сигналов по времени, измеряли и их мощность. Такие наблюдения позволили определить величину напряженности электрического поля. По изменению тональности сигналов, так называемому эффекту Допплера, можно судить о параметрах орбиты спутника. Все эти эксперименты были исключительно важны для разработки и создания последующих конструкций аппаратуры для спутников.
 
Наблюдения радиолюбителей много дали и для изучения распространения радиоволн. Ведь до запуска спутника специалисты, изучающие прохождение радиоволн, зондировали ионосферу только снизу, а теперь это было сделано сверху. Наблюдения за характером прохождения сигналов позволили уточнить некоторые характеристики линий дальней коротковолновой связи.
 

Они были первыми

 
История создания радиолюбительских спутников начинается почти сразу же после запуска в Советском Союзе первого ИСЗ, называемого на Западе как Sputnik 1. Через четыре месяца после запуска в СССР ИСЗ Sputnik 1, США запускают свой ИСЗ под названием Explorer 1 31 января 1958 года. И в это же время наиболее крупная радиолюбительская организация Северной Америки American Radio Relay League договорилась с командованием ВВС США о возможном запуске любительского спутника. Вскоре такой спутник был создан и выведен на орбиту ракетой Discoverer XXXVI с космодрома Vandenberg в штате California 12 декабря 1961 года, это произошло только через четыре года после запуска Первого ИСЗ в СССР. Любительский спутник назывался OSCAR 1.
 
OSCAR 1 весил примерно 4,5 кг, имел на борту небольшой передатчик, работающий в режиме маяка. Все это было изготовлено практически в домашних условиях группой радиолюбителей, именующих себя «командой OSCAR». Прием наземными станциями сигналов маяка позволял оценивать условия распространения радиоволн и температуру внутри спутника.
 
Вывод спутника на орбиту осуществлялся довольно сложно. Сначала спутник, который был вторичным грузом на транспортной ракете, доставлялся ракетой на заданную орбиту, а затем вспомогательное устройство выводило спутник на его нормальную орбиту. Работа спутника продолжалась 22 дня, затем он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел. Более 570 радиолюбителей из 28 стран прислали организаторам проекта данные о своих наблюдениях за работой спутника.
 
В моем архиве не оказалось ни одного изображения этих спутников, поэтому на рис. 1.2 представлено изображение спутника АО-16.

 

Рис. 1.1. «Первобытное» изображение первого спутника

Изображение: