А. М. Жаков
УПРАВЛЯЮТ
СПУТНИКАМИ

КАК
УПРАВЛЯЮТ
СПУТНИКАМИ
ЛЕН ИЗ ДАТ ■ 1986

39.62
Ж23
В книгу включены очерки и корреспонденции журналиста
А. А. Ардашева, опубликованные в различных периодических
изданиях.
Фотографии участника экспедиционных рейсов Ю. М. Плаксина.
Рецензенты: М. И. Герасимова, Г, И. Мишкевич
Жаков А. М.
Ж23 Как управляют спутниками. — Л.: Лениздат,
1986.— 136 с., ил.
Книга рассказывает о том, как осуществляется управление полетом
спутников, космических кораблей, орбитальных станций, о космическом
командно-измерительном комплексе и экспедиционных судах, участ¬
вующих в исследовании космического пространс1ва. В книге раскры¬
вается советская программа освоения космического пространства, пре¬
дусматривающая использование космоса исключительно в мирных це¬
лях, на благо всему человечеству.
Рассчитана на широкий круг читателей.
39.62
© Лениздат, 198

Посвящается
советским медикам

Выход человека в космическое пространство отно¬
сится к наиболее значительным свершениям второй по¬
ловины нашего века. Запуском первых спутников и ор¬
битальным полетом 10. А. Гагарина Советская страна
открыла космическую эру в истории человечества. Вско¬
ре автоматические и пилотируемые космические полеты
были осуществлены в США, и сразу же наметились два
различных взгляда, два подхода к дальнейшим иссле¬
дованиям и к самим целям освоения космического про¬
странства.
С годами различия между этими взглядами все бо¬
лее углублялись, пока не выяснилась их полная проти-'
воположность: один подход означает использование кос¬
моса исключительно в мирных целях, в интересах и на
благо всего человечества, другой — превращение косми¬
ческого пространства в плацдарм агрессии и источник
смертельной опасности, курс на подготовку ракетно-
ядерной войны, которая грозит уничтожить саму жизнь
на нашей планете.
Первый подход лежит в основе советской космиче¬
ской программы. Здесь главное внимание обращается
на применение спутников в народном хозяйстве. Космо¬
навтика позволяет решать многие народнохозяйствен¬
ные задачи быстрее и дешевле, чем традиционные мето¬
ды, значит, применение спутников экономически оправ¬
дано.
Неоценима роль космонавтики в распространении
знаний и достижений культуры. Известно, например, что
передачи Центрального телевидения ныне доступны
жителям самых отдаленных мест нашей страны.
В области науки космические полеты привели к ла¬
винообразному росту познаний об окружающем мире.
Развитие космонавтики в народнохозяйственном, науч¬
ном и культурном направлениях составляет основу со¬
ветской программы исследования и освоения космиче¬
ского пространства. Важность освоения космоса в мйр-
4

ных целях неизменно подчеркивается в партийных и
государственных решениях и документах.
Иной взгляд на освоение космоса характерен для
империалистических стран, прежде всего — США. Там
ведущий стимул — извлечение прибыли. А так как мак¬
симальная прибыль достигается именно в сфере произ¬
водства ракетно-космического оружия, то в эту сферу
и устремился крупный монополистический капитал.
Одна из причин, по которой военно-промышленный
комплекс США и некоторых других государств добива¬
ется милитаризации космоса, — финансовая заинтересо¬
ванность определенных деловых и политических кругов
в производстве космического оружия. В погоне за на¬
живой они не останавливаются перед тем, чтобы столк¬
нуть на грань катастрофы народы Земли, включая на¬
роды своих собственных стран. Но кроме финансовых
есть и политические причины. Они заложены в глуби¬
нах продолжающегося обострения общего кризиса ка¬
питализма, в неуклонном и неминуемом сужении сферы
его влияния, в нарастающем сопротивлении народов
мира империалистическому давлению.
Вступая на путь милитаризации космического про¬
странства, империалистические круги хотели бы полу¬
чить решающие военные преимущества по отношению
к Советскому Союзу и другим странам социалистиче¬
ского содружества, чтобы, опираясь на военное превос¬
ходство, попытаться диктовать нам свои политические
условия. Эта цель несбыточна — СССР примет все необ¬
ходимые меры, чтобы сохранить военное равновесие,
сложившееся за последние десятилетия, и отстоять дело
мира. ,
Милитаризация космического пространства, если ее
не предотвратить, поглотит огромные материальные ре¬
сурсы. Многомиллиардные военные заказы, сулящие
огромные прибыли, как раз и служат приводной пружи¬
ной для гонки вооружений. Но, наживаясь на произ¬
водстве ракетно-космического оружия, кое-кто тешит
себя надеждой, что, вынуждая СССР на ответные доро¬
гостоящие меры, сможет дезорганизовать нашу эконо¬
мику. Такая цель тоже существует, но и она несбыточ¬
на: Советский Союз и другие страны социалистического
содружества имеют достаточный научный и промыш¬
ленный потенциал, чтобы ответить на любые планы
милитаристов и оградить свою безопасность.
Борьбу за мирный космос наша страна ведет с пер¬
вых дней космической эры. Еще в марте 1958 года Со¬
5

ветский Союз предложил запретить применение космо*
навтики в военных целях. В последующие годы по ини*
циативе СССР были запрещены испытания в космиче¬
ском пространстве ядерного оружия (1963), размеще¬
ние там оружия массового поражения (1967), создание
и развертывание крупномасштабных систем противора¬
кетной обороны с элементами космического базирова¬
ния (1972).
Борьба против милитаризации космоса- особенно об¬
острилась с начала 80-х годов. Советский Союз энер¬
гично выступает в Организации Объединенных Наций
и других международных организациях, возглавляя
борьбу за то, чтобы преградить путь в космос оружию
любого рода.
Сейчас в международных отношениях нет задачи бо¬
лее важной и более срочной, чем борьба с опасностью
возникновения ракетно-ядерной войны, за прекращение
гонки вооружений на Земле и предотвращение ее в кос¬
мосе. В связи с этим возрастает значение пропаганды
советской программы исследования и освоения космиче¬
ского пространства — программы созидания и мира.
Освоение космоса должно быть направлено на благо
всем народам, живущим на планете.
Немалую роль здесь должны сыграть средства ин¬
формации— печать, радио, телевидение и, не в послед¬
нюю очередь, научно-популярная литература. Каждая
новая книга, посвященная успехам советской науки и
техники в мирном освоении космического простран¬
ства,— это вклад, пусть небольшой, но вполне реаль¬
ный вклад в борьбу.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Намерение написать эту книгу возникло дав¬
но— во время того короткого морского перехода, о ко¬
тором рассказано в седьмой главе. Тогда мы, инженер
и журналист, впервые встретились и познакомились на
борту научно-исследовательского судна «Космонавт
Юрий Гагарин», и сразу же обнаружилось наше общее
пристрастие к этому кораблю и к работе океанской кос¬
мической экспедиции. Тогда и появилась мысль о книге.
Но до самой книги было еще далеко. Еще предсто¬
яло одному из нас (журналисту) рассказать о кораб¬
лях космического, флота со страниц многочисленных га¬
зет и научно-популярных сборников, по радио, телеви¬
дению, в кино, а другому (инженеру) — выпустить на¬
учно-техническую книгу на ту же тему Г И только через
несколько лет мы смогли приняться за работу. Получи¬
лось так, что основной авторский труд пришелся на
долю инженера, а журналист участвовал в книге глав¬
ным образом своими очерками и корреспонденциями,
опубликованными в различных периодических изданиях.
В процессе работы наши первоначальные планы по¬
неволе значительно изменились. Прежде чем рассказы¬
вать о самих кораблях, оказалось совершенно необхо¬
димым познакомить читателей с некоторыми общими
вопросами космической баллистики и космической ра¬
диотехники— иначе было бы неясно, зачем вообще ну¬
жен космический флот. Далее, пришлось учесть, что
корабельное оборудование для контроля и управления
космическим полетом — всего лишь разновидность обыч¬
ного оборудования, установленного на наземных пунк¬
тах командно-измерительного комплекса, а сами кораб¬
ли космической службы решают те же задачи по управ¬
лению спутниками, что и наземные пункты, но только
в океане, то есть в более сложных условиях. И стало
1 Безбородов В. Г., Жаков А. М. Суда космической службы.
Под ред. А. М, Жакова. Л., Судостроение, 1980.
7

ясно, что рассказ о космическом флоте лучше всего на¬
чать с подробного изложения общих вопросов управле¬
ния космическим полетом. Так что мы нисколько не из¬
менили своей привязанности: каша книжка, несмотря
на казалось бы далекое от этого название, посвящена
и кораблям космического флота.
Но вместе с тем и управлению космическим полетом
тоже! Здесь надо сказать, что эта тема в научно-попу¬
лярной литературе по космонавтике представлена весь¬
ма небогато, хотя известно, что разработка систем уп¬
равления спутниками относилась к числу наиболее важ¬
ных и трудных задач, которые необходимо было ре¬
шить, чтобы полеты в космос стали реальностью. Еще
не написана книга о тех сложнейших теоретических и
инженерных проблемах, которые приходилось решать
специалистам, готовившим к запуску первые советские
спутники, и приходится решать сегодня при разработке
систем управления для новых, все более сложных кос¬
мических стартов. В нашей книжке мы лишь прикос¬
нулись к этой интересной теме.
Еще беднее литература о научно-исследовательских
судах космической службы. Она исчерпывается упомя¬
нутой выше книгой да разрозненными публикациями
в периодических изданиях. Но та книга предназнача¬
лась главным образом для специалистов, а нам пред¬
стоит рассказать о научно-исследовательских судах по¬
пулярно, в расчете на широкий круг читателей.
Мы думаем, что автора, приступающего к работе над
популярной книгой по какому-либо новому и сложному
научному или техническому вопросу, можно уподобить
путешественнику, который пробирается с тяжелой но¬
шей за плечами по горной тропинке, вырубленной в от¬
весной скале: слева — бездонная пропасть, справа —
гранитная стена. Если автор в похвальном стремлении
как можно проще объяснить сложное явление перейдет
ту запретную черту, которая отделяет научную популя¬
ризацию знаний от упрощенчества, создающего лишь
искаженную видимость знаний, его ждет глубокая про¬
пасть под огнем справедливой критики со стороны спе¬
циалистов. Но едва ли не страшнее глухая стена, кото¬
рая отгородит книгу от читателей, если без нужды
строгое изложение окажется для них непонятным и по¬
тому неинтересным. Мы очень надеялись, что принад¬
лежность авторов к двум несхожим профессиям помо¬
жет избежать обеих опасностей и пройти до конца весь
путь по тропе: инженер, когда нужно, поддержит кол¬
8

легу-журналиста на краю бездны и не даст ему ска¬
титься вниз, а журналист, в свою очередь, защитит кол¬
легу-инженера от синяков и ссадин из-за ударов о вы¬
ступы гранитной скалы. Читателю судить, насколько
сбылись эти наши надежды.
В бесконечных спорах, с которыми рождалась почти
каждая страница книги, верх брал чаще всего коллега-
журналист— интересы читателей с «гуманитарным
складом ума» были надежно защищены. Но космиче¬
ская баллистика и космическая техника — такие дис¬
циплины, которые целиком основаны на математических
расчетах. Поэтому при всех разногласиях мы никогда
не сомневались в главном: что полное изгнание матема¬
тики с ее страниц сделало бы книгу малополезной для
вдумчивого читателя. Книга написана для тех, кто дей¬
ствительно хочет узнать, как управляют спутниками.
Читатели-«гуманитарии», решительно не приемлющие
математику, могут в крайнем случае пропускать абза¬
цы, которые содержат математические символы. Но ду¬
мается, все-таки лучше — не пропускать. Мы специаль¬
но ограничились книжкой, небольшой по объему, чтобы
излишне не затруднять читателей математическими и
техническими подробностями.
Таковы наши сомнения и наши пожелания. А теперь
(как писали раньше), уповая на благосклонность чита¬
телей, начнем наш рассказ.
Павловск,
1 февраля 1985 года

Глава 1
КОСМОНАВТИКА
СЕГОДНЯ
К космическим стартам у нас привыкли. Сей¬
час мало кто помнит, как собирались у репродукторов
толпы народа, чтобы послушать торжественный голос
знаменитого диктора, возвещавшего о новом космиче¬
ском старте, как выстраивались у Планетария в парке
Ленина длинные очереди, чтобы взглянуть в телескоп
на нашу небесную соседку Луну,, к которой устремила
свой полет советская автоматическая станция, о радо¬
стных стихийных демонстрациях на Дворцовой пло¬
щади с наскоро нарисованными от руки плакатами и
портретами первых космонавтов.
Все это — в далеком прошлом. Сегодня миллионы чи¬
тателей без особого волнения узнают из газет о много¬
численных стартах в космос. Запуск ракет-носителей
можно увидеть, не выходя из дому, — на экранах теле¬
визоров. А красочные кадры из кинофильмов позволяют
зрителям почти наяву ощутить обстановку космодрома.
Но только — почти! Потому что никакими средства¬
ми литературы или кино невозможно до конца воссо¬
здать то необыкновенное событие, которое называется
космическим стартом. Надо обладать незаурядным ли¬
тературным дарованием, чтобы даже при помощи всего
богатства русского языка воспроизвести торжественные
минуты, когда последний человек покидает стартовую
площадку и ракета остается одна — огромная пятиде¬
сятиметровая свеча, белоснежная от инея, когда возни¬
кает вначале чуть слышный, но постепенно все нарас¬
тающий рокот ракетных двигателей,, появляются первые
вспышки пламени, шум двигателей становится оглуши¬
тельным и яркое пламя слепит глаза. Ракета медленно
подается вверх, потом — быстрее и быстрее... Вот она
уже летит в вышине яркой звездой. И только голос ин-
женера-телеметриста отсчитывает в динамике секунды
п, комментируя происходящее там, в небесной выси, то
и дело возвещает, тщетно стараясь скрыть ликование
в голосе: «Полет нормальный!»
ю

Сколько бы ни присутствовал при космическом за¬
пуске, каждый раз отмечаешь про себя что-нибудь но¬
вое в этом шумном, красочном и необычайно волную¬
щем зрелище!
И все-таки несомненно: к космическим стартам у нас
привыкли, не вызывают они былых восторгов. Иногда
приходится слышать: «Как изменило людей наше бур¬
ное время, перенасыщенное событиями, ничем-то их не
удивишь!» Но справедлив ли упрек? Так ли уж вино¬
вато «наше бурное время»?
Ведь никто же не станет упрекать нас за то, что мы
без всякого удивления провожаем взглядом самолеты,
заходящие на посадку. В самом деле, что тут особен*
ного? Но лет пятьдесят-шестьдесят назад самолеты (их
называли тогда аэропланами) тоже казались почти чу¬
дом. Чтобы на них посмотреть, собирались толпы на¬
рода. Почему же теперь самолеты не вызывают былого
интереса? Ответить несложно: потому что мы видим их
каждый день, без труда можем сами полететь, купив би¬
лет в кассе Аэрофлота, потому что самолеты выполняют
в нашей повседневной жизни всем понятные, хорошо
знакомые и вполне обыденные функции.
То же самое случилось и со спутниками. Из вещи
редкой, «экзотической» спутники стали обычным сред¬
ством решения многих повседневных задач. И именно
поэтому перестали нас удивлять.
Прошла полоса шумных проявлений восторга. Спут¬
ники прочно встали в один ряд с другими техническими
достижениями современности — такими, как авиация,
телевидение или электронные вычислительные машины.
Начались рабочие будни космонавтики, которая теперь
жизненно необходима человеческому обществу.
Такая, видно, судьба у великих инженерных сверше¬
ний: они, быть может, потому и велики, что, входя
в нашу жизнь, становятся необходимыми и — незамет¬
ными.
Я беру карандаш и выписываю области хозяйствен¬
ной деятельности людей, в которых успешно применя¬
ются спутники: дальняя телеграфно-телефонная связь и
телевидение, прогнозы погоды и предупреждения о сти¬
хийных бедствиях, судовождение в океане и геодезиче¬
ские работы на строительстве газопроводов и железных
Дорог, составление топографических карт и разведка
полезных ископаемых... Перечень этот далеко не пол¬
ный, его можно было бы продолжить.
11

ДАЛЬНЯЯ СВЯЗЬ
Начнем с дальней связи. Радисты справед¬
ливо утверждают, что современная связь должна быть
широкополосной. Это значит, что она должна допускать
одновременную передачу в каждом направлении сотен
телефонных сигналов, телеграмм, числовых данных для
электронных вычислительных машин, передачу фототе¬
леграфных и телевизионных изображений. ’ Хорошо из¬
вестно, что такая связь возможна лишь на ультравы-
соких частотах — безразлично, от передающей антенны
к приемной (по эфиру) или по кабелю.
Но радиоволны ультравысокой частоты распростра¬
няются прямолинейно (как и лучи света), не огибая
сферическую поверхность Земли или возвышенности
рельефа. Это значит, что радиосвязь на ультракоротких
волнах между земными корреспондентами возможна
только до горизонта: передающая и приемная антенны
должны быть видны друг другу (рис. 1). Даже если
поднять обе антенны на мачты высотой 100 метров, ра¬
диосигналы пройдут всего несколько десятков километ¬
ров.
А как же передать сигналы намного дальше, напри¬
мер из Москвы во Владивосток? До эры спутников для
дальней широкополосной связи строили радиолинии,ко¬
торые в технике получили название радиорелейных. На
всем пути сигнала расставляли цепь вышек-ретрансля¬
торов— так, чтобы с каждой вышки были видны две
соседние — справа и слева. Ретрансляторы принимали
радиосигналы, усиливали их и, как эстафету, переда¬
вали дальше. Ясно, что для связи на большие расстоя¬
ния, чтобы охватить всю нашу страну, таких ретранс¬
ляторов требуются многие сотни. Их установка сложна
и дорога. Вместо цепи из вышек можно проложить
высокочастотный кабель, но это будет еще сложнее и
дороже.
А ретранслятор на спутнике «Молния», поднятый
над Землей на «мачте»-орбите на высоту 40 000 кило¬
метров и видимый одновре¬
менно из множества насе¬
ленных пунктов, далеко от¬
стоящих один от другого,
Рис. 1. Радиосвязь на ультра¬
коротких волнах возможна толь¬
ко до линии горизонта.
рис. 2. Ультракоротковолновый
передатчик установлен на спутни¬
ке — зова связи многократно
увеличилась.
позволяет легко решить за¬
дачу (рис. 2). С помощью
спутников «Молния» (а впо¬
следствии «Радуга», «Эк¬
ран», «Горизонт») стало
возможным показывать мос¬
ковские телевизионные пе¬
редачи во многих городах
и селах Крайнего Севера,
Дальнего Востока, Средней Азии, а также за пределами
нашей страны. Спутники устранили трудности, связан¬
ные со строительством и применением радиорелейных
и кабельных линий.
Как действует система спутниковой связи? Сигнал
Центрального телевидения через мощный передатчик
и остронаправленную антенну посылают на спутник
(рис. 3). Спутник-ретранслятор принимает сигнал, уси¬
ливает его и передает обратно на Землю. Телевизион¬
ное изображение могут принимать с орбиты все земные
станции местного телевидения, которые одновременно
с центральным передатчиком видят спутник (рис. 2).
Именно так на всю территорию нашей страны переда¬
ются московские телевизионные программы. Если же
все земные станции оснастить не только приемниками,
но и передатчиками, то через спутник можно осущест¬
влять и двухстороннюю многоканальную телеграфно¬
телефонную связь.
Но изготовление спутника и ракеты-носителя, выве¬
дение спутника на орбиту, управление полетом обхо¬
Рис. 3. Передача программ Центрального телевидения через спут¬
ник.
13

дятся тоже недешево. Глядя на огромную ракету, уста¬
новленную на старте, невозможно преодолеть острое
чувство сожаления: ведь это прекрасное творение чело¬
веческого ума и рук, образец художественного совер¬
шенства, одна из вершин инженерной мысли, превра¬
тится, еще до того как спутник выйдет на орбиту, в гру¬
ду оплавленного металла. И все же экономисты, кото¬
рым здесь принадлежит решающее слово, тщательно
все взвесив и подсчитав, утверждают, что дальняя ши¬
рокополосная связь и телевизионное вещание через
спутники намного дешевле, чем по наземным линиям
связи.
СЛУЖБА ПОГОДЫ
Все мы наслышаны, как важны точные про¬
гнозы погоды. Насколько проще было бы, к примеру,
земледельцам планировать сроки^ сева или жатвы, знай
они наверное, какая будет погода в ближайшие дни и
недели.
А стихийные силы природы — ураганы и тайфу¬
ны! Неистовый ветер сметает все на своем пути; не¬
сет разрушения и гибель тысячам людей. Как было бы;
хорошо узнать,о набеге стихии заранее, чтобы подго¬
товиться к ее приходу. Теперь вспомним, что прогнозы
погоды резко улучшились с тех пор, как появились на
космических орбитах спутники «Метеор». Эти спутники
обращаются вокруг Земли на сравнительно небольшой
высоте. Они оснащены телевизионной и инфракрасной
аппаратурой, которая осматривает земную поверхность
и облачный покров. На одном витке исследуется широ¬
кая полоса, а так как Земля вращается, то на каждом
последующем витке спутник пролетает над все новыми
и новыми районами земной поверхности (рис. 4). Ме¬
теорологические данные с
нескольких спутников по¬
ступают на земные пункты
приема информации, затем
собираются вместе и ис¬
пользуются для прогнозов
погоды.
Подсчитано, что только
Рис. 4. Метеорологический спут¬
ник, летящий по орбите, позво¬
ляет осматривать широкую поло¬
су земной поверхности.
14

из-за улучшения прогнозов за счет применения спутни¬
ков «Метеор» народное хозяйство нашей страны еже¬
годно сберегает сотни миллионов рублей. (Говоря об
экономии, которую несут народному хозяйству спут¬
ники, мы намеренно не называем точных цифр, хотя они
и публикуются в печати: эти цифры год от года обнов¬
ляются, так как с усовершенствованием космических
методов решения народнохозяйственных задач растет
их экономическая отдача.)
Но этим польза от спутников «Метеор» не исчерпы¬
вается. Они обнаруживают лесные пожары в отдален¬
ных уголках тайги, помогая ликвидировать огонь в са¬
мом зародыше. Спутники делают это намного быстрее
и надежнее, чем авиация, а это опять сбереженные мил¬
лионы рублей.
Используя метеорологическую информацию, посту¬
пающую с орбиты, капитаны океанских судов разраба¬
тывают такие маршруты, которые позволяют избежать
штормов и ураганов, значит, повысить безопасность пла¬
вания, сократить сроки перевозок, сберечь многие тон¬
ны топлива — иными словами, сэкономить народные
деньги. Такова повседневная работа спутников «Ме¬
теор».
ФОТОСЪЕМКА С ОРБИТЫ
С каждым годом все шире применяется в на¬
родном хозяйстве космическая фотосъемка. Фотографии
с орбиты используются для построения новых и перио¬
дической коррекции существующих топографических
карт, выявления районов, в которых наиболее вероятны
месторождения полезных ископаемых, изучения природ¬
ной среды и контроля за ее состоянием. До эры спут¬
ников все эти задачи решали с помощью аэрофото¬
съемки. Космическая фотосъемка оказалась во многих
отношениях лучше.
Чтобы охватить весь район, умещающийся на одном
снимке из космоса, надо сделать примерно три тысячи
аэрофотоснимков. Для этого самолет должен пролететь
не одну тысячу километров и потратить много дней,
чтобы один за другим выполнить эти тысячи снимков.
Серьезная помеха для аэрофотосъемки — неблагоприят¬
ная погода, которая вычеркивает из плана полетов мно¬
гие дни, а то и недели.
Простой расчет свидетельствует: несколько минут
космической съемки дают тот же результат, что и не¬
сколько месяцев съемки с самолета. В итоге космиче¬
15

Ская фотосъемка ведет к многократному ускорению кар¬
тографических работ, сокращению сроков строительства,
ускорению хозяйственного освоения новых территорий.
Следует учесть и то, что тысячи отдельных фотогра¬
фий, получаемых разновременно и потом склеенных
вместе, не равноценны одномоментному снимку. Неиз¬
бежные различия между снимками, вызванные измене¬
нием освещения (положения Солнца и состояния атмо¬
сферы), сезонными различиями в окраске раститель¬
ного покрова, разбросом характеристик фотопленок и
условий проявления, приводят к появлению на склеен¬
ном изображении ложных контрастов и оттенков, отсут¬
ствующих на самом объекте съемки. Они могут зату¬
шевать и даже совсем поглотить слабые контрасты и
оттенки, которые как раз и дают ценную информацию
геологам, лесоводам или агрономам. Это нельзя не учи¬
тывать при сопоставлении достоинств аэрофотосъемки
и космической съемки.
НАВИГАЦИЯ И ГЕОДЕЗИЯ
Очень полезными оказались спутники для ре¬
шения таких народнохозяйственных задач, как геодези¬
ческое обеспечение (например, на строительных рабо¬
тах) и судовождение в океане.
Геодезические измерения предшествуют любому
крупному строительству. Проект строительства должен
быть, как говорят, привязан к геодезической сети: по¬
ложение каждой точки на территории, где развернется
стройка, должно быть определено относительно единого
для всей страны начала координат и высот. А это дело
трудоемкое, требующее много времени, особенно в не¬
обжитых районах.
В геодезическом обеспечении нуждаются работы по
созданию или периодической коррекции географических
карт. Для народного хозяйства страны постоянно тре¬
буются сотни и тысячи карт различного назначения и
масштабов, поэтому облегчение и ускорение геодезиче¬
ских измерений имеет большое значение.
Сродни геодезии морская навигация. Она тоже за¬
нимается определением координат — для кораблей в оке¬
ане. Разница между ними в том, что навигация может
удовлетвориться меньшей точностью, чем геодезия, тре¬
буя взамен большей оперативности в определении ко¬
ординат. В самом деле, капитану океанского судна до¬
статочно выяснить координаты с точностью до несколь-
16

рис. 5. Определение координат
океанского судна.
ких десятков метров, но уз¬
нать их надо немедленно, в
момент измерения. У геоде¬
зистов же допустимые оши¬
бки исчисляются единицами
метров, а то и сантиметрами, но процесс измерения и
последующих расчетов можно растянуть во времени.
Вспомним, как определяет географическое положе¬
ние своего корабля штурман-навигатор. Прежде всего,
он выбирает ориентиры, координаты которых ему точно
известны. Затем устанавливает местоположение судна
относительно выбранных ориентиров. Если берег близ¬
ко, можно воспользоваться оптической пеленгацией: из¬
мерив азимуты «1 и ct2 двух ориентиров (рис. 5), найти
координаты на пересечении двух линий, построенных на
карте. Можно обойтись и одним ориентиром, если изме¬
рить азимут си и дальность Si (с помощью корабельного
радиолокатора). Нас не интересуют подробности рабо¬
ты штурмана-навигатора, важно лишь сказать, что для
расчета неизвестных координат следует -выполнить два
условия: во-первых, выбрать ориентиры, положение ко¬
торых точно известно, и, во-вторых, определить положе¬
ние судна относительно ориентиров.
Если берег далеко — корабль плывет в открытом
океане, ориентирами штурману служат Солнце и зве¬
зды. Их координаты указаны в астрономических табли¬
цах. Положение судна относительно ориентиров изме¬
ряют с помощью секстана.
Но небесными ориентирами могут быть и спутники.
В морской навигации спутники используют так.
Наземные радиотехнические станции периодически
измеряют пространственные координаты и скорость
спутника. По этим данным на электронной вычисли¬
тельной машине рассчитывают спутниковую орбиту и
предвычисллют (прогнозируют) последовательные поло¬
жения спутника на орбите. Расчет выполняют для от¬
дельных моментов времени (например, через одну ми¬
нуту), на сутки вперед. Затем будущие пространствен¬
ные координаты спутника (их называют эфемеридами)
вместе с соответствующими им отсчетами времени пере¬
дают по радио на спутник, ' и там они запоминаются
в бортовом программно-временном устройстве.
17

Теперь спутник может служить навигационным ори¬
ентиром. Регулярно, раз в минуту, он излучает радио¬
сигнал: отсчет времени и свои координаты для этого
момента. Сигнал принимается на океанском судне и по¬
ступает в вычислительную машину. Тот же радиосигнал,
пришедший с орбиты, дает возможность измерить поло¬
жение судна относительно спутника (как именно — мы
расскажем в шестой главе).
В вычислительной машине на судне собирается вся
информация для расчета: координаты космического
ориентира и данные о положении судна относительно
этого ориентира. Один пролет спутника — и положение
судна выяснено. Точность местоопределения по спутни¬
кам составляет 100—200 метров — это в 10 раз выше,
чем при работе с секстаном.
Для геодезических измерений такая точность недо¬
статочна, она должна быть выше еще в 10 раз. Ошибка
спутниковой! навигации вызывается прежде всего неточ¬
ностью прогноза орбиты и вычисления эфемерид. По¬
этому геодезисты исключают прогноз орбиты из своей
методики. Вместо этого они измеряют положение спут¬
ника на небе из нескольких опорных пунктов — точек;
на земной поверхности, уже привязанных к геодезиче¬
ской сети. Измерения из всех опорных пунктов выпол¬
няют строго одновременно, что дает возможность рас¬
считать пространственные координаты спутника на мо¬
мент измерения. В тот же момент времени определяют
положение спутника из неизвестной точки, геодезические
координаты которой хотят рассчитать.
Практически все это сводится к фотографированию
звездного неба, по которому пролетает спутник, из не¬
скольких опорных точек и из определяемой точки. Со¬
брав вместе все фотографии, геодезисты получают не¬
обходимый материал для привязки неизвестной точки:
пространственные координаты космического ориентира
и данные о положении неизвестной точки относительно
ориентира. Такая методика не требует предваритель¬
ного прогноза спутниковой орбиты, но зато выдвигает
новое условие — строгую одновременность всех измере¬
ний. Однако это требование выполняется технически
просто. Для самих измерений можно применить оптиче¬
скую аппаратуру (фотографировать звездное небо) или
радиотехническую.
Мы видим, что спутники в наши дни — незаменимые
помощники моряков и геодезистов. Спутники позволяют
резко сократить продолжительность, трудоемкость и
18

стоимость геодезических работ, в судовождении они по¬
вышают точность местоопределения судов и делают на¬
вигацию всепогодной.
О чем говорят эти примеры? Мы убедились: на мно¬
гие земные профессии спутники наложили свой косми¬
ческий отпечаток.
Капитаны морских судов могут теперь обойтись без
секстана. Достаточно включить электронный прибор
(в него входит радиоприемник с электронной вычисли¬
тельной машиной), и немного погодя точные географи¬
ческие координаты судна появятся на бумажной ленте
или световом табло — это пришел сигнал со спутника.
Геодезисты вычисляют координаты наземных пунк¬
тов по фотографиям ночного неба, где рядом с настоя¬
щими звездами видны рукотворные — вспышки мощной
импульсной лампы, установленной на спутнике.
Спутники привели к настоящей революции в профес¬
сиональных приемах геологов, метеорологов, картогра¬
фов, океанологов, лесоводов и многих других специа¬
листов. Велик вклад космонавтики и в научные иссле¬
дования, например, астрономов и биологов.
Все это — результаты сегодняшнего применения кос¬
мических полетов. А что же завтра?
Большое будущее у спутникового материаловедения.
Орбитальный полет предоставляет технологам редкие
условия, недостижимые на Земле: длительную невесо¬
мость и глубокий вакуум. В невесомости легче получить
сплавы из металлов с резко различными удельными ве¬
сами, вырастить полупроводниковые кристаллы с задан¬
ной структурой, получить сверхчистые вещества.
Энергетики анализируют возможности будущих кос¬
мических электростанций, построенных на околоземных
орбитах. Преобразование энергии солнечного излучения
в электрический ток и сегодня не встречает принципи¬
альных трудностей — ведь уже давно используются сол¬
нечные батареи для электропитания бортовых приборов
на космических кораблях. Полученную на орбите энер¬
гию можно передать на Землю направленным пучком
Радиоволн. Возможны и другие пути создания орби¬
тальных электростанций.
Но не будем упрощать и упреждать события. До
пуска первой космической электростанции еще очень
Далеко. Пока рано превращать в музейные экспонаты
секстан и геологический молоток, они еще пригодятся.
19

Космонавтика не отменяет традиционных методов реше¬
ния научных и народнохозяйственных задач — традици¬
онные и космические методы используются совместно,
дополняя друг друга. Несомненно, однако, что спутники
неуклонно проникают ео все новые и новые сферы хо¬
зяйственной деятельности современного общества.
Спутники перестали быть только инструментом науч¬
ного познания природы, как в первые годы космической
эры. Пришла пора, когда космонавтика возвращает не¬
малые финансовые затраты тех первых лет. Уже сейчас
для решения многих насущных хозяйственных задач
применение космических методов экономически оправ¬
дано. Спутники стали выгодными, и число прикладных
задач, в которых космонавтика находит экономически
оправданное применение, увеличивается с каждым го¬
дом.
КОСМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Современная космонавтика призвана решать
прежде всего народнохозяйственные задачи. Другое
важное применение космических полетов — развитие
научных представлений об окружающем нас мире. По-,
видимому, не существует резкой границы между науч¬
ной и прикладной космонавтикой: сколько уже, каза¬
лось бы, чисто научных задач, например, из области
космического природоведения и материаловедения пере¬
шли или у нас на глазах переходят в разряд приклад¬
ных, с успехом и выгодой используемых в народном
хозяйстве.
Космонавтика сегодня — это целая область челове¬
ческой деятельности. В ее сферу вовлечены большие
массы людей — десятки тысяч специалистов. Они гото¬
вят к старту и запускают космические объекты, управ¬
ляют их полетом, принимают и анализируют информа¬
цию, приходящую с орбиты, встречают космические ко¬
рабли при возвращении на Землю. Эти специалисты
работают на космодромах, в Центре управления поле¬
том, на наземных измерительных пунктах, научно-ис¬
следовательских судах Академии наук, в районе посад¬
ки космических кораблей.
В сфере космонавтики сосредоточена сложнейшая
техника — монтажно-испытательное оборудование, стар¬
товые сооружения, разнообразные радиотехнические си¬
стемы и системы связи, мощные электронные вычисли¬
тельные машины, разветвленные автоматические систе¬
мы переработки информации. Проектированием и изго*
20»

товлением образцов космической техники заняты многие
научно-исследовательские институты, конструкторские
бюро, заводы.
Можно сказать, что современная космонавтика —
это большая область человеческой деятельности, охва¬
тывающая полеты в космическом пространстве с целью
решения прикладных и научных задач.
К сожалению, кроме хозяйственной и научной есть
еще одна область применения космических полетов, об¬
ласть, глубоко чуждая советской программе исследова¬
ния и освоения космического пространства. Имеются
в виду известные планы размещения в космосе оружия,
предназначенного для действия как в самом космиче¬
ском пространстве, так и из космоса по наземным це¬
лям. Эти вопросы выходят далеко за рамки нашей те¬
мы, но мы не можем не подчеркнуть актуальности и
важности той решительной борьбы против зловещих
планов милитаризации космоса, которую ведет Со¬
ветская страна на протяжении всех лет космической
эры.
Материальной основой космонавтики служит косми¬
ческий комплекс. В него входит вся совокупность техни¬
ческих средств, необходимых для осуществления косми¬
ческих полетов (рис. 6). Сюда же включаются и косми¬
ческие объекты — технические устройства, предназна¬
ченные для полета в космическом пространстве.
Наиболее существенная характеристика любого кос¬
мического объекта — тип его траектории. Для решения
21

с помощью космонавтики всех народнохозяйственных и
многих научных задач требуются замкнутые траекто¬
рии, охватывающие Землю. Космические объекты, обра¬
щающиеся вокруг Земли по замкнутым орбитам, будем
называть спутниками. Это — автоматические спутники,
пилотируемые космические корабли, грузовые космиче¬
ские корабли, долговременные орбитальные станции.
Конечно, все эти объекты трудно сопоставимы как по
задачам, которые они решают, так и по конструкции,
размерам, массе и составу бортового оборудования. Но
для нас сейчас более важно то, что управление полетом
всех орбитальных космических объектов, то есть спут¬
ников, осуществляется в основном одинаково.
Второй тип космических траекторий — разомкнутые,
уходящие от Земли в космическое пространство. Такие
траектории необходимы для полетов к Луне, Марсу,
Венере и другим планетам. Хотя полеты к Луне и пла¬
нетам в книге не рассматриваются, следует иметь в ви¬
ду, что основы их управления не отличаются от управ¬
ления спутниками.
В состав космического комплекса входят ракеты-но¬
сители. Технические характеристики ракет-носителей
определяются массой запускаемого спутника и высотой
орбиты. Поэтому для выведения на орбиты всего мно¬
гообразия спутников используется лишь несколько ти¬
пов ракет-носителей.
Ракета-носитель стартует с пусковой установки вер¬
тикально вверх. Спутник отделяется от последней сту¬
пени ракеты и начинает самостоятельный полет, когда
скорость достигает заданного значения. Ракеты-носители
для малых и средних по массе спутников, находясь на
старте, имеют высоту несколько десятков метров, на¬
чальную массу — до нескольких сот тонн. Для тяжелых
автоматических спутников, космических кораблей и ор¬
битальных станций, а также для межпланетных поле¬
тов требуются ракеты более внушительных размеров.
Их стартовая масса достигает 2500 тонн, а высота на
пусковой установке превышает 100 метров.
Следующая составная часть космического комплек¬
са — стартовый комплекс. Он служит для подготовки
спутника и ракеты-носителя к запуску, для самого за¬
пуска и контроля за полетом ракеты-носителя на тра¬
ектории выведения. Технические средства стартового
комплекса размещены на космодроме.
После отделения спутника от ракеты-носителя кон¬
троль и управление космическим полетом осуществляет
22

командно-измерительный комплекс. В него входят Центр
управления полетом (на рис. 6—ЦУП), сеть назем¬
ных измерительных пунктов (НИП) и научно-исследо¬
вательские суда АН СССР — плавучие измерительные
пункты (НИС). О командно-измерительном комплексе
рассказ впереди.
Наконец, поисково-спасательный комплекс. Он ну¬
жен для встречи на Земле возвращаемых с орбиты
спутников, для эвакуации экипажа, научного оборудо*
вания и материалов исследований, выполненных на ор¬
бите.
Таков космический комплекс — одно из наиболее
сложных и совершенных творений современной науки
и техники. Он раскинулся по территории нашей страны
и в акватории Мирового океана, на огромных простран¬
ствах, измеряемых многими тысячами километров. Но,
несмотря на это, весь космический комплекс должен
работать как единый отлаженный механизм, согласо¬
ванно во времени до секунд и даже долей секунды.
Сложность управления десятками разнотипных спутни¬
ков, одновременно находящихся на орбитах, требует вы¬
сокой насыщенности космического комплекса средства¬
ми автоматики и мощными электронными вычислитель¬
ными машинами. И вместе с тем многие тысячи специа¬
листов участвуют в его работе.
Совершенно очевидно, что создание и использование
космического комплекса связано с вложением больших
материальных средств. Но, как мы уже знаем, эти за¬
траты окупаются.
На этом прервем рассказ о космическом комплексе,
чтобы познакомиться с теорией, на которой основаны
его построение и применение, — с теорией космического
полета, иначе — космической баллистикой.

Глава 2
КОСМИЧЕСКИЕ
ТРАЕКТОРИИ
Со школьных лет мы помним, что тело, пре¬
доставленное самому себе, если на него не действуют
никакие силы, покоится или движется прямолинейно и
равномерно. Так же — прямолинейно и равномерно—•
летел бы в космическом пространстве спутник, но ему
мешает своим мощным притяжением наша планета
Земля.
Притяжение искривляет траекторию. На сколько
именно — зависит от расстояния между Землей и про¬
летающим мимо телом, а также от скорости тела
(рис. 7). Если расстояние велико (fi), тело лишь не¬
много отклонится в сторону Земли и беспрепятственно
продолжит свой путь в космическом пространстве (тра¬
ектория /). Если расстояние мало (г3; скорость v счи¬
таем неизменной), траектория резко изогнется и тело
упадет на Землю (траектория 3).
Подбирая различные сочетания расстояния г и ско¬
рости и, можно получить разнообразные траектории.
Например, можно заставить тело обогнуть Землю и вер¬
нуться в ту же точку, из которой началось его движе¬
ние, и с той же скоростью. Получится замкнутая тра¬
ектория 2, повторяющаяся от витка к витку, — орбита
спутника.
Выходит, что в орбитальном полете противобор¬
ствуют два начала: пер¬
вое — ньютоновское стрем¬
ление тела двигаться пря¬
молинейно и равномерно,
второе — притяжение к Зе¬
мле. В орбитальном полете
оба начала находятся в рав¬
новесии. Границы равнове-
Рис. 7. Притяжение Земли ис¬
кривляет траектории: пролетаю¬
щего мимо нее тела.
24

сия подвижны: различным сочетаниям расстояния г и
скорости v (рис. 7) соответствуют различные по разме¬
рам и форме орбиты. Но если побеждает одно из на¬
чал — безразлично которое, — спутника не получится.
Тело либо безвозвратно уйдет в космическое простран¬
ство, либо упадет на Землю. Спутник не улетает от
Земли, потому что притягивается к ней, и не падает па
Землю, потому что стремится улететь прочь по прямой
линии, касательной к орбите.
КРУГОВАЯ СКОРОСТЬ
В одной авторитетной книге по механике для
пояснения орбитального полета спутника использована
такая аналогия. Всем известен несложный опыт: привя¬
зав камень к веревке и зажав в руке ее свободный ко¬
нец, раскручивают веревку, заставляя камень описывать
окружность (рис. 8).
Камень летел бы по прямой линии, касательной
к окружности, но натянутая веревка сталкивает его
с этого пути. Натяжение веревки порождает силу /с,
приложенную к камню. Она направлена к центру окру¬
жности и называется центростремительной силой. Изве¬
стно, что сила f пропорциональна квадрату скорости v2
и обратно пропорциональна радиусу г, то есть равна
v2/r. Центростремительная сила зависит от массы кам¬
ня. Чтобы не усложнять рассуждения, предположим, что
масса камня (а в дальнейшем — масса спутника)
равна 1.
Можно подметить сходство между движением камня
и движением спутника. Спутник тоже испытывает цен¬
тростремительную силу, и создается она притяжением
Земли (рис. 9). По закону всемирного тяготения, от-
Рис. 8. Натяжение веревки
создает центростремительную
силу, которая не позволяет
камню двигаться прямолиней¬
но и равномерно.
Рис. 9. При полете спутни¬
ка по орбите центростреми¬
тельная сила обусловлена при¬
тяжением Земли.
25

Рис. 10. При полете спутни¬
ка по окружности его ско¬
рость постоянна по величине
и равна круговой скорости.
Рис. 11. Вместо радиуса ор¬
биты можно задать высоту
полета спутника над земной
поверхностью.
крытому Ньютоном, сила притяжения f равна fe/r2
(о коэффициенте пропорциональности k, который зави¬
сит от массы притягивающего тела — Земли, будет ска¬
зано ниже).
Таким образом, единственную силу, действующую
на спутник, можно рассматривать с двух точек зрения:
как центростремительную силу v2/r и как силу притя¬
жения /г/г2. Приравнивая друг к другу оба соотноше¬
ния, найдем скорость v, которую должен иметь спут¬
ник, чтобы удерживаться на круговой орбите радиу¬
сом г. В теории космического полета эту величину на¬
зывают круговой скоростью. Несложные преобразова¬
ния показывают, что круговая скорость t»Kp равна квад¬
ратному корню из отношения kjr (рис. 10).
Круговая скорость зависит от радиуса орбиты г,
или, иначе, от высоты полета h (рис. 11). Для после¬
дующих рассуждений полезно знать, хотя бы ориенти¬
ровочно, численные величины круговой скорости:
h, км	0	200	400	600	800	1000
гкр, км/с	7,91	7,79	7,67	7,56	7,45	7,35
Чем больше радиус орбиты, тем меньшая скорость
требуется спутнику для полета на постоянной высоте.
На воображаемой орбите с радиусом, равным радиусу
земного шара — 7?=6371 километр,— круговая скорость
была бы равна 7,91 километра в секунду. Эту величину
принято называть первой космической скоростью. Иначе
говоря, первая космическая скорость — это круговая
скорость, рассчитанная для точки на поверхности зем¬
ного шара (здесь мы считаем, что Земля имеет точно
сферическую форму).
26

ЭЛЛИПТИЧЕСКАЯ ОРБИТА
Какие условия надо соблюсти, чтобы вывести
спутник на круговую орбиту?
Прежде всего, ракета-носитель должна доставить спут¬
ник в одну из точек заданной орбиты — в точку Д распо¬
ложенную на высоте Лп (рис. 12). Ракета должна разо¬
гнать спутник до скорости Уп, в точности равной круго¬
вой скорости на этой высоте. Скорость должна быть
направлена горизонтально, иначе говоря, угол уи, по¬
казанный на рис. 12, должен быть равен нулю.
Точку А, в которой спутник отделяется от ракеты-
носителя и начинает свободный полет, называют .на¬
чальной точкой орбиты. Величины /iH, vH и уи — это на¬
чальная высота, .начальная скорость и начальный угол
наклона траектории. Для круговой орбиты 1>п = ^кр,
Ун = 0.
А что произойдет, если одно из двух последних усло¬
вий не будет выполнено, например начальная скорость
при полете параллельно плоскости горизонта окажется
больше круговой скорости? Тогда орбита будет не ок¬
ружностью, а эллипсом (рис. 13).
Эллиптическая орбита отличается от круговой пре¬
жде всего тем, что ее точки отстоят от центра Земли не
на одинаковом расстоянии, как у круговой орбиты, а на
разных расстояниях. Проведем на рис. 13 прямую ли¬
нию через начальную точку А и центр Земли. Эта ли¬
ния будет осью симметрии, на ней расположатся вер¬
шины эллипса: наиболее удаленная от Земли — апогей,
наименее удаленная — перигей. Если начальная скорость
больше круговой скорости, как показано на рис. 13, то
начальная точка орбиты А будет находиться в перигее,
апогей же расположится в противоположной точке В.
Если начальная скорость меньше круговой (рис. 14),
то апогей и перигей поменяются местами.
Эллипс — наиболее частый тип спутниковых орбит.
Эта замкнутая кривая характеризуется двумя примеча¬
тельными точками — фокусами
и F2 (рис. 15). Фокусы распо¬
ложены симметрично, на рассто¬
янии с от центра эллипса. Раз¬
меры эллипса определяются дли¬
ной большой оси 2а и длиной
Рис. 12. Условия полета по круговой
орбите.
27

Рис. 13. Эллиптическая орби¬
та. Направление начальной
скорости параллельно гори¬
зонту, ее величина больше,
чем круговая скорость. Пунк¬
тирной линией показана кру¬
говая орбита.
Рис. 14. При начальной ско¬
рости, меньшей, чем круговая
скорость, перигей перемещает¬
ся в точку, противоположную
начальной точке свободного
полета.
малой оси 2Ь (для расчетов обычно пользуются длина¬
ми полуосей — а и Ь). Примечательность фокусов со¬
стоит в том, что, какую бы точку М на эллипсе мы ни
выбрали, сумма расстояний от этой точки до фокусов
F[M и F2M всегда будет одинакова и равна 2а. На этом
свойстве основано математическое определение эллипса.
Рис. 15. Эллипс — наиболее
характерный тип спутниковых
орбит. Размеры орбиты опре¬
деляются длиной полуосей —
большой и малой.
Рис. 16. Эксцентриситет орби¬
ты характеризует ее форму:
чем больше эксцентриситет,
тем более вытянутой стано¬
вится спутниковая орбита.
28

Для характеристики формы эллипса пользуются от¬
ношением с/а, которое называют эксцентриситетом (экс¬
центриситет обозначают буквой е). Он находится в пре¬
делах от 0 до 1. Чем больше эксцентриситет, тем более
вытянут эллипс (рис. 16). Окружность тоже можно
считать эллипсом, у которого оба фокуса слились в одну
точку — центр окружности. В этом случае эксцентри¬
ситет равен нулю.
Когда спутник летит по эллиптической орбите, один
из ее фокусов совпадает с центром Земли. Это правило
обнаружил для планет, обращающихся вокруг Солнца,
Кеплер в XVII веке. Оно справедливо и для спутников.
ПАРАБОЛИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ
Как будет изменяться эллиптическая орбита
(рис. 13) при увеличении начальной скорости ип? Оче¬
видно, апогей — точка В — будет все больше и больше
отодвигаться от Земли, то есть будет расти большая
полуось эллипса (рис. 17). Наконец при каком-то зна¬
чении начальной скорости орбита перестанет быть зам¬
кнутой, и тело безвозвратно улетит в космическое про¬
странство (вспомним наши рассуждения по поводу ис¬
кривления траектории притяжением Земли, рис. 7).
Остановим здесь наше внимание. В точке А (рис. 17}
спутник получает от ракеты-носителя запас кинетиче¬
ской энергии цгг/2. Этот запас тем значительнее, чем
больше начальная скорость ип. Кроме того, ракета-но¬
ситель, подняв спутник на высоту hH (на расстояние гн
от центра Земли), сообщает ему потенциальную энер¬
гию, которая тем больше, чем выше высота подъема.
Потенциальная энергия характеризует способность
тела, падая на Землю, совершать работу. Однако, если
тело окажется настолько далеко от Земли, что выйдет
за пределы тяготения, оно уже не сможет упасть на
Землю. Законно предположить, что на бесконечно боль¬
шом расстоянии от Земли, где тяготения нет, потенци¬
альная энергия тела равна нулю. Вместе с тем мы зна¬
ем, что с приближением к Земле потенциальная энергия
уменьшается. Чтобы совместить оба эти условия, потен¬
циальной энергии приписывают знак минус и считают
ее меньшей нуля, то есть—gr.
Ускорение силы тяжести — силы, действующей на
единицу массы, равно k/r2. Поэтому для потенциальной
энергии вместо — gr можно записать другое соотноше¬
ние:— k/r. При такой записи формулы для потенциаль-
29

Рис. 17. Изменение орбиты в
зависимости от начальной ско¬
рости спутника: чем больше
начальная скорость, тем вы¬
ше над земной поверхностью
поднимется спутник в апогее.
Рис. 18. Изменение орбиты в
зависимости от начального
угла наклона траектории:чем
больше угол наклона, тем зна¬
чительнее вытянута орбита,
длина большой оси остается
постоянной.
ной энергии оба условия выполнены: на бесконечно
большом расстоянии г энергия равна нулю; с прибли¬
жением к Земле энергия уменьшается.
У спутника в любой точке орбиты полная энергия,
то есть v2j2 — k/r, постоянна (действует закон сохране¬
ния механической энергии). Энергия лишь перераспре¬
деляется между кинетической и потенциальной состав¬
ляющими.
Если в начальной точке орбиты спутник получил ско¬
рость, равную круговой (и начальный угол наклона
траектории равен нулю), то энергии у спутника будет
достаточно только для поддержания полета на посто¬
янной высоте. При увеличении начальной скорости
в точке /1, то есть в перигее (рис. 17), у спутника по¬
явится избыток энергии, который израсходуется на уве¬
личение высоты подъема в апогее. Чем больше началь¬
ная скорость, тем выше поднимается спутник в апогее.
Потенциальная энергия в. апогее максимальна, И
следовательно, кинетическая — минимальна. Скорость
тоже минимальна, и она оказывается недостаточной для
полета на достигнутой высоте, поэтому спутник устрем'
ляется вниз, к перигею орбиты.
Отметим попутно, что полная энергия спутника в на'
30

Рис. 19. Параболическая^ тра¬
ектория: двигаясь по ней, кос¬
мический объект безвозвратно
уйдет от Земли. Пунктиром
показана гиперболическая тра¬
ектория (тело движется по
правым ветвям кривых),
Рис. 20. Центральное грави¬
тационное поле: ускорение си¬
лы тяжести направлено к цен¬
тру Земли, величина ее обрат¬
но пропорциональна квадра¬
ту расстояния до центра Зем¬
ли.
чальной точке ун2/2—fe/rH целиком определяет большую
полуось эллиптической орбиты. Вместе с тем большая
полуось не зависит от начального угла наклона траек¬
тории. Три орбиты, изображенные на рис. 18 (окруж¬
ность и два эллипса),характеризуются одинаковой пол¬
ной энергией — у них одни и те же значения ги и ип.
Поэтому, независимо от величины угла уп, все три ор¬
биты имеют равные полуоси.
Какую же требуется развить начальную скорость,
чтобы тело преодолело притяжение Земли и не верну¬
лось обратно? Мы знаем: чтобы тело не вернулось, надо
отправить его на бесконечно удаленный от Земли ру¬
беж, где притяжение Земли не сказывается. На этом
рубеже потенциальная энергия равна нулю. Чтобы тело
осталось на этом расстоянии, скорость там тоже
должна упасть до нуля. Следовательно, и полная энер¬
гия тела v2/2 — kjr на бесконечно далеком расстоянии
от Земли окажется равной нулю. А так как полная
энергия, одинакова в любой точке орбиты, то и в на¬
чальной точке справедливо условие: ин2/2—k/rn = 0.
Из этого условия найдем минимальное значение на¬
чальной скорости, при которой тело не вернется на Зе¬
млю,— ее называют параболической скоростью. Пара¬
болическая скорость в К2 раз больше, чем круговая
31

скорость спутника, рассчитанная для той же высоты
(рис. 19).
Название «параболическая скорость» принято пото~
му, что тело, получив в начальной точке такую скорость,
полетит по параболе. Параболическая скорость зависит
от высоты. Если траектория начинается на поверхности
Земли (гн = 7?), параболическая скорость имеет наиболь-
шее значение—11,2 километра в секунду. Эту величину
в теории космического полета принято называть второй
космической скоростью.
Если начальную скорость увеличить еще больше,
траектория станет гиперболической. На рис. 19 эта тра-
ектория показана пунктиром (тело движется по пра¬
вым ветвям параболы и гиперболы). Полная энергия
тела на гиперболической траектории, в отличие от пара¬
болы, больше нуля, и следовательно, тело, удаляясь от
Земли на бесконечно большое расстояние, еще сохра¬
нит какую-то скорость. Для эллиптической орбиты пол¬
ная энергия меньше нуля.
ЭЛЕМЕНТЫ ОРБИТЫ
При баллистических расчетах, если не тре¬
буется высокая точность, обычно предполагают^ что
форма Земли — правильная сфера и что плотность по¬
род в любой точке внутри Земли зависит только от рас¬
стояния между выбранной точкой и центром земного
шара. Поле тяготения, возникающее вокруг Земли при
этих допущениях, называют центральным гравитацион¬
ным полем. Оно имеет два характерных признака
(рис. 20): ускорение силы тяжести во всех точках око¬
лоземного пространства, включая поверхность Земли,
направлено к ее центру; величина ускорения g обратно
пропорциональна квадрату расстояния до центра
Земли.
Движение спутника в центральном гравитационном
поле называют невозмущенным, или кеплеровым. Во
многих практических задачах орбиты рассчитывают по
законам невозмущенного движения.
Коэффициент k, уже встречавшийся нам выше, ра^
вен произведению гравитационной постоянной на массу
Земли — 3,99-105 км3/с2. Для других небесных тел
(Солнце, Луна, планеты) коэффициент k имеет иные
значения, пропорциональные их массам. Массу спутни-
ка мы условились считать равной 1, она несоизмеримс
мала по сравнению с массой Земли.
32

Спутниковые орбиты отличаются бесконечно боль¬
шим разнообразием. Для каждой задачи, решаемой при
помощи спутников, как в науке, так и в народном хо¬
зяйстве, требуется орбита определенного типа — высо¬
кая или низкая, округлая или вытянутая и так далее.
Возникает вопрос: как задать орбиту и движение спут¬
ника по орбите в виде совокупности чисел, позволяю¬
щих однозначно построить нужную орбиту и не спутать
ее ни с какой другой? Эти числа — их всего шесть —
называют элементами орбиты.
Прежде всего требуется установить плоскость, в ко¬
торой лежит орбита. Что мы знаем об этой плоскости?.
В ней должны находиться начальная точка орбиты и
центр Земли (так как единственная сила, действую¬
щая на спутник, направлена к центру Земли). Кроме
того, учтем, что вектор скорости в начальной точке (как
и в любой другой) лежит в плоскости орбиты. Этих
данных достаточно, чтобы построить орбитальную пло¬
скость в абсолютном пространстве.
Абсолютным (или инерциальным) пространством на¬
зывают пространство, опирающееся на неподвижные
звезды, то есть на звезды, которые из-за их колоссаль¬
ной удаленности от земного наблюдателя занимают на
небосводе (в отличие от планет) практически неизмен¬
ное положение. Плоскость орбиты, если спутник легит
в центральном гравитационном поле Земли, имеет по¬
стоянную ориентацию именно в абсолютном простран¬
стве. Однако на практике орбиту удобнее определять
не относительно звезд, а относительно плоскости зем¬
ного экватора, которая тоже постоянно ориентирована
в абсолютном пространстве.
Орбита пересекает плоскость экватора в двух точ¬
ках (их называют узлами)—в восходящем узле А,
в котором спутник переходит из южного полушария
в северное, и нисходящем узле В. Линия АВ (рис. 21)
называется линией узлов.
Первый из элементов орбиты — наклонение. Это угол
1	между плоскостью экватора и плоскостью орбиты
(рис. 22). Угол i отсчитывают от плоскости экватора
против часовой стрелки, если смотреть вдоль линии уз¬
лов из восходящего узла по направлению к нисходя¬
щему узлу.
Наиболее часто спутники запускают на орбиты с на¬
клонением, меньшим 90 градусов. Такие орбиты назы¬
вают прямыми: спутник летит над земной поверхностью
в ту же сторону, в которую вращается Земляс Если на-
2
А. М. Жаков
33

Плоскость Ордита^^ X
эк За тора	/^Спутникj
Нисходящий-^
'“зоп / \Дентр Земли\
Восходящий \
		узел	\
Рис. 22. Наклонение орбиты —
угол между плоскостью эква¬
тора и плоскостью орбиты.
Рис. 21. Орбита пересекает
плоскость экватора в двух
точках — восходящем и нисхо¬
дящем узлах.
клонение больше 90 градусов (спутник летит навстречу
движению земной поверхности), орбита называется об¬
ратной.
Наклонение орбиты дает важные сведения о движе¬
нии спутника. Из рис. 22 видно, что спутник пролетает
только над теми земными пунктами, географическая
широта которых равна наклонению орбиты или меньше
его. В более высоких широтах — к северу и к югу —
спутник не виден. Если же спутник предназначен для
наблюдения за земной поверхностью (метеорологиче¬
ские спутники), ему доступны только те области Земли,
которые ограничены на севере и на юге широтой ср,
равной наклонению орбиты i (с добавкой половины по¬
лосы обзора — об этом мы расскажем ниже). Именно
поэтому для метеорологических, навигационных и гео¬
дезических спутников выбирают приполярные орбиты —
орбиты с наклонением, близким к 90 градусам.
Линия узлов может быть по-разному направлена
в плоскости экватора, и каждому из направлений будет
соответствовать новая плоскость орбиты. Поэтому необ¬
ходимо закрепить линию узлов в абсолютном простран¬
стве.
В качестве ориентира берут точку весеннего равно¬
денствия— точку небесной сферы на линии пересечения
плоскости экватора с плоскостью земной орбиты. В этой
точке весной Солнце пересекает плоскость экватора,
переходя из южного полушария небесной сферы в се¬
верное.
Долгота узла — второй элемент орбиты. Так назы¬
вают угол Q в плоскости экватора между направлени¬
ями на точку весеннего равноденствия и на восходящий
34

Pa
Плоскость
срдиты
Плоскость
экбатора
Восходящий /
\\узел /
\\ /
Рис. 23. Долгота узла — угол
между точкой весеннего рав¬
ноденствия и восходящим уз¬
лом орбиты.
Рис. 24. Два спутника, у ко¬
торых орбиты различаются по
долготе узлов.
узел орбиты (рис. 23). Его отсчитывают от точки весен¬
него равноденствия против часовой стрелки, если смо¬
треть от северного конца земной оси. Этот угол вместе
с наклонением орбиты определяет положение орбиталь¬
ной плоскости.
Выбор долготы узла важен для систем из несколь¬
ких спутников, решающих общую задачу. Например,
орбиты для спутников «Молния» разносят по долготе
узлов (рис. 24). В этом случае спутники 1 и 2 могут
использоваться для ретрансляции телевизионных сигна¬
лов поочередно, когда обслуживаемая территория вслед¬
ствие вращения Земли будет располагаться под апоге¬
ями их орбит. Для круглосуточной связи нужны не¬
сколько спутников «Молния» с различными величинами
долготы узла. Те же соображения справедливы для
орбит метеорологических, навигационных и некоторых
Других спутников. ,
Мы жестко и однозначно закрепили в абсолютном
пространстве плоскость орбиты, но положение самой
орбиты нам еще не известно: большая ось орбиты, со¬
единяющая апогей и перигей (иначе говоря — линия
апсид), может быть по-разному направлена в плоско¬
сти орбиты. Третий элемент орбиты — аргумент пери¬
гея— позволяет устранить эту неопределенность.
Аргумент перигея со — это угол в плоскости орбиты
между линией узлов и линией апсид. Он измеряется от
восходящего узла к перигею орбиты в направлении
Движения спутника (рис. 25).
35

Рис. 25. Аргумент перигея —
угол между восходящим уз¬
лом орбиты и ее перигеем.
Рис. 26. Большая полуось и
эксцентриситет орбиты зави¬
сят от расстояний между
спутником и центром Земли.
Аргумент перигея имеет существенное значение для
многих спутников. Например, орбита «Молнии» должна
иметь апогей в северном полушарии, над обслуживае¬
мой территорией — Советским Союзом. От этого зави¬
сит выбор аргумента перигея для спутников «Мол¬
ния».
Нам осталось определить размеры и форму орбиты.
Для этого нужны четвертый и пятый элементы орби¬
ты— большая полуось и эксцентриситет, о которых уже
говорилось.
От большой полуоси зависит высота полета. При
значительной высоте со спутника наблюдаются обшир¬
ные территории земной поверхности, а сам спутник од¬
новременно виден из различных географических точек,
отдаленных друг от друга на большие расстояния. Мы
уже приводили примеры, когда это может быть выгод¬
ным. Низким орбитам свойственно сильное торможение
в атмосфере, уменьшающее общую продолжительность
жизни спутника. Но с таких орбит различимы более
мелкие элементы на земной поверхности.
Круговые орбиты или близкие к круговым (эксцен¬
триситет отсутствует или невелик) удобны для наблю¬
дения и фотографирования земной поверхности (в ме¬
теорологии, природоведении, картографии): все снимки
получаются в одинаковом масштабе, что упрощает их
использование. Для других целей (применение спутни¬
ков «Молния») требуются орбиты с большим эксцен¬
триситетом.
Большая полуось эллиптической орбиты равна сред¬
нему расстоянию между спутником и центром Земли.
36

Эго видно из рис. 26: длина большой полуоси а состав¬
ляет полусумму радиусов орбиты в апогее и перигее.
В сообщениях ТАСС о запуске спутников обычно
указывают не большую полуось и эксцентриситет, а вы¬
соту орбиты над поверхностью Земли в апогее, и пери¬
гее. Эти величины однозначно связаны с радиусами
орбиты в апогее и перигее (рис. 11), а значит, с боль¬
шой полуосью и эксцентриситетом.
Итак, положение в пространстве, размеры и форма
орбиты полностью заданы. Неизвестно лишь, в какой
точке сорбиты находится спутник в каждый момент те¬
кущего времени. Чтобы это установить, берут шестой
элемент орбиты — момент времени т, когда спутник про¬
летел через перигей. Зная все шесть элементов орби¬
ты— i, Q, о), а, е, т, баллистики могут рассчитать коор¬
динаты спутника в абсолютном пространстве для лю¬
бого момента текущего времени.
Рассуждая об элементах орбиты, мы пользовались
абсолютной геоцентрической системой координат. Гео¬
центрической она называется потому, что ее начало на¬
ходится в центре Земли, абсолютной — потому, что по¬
ложение ее осей зафиксировано относительно неподвиж¬
ных звезд и не зависит от вращения Земли. Чтобы си¬
стема координат была истинно абсолютной, ее начало
должно перемещаться в пространстве прямолинейно и
равномерно. В действительности центр Земли движется
по эллипсу — по земной орбите. Но размеры орбиты
столь велики, что на ограниченном участке дугу эллип¬
са можно вполне считать прямой линией.
ЕЩЕ О ЗАПУСКЕ
Еще несколько слов о запуске спутника на
орбиту. Мы уже говорили, что ракета-носитель должна
доставить спутник в одну из точек предполагаемой ор¬
биты и там сообщить ему расчетную скорость. Очевид¬
но, эту начальную скорость (по величине и направле¬
нию) надо определять в абсолютном пространстве —
относительно звезд. Но ведь ракета-носитель стартует
с поверхности вращающейся Земли. Поэтому абсолют¬
ная скорость спутника в начальной точке орбиты зави¬
сит не только от скорости, развиваемой ракетой-носи¬
телем, но и от дополнительной скорости, с которой в мо¬
мент старта двигалась вместе с поверхностью Земли
пусковая установка.
37

Рис. 27. Вращение Земли со¬
общает ракете-носителю до¬
полнительную скорость.
Рис. 28. Время старта ракеты-
носителя выбирают с учетом
вращения Земли.
Пусковая установка движется на восток перпенди¬
кулярно к плоскости меридиана (рис. 27). На экваторе
скорость Уст достигает 465 метров в секунду, умень¬
шаясь к северу и к югу пропорционально косинусу гео¬
графической широты.
Какое это имеет значение? Прежде всего из этого
следует, что располагать пусковую установку выгоднее
ближе к экватору, а ракету-носитель запускать на во¬
сток— вращение Земли поможет получить необходимую
начальную скорость. Тогда спутник будет обращаться
по прямой орбите (Z меньше 90 градусов).
Есть еще одно обстоятельство: чтобы орбита полу¬
чила заданную долготу узла, надо точно выбрать мо¬
мент старта (рис. 28). В момент запуска стартовая пло¬
щадка, перемещаясь вместе с земной поверхностью,
должна оказаться в плоскости расчетной орбиты.
Но и это не все. Читатель помнит: если наклонение
орбиты равно г, то над районами Земли, географиче¬
ская широта которых больше i, спутник никогда не про¬
летает (рис. 22). Значит, из этих районов нельзя запу¬
стить спутник на такую орбиту: географическая широта
точки, где расположена стартовая установка, должна
быть обязательно меньше или равна заданному накло¬
нению орбиты.
Если ракета-носитель стартует с экватора, достижи¬
мы орбиты с любым наклонением. Но самая южная
точка нашей страны расположена почти на четыре ты¬
сячи километров севернее экватора. Значит, прямое вы¬
ведение на экваториальную орбиту (спутники «Раду¬
га», «Экран», «Горизонт») с территории СССР невоз¬
38

можно. Спутники приходится запускать на промежу¬
точную орбиту, а затем, когда они пролетают над эква¬
тором, включать ракетный двигатель, чтобы повернуть
орбиту в плоскость экватора. Это сложная баллисти¬
ческая операция, требующая большого расхода топ¬
лива.
ПЕРИОД ОБРАЩЕНИЯ
Орбитальный полет имеет периодический ха¬
рактер. Спутники большинства типов успевают за сутки
совершить несколько оборотов вокруг Земли. Период
обращения — это интервал времени между двумя по¬
следовательными прохождениями спутника через одну
и ту же точку орбиты, например через перигей.
Проще всего рассчитать период обращения, если
орбита круговая (рис. 29). Отношением длины пути 2лг
к скорости уКр определяется время, затрачиваемое на
один оборот — период обращения Т. Он пропорциона¬
лен радиусу орбиты в степени 3/г.
Расчеты дают следующие значения периода обраще¬
ния в зависимости от высоты круговой орбиты:
А,км	0	200	400	600	800	1000
Т,мин	84,3	88,3	92,4	96,5	100,7	105
Период обращения увеличивается с ростом высоты.
Спутник с периодом обращения 84,3 минуты, конечно,
может существовать только в нашем воображении
(Л = 0). Как, впрочем, и спутники с периодом обраще¬
ния менее 87—88 минут, — на малых высотах орбиталь¬
ному полету препятствует сопротивление воздуха.
И только на высотах более 200 километров спутник мо¬
жет летать вокруг Земли продолжительное время.
Сложнее рассчитать период обращения для спутника
на эллиптической орбите. Но зависимость периода об¬
ращения от размеров орбиты получается простой
(рис. 30), так как роль радиуса круговой орбиты в ней
выполняет большая полуось эллиптической орбиты.
Числовые значения периода обращения для эллиптиче¬
ской орбиты можно найти так же, как для круговой
орбиты, подставив в формулу вместо величины h зна¬
чение ftcp (рис. 30).
Скорость спутника на эллиптической орбите — пере¬
менная. Она имеет наибольшее значение в перигее, наи¬
меньшее— в апогее. Медленное движение спутника
в Районе апогея используется в системе космической
39

Рис. 29. Период обращения
спутника по круговой орбите
пропорционален радиусу орби¬
ты в степени 3/2.
Рис. 30. При эллиптической
орбите период обращения оп¬
ределяется длиной большой
полуоси.
связи: спутник-ретранслятор «Молния» большую часть
периода обращения (8—9 часов из 12) находится на
значительной высоте и виден одновременно со всей тер¬
ритории СССР. Например, связь между Москвой и
Владивостоком один спутник обеспечивает в течение
9 часов. Для круглосуточной связи требуется не менее
трех спутников-ретрансляторов.
СИНХРОННЫЕ ОРБИТЫ
Выделим особо класс спутниковых орбит, на¬
зываемых синхронными. У этих орбит период обраще¬
ния кратен звездным суткам, то есть его величина укла¬
дывается целое число раз на длительности одного пол¬
ного оборота Земли вокруг оси.
Вероятно, нелишне напомнить различие между звезд¬
ными и солнечными сутками. Продолжительность зве¬
здных суток равна одному обороту Земли, если его от¬
считывать относительно абсолютных ориентиров — не¬
подвижных звезд. Если же взять в качестве ориентира
Солнце, то продолжительность одного оборота (солнечг
ные сутки) будет иной, вследствие того что Земля, вра¬
щаясь вокруг оси, одновременно движется по орбите
вокруг Солнца. Длительность солнечных суток непосто¬
янна— она меняется в течение года, так как земная
орбита не окружность, а эллипс. Время, которым мЫ
повседневно пользуемся, опирается на среднее значение
солнечных суток, а продолжительность звездных суток
40

Рис. 32. Стационарный спут¬
ник обращается по круговой
экваториальной орбите с уг¬
ловой скоростью, равной ско¬
рости вращения Земли.
Рис. 31. Синхронный спутник
пролетает над какой-либо точ¬
кой земной поверхности каж¬
дые сутки в одно и то же
время.
в среднем солнечном времени составляет 23 часа 56 ми¬
нут 4,09 секунды. В этом разделе мы будем пользо¬
ваться звездным временем.
Чем же примечательны синхронные орбиты? Если
спутник летит по такой орбите, земной наблюдатель ви¬
дит его каждый день в одно и то же время в одной и
той же точке небосвода, то есть на одинаковой высоте
и над постоянной точкой горизонта. Разумеется, слово
видит не следует понимать буквально: речь идет о гео¬
метрической видимости — при наблюдении за спутника¬
ми с помощью оптических или радиотехнических при¬
боров.
Примером синхронной орбиты может служить орби¬
та спутника «Молния» с периодом обращения 12 часов.
Па рис. 31 показано взаимное положение земного на¬
блюдателя А и спутника В в исходный момент времени.
Через 12 часов спутник снова окажется в точке . В, но
наблюдатель его не увидит: за это время Земля совер¬
шит пол-оборота. Еще через 12 часов — ровно через
сутки после первого наблюдения — спутник займет от¬
носительно наблюдателя прежнее положение, показан¬
ное на рис. 31.
Таким же свойством обладают спутники с периодом
обращения, например, 6 или 8 часов, а также с перио¬
дом обращения 24 часа — суточный спутник.
Суточные спутники могут обращаться по орбитам
различной формы и с разными наклонениями. Наиболь¬
ший практический интерес представляет круговая суточ¬
ная орбита, лежащая в плоскости экватора (с наклоне¬
41

нием, равным нулю). Спутники на подобных орбитах
называют стационарными.
У стационарного спутника угловая скорость обраще¬
ния по орбите в точности равна угловой скорости вра¬
щения Земли—15 градусов в час (рис. 32). Поэтому
спутник постоянно находится над одной и той же точ¬
кой экватора (точка А на рис. 32). Земной наблюдатель
видит стационарный спутник все время в одном и том
же месте.
Легко рассчитать высоту стационарной орбиты. Для
этого воспользуемся полученной выше зависимостью
между периодом обращения и радиусом орбиты, при¬
равняв в ней величину Т звездным суткам. Высота по¬
лета стационарного спутника получится равной (округ¬
ленно) 35 800 километров.
Стационарные спутники удобно использовать как
космические ретрансляторы в системах дальней связи
(спутники «Радуга», «Экран», «Горизонт»), Острона¬
правленные антенны земных станций в этом случае мо¬
гут быть раз и навсегда нацелены на спутник, — ведь
его видимое положение не изменяется (рис. 3). Антен¬
ны получаются простыми, в то время как для спутника
связи «Молния» нужны значительно более сложные и
дорогие следящие антенны, у которых зеркала автома¬
тически поворачиваются вслед за движением спутника.
ВОЗМУЩЕНИЯ ОРБИТЫ
Кеплерово движение в центральном гравита¬
ционном поле — лишь простейшее приближение. Реаль¬
ный полет спутника неизмеримо сложнее. Однако и
здесь кеплерово (невозмущенное) движение остается
основой. Добавочные силы — возмущения — в большин¬
стве практически важных случаев относительно неве¬
лики. Их влияние учитывают в виде поправок к кепле-
ровому движению.
Первое из возмущений — несферичность Земли: наша
планета сплюснута вдоль оси вращения. Известно, что
реальная Земля обладает очень сложной формой, но
часто можно ограничиться допущением, что это — эл¬
липсоид вращения. В СССР для баллистических расче¬
тов принят эллипсоид Красовского, элементы которого-^
экваториальный и полярный радиусы — указаны ня
рис. 33, а длина меридиана составляет 40 008 километ¬
ров. Если построить шар того же объема, что и Земля
то его радиус будет равен 6371 километру.
42

Рис. 33. в СССР для баллисти¬
ческих расчетов принят эллипсо¬
ид Красовского.
Ясно, что притяжение,
которое испытывает спутник
над различными точками
сплюснутой Земли, хотя и
незначительно, но все же от¬
личается от центральной
гравитационной силы. К че¬
му это приводит?
Оказывается, прежде всего — к изменениям двух
элементов орбиты — долготы узла и аргумента перигея.
Плоскость орбиты, как мы помним, занимает в цен¬
тральном гравитационном поле постоянное положение
относительно звезд. Плоскость орбиты, если учесть, что
Земля сплюснута, будет медленно поворачиваться —
как говорят, прецессировать. Линия узлов начнет вра¬
щаться, так что восходящий узел на каждом последую¬
щем витке окажется западнее предыдущего (для пря¬
мых орбит).
Скорость прецессии различна, она зависит от накло¬
нения орбиты, ее высоты и эксцентриситета. Например,
круговая орбита с наклонением 60 градусов и высотой
300 километров повернется за сутки на 4 градуса. Это
явление становится менее заметным на высоких орбитах.
Из-за несферичности Земли орбита прецессирует
также и в своей плоскости. Эта прецессия проявляется
как медленное вращение линии апсид. Скорость враще¬
ния определяется размерами, формой и наклонением ор¬
биты, но интересно, что при наклонении, составляющем
округленно 63 градуса, линия апсид неподвижна — пре¬
цессия отсутствует.
При более детальном изучении выясняется, что дви¬
жение спутника зависит от местных аномалий грави¬
тационного поля, вызванных неравномерным распреде¬
лением масс в недрах и на поверхности Земли. Однако
влияние таких аномалий невелико, гораздо слабее, чем
влияние несферичности Земли.
Второе из наиболее заметных возмущений связано
с атмосферой. Хотя и очень разреженная, атмосфера
влияет на полет спутника, в особенности — на низких
орбитах. Сила торможения зависит от массы спутника
и его парусности, то есть от площади поперечного сече-
иия, которым спутник рассекает воздух. Чем больше
43

масса и меньше поперечное сечение, тем меньше сказы¬
вается сопротивление воздуха. Торможение зависит так¬
же от плотности воздуха, поэтому оно происходит глав¬
ным образом у перигея орбиты.
Проследим, как влияет на орбитальный полет со¬
противление атмосферы. Если первоначальная орбита
вытянутая, то спутник тормозится, пролегая каждый раз
у перигея. Потеря скорости ведет к снижению высоты
апогея — орбита постепенно скругляется, уменьшается
ее большая полуось, и, следовательно, сокращается пе¬
риод обращения.
На более низкой орбите скорость спутника, естест¬
венно, возрастает. Предел этому процессу наступает на
высоте около 100 километров: спутник резко тормозит¬
ся в плотных слоях атмосферы, устремляется вниз, раз¬
рушается и сгорает.
Сопротивление атмосферы — главная причина, огра¬
ничивающая время жизни спутника, то есть продолжи¬
тельность орбитального полета. Например, при высоте
перигея 180 километров и высоте апогея 300 километ¬
ров время жизни спутника исчисляется несколькими
сутками. Если перигей первоначальной орбиты увели¬
чить до 210 километров, не меняя высоту апогея, то
счет пойдет на недели, а если до 270 километров — на
месяцы. Это, конечно, лишь ориентировочные данные,
которые могут существенно изменяться в зависимости
от размеров и массы спутника.

Глава 3
СПУТНИК
ЛЕТИТ ПО НЕБУ
Выйди, читатель, ясным, безоблачным вече¬
ром на улицу и пристально вглядись в черноту бездон¬
ного неба. Если посчастливится, ты сможешь увидеть
необычную звезду. Она не горит неподвижным мерцаю¬
щим светом, как другие звезды и планеты. Не проно¬
сится вихрем, оставляя огненный след, как «падающие
звезды» — метеоры. Эта звезда — иная. Возникнув где-
то у горизонта, она деловито шествует по небосводу,
уверенно выбирая себе путь среди небесных светил, и
кажется, что все население звездного неба почтительно
замирает и расступается перед ней. Пройдет две-три
минуты — и вот звезда над головой наблюдателя. Еще
минута-другая — и звезда незаметно растает в противо¬
положной стороне неба.
Эта звезда рукотворная — космический корабль или
спутник. Купаясь в лучах Солнца, уже не видимого
здесь, на земной поверхности, но продолжающего све¬
тить там, в космической вышине, она, подобно малень¬
кой Луне, горит отраженным блеском. Разработанная
инженерами и построенная руками рабочих, она совер¬
шает свой полет в космическом пространстве, подвласт¬
ная воле людей.
ТРАССА ПОЛЕТА
Представим себе полет спутника по круговой
орбите. Пусть высота орбиты — несколько сотен кило¬
метров, и значит, на один оборот вокруг Земли спут¬
ник затрачивает полтора часа или немного больше. До¬
пустим далее, что спутник выведен на прямую орбиту —
ее наклонение меньше 90 градусов. Спутники — автома¬
тические и пилотируемые — с такими высотами и на¬
клонениями орбит встречаются наиболее часто, о них
мы главным образом и будем вести речь.
Соединим спутник прямой линией с центром Земли
(рис. 34). Эта линия пересечет земную поверхность
45

Рис. 35. Движение проекции
спутника по поверхности Зем¬
ли.
Рис. 34. Проекция спутника —
точка земной поверхности,
над которой спутник находит-
ся в зените.
в точке, которую назовем проекцией спутника. Подобно
тому, как бежит по Земле тень от летящего высоко
в небе самолета, так же бежит по земной поверхности
проекция спутника — его невидимая тень.
Вот она начала свой очередной виток от точки н на
экваторе (рис. 35), сам спутник в этот момент проле¬
тает в восходящем узле. Вот проекция (и спутник)
устремилась в северо-восточном направлении. Дойдя на
севере до параллели со значением широты, равным на¬
клонению орбиты (дальше к северу спутник не зале¬
тает), проекция повернет на юго-восток — к экватору.
Прочертив симметричный путь в южном полушарии,
спутниковая проекция закончит виток на экваторе,
придя к нему с юго-запада.
Если бы Земля не вращалась, проекция спутника
пробегала бы на каждом витке через одни и те же гео¬
графические пункты. Проекция экваториального спут¬
ника (наклонение равно нулю) скользила бы точно по
экватору, полярного спутника (наклонение — 90 граду¬
сов) — точно по меридиану, а для орбит с промежуточ¬
ными наклонениями — прочерчивала бы на поверхности
Земли большой круг, то есть окружность, плоскость ко¬
торой проходит через центр земного шара.
На карте цилиндрической проекции этот путь вы¬
глядел бы так, как показано пунктирной линией на
рис. 36. Для наглядности восходящий узел орбиты мЫ
расположили на долготе Гринвича (Х = 0) и сместила
нулевой меридиан на обрез карты,
4G

Рис. 36. Один виток трассы на карте цилиндрической проекции.
Но Земля вращается, и пока спутниковая проекция,
завершая виток, приблизится снова к экватору, сама
Земля повернется на некоторый угол. Значит, конец
витка на карте (рис. 36) не совпадет с его началом, он
окажется западнее на АК градусов. Остальные точки
пунктирной линии тоже сместятся влево на величины,
пропорциональные времени от начала витка, так что
вся кривая сожмется. Сплошная линия на рис. 36 — это
и есть тот путь, который пробегает за виток проекция
спутника в реальных условиях — на поверхности вра¬
щающейся Земли. Такую линию называют трассой.
47

Суточная трасса спутника с периодом обращения
Т = 90 минут (16 витков за сутки) показана на рис. 37.
Цифры у витков обозначают их номера. На рис. 37 пер¬
вый виток начинается у экватора на долготе Гринвича.
Каждый последующий виток смещен относительно пре¬
дыдущего на одинаковую величину АХ. Похожие трассы
свойственны космическим кораблям «Союз» и орбиталь¬
ным станциям «Салют».
Определим межвитковое смещение АХ-. Угловая ско¬
рость вращения нашей планеты йСут=15 градусов в час,
значит, за время одного витка Земля поворачивается
на Йсут Т градусов долготы. Для спутника, трасса кото¬
рого представлена на рис. 37, межвитковое смещение
округленно равно 23 градусам.
В отличие от углового смещения АХ, одинакового на
всех широтах, линейное расстояние между витками AL
уменьшается к северу и к югу от экватора. На эква¬
торе 1 градус долготы составляет 111,2 километра, по¬
этому AL= 111,2 АХ. Для спутника с периодом обраще¬
ния 90 минут это дает 2500 километров. На других
географических широтах ф межвитковое смещение будет
меньше: AL=111,2 AX cos ф. На широте 60 градусов
(рис. 37) смещение будет около 1250 километров.
Расчет трасс — одна из важных задач космической
баллистики. Трасса, построенная на географической
карте, наглядно показывает, над какими точками зем¬
ной поверхности и в какое время пролетает спутник.
Имея эти данные, можно выбрать наземные или пла¬
вучие измерительные пункты для проведения сеансов
связи, то есть спланировать работу командно-измери¬
тельного комплекса.
Трасса нужна и в тех случаях, когда спутник пред¬
назначен для наблюдения за земной поверхностью (на¬
пример, фотографирование с орбиты какого-либо рай¬
она Земли). В этих случаях расчет трассы позволяет со¬
ставить программу работы бортовой аппаратуры, в на¬
шем примере — определить момент съемки (открыть за¬
твор фотоаппарата), когда спутник окажется над за¬
данным районом. Разумеется, во всех случаях трасса
должна быть рассчитана заблаговременно.
Суточная трасса, показанная на рис. 37, характерна
для спутников с прямыми круговыми орбитами и отно¬
сительно небольшой высотой полета. Рисунок трассЫ
определяется двумя одновременными движениями: спуТ'
ника по орбите (на северо-восток или юго-восток) й
земной поверхности под спутником; (на восток). Еслй
48

преобладает скорость первого движения, то есть проек¬
ция спутника смещается в восточном направлении бы¬
стрее, чем Земля, то проекция будет скользить все-таки
па северо-восток или юго-восток, в общем — к востоку.
Это как раз характерно для низких орбит, когда ско¬
рость спутника велика.
На высоких орбитах движение спутника замедляет¬
ся, спутник может теперь отставать от находящейся под
ним поверхности планеты. В результате проекция спут¬
ника прочертит линию, идущую с востока на запад,—
рисунок трассы неузнаваемо изменится.
Еще большее разнообразие возникает при эллипти¬
ческих орбитах, когда скорость спутника непостоянна.
ЗОНА ВИДИМОСТИ
Чтобы спутник был виден из какой-либо точ¬
ки земной поверхности, он должен находиться выше
плоскости горизонта. Это условие одинаково справед¬
ливо для наблюдения и оптическими, и радиотехниче¬
скими приборами: известно, что радиоволны ультрако¬
ротковолнового диапазона, применяемые в космической
технике, распространяются прямолинейно, точно также,
как лучи света.
Наблюдать спутник можно, конечно, не только то¬
гда, когда он пролетает точно в зените. Спутник можно
видеть и в том случае, если он пролетает несколько
в стороне от наблюдателя, ближе к линии горизонта.
Зоной видимости для наблюдательного пункта называ¬
ется определенная область земной поверхности, при по¬
лете над которой спутник виден из наблюдательного
пункта.
Рассмотрим рис. 38, который показывает движение
спутника в плоскости орбиты. В точке А расположен
наблюдатель, точка С дает мгновенное положение спут¬
ника, линия BD отображает плоскость горизонта.
Спутник, пролетая по орбите, в точке В становится
виден наблюдателю, в точке D наблюдение прекраща¬
ется. Значит, спутник виден из точки А в течение всего
времени, пока он летит по дуге орбиты BCD, а его про¬
екция скользит по дуге B\AD{t Расстояние между точ¬
ками Bi и Di — это и есть зона видимости (в плоскости
орбиты). Если представить все возможные круговые ор¬
биты одинаковой высоты и с разными наклонениями,
проходящие над точкой А, включая полярную орбиту,
49

Рис. 38. Зона видимости для
наблюдателя, расположенного
в точке А.
Рис. 39. Полоса обзора при
полете спутника по орбите.
то граница зоны видимости окажется окружностью, по¬
строенной на сферической поверхности Земли.
Размеры зоны видимости характеризуются углом
Фв (рис. 38) или соответствующей ему дугой на земной
поверхности LB, которую называют радиусом зоны ви¬
димости. Угол Фв зависит от радиуса круговой орбиты
или от высоты полета й, эта зависимость понятна из
рисунка. Далее можно рассчитать радиус зоны види¬
мости: LB= 111,2 Фв.
Радиус зоны видимости увеличивается вместе с рос¬
том высоты:
h, км	200	400	600	800	1000
Lq, тыс. км	1,6	2,2	2,7	3,0	3,4
Эти величины характеризуют наиболее распростра¬
ненные высоты орбитального полета. Для больших вы¬
сот, например 10 000, 20 000 и 40 000 километров, радиус
зоны видимости составляет 7,4; 8,4 и 9,2 тысячи кило¬
метров— он приближается к окружности земного
шара.
Разумеется, речь идет о зоне геометрической види¬
мости. В реальных условиях наблюдение вблизи линии
горизонта часто бывает невозможным из-за различных
помех (возвышенности, строения, деревья). Есть и дру¬
гие ограничения. Поэтому наблюдение обычно начи¬
нают, когда спутник уже поднимется на несколько гра¬
дусов над горизонтом и реальная зона видимости ока¬
жется несколько меньше.
А что увидит наблюдатель со спутника (из точки
С), если посмотрит вниз? Очевидно, круглую площадку
с тем же радиусом LB. Назовем эту площадку зоной
50

обзора. Когда спутник летит по орбите, с него просма¬
тривается полоса-земной поверхности—полоса обзора—
шириной 2ЛВ (рис. 39). Трасса идет как раз посередине
(по оси) полосы обзора.
СЕАНС НАБЛЮДЕНИЯ
Взаимное расположение на географической
карте трассы и зоны видимости полностью определяет,
как спутник летит по небу относительно земного на¬
блюдателя. На рис. 40 показаны плоскость горизонта и
та часть орбиты, которая расположена выше этой пло¬
скости. По содержанию рисунок перекликается с уже
знакомым нам рис. 38, построенным в плоскости ор¬
биты.
Для наблюдателя, когда он находится в плоскости
орбиты, спутник в точке 1 восходит над горизонтом,
в точке 2 проходит над головой наблюдателя (в зените)
и в точке 3 уходит за горизонт. Продолжительность на¬
блюдения, пока спутник летит от точки 1 до точки <3,
зависит от угла Фй. По круговой орбите спутник обра¬
щается с постоянной угловой скоростью 2л/Т, длина
дуги между точками 1 и 3 равна 2ФВ. Продолжитель¬
ность наблюдения /Паб равна отношению пройденного
пути к скорости движения. Ее значения для нескольких
высот круговой орбиты:
А, км	200	400	600	800	1000
ZHa6- мин	7	10	13	15	18
Тот же (зенитный) пролет спутника в зоне видимо¬
сти показан на рис, 41: трасса проходит как раз через
Рис. 40. Продолжительность
наблюдения при пролете спут¬
ника над наблюдателем в зе¬
ните.
/
Земли
Наблюдатель
Рис. 41. Взаимное расположе¬
ние трассы и зоны видимости
(спутник пролетает над на¬
блюдателем в зените).
51

Рис. 42. Продолжительность
наблюдения при пролете спут¬
ника в стороне от наблюда¬
теля.
Рис. 43. Взаимное расположе¬
ние трассы и зоны видимости
(спутник пролетает в стороне
от наблюдателя).
ту точку земной поверхности, в которой находится на¬
блюдатель. Продолжительность наблюдения равна ин¬
тервалу времени между входом спутника в зону види¬
мости и выходом его из зоны /вых (на рисунках
арабскими цифрами отмечены точки, находящиеся на
орбите, римскими — на поверхности Земли).
Термин «продолжительность наблюдения» применим
скорее в том случае, когда наблюдатель использует
оптические приборы. Радисты говорят: продолжитель¬
ность сеанса связи.
В зените спутник пролетает относительно редко, го¬
раздо чаще он проходит по небу в стороне от наблюда¬
теля, ближе к линии горизонта, как показано на рис. 42.
Что изменилось на этом рисунке? Точки 1 и 3, в ко¬
торых спутник пересекает горизонт, сместились, и те¬
перь продолжительность наблюдения определяется уг¬
лом 2Ф(/ между линиями, соединяющими точки 1 и 3
с центром Земли. Этот угол меньше угла 2ФВ (рис. 40),
значит, сократилась продолжительность наблюдения.
Изменилось и расположение трассы относительно
зоны видимости (рис. 43). Трасса сместилась от наблю¬
дателя на величину уменьшилось расстояние между
точками / и III.
Чем больше расстояние между наблюдателем и трас¬
сой, тем короче сеанс наблюдения, а когда величина d
станет равной LB (радиусу зоны видимости), спутник
уже не поднимется над горизонтом и наблюдатель его
больше не увидит. Расстояние d измеряется на поверх¬
ности Земли по дуге большого круга. На рисунке для
наглядности оно показано в плоскости горизонта.
Подчеркнем, что сеансы наблюдения (или связи)
52

рис. 44. При высоте орбиты
300 километров наблюдатель
на экваторе увидит спутник
на двух соседних витках.
Рис. 45. Через пол-оборота
Земли наблюдатель на эквато¬
ре окажется у плоскости ор¬
биты и увидит спутник.
с низколетящими спутниками очень кратковременные
В самых благоприятных условиях длительность сеанса
не превышает нескольких минут.
Сколько сеансов связи можно провести со спутни¬
ком в течение суток из одного и того же земного пунк¬
та? Это зависит от межвиткового смещения.
На рис. 44 изображен фрагмент суточной трассы
для спутника с орбитой, расположенной на высоте
300 километров; период обращения 90 мин. Межвит-
ковое смещение на экваторе для такой орбиты соста¬
вит 2500 километров, радиус зоны видимости — 2000 ки¬
лометров. Ясно, что наблюдатель, находящийся на эк¬
ваторе, может увидеть спутник не более чем на двух
соседних витках.
Межвитковое расстояние уменьшается к северу и к
югу от экватора. Поэтому, переместив наблюдательный
пункт подальше на север, можно рассчитывать на пол¬
ноценные сеансы связи уже на двух-трех соседних
витках. В этом легко убедиться, сопоставив размеры
зоны видимости с межвитковым смещением трассы на
Рис. 37.
Однако этим не исчерпываются возможности наблю¬
дения в течение суток. Плоскость орбиты сохраняет
в абсолютном пространстве постоянную ориентацию
(возмущения не учитываем), а Земля вращается. По¬
этому через 12 часов тот же наблюдательный пункт, на¬
ходящийся на экваторе, снова окажется вблизи орби¬
тальной плоскости. Ио теперь, в отличие от первых на¬
блюдений, трасса будет пересекать зону видимости
с северо-запада на юго-восток (рис. 45).
53

Таким образом, если разместить наблюдательный
пункт вблизи параллели, географическая широта кото¬
рой примерно равна наклонению орбиты, то можно
рассчитывать на пять-шесть сеансов связи в сутки.
ВИДИМОЕ ДВИЖЕНИЕ
Видимым называют движение спутника по
небосводу относительно земного наблюдателя. Мы по¬
мним необходимоё условие наблюдения: трасса орби¬
тального полета должна пересекать зону видимости. Но
этого мало, для визуального наблюдения надо учиты¬
вать еще и условия освещения.
Спутник нельзя увидеть днем. Нельзя увидеть его
и глубокой ночью, — он загорожен Землей от солнечных
лучей. И только вечером или утром условия, освещения
могут быть благоприятными: спутник на орбите осве¬
щен Солнцем, а в наблюдательном пункте небо до¬
статочно темное, чтобы спутник можно было различить
на его фоне (рис. 46).
Как выясняется, благоприятные условия для наблю¬
дения спутника невооруженным глазом или с помощью
оптических инструментов складываются нечасто. К это¬
му нужно добавить дождь, туман, облака, которые мо¬
гут закрыть небосвод. Пасмурная погода — извечный
враг наблюдателей звездного неба.
Для радиотехнических приборов все эти ограничения
несущественны — наблюдать спутник можно в любое
время суток и при любой погоде. Радиотехническая
аппаратура, в отличие от обычных оптических прибо¬
ров, измеряет не только угловые величины, характери¬
зующие положение спутника, но также дальность до
него и скорость. Процесс измерения легко автоматизи¬
руется, а результаты измерений можно сразу же пере¬
дать по линии связи на большие расстояния или ввести
в электронную вычисли¬
тельную машину. Поэто¬
му радиотехнические на¬
блюдения за космиче¬
ским полетом в наши дни
используются гораздо
Рис. 46. Условия визуального
наблюдения: спутник освещен
Солнцем, у наблюдателя — су¬
мерки или ночь.
54

Рис. 47. Топоцентрическая сис¬
тема координат и координаты
видимого движения.
Рис. 48. Изменение координат
видимого движения (наблюда¬
тель в плоскости орбиты).
шире, чем оптические. Это дает нам право отказаться
на последующих страницах от термина «сеанс наблю¬
дения», заменив' его «сеансом связи», а термин «наблю¬
дательный пункт» заменить «измерительным пунктом».
Для радиосвязи на ультракоротких волнах спутник дол¬
жен быть виден из той точки земной поверхности, где
установлена антенна.
Видимое движение спутника требует математиче¬
ского описания. Применяемая для этой цели система
координат называется топоцентрической. В качестве
опорной взята горизонтальная плоскость, касательная
к сферической поверхности Земли в той точке, где рас¬
положена антенна. Начальная линия для отсчета углов
в горизонтальной плоскости совмещена с плоскостью
географического меридиана и направлена на север.
Проведем прямую линию ОА между антенной радио¬
технической станции и спутником — линию визирования
(рис. 47) и выберем шесть величин, которые можно из¬
мерить радиотехническими приборами. Они в совокуп¬
ности должны определить мгновенное положение спут¬
ника, его скорость и направление движения в топоцен¬
трической системе координат. Назовем их координатами
видимого движения.
Первая из координат — дальность s — равна крат¬
чайшему расстоянию между антенной и спутником
(рис. 47). Во время сеанса связи дальность меняется.
Если орбита круговая и проходит над антенной в зени¬
те, то дальность — наибольшая в начале сеанса в точ¬
ке 1 (рис. 48). В точке 3 дальность та же, что и в на¬
чале сеанса, а в точке 2 — на траверсе (так называют
точку орбиты или трассы, из которой наблюдатель ви¬
ден в перпендикулярном направлении) дальность имеет
наименьшее значение, равное высоте орбиты.
55

Вторая величина — лучевая скорость s — равна со¬
ставляющей топоцентрической скорости ит (скорости
спутника относительно земной поверхности) по направ¬
лению линии визирования. Иначе говоря, лучевая ско¬
рость 5 — это скорость изменения дальности s.
Лучевая скорость максимальная в начале и в конце
сеанса связи (точки 1, 3) и равна нулю на траверсе
(точка 2). Радисты умеют измерять лучевую скорость
с высокой точностью простыми техническими средства¬
ми. Поэтому лучевую скорость, наряду с дальностью,
наиболее часто выбирают для радиотехнического конт¬
роля за космическим полетом.
Следующие координаты видимого движения — два
угла, которые называют азимутом и угловой высотой.
Азимут а — угол между северным направлением мери¬
диана и горизонтальной проекцией линии визирования
ОА (рис. 47). Он измеряется по часовой стрелке от О
до 360 градусов. Угловая высота р (угол места)—это
угол между горизонтальной плоскостью (линией ОА)
и линией визирования. Угловая высота отсчитывается
от горизонтальной плоскости, она изменяется от 0 до*
90 градусов. При пролете спутника в зоне видимости
угловая высота достигает максимального значения, ко¬
гда спутник виден на траверсе.
Пятая и шестая координаты видимого движения —
угловые скорости вращения линии визирования по ази¬
муту а и по угловой высоте 0. Эти величины редка
используются при контроле и управлении космическими
полетом.
РАСЧЕТ ОРБИТ
Основная цель измерения координат види¬
мого движения — сбор исходных данных для расчета!
космических траекторий. Для такого расчета должны
быть известны для одной из точек орбиты шесть вели¬
чин, которые однозначно определяют положение и ско¬
рость спутника. Они и будут координатами видимого
движения s, s, а, а, р, р. По единственной известной
точке расчетным путем восстанавливают всю орбиту.
Но возникают трудности: орбита должна быть рас¬
считана в абсолютной геоцентрической системе коорди¬
нат, а координаты видимого движения измерены в топо-
центрической системе. Топоцентрическая же система не
относится к абсолютным системам, так как связана
с земной поверхностью, а Земля вращается в абсолют¬
56

ном пространстве. Значит, измеренные координаты ви¬
димого движения следует пересчитать в геоцентриче¬
скую систему. Такой пересчет в принципе несложен, так
как характеристики суточного вращения Земли точно
известны.
Однако трудности на этом не кончаются. Для рас¬
чета орбиты надо измерить все шесть координат види¬
мого движения. Реально же измеряют меньшее их чи¬
сло: четыре (s, s, а, р), а чаще две (s, s) и даже одну
(s). Это зависит от реальных возможностей радиотех¬
нических станций. Можно ли по таким неполным дан¬
ным рассчитать орбиту?
Оказывается, можно. Но тогда следует измерить
топоцентрическое положение и скорость спутника не
в одной из точек орбиты, а в нескольких точках одного
или соседних витков, и не из одного земного пункта, а
из нескольких пунктов. Эти измерения, естественно, вы¬
полняются в разные моменты времени, и надо точно
знать, в какие именно. И еще нужны точные географи¬
ческие координаты всех измерительных пунктов.
На такой основе построен командно-измерительный
комплекс, который осуществляет постоянный контроль
за космическим полетом и собирает исходные данные
для расчета орбит. Антенны радиотехнических станций
имеют чрезвычайно точную геодезическую привязку, а
моменты всех измерений приводятся к общей шкале
с помощью аппаратуры единого времени. Весь процесс
расчета космических орбит хорошо отлажен и полно¬
стью автоматизирован.

Глава 4
У КОСМИЧЕСКИХ
РАДИСТОВ
Наконец он сдался:
— Хорошо, — сказал он, — будь по-вашему. Но толь¬
ко с условием: руки в карманы и никаких вопросов.
Вопросы — потом.
Условия были нетяжелые, и я имел все основания
быть довольным. «Руки в карманы» — это понятно: я
уже знаю, что радисты дают такой совет всем посети¬
телям. Нелишняя предосторожность — чтобы неловким
движением не задеть какой-либо из многочисленных
переключателей или тумблеров и не сбить настройку
радиотехнических приборов. «Вопросы потом» — тоже
годится. Я даже надеялся, что, живя здесь, не зря тра¬
тил время — пойму все и без вопросов. Короче, я не
стал раздумывать и поспешил согласиться.
Теперь журналистское задание можно считать вы¬
полненным. Шеф уже дважды звонил мне сюда и спра¬
шивал, не слишком ли много целой недели для рядо¬
вого газетного очерка. Попробовал бы он сам быстрее
разобраться во всех хитросплетениях здешней радиотех¬
ники. А без этого, я уверен, не написать стоящего очер¬
ка о космических радистах.
Именно поэтому приехал я сюда, на один из назем¬
ных измерительных пунктов (здесь говорят — НИПов),
и лишь короткие часы отдыха провожу в гостинице, что
стоит среди берез в жилом городке. С утра до ночи —
на радиотехнических станциях, в попытках понять суть
их работы, в наблюдениях за действиями операторов,
в беседах с инженерами и техниками.
Мое усердие замечено даже главным из здешних ра¬
дистов— техническим руководителем НИПа. Человек
суровый и немногословный, он встретил меня вначале
более чем холодно. Долго изучал мои «верительные
грамоты», вероятно раздумывая, как бы отправить меня
назад. Но «грамоты» были в порядке, со всеми подпи¬
сями и печатями, и ему пришлось уступить.
Но вот прошла неделя, и он уже не смотрит на меня
58

столь недружелюбно. Мне кажется даже, что иногда
промелькнет при встрече что-то вроде улыбки на его
непроницаемом лице. От него многое зависит, и посте¬
пенно я начинаю замечать незримую поддержку. Но
в одном он мне решительно отказывает — побывать на
радиотехнических станциях НИПа во время сеанса
связи.
Мне позволено присутствовать в аппаратных залах
только в перерывах между сеансами связи и на трени¬
ровках операторов. Но это — как репетиция в театре:
певцы берегут голоса, чтобы лишь на публике обрушить
в зал всю мощь своих басов и баритонов. На трениров¬
ках не было главного — атмосферы наивысшей ответст¬
венности.
Недолог сеанс связи, порой лишь несколько минут,
но это как раз и требует особой собранности от инже¬
неров и техников. Допусти они ошибку, и на ее исправ¬
ление времени может просто не остаться. А окажись
программа сеанса невыполненной, последствия могут
быть самыми неприятными, вплоть до потери управле¬
ния спутником. Это уже ЧП, и случись оно в присут¬
ствии постороннего — журналиста, никто не поверит,
что невесть как попавший на станцию газетчик здесь
ни при чем. «Главный радист» это понимал и не хотел
рисковать.
ДО НАЧАЛА СЕАНСА
Но все-таки он сдался. Трудно сказать — по¬
чему, но это было именно так.
Мы покидаем административное здание и идем на
техническую площадку. Широкая асфальтированная до¬
рога ведет на гребень холма, где выстроились в длин¬
ную линию небольшие одноэтажные домики из белого
кирпича. Впрочем, есть и повыше — в два и четыре
этажа, но их немного. Вокруг обширные зеленые газо¬
ны, пахнет свежескошенной травой.
В нескольких домиках я уже успел побывать рань¬
ше. Это пункт управления НИПа. Здесь находится ру¬
ководитель дежурной смены космических радистов. Он
контролирует работу радиотехнических станций при
подготовке к сеансам связи и на самих сеансах. Отсюда
идут распоряжения на станции, сюда во время сеансов
стекаются доклады о выполнении всех операций. Боль¬
шую часть работы на НИПе выполняют автоматы, но
и то, что остается на долю операторов, требует умения,
59

опыта и сил. Сеансы связи (с различными объектами)
идут на НИПе непрерывно, друг за другом, днем и но¬
чью, круглые сутки.
Узел связи. По телеграфным каналам в Центр уп¬
равления полетом отсюда уходит информация, полу¬
ченная из космоса, а из Центра приходят команды для
передачи «наверх». Здесь первыми узнают все распоря¬
жения Центра о программе работы радиотехнических
станций НИПа.
В одном из домов — вычислительный центр, осна¬
щенный быстродействующими ЭВМ. Они рассчитывают
данные, необходимые для проведения сеансов связи. Но
машины на НИПе не только считают. Когда надо, они
управляют радиотехническими системами, заменяют
операторов во время сеансов связи.
Если бы спросили, что наиболее характерно для ни-
повского пейзажа, ответ наверняка был бы такой: ан¬
тенны! Огромные чаши на мощных фундаментах — это
зеркала параболических антенн. Чаши поменьше на
крышах кирпичных домиков — тоже антенны. Причуд¬
ливые металлические конструкции — десятки спиралей,
укрепленных на общем подвижном щите, и совсем ма¬
ленькие антенны, поднятые высоко над землей на тон¬
ких стальных мачтах. Царство антенн — их здесь, на¬
верное, многие десятки, если не сотни.
Мой провожатый повернул к двухэтажному дому
с белоснежным куполом. Я бывал там и знаю, что под
купол ведет узкая железная лесенка, и если подняться
по ней наверх, то можно рассмотреть еще одну антенну,
которой сейчас предстоит принимать сигналы из кос¬
моса и передавать «наверх» команды. Эта антенна не
столь велика, как те 25-метровые чаши-зеркала, что вид¬
неются вдали на краю технической площадки, но диа¬
метр ее тоже несколько метров. Купол сделан из мате¬
риала, прозрачного для радиоволн. Он защищает ан¬
тенну от ветра, дождя и снега. Купол пропускает рас¬
сеянный солнечный свет. Находясь внутри купола, мо¬
жно легко представить, что попал в ледяную пещеру.
Во время работы антенна управляется автоматически.
Когда мы входили в дом, голос в динамике громкой
связи объявил пятиминутную готовность. Спутник где-
то в небесной вышине приближался к нашему НИПу.
Еще пять минут —и он взойдет над горизонтом, ока:
жется в зоне радиовидимости.
В былые времена (не так уж давно — каких-нибудь
три-четыре сотни лет назад) астрономы считали, что
60

Солнце и звезды восходят и заходят потому, что они
обращаются вокруг неподвижной Земли. Сегодня каж¬
дый школьник знает, что это заблуждение. В действи¬
тельности движение Солнца и звезд ни при чем, а вос¬
ходы и заходы происходят оттого, что вращается Зем¬
ля. Искусственные спутники и космические корабли,
когда мы наблюдаем за их полетом, яркой звездой дви¬
жутся по небосводу и, как настоящие звезды, вначале
восходят над горизонтом, а потом, в конце видимого
пути, заходят за горизонт. И доживи средневековые
астрономы до наших дней, они были бы абсолютно пра¬
вы: причина восходов и заходов спутников — не во вра¬
щении Земли, а в их движении вокруг Земли.
Но вращение Земли сказывается и здесь. Читатель
помнит: из-за вращения нашей планеты земная поверх¬
ность под спутником все время смещается на восток.
Поэтому при каждом пролете над НИПом звезда-спут¬
ник восходит все дальше и дальше на запад. Один-два
витка —и спутник окажется далеко на западе, уже не
видимый с нашего НИПа. Радиосвязь «Земля — кос¬
мос» ведется на ультракоротких волнах. Если спутник
не виден, нет и радиосвязи.
А связь нужна! Конечно, нельзя поддерживать с кос¬
мическим кораблем непрерывную связь во время всего
полета, но хотя бы один сеанс связи на каждом витке
совершенно необходим. Для этого одного пункта ма¬
ло— нужна сеть НИПов, соединенных каналами связи
с Центром управления полетом. Эта сеть НИПов, раз¬
мещенных на территории страны,— основа космического
командно-измерительного комплекса (рис. 49).
Наземные измерительные пункты должны быть рас¬
положены длинной цепью вдоль параллели, тогда при
вращении Земли сеансы связи будут последовательно
переходить к все более западным пунктам.
Но настанет час, когда трасса космического полета
покинет территорию нашей страны, а это означает, что
космический корабль или спутник не будет виден с на¬
земных измерительных пунктов. Начнутся витки, на ко¬
торых спутник не наблюдается с территории Советского
Союза. Конечно, в конце концов он снова покажется над
нашей страной, но уже на ее восточных окраинах. Пе¬
рерыв в наблюдениях может быть 8—9 часов, а это по¬
рой недопустимо. Что происходит в это время на орби¬
те, какие команды следовало бы передать, чтобы вме¬
щаться в нежелательный ход событий на борту? Ничего
61

Рис. 49. Командно-измерительный комплекс: ЦУП — Центр управ¬
ления полетом; НИП — наземный измерительный пункт. Центр
управления связан с комплексами: стартовым (СК) и поисково¬
спасательным (ПСК).
не известно, надо ждать, пока спутник снова появится
над одним из наземных пунктов.
И тогда на помощь приходят плавучие измеритель¬
ные пункты — научно-исследовательские суда Академии
наук СССР. Они выполняют ту же работу, что и назем¬
ные измерительные пункты, с той лишь разницей, что
не привязаны к одной точке земной поверхности, а мо¬
гут перемещаться в океанских просторах.
На орбитах одновременно несут службу несколько
десятков спутников различного назначения — автома¬
тических типа «Космос», «Метеор», «^Молния», пилоти¬
руемых кораблей «Союз», орбитальных станций «Са¬
лют». Все они контролируются в полете единым команд¬
но-измерительным комплексом. Очевидно, для этого
нужно заранее составить подробное расписание — с ка¬
ким спутником, в какое время и который из НИПов ра¬
ботает. Такое расписание (план сеансов связи) надо со¬
общить на все измерительные пункты, чтобы они под¬
готовились к очередным сеансам. Иначе возникнет та¬
кая же неразбериха, какая началась бы при отсутствии
расписания на железнодорожном или воздушном транс¬
порте,— аналогия здесь полная.
Перенесемся мысленно на один из наземных или
плавучих измерительных пунктов. Спутники обращают-
62

ся вокруг Земли по строгому графику, который диктует
закон всемирного тяготения. Они могут оказаться над
измерительным пунктом и рано утром, и поздно вече¬
ром, и днем, и ночью. Но всегда инженерно-техниче¬
ский персонал пункта должен быть готов к встрече со
спутником, и каждая такая встреча требует серьезной
подготовки.
Необходимо заранее рассчитать ту точку небосвода,
в которой спутник появится над горизонтом, и напра¬
вить в эту точку антенны радиотехнических станций:
рассчитать движение спутника по небосводу от восхода
до захода, чтобы антенны могли его сопровождать, пе¬
редавая и принимая радиосигналы. Передатчики и при¬
емники земных станций должны быть заранее настро¬
ены на заданные волны — именно на те, волны, на кото¬
рых работают бортовые радиоприборы. Затем в назна¬
ченное время земные станции должны установить со
спутником радиосвязь и поддерживать ее, пока спутник
не скроется за горизонтом. На весь сеанс связи отво¬
дится совсем немного времени, — спутник летит в зоне
прямой видимости несколько минут. Любое промедле¬
ние, любая ошибка могут привести к тому, что спутник
уйдет за горизонт, а программа сеанса связи останется
невыполненной.
Именно поэтому на НИПах к сеансам связи задолго
и тщательно готовятся. Один из этапов подготовки —
расчет целеуказаний, то есть точек на небесной сфере,
через которые спутник проследует от начала до конца
сеанса связи. Антенна под белоснежным куполом в зда¬
нии, куда пришли мы с «главным радистом», сейчас на¬
ведена по целеуказаниям в ту точку небосвода, где
спутник появится над горизонтом.
НАЧАЛО СЕАНСА
Снова заговорил динамик:
— Зона!
Это по целеуказаниям спутник поднялся над гори¬
зонтом и вошел в зону радиовидимости. Но сигналов
с него пока нет: там включен только бортовой прием¬
ник, передатчик еще не включен — и сигналов нет. Надо
послать в космос команду, включающую передатчик.
— Выдана команда тринадцать!
Вот она, эта команда. Голос в динамике принадле¬
жит оператору командного поста, он работает в сосед-
зале. Команда выдана — и вскоре изменились изо¬
63

бражения на экранах индикаторов, которые я вижу из-
за плеча технического руководителя НИПа. Здесь толь¬
ко что была беспорядочная паутина зеленых линий, а
теперь — правильная светящаяся окружность.
— Есть сигнал!
Это докладывает оператор приемного поста. Сейчас
мы находимся у его рабочего места. Сигнал поступил,
теперь приемник будет автоматически подстраиваться
к сигналу, антенна — следить за движением спутника.
Начинается сеанс связи.
Первая операция по программе сеанса — измерение
положения и скорости спутника. Передатчик с НИПа
посылает на орбиту сигнал-запрос, со спутника прихо¬
дят сигналы-ответы. Они-то и содержат все необходи¬
мые сведения. Запросный сигнал можно уподобить теле¬
грамме с оплаченным ответом — адрес и вопрос: «Как
там у вас?» Ответный «бланк» заполнен цифрами, они
означают мгновенные значения дальности и скорости.
Измерения повторяют м,ного раз — это позволит при
расчетах снизить роль случайных ошибок. Сведения по¬
ступят в Центр управления — в электронную вычисли¬
тельную машину для расчета орбиты.
— Команда семнадцать выдана!
Это опять динамик. Что за команда? Смотрю на
«главного радиста». Спрашивать нельзя — не помешать
бы оператору, да к тому же я ведь обещал «никаких
вопросов». Но мой провожатый сам приходит на по¬
мощь: «Сброс телеметрии».
Это я знаю: на спутнике установлены многочислен¬
ные телеметрические датчики. Они измеряют различные
параметры, характеризующие работу бортовых си¬
стем,— токи, напряжения, температуру, давление и так
далее. Десятки и сотни различных величин. Все они
превращаются в электрические сигналы и запоминаются
в бортовом телеметрическом устройстве. Сюда же по¬
ступают сведения о работе различных систем, например
солнечных батарей (сложены — раскрыты), двигателей
(включены — выключены). Сведения накапливаются
длительное время — несколько часов, а то и суток.
А когда наступает время передать их на Землю («сбро¬
сить»,— говорят радисты), с НИПа уходит команда.
Телеметрисгы работают в соседней аппаратной. Там
такие же стойки с радиотехническими приборами, та¬
кие же индикаторы и мигающие разноцветные лампоч¬
ки, что и в других аппаратных. С тихим жужжанием
перематывается широкая магнитная лента — на ней сей¬
64

час записывается телеметрический сигнал. Темп пере¬
дачи на Землю во много раз выше, чем темп измере¬
ний на борту спутника, — за несколько минут следует
сбросить то, что накапливалось, быть может, много ча¬
сов полета.
Самые подробные сведения обо всех бортовых си¬
стемах дает телеметрия. Как будто спутник сейчас не
далеко в космосе, а здесь, рядом, в этом же зале. Хотя,
пожалуй, сравнение неточно: если бы спутник был здесь,
мы бы ровно ничего не увидели, все приборы спрятаны
внутри и закрыты. Точнее сказать так: телеметрия по¬
зволяет «разобрать» спутник на отдельные блоки и
разложить их — работающими! — на столах. Спутник —
сложное техническое устройство, поэтому весь этот зал
пришлось бы заставить столами.
Идем в следующую аппаратную. Здесь расположен
командный пост—пульт, с которого уходят на орбиту
радиокоманды. Наклонная панель, на ней в несколько
рядов квадратные кнопки-клавиши, у каждой клави¬
ши— цифры, это номера команд. Но, странное дело,
оператор, сидя за пультом, не нажимает кнопки, а толь¬
ко наблюдает. Работает автоматика.
На пульте (сверху) несколько окошечек со светящи¬
мися цифрами. В первом горит «028»—это номер коман¬
ды, которая на очереди. Рядом шесть цифр — часы,
минуты, секунды — московское время, когда команда
должна быть отправлена «наверх». Еще шесть цифр —
часы, минуты, секунды текущего времени. Цифры секунд
все время скачут, приближаясь к заданному моменту.
Раз! — что-то щелкнуло, и в следующем окошке (на
пульте — правее) загорелась зеленая надпись: «Коман¬
да выдана». Два!—другая надпись: «Команда принята».
Это со спутника пришел сигнал о приеме команды (та¬
кой сигнал называют «квитанцией»). Три! — цифры во
всех окошках погасли (только текущее время продол¬
жает свой быстрый бег), а через мгновение зажглись
снова: номер следующей команды и рядом —задан¬
ное время ее выдачи. Оператор взял в руки микрофон.
— Выдана команда двадцать восемь! — раздался его
голос в динамике.
Оператор работает спокойно, неторопливо, даже как-
то флегматично. Но это спокойствие сжатой пружины.
Автоматика — штука неплохая, но всего не предусмот¬
ришь. Если потребуется срочно изменить заранее со¬
ставленную программу сеанса, то все будет зависеть от
знаний, опыта и быстроты реакции оператора за> пуль-
3
65
А. М.. Жаков

том. Подчас только он может найти правильное реше-
ние в сложной обстановке.
Не одна команда уйдет на спутник за сеанс связи.
А как управлять полетом, когда спутник будет за пре¬
делами зоны видимости? Выручает программа.
Что такое программа? Она состоит из кодированных
приказов, их называют словами. Каждое слово содер¬
жит те же числа, которые я видел в окошках на пуль¬
те. Слово начинается с метки времени — часы, минуты,
секунды (в двоичном коде), потом следуют команды,
которые должны исполняться на борту в это время.
Первое слово — метка времени, за ней — номера команд.
Второе слово — метка, номера — и так далее. Все это
вместе и называется программой управления, на не¬
сколько часов или суток вперед.
Придя на борт во время сеанса связи, программа
попадает в ПВУ (так сокращенно называют программ¬
но-временное устройство), там она запоминается. Даль¬
ше все идет предельно просто: бортовые часы каждую
секунду посылают в ПВУ метки текущего времени. Ко¬
гда очередная метка времени совпадет со значением
времени, которое содержится в одном из слов програм¬
мы и хранится в памяти ПВУ, то команды, которые вхо¬
дят в это слово, исполняются. Конечно, все просто толь¬
ко внешне, а технически — далеко не просто.
Ну, скажем, как добиться точного согласования
хода бортовых (на спутнике) и земных (на НИПе) ча¬
сов? Сверкой бортовых и земных часов заведует служ¬
ба единого времени. НИПы сверяют свои часы с борто¬
выми по радио. Например, «наверх» посылают команду
«Запрос времени». По этой команде на Землю переда¬
ются показания бортовых часов: короткий сигнал и за
ним число в двоичном коде — часы, минуты, секунды.
Часы сверяют периодически, каждые сутки.
Бортовые часы — сложный электронный прибор,
в котором роль маятника играет кристалл кварца. В са¬
мых же точных бортовых часах используются колебания
атомов и молекул. Такие часы могут отстать или уйти
вперед на одну секунду не менее чем за пятьсот лет,
ОСНАЩЕНИЕ ПУНКТА
Спутники и другие объекты, запускаемые
в космос, требуют неослабного контроля с Земли.
Во-первых, на Земле всегда надо точно знать, где
именно находится спутник в каждый момент времени-
66

Для этого служат радиотехнические станции контроля
траектории. На измерительных пунктах с их помощью
определяют местоположение спутника в пространстве и
его скорость. Эти данные со всех пунктов собираются
в Центре управления полетом и там обрабатываются
на электронных вычислительных машинах. В результате
получают прогноз орбиты, то есть ожидаемый закон
движения спутника на несколько часов, суток пли не¬
дель вперед.
Во-вторых, под пристальным контролем Земли дол¬
жны работать все бортовые системы. На Земле должны
знать, исправно ли действуют бортовые приборы или
требуется включить запасные взамен неисправных, не
разрядились ли аккумуляторы, питающие аппаратуру
электроэнергией, и так далее. Эту задачу называют ра-
диотелеметрическим контролем. Ее решают телеметри¬
ческие станции, расположенные на измерительных пунк¬
тах. Телеметрическая информация со всех пунктов,
так же как и данные контроля орбиты, поступает в
Центр управления полетом и там анализируется на
ЭВМ.
Когда в Центре управления изучат все эти данные,
станет ясно, какие команды надо передать на спутник.
Может потребоваться уточнение (коррекция) его орби¬
ты— изменение режима работы каких-либо бортовых
систем, введение в программу полета каких-либо изме¬
нений, не предусмотренных первоначальным планом и
вытекающих из реально сложившейся на борту обста¬
новки. Команды рассчитывают в Центре управления
полетом, передают на выбранные пункты командно-из¬
мерительного комплекса, а затем, во время пролета
спутника над пунктом, посылают на орбиту. Для этого
служат командные станции.
Командные, траекторные, телеметрические стан¬
ции— основа радиотехнического оснащения любого (на¬
земного и плавучего) измерительного пункта. А когда
в космосе работает экипаж космического корабля пли
орбитальной станции, требуется радиотехническое обо¬
рудование еще одного типа — для двухсторонней связи
Центра управления полетом с космонавтами по теле¬
фонным, телеграфным и телевизионным каналам. Та¬
кая связь осуществляется тоже через измерительные
пункты.
Вся эта аппаратура относится к космическим систе¬
мам. Они служат для прямых радиоконтактов НИПа
67

со спутниками. Но каждый измерительный пункт —это
звено единого командно-измерительного комплекса.
Значит, НИП должен быть оснащен аппаратурой для
двухстороннего обмена сигналами с Центром управле¬
ния полетом. Все НИПы и Центр должны функциони¬
ровать в общем временнбхМ темпе, значит, требуется
аппаратура единого времени — высокоточные и периоди¬
чески поверяемые часы. И еще нужны электронные вы¬
числительные машины — их функции на измерительных
пунктах очень многообразны.
Оборудование для связи с Центром управления по¬
летом, аппаратура единого времени и электронные вы¬
числительные машины относятся к обеспечивающим си¬
стемам. Именно благодаря обеспечивающим системам
отдельные радиотехнические станции, находящиеся на
наземных и плавучих измерительных пунктах, объеди¬
няются в единый командно-измерительный комплекс.
КОНЕЦ СЕАНСА
Между тем сеанс связи идет к концу. Изме¬
рены координаты, принята телеметрия, переданы коман¬
ды, заканчивается закладка на борт программы. До
конца зоны видимости почти минута, и поступает рас¬
поряжение провести еще один цикл измерения коор¬
динат.
Но вот по громкой связи слышен доклад о выдаче
последней команды. Она выключает бортовой передат¬
чик, сигналы с орбиты больше не приходят. И сразу же
голос оператора с приемного поста:
— Конец приема!
До следующего сеанса связи бортовые системы на
спутнике будут работать по записанной в ПВУ про¬
грамме.
Смотрю на светящиеся цифры электронных часов—
от первой команды до последней прошло чуть больше
пяти минут. Но каких насыщенных, спрессованных ми¬
нут! Операторы пока остаются на рабочих местах.
А вскоре динамики разносят по всем аппаратным:
Отбой, выключить станцию!
Сеанс окончен. Спутник ушел за горизонт. Но пере¬
рыв в работе недолог. Надо немного передохнуть и под¬
готовиться к новому сеансу — с тем же или с другим
спутником.
Мы покидаем здание, увенчанное белоснежным ку¬
полом. Едва закрыв за собой дверщ попадаем в атмю-
68

сферу безмятежного летнего дня, Ярко светит солнце.,
На < асфальтированных дорожках—немногочисленные
фигуры идущих деловым шагом людей. Воздух прозра¬
чен и чист — сказывается отдаленность от города и про¬
мышленных предприятий — мощных источников радио-
помех. Высоко в небе летают ласточки, едва не касаясь
антенн своими крыльями. И только эти антенны напо¬
минают о напряженной работе, которая продолжается
за стенами домов из белого кирпича. Если присмотреть¬
ся, то можно заметить, что некоторые из антенн мед-г
ленно поворачиваются, — идет очередной сеанс.
Множество людей связаны с управлением космиче¬
скими полетами — на таких вот НИПах, в Центре уп¬
равления, на судах космического флота, в институтах
и вычислительных центрах Академии наук. Управление
полетом — важная сторона общей задачи изучения и
освоения космического пространства. Каждый оператор
НИПа причастен к этому большому делу, которое рас¬
ширяет границы познания природы и несет людям но¬
вые материальные блага.
Ни на минуту не прекращается поток информации
из космоса к наземным и плавучим измерительным
пунктам и далее в Центр управления полетом. В об¬
ратную сторону идет поток команд. Там, где не справ¬
ляются наземные линии связи, выручают спутники «Мол¬
ния». Нелегко это — управлять одновременно полетом
нескольких десятков космических объектов, которые,
как пчелы из улья, разлетелись от космодромов во все
стороны на многие тысячи, а то и миллионы километ¬
ров. Но задачи космонавтики с каждым годом все
больше усложняются, и то, что сегодня удивляет и ка¬
жется пределом возможностей, завтра станет обыден¬
ным фактом. Это — непреложный закон развития гех-
ники, и космонавтика не составляет из этого закона
никакого исключения.
Мой очерк о космических радистах, написанный
В давние дни, прочел технический руководитель НИПа.
Немного подумав, он сказал:
— Вы тут нафантазировали, конечно. Как у Гоголя:
«Если бы губы Никанора Ивановича да приставить
к носу Ивана Кузьмича...» Ну да ладно: специалисты,
конечно, заметят и простят, а для остальных читате¬
лей—так понятнее и, пожалуй, даже интереснее. Тем
более что фантазия в деталях, а в главном — все верно.
— Я думаю, — сказал он после паузы,— можно пе¬
чатать. Но редактор газеты тогда рассудил иначе.

Глава 5
УПРАВЛЕНИЕ
ПОЛЕТОМ
Чтобы автоматический спутник, космический
корабль или орбитальная станция могли осуществлять
свое народнохозяйственное или научное назначение, на¬
до управлять их полетом. Прежде всего, это значит, что
должен быть выдержан заданный режим их простран¬
ственного перемещения. Например, после запуска выяс¬
нилось, что какие-либо элементы орбиты отличаются от
предварительно заданных значений, тогда включают
ракетный двигатель, чтобы подправить — скорректиро¬
вать орбиту.
Другие примеры управления орбитой—управление
сближением двух спутников для стыковки или сниже¬
нием с орбиты для посадки на Землю.
Но изменение орбиты не исчерпывает всех задач по
управлению космическим полетом, необходимо управ¬
лять еще и функционированием бортовых систем. На¬
пример, при неисправностях в какой-либо из них от¬
ключают негодные приборы и заменяют их новыми из
резерва. Другой пример — корректировка по ходу по¬
лета режима работы какого-либо из бортовых прибо¬
ров.
Основа управления — предварительно составленный
план полета, но учитывают и результаты текущего кон¬
троля за реальными событиями на орбите. Обнаружив
несовпадение, можно пытаться восстановить намечен¬
ную программу, а иногда целесообразнее изменить саму
программу (например, если использованы все запасные
приборы). В каждом отдельном случае в Центре управ¬
ления полетом принимают решение, взвешивая все об¬
стоятельства.
Управление полетом начинается с контроля — траек¬
торного и телеметрического. Траекторная и телеметри¬
ческая информация с орбиты поступает в Центр управ¬
ления, и там на ее основе рассчитывают необходимые
команды.
70

ТИПЫ КОМАНД
Читатели помнят, что управление космиче¬
ским полетом с Земли осуществляется одним из двух
способов — с помощью команд или с помощью про¬
грамм. При командном управлении для каждой опера¬
ции предусмотрена отдельная команда, она исполняется
сразу же после поступления на борт. Разумеется, это
возможно только при полете в зоне радиовидимости.
Программное управление начинается с запоминания
команд в бортовом программно-временном устройстве.
Управление по программе возможно в течение всего по¬
лета, в том числе и тогда, когда спутник уже ушел из
зоны видимости.
Принятая на спутнике команда может содержать
требование включить или выключить какой-либо из бор¬
товых приборов. Исполнение подобных команд можно
поручить реле: команда замыкает или размыкает его
контакты. Это наиболее простой тип команд, их назы¬
вают разовыми.
Другой тип — числовые команды. Например, может
быть задана продолжительность экспозиции при косми¬
ческой фотосъемке — несколько заранее обусловленных
экспозиций от минимальной до максимальной.
Разница между разовыми и числовыми командами
не столь велика. Разовая команда имеет два значения
(уровня): «команды нет» — условно 0 и «команда по¬
дана»— условно 1. Числовые команды рассчитаны на
несколько уровней, которые условно можно обозначить
номерами 0, 1, 2, 3... Номера числовых команд в нашем
примере обозначают различные, заранее установленные
продолжительности фотосъемки.
И командное и программное управление предусма¬
тривает оба типа команд — разовые и числовые.
Программное управление обладает важным достоин¬
ством. Между передачей команды с Земли и ее испол¬
нением на борту проходит время, иногда довольно зна¬
чительное. Это позволяет проверить, правильно ли за¬
писаны команды на борту, передать повторно те из них,
в которых обнаружены ошибки. И только убедившись,
что все без исключения команды занесены в бортовое
программно-временное устройство верно, без искаже¬
ний, посылают на орбиту разовую команду «Начать
исполнение программы».
В реальной практике оба вида управления — команд¬
ное и программное — используют совместно.
71

КОДИРОВАНИЕ КОМАНД
Каждая команда, для передачи по радио пред¬
варительно должна быть представлена в виде электри¬
ческого сигнала. Такие сигналы называют кодовыми
словами, а сам процесс построения кодовых слов в стро¬
гом соответствии с номерами команд:—кодированием.
Что значит «команду представить в виде электриче¬
ского сигнала»? Команда — это указание на какое-либо
действие, которое должно быть выполнено на спутнике:
«Включить передатчик», «Сбросить телеметрию» и так
далее. В таком «словесном» виде команду на спутник
передать, конечно, невозможно. Каждой команде дол¬
жен соответствовать свой электрический сигнал, кото¬
рый и посылают на орбиту.
Кодовое слово — сложный сигнал. Он состоит из про¬
стейших— элементарных сигналов, или элементов кода.
На рис. 50 показаны элементы, принадлежащие трем
различным кодам. Во-первых, это короткие отрезки (по¬
сылки) гармонических колебаний одинаковой амплиту¬
ды А и одинаковой длительности т (рис. 50,а). Разли¬
чие элементов состоит здесь в неравных значениях ча¬
стоты: Fi и F2. Во-вторых, посылки могут иметь одина¬
ковые значения амплитуды, длительности и частоты, а
различаться начальной фазой — 0 или 180 градусов
(рис. 50,6). В-третьих (рис. 50,в), элементы могут
иметь постоянную длительность, а различаться по тому,
есть ли в начале временного интервала, отведенного
элементу, импульс или такой импульс отсутствует.
Коды, образованные при помощи элементарных сиг¬
налов, показанных на рис. 50, называют частотными
(а), фазовыми (б) и импульсными (в). Этим, конечно,
не исчерпываются все коды, применяемые в космических
радиолиниях.
На рис. 51 мы видим три слова импульсного кода.
Показанные на рисунке кодовые слова (а, б, в) содер¬
жат одинаковое число элементов, каждый из которых
выбран из двух возможных — «импульс» и «отсутствие
импульса».
Если коды располагают для построения слов толь¬
ко двумя различными элементами, их называют двоич¬
ными. Такие коды в современной технике, включая уп¬
равление космическим полетом, практически вытеснили
все остальные. Это легко объяснить: двоичный код по¬
зволяет создать наиболее простую и компактную аппа¬
ратуру для кодирования и декодирования команд, осу-
72

и
^11 11 <
Рис. 51. Три команды, пере¬
даваемые кодовыми словами
двоичного импульсного кода.
рис. 50. Различные элемен¬
тарные сигналы, используемые
для построения кодовых слов.
ществления вычислительных операций, запоминания и
наглядного отображения информации.
Чтобы продолжить рассказ о кодировании команд,
необходимо познакомиться (тем, кто не знаком) с дво¬
ичной системой счисления.
Мы привыкли к десятичной системе, располагающей
десятью цифрами — от 0 до 9. Эти цифры позволяют
записать все целые числа в пределах первого десятка.
Если же надо выразить число, большее 9, потребуются
две цифры, помещенные в двух разрядах (например,
24), в трех разрядах (245) и так далее.
Двоичная система счисления использует только две
цифры — 0 и 1, но способ записи чисел — точно такой
же, как в десятичной системе. В таблице на рис. 52
числа от 0 до 7 десятичной системы счисления сопоста¬
влены с теми же числами в двоичной системе, а рядом
показаны кодовые слова двоичного импульсного кода.
Из таблицы видно, что кроме графического изобра¬
жения кодовых слов возможно их изображение двоич¬
ными числами. Кодовые слова, показанные на рис. 50,
можно записать как 111, 101 и 001. Такое отображение
намного проще, чем рисунок, и столь же наглядно.
Трехразрядным двоичным кодом можно передать во¬
семь различных команд с номерами от 0 до 7 или во¬
семь уровней числовой команды. Если заданное число
команд или уровней больше восьми, трех разрядов ока¬
жется мало. Между числом кодовых слов N и числом
разрядов двоичного кода п существует соотношение:
Л^ = 2П. Если, например, заданное количество команд 64,
то для кодовых слов потребуется 6 разрядов (26=64).
Выясним для примера, сколько разрядов должна
содержать временная часть слова при программном уп-
73

восемь команд.
Время
Команды
t
/
II III
Код
о 5
0
е
с я
о б
0
Рис. 53. Кодовое слово про¬
граммы:	момент времени и
номера команд.
равлении? Кодовое слово программы может выглядеть
так, как показано на рис. 53: две его части — времен¬
ная и командная — определяют набор команд для упра¬
вления бортовыми системами, обозначенными на рисун¬
ке римскими цифрами I, II, III..., и моменты времени,
когда эти команды должны быть исполнены. Если про¬
грамма рассчитана на одни сутки (86 400 секунд) и
время исполнения команд задается с точностью до 1 се¬
кунды, то временная часть слова должна иметь 86 400
уровней. Легко подсчитать, что для передачи такого
числа уровней потребуется 17 двоичных разрядов, так
как 217= 131 072 дает небольшой изб&ток по сравнению
с 86 400, а 216 = 65 536 — меньше, чем следует.
Для управления каждым спутником предусматри¬
вается несколько десятков различных команд и неско¬
лько десятков слов программы.
ДОСТОВЕРНОСТЬ КОМАНД
Предположим, в Центре управления полетом
рассчитали команду, доставили ее по телеграфным ка¬
налам на измерительный пункт и во время сеанса связи
передали на орбиту. Есть ли уверенность, что на спут¬
нике будет принята именно та команда, которую по¬
слали из Центра?
Такой уверенности нет. И главная причина, из-за ко¬
торой команда может быть искажена, — помехи в радио¬
канале НИП — спутник.
Помехи могут возникать от посторонних радиопере¬
датчиков или от промышленных установок, излучающих
паразитные электромагнитные колебания. Они могут
быть природного происхождения (грозовые разряды,
74

космические шумы), а в иных случаях создаваться пред¬
намеренно.
Если ограничиться двоичным кодом, то в результате
вредного воздействия помехи на кодовое слово может
произойти одно из двух: либо нуль в каком-нибудь раз¬
ряде превратится в единицу, либо единица в одном из
разрядов станет нулем. Других искажений элементов
двоичного кода, очевидно, быть не может.
Пусть на орбиту передано пятиразрядное кодовое
слово 00011 (команда № 3), но первый разряд искажен
помехой (счет разрядов условимся вести слеза напра¬
во). Тогда на спутник придет слово 10011 — команда
№ 19. Получилось, что на орбите принята и исполнена
не та команда, которая передана с Земли, а другая.
Это событие называют трансформацией команды.
Трансформация команды очень опасна. Может быть
так: передали распоряжение «Сброс телеметрии», а
пришло «Включить тормозной двигатель». Спутник
снизится с орбиты и сгорит в плотных слоях атмо¬
сферы. Конечно, так не бывает, — радисты умеют хоро¬
шо защищать команды от помех, мы только хотим под¬
черкнуть, насколько может быть опасна трансформация
команды.
Но ложная команда может появиться не только из-
за трансформации. Может быть и так: передатчик
НИПа не включен и никакая команда вообще не пере¬
давалась, а на вход бортового приемника поступают
одни помехи. И тогда помеха случайно образует напря¬
жение, по форме подобное одному из кодовых слов.
Такое событие называют подделкой команды.
Для борьбы с подделкой, прежде всего, ограничи¬
вают время, в течение которого включен бортовой при¬
емник. В реальных радиолиниях при случайных поме¬
хах вероятность подделки чрезвычайно мала. Главное
внимание обращают на борьбу с трансформацией ко¬
манд.
Как же защититься от ложных команд? Играет роль
мощность сигнала: если сигнал, переносящий команду,
значительно превышает по мощности помеху, искаже¬
ния слов маловероятны. Но космические радисты часто
имеют дело с очень слабыми сигналами, например ко¬
гда информация приходит с межпланетных станций, ле¬
тящих далеко в космосе. Тогда есть дополнительный
путь: специальные методы построения и приема радио¬
сигналов, которые дают высокую устойчивость против
помех. Разработано много методов такого рода, мы
75

о них рассказывать не будем. И наконец, противостоять,
помехам можно особым построением кода.
Существуют специальные коды, хорошо защищенные;
от помех. Конечно, полной достоверности, то есть га¬
рантии, что принятая команда не искажена, достичь не¬
возможно, реально получают лишь многократное сни-.
жение вероятности ошибки.
Пусть для всех операций по управлению спутником
требуется К разных команд. Выбран двоичный п-раз-
рядный код, общее число возможных кодовых слов N
равно 2". Совершенно очевидно, что если для передачи,
команд использованы все N слов (то есть _¥ = /(), то
код не защищен от трансформации: любое искажение
переданного слова — безразлично, в одном или несколь¬
ких разрядах, — приведет к появлению другого слова,
которое тоже будет нести какую-то (ложную!) команду.
Идея состоит в следующем. Берут число N с запа¬
сом (Л/'Ж). Тогда слово, искаженное помехой, необя¬
зательно приведет к ложной команде. Искаженное сло¬
во может оказаться среди N — К неиспользованных
слов, и на спутнике не будет принята никакая коман¬
да. Произойдет пропуск команды, но это все же луч¬
ше, чем трансформация. Пропуск команды как раз и
означает, что ошибка обнаружена и ложная команда
не прошла.
Во все подобные коды для повышения их помехо¬
устойчивости вводят лишние слова, не используемые
для передачи команд. Поэтому эти коды называют из¬
быточными.
Приведем пример для пояснения идеи. Выбран трех¬
разрядный двоичный код, позволяющий построить во¬
семь (N = 8) кодовых слов: ООО; 001; 010; 011; 100; 101;
110; 111. Для передачи четырех команд (/<=4) выбраны
четыре слова, у которых четное число единиц: 000; 011;
101; 110 (остальные четыре слова — 001; 010; 100; 111—
имеют нечетное число единиц).
Пусть в переданном по радио слове помеха исказила
один разряд и возникла ошибка типа «1->0» или
«0->1». Легко видеть, что число единиц станет нечет¬
ным, и значит, команда будет пропущена: ведь слова
с нечетным числом единиц не использованы и не обо¬
значают никаких команд. Иначе говоря, такой код на¬
дежно защищен от трансформации команд при искаже¬
нии одного (любого) разряда внутри слова.
Но в слове может быть искажено сразу два разряда,
то есть ошибка типа «1->0» или	появилась в
7в

двух каких-либо разрядах. Тогда число единиц в тих
врожденном слове останется четным и на спутнике бу¬
дет принята ложная команда.
Вывод: код с четным числом единиц имеет надеж¬
ную защиту от трансформации команд при искажении
в одном, а также в трех, пяти и другом нечетном числе
разрядов, но совершенно беззащитен против двукрат¬
ного (четырехкратного, шестикратного и так далее)
искажения разрядов внутри слова. Но выигрыш все-
таки есть. Дело в том, что вероятность искажения двух
разрядов в слове намного ниже, чем одного разряда.
Пусть вероятность одиночной ошибки — обозначим
ее буквой р — составляет одну тысячную (р=10_3). Это
значит, что в среднем один искаженный разряд прихо¬
дится на тысячу разрядов, переданных по радио. Из
математики мы знаем, что вероятность искажения двух
разрядов пропорциональна р2. Иными словами, дву¬
кратная ошибка приходится в среднем на миллион раз¬
рядов: р2=10“6— вероятность уменьшилась в 1000 (то
есть в 1/р) раз. Более детальное изучение дает в пере¬
счете на n-разрядное слово величину выигрыша 21пр.
Значит, трансформация команды, переданной 10-раз-
рядным словом с четным числом единиц, станет в 200
раз менее вероятной.
Используют еще один путь защиты от трансформа¬
ции— повторение команд. Каждую команду передают
дважды: на орбиту посылают кодовое слово команды
и вслед за ним опять то же самое слово. На приемной
стороне радиолинии проверяют: оба слова (первое и
второе) должны точно совпасть во всех разрядах, лишь
в этом случае команду исполняют.
Трансформация при таком повторении случится
только тогда, когда в обоих словах искажены одинако¬
вые разряды (например, третий в первом и третий во
втором слове). Нетрудно выяснить, что выигрыш по
сравнению с простым кодом составит 1/р. Если при¬
нять р=10“3, то вероятность ошибки снизится в 1000
раз. Если же повторить команду дважды (передать ее
тремя словами), то выигрыш будет еще значительнее —
1/р2 раз.
Но за достоверность приходится платить. Прежде
всего, мы знаем, что обнаружение ошибки равнозначно
пропуску команды, но ведь это тоже весьма нежела¬
тельное явление. А главное, увеличивается время, кото¬
рое уходит на передачу каждой команды. Действитель¬
но-, уже код с четным числом единиц потребляет один
17

лишний разряд: для передачи четырех команд доста-
точно было бы двух разрядов, а в этом коде их три.
Это еще более заметно в коде с повторением команд —
время передачи увеличивается вдвое. Между тем каждая
секунда скоротечного сеанса связи ценится очень до¬
рого. Но достоверность команд — важнейший показа¬
тель, поэтому приходится жертвовать временем пере¬
дачи.
Если из-за помех наступил пропуск команды, ее надо
передать заново. А как узнать, что команда не прошла?
Для этого, как уже знает читатель, служит линия пере¬
дачи информации со спутника на Землю, по которой
с орбиты приходят квитанции «да» или «нет».
Автоматика на спутнике проверяет принятый сигнал
(например, сравнивает два кодовых слова при повто¬
рении команд) и посылает квитанцию «да», если ошиб¬
ка не обнаружена. На Земле эта квитанция служит раз¬
решением для передачи следующей команды. Квитан¬
ция «нет», которая уходит на Землю, если обнаружена
ошибка, требует повторения команды.
Связисты придумали множество кодов, помогающих
избежать ошибок. Хороший код должен давать значи¬
тельное снижение вероятности ошибок при минималь¬
ном числе избыточных разрядов.
УПРАВЛЕНИЕ ОРБИТОЙ
Так мы условились обобщенно называть целе¬
направленные изменения спутниковых орбит. Необходи¬
мость в управлении орбитой возникает во многих зада¬
чах космонавтики — позднее мы скажем об этом под¬
робно. Но все эти задачи решаются в основном одина¬
ково.
Теория космического полета, или, иначе, космическая
баллистика, изучает движение искусственных небесных
тел — автоматических спутников, пилотируемых косми¬
ческих кораблей, орбитальных и межпланетных стан¬
ций. Мы знаем, что любые небесные тела — и естествен¬
ные, и искусственные — движутся в космическом про¬
странстве под воздействием сил всемирного тяготения —
сил притяжения к Земле, Солнцу, Луне, планетам. Но
искусственные небесные тела испытывают влияние до¬
полнительных сил, создаваемых ракетными двигателя¬
ми, и в этом их главное отличие от естественных небес¬
ных тел.
На всех этапах космического полета (после выве-
78

рис. 54. Импульс скорости изменяет ^4	vf
орбиту спутника.
дения спутника на орбиту)
гравитационные силы преоб¬
ладают над реактивными си¬
лами, создаваемыми двигате¬
лем. Значит, именно гравита¬
ционные силы определяют основной характер траекто¬
рии. Реактивные силы дополнительно влияют на дви¬
жение искусственного небесного тела и позволяют уп¬
равлять его орбитой.
Как же управляют орбитами?
Предположим, надо изменить траекторию спутни¬
ка— перевести его с орбиты 1 на орбиту 2 (рис. 54).
Предположим также, что обе орбиты лежат в одной
плоскости и имеют общую точку — пересекаются или
касаются друг друга.
В общей точке А спутнику на старой и новой орби¬
тах присущи скорости Vi и v2. Ясно, что для заданного
изменения орбиты требуется в точке А мгновенно, толч¬
ком изменить скорость Vi на величину Av так, чтобы
геометрическая сумма Vj и Av дала скорость v2. Для
этого в общей точке двух орбит включают ракетный
двигатель.
Работа двигательной установки — это завершающий
этап управления орбитой, ему предшествуют многочис¬
ленные операции.
Заранее рассчитывают величину и направление ско¬
рости Av, а также точку орбиты, где нужно включить
ракетный двигатель (или момент включения). Но ра¬
кетный двигатель не сразу дает приращение скорости
Av, а лишь ускорение w. Если ускорение постоянно, то
приращение скорости пропорционально времени, в тече¬
ние которого работает двигатель: i\v = wt. При пере¬
менном ускорении справедлива более сложная — инте¬
гральная зависимость Av= J wdt. Так или иначе, по¬
требуется работа двигателя в течение какого-то вре¬
мени.
Включив ракетный двигатель, на спутнике измеряют
ускорение, рассчитывают постепенно нарастающую ско¬
рость и выключают двигатель, когда скорость достигнет
расчетного значения Av. Обычно работа двигателя бы¬
вает непродолжительной, и это позволяет считать, что
приращение скорости достигается мгновенно (импульс
скорости).
79

Но этого мало: импульс скорости Ас должен иметь
строго определенное направление в пространстве
(рис. 54). Значит, перед включением необходимо сори¬
ентировать двигатель, а следовательно, и сам спутник,
на котором двигатель установлен неподвижно. Перво-
начальная ориентация должна поддерживаться во все
время работы двигательной установки.
Таков вкратце принцип управления орбитами. Он
применяется прежде всего при коррекции орбит — не¬
больших изменениях тех или иных элементов орбиты
для устранения ошибок выведения или устранения по¬
следствий от действия возмущающих сил. Далее идут
орбитальные переходы — более значительные изменения
орбит. Управление орбитой требуется при сближении и
стыковке двух спутников (например, космического ко¬
рабля «Союз» с орбитальной станцией «Салют»), при
посадке спутников на Землю.
Точно так же осуществляется управление, если ста¬
рая и новая орбиты лежат в разных плоскостях. Отли¬
чие состоит лишь в том, что импульс А у должен быть
направлен под углом к плоскости первоначальной орби¬
ты так, чтобы суммарная скорость и2 совпадала с пло¬
скостью новой орбиты.
Если старая и новая орбиты не пересекаются и не
касаются друг друга (у них нет общих точек), переход
осуществляют в два приема. Первым включением дви¬
гателя спутник переводят на промежуточную орбиту,
имеющую общую точку с заданной. В этой точке снова
включают двигатель, чтобы завершить орбитальный пе¬
реход.
На рис. 55 приведен пример такого двухимпульсного
перехода: обе орбиты — первоначальная 1 и заданная
2— круговые, ракетный двигатель включают в точках
А и В для получения разгонных импульсов ДУ1 и Агь.
Оказывается, переход потребует минимальной затраты
топлива, если эти точки лежат на концах одного и того
же диаметра. Тогда промежуточ¬
ная орбита будет полуэллипсом,
у которого точка А—перигей, а
точка В — апогей. Если заданная
орбита, в отличие от орбиты, по¬
казанной на рис. 55, расположе-
Рис. 55. Импульсы скорости для пере¬
хода на новую круговую орбиту с' ми¬
нимальной затратой энергии.
80

на ншке исходной, то оба импульса скорости должны
быть не разгонными, а тормозными— направленными
против орбитальной скорости в точках А и В.
Все баллистические расчеты выполняют заранее, за¬
долго до включения ракетного двигателя. При этом вы¬
ясняют величину импульса Ди, углы для ориентации
спутника в абсолютном пространстве во время работы
двигательной установки и момент ее включения. Эти
данные (их называют уставками) передают по радио
на спутник, и там они запоминаются в программно-вре¬
менном устройстве.
Проследим шаг за шагом всю последовательность
операций при управлении орбитой.
Рассмотрим, например, коррекцию орбиты. Ее начи¬
нают с ориентации спутника. Прежде всего, одну из
осей спутника направляют на Солнце — свобода враще¬
ния спутника сразу сильно ограничивается. Чтобы окон¬
чательно лишить его свободы вращения, вторую ось
спутника направляют на другой небесный ориентир —
яркую звезду. Звезду, конечно, заранее выбирают, и
уставки рассчитывают с учетом ее астрономических ко¬
ординат.
Итак, спутник жестко сориентирован в абсолютном
пространстве. Исходную ориентацию запоминают с по¬
мощью гироскопических приборов. Следующий шаг —
переход к той ориентации спутника в пространстве, ко¬
торая диктуется уставками. По командам из бортового
программно-временного устройства совершаются про¬
граммные развороты, и новое положение спутника опять
фиксируют гироскопами — оно должно сохраняться во
время работы двигателя.
Корректирующая двигательная установка включает¬
ся по команде от бортового программно-временного
устройства. Приборы измеряют ускорение и рассчиты¬
вают приращение скорости. Когда приращение по вели¬
чине достигнет уставки До, хранящейся в памяти про¬
граммно-временного устройства, двигатель выключает¬
ся— коррекция завершена.
Мы ничего не сказали о технической стороне всех
этих операций, но это еще впереди.
ПОСАДКА И СТЫКОВКА
Посадкой на Землю завершается полет всех
пилотируемых космических кораблей и некоторых авто¬
матических: спутников. Посадка — это один из видов
$1

Рис. 56. Для снижения с орбиты и по¬
садки спутника на Землю нужен тормоз¬
ной импульс скорости.
управления орбитой. Чтобы пере¬
вести спутник на траекторию сни¬
жения, надо его слегка притормо-
_ зить — уменьшить орбитальную ско-
\	^ОрИшт рость_
Тормозной двигатель включают в точке А первона¬
чальной орбиты (рис. 56). Скорость после торможения
уСн равна геометрической сумме первоначальной орби¬
тальной скорости уОрб и тормозного импульса Лу.
Спутник должен входить в плотные слои атмосферы
постепенно, очень полого, иначе из-за сопротивления
воздуха конструкция спускаемого отсека подвергнется
недопустимым механическим перегрузкам и чрезмер¬
ному нагреву. Для отлогого снижения тормозной дви¬
гатель следует включить на большом расстоянии от
района посадки. Например, при посадке «Союзов» точ¬
ка орбиты, где включается тормозной двигатель, нахо¬
дится над Атлантическим океаном, у побережья Южной
Америки.
На рис. 56 пунктиром показана окружность, обозна¬
чающая границу плотных слоев атмосферы. В действи¬
тельности столь резкой границы нет, но для удобства
расчетов предполагают, что до высоты 100 километров
спутник летит по эллиптической траектории под влия¬
нием только земного тяготения и не испытывает сопро¬
тивления воздуха. Аэродинамические силы начинают
учитывать ниже этой границы.
В плотную атмосферу спускаемый отсек входит
в точке В, имея скорость ивх, под углом увх к горизон¬
ту. Этот угол должен быть небольшим — несколько гра¬
дусов.
Когда спускаемый отсек, двигаясь в атмосфере, до¬
статочно затормозится, вступит в работу парашютная
система, а у самой земли — реактивные двигатели мяг¬
кой посадки.
Место посадки можно рассчитать до приземления
спускаемого отсека, если известна его скорость в точке
А (рис. 56). Поэтому в район океана под этой точкой
обычно направляют научно-исследовательское судно,
которое принимает по телеметрическим каналам необ¬
ходимую информацию и передает ее в Центр управле¬
ния полетом. Предварительный расчет точки призем-
82

ления облегчает задачи поисково-спасательного ком¬
плекса.
Несколько слов о сближении и стыковке двух спут¬
ников (орбитальной станции «Салют» и космического
корабля «Союз»).
Космический корабль выводят на траекторию, лежа¬
щую в одной плоскости с орбитой «Салюта». Для этого
«Салют» должен пролететь над пусковой установкой
«Союза» точно в расчетный момент времени. Чтобы
выполнить такое условие, заблаговременно определяют
орбиту «Салюта», прогнозируют его дальнейшее дви¬
жение и, если потребуется, проводят коррекцию орбиты.
Космический корабль выводят на более низкую ор¬
биту, чем у «Салюта», и с таким расчетом, чтобы он
оказался позади «Салюта». На более низкой орбите
«Союз» летит с большей скоростью и постепенно дого¬
няет орбитальную станцию. За время сближения траек¬
торию «Союза» несколько раз корректируют, цель этих
постепенных уточнений — поднять орбиту космического
корабля до уровня орбитальной станции и подвести ко¬
рабль к станции на дистанцию в несколько километров.
Далее управление переходит к бортовым приборам,
которые измеряют относительное расстояние и скорость
обоих спутников, проводят вычисления и управляют по¬
летом «Союза» с помощью реактивных двигателей
вплоть до стыковки.
ОРИЕНТАЦИЯ СПУТНИКОВ
Осталось рассказать о том, как управление
орбитой реализуется в инженерных решениях, но, ко¬
нечно, без углубления в технические подробности.
Прежде всего, как и при коррекции орбиты, спутник
ориентируют в абсолютном пространстве. Этот процесс
распадается на два этапа: вначале спутник занимает
исходное положение относительно астрономических ори¬
ентиров (Солнца, звезд), а затем выполняет программ¬
ные развороты от исходного положения на углы, кото¬
рые заданы уставками.
На первом этапе ориентации нужны два небесных
светила, например Солнце и яркая звезда. Сначала при
помощи оптико-электронного визира и реактивных ми¬
кродвигателей одна из oceri спутника направляется на
Центр солнечного диска.
В солнечном визире изображение светила проециру¬
ется на фотоэлемент, разделенный на четыре сектора
83

Рис. 57. При точном совмещении
солнечного диска с центром фото¬
элемента все токи равны между
собой.
(рис. 57). Ток, порождаемый
фотоэлементом, зависит от то¬
го, насколько сильно освещен
фотоэлемент. Если оптическая ось визира направлена
на Солнце, то все четыре сектора фотоэлемента осве¬
щены одинаково и, значит, токи, вырабатываемые ими,
равны между собой. При отклонении визира токи ста¬
новятся неравными, и их разности i\ —12 и 1*2 — h могут
служить сигналом для включения микродвигателей , и
для ориентации спутника.
Визир осматривает, участок за участком, всю небес¬
ную сферу, чтобы обнаружить Солнце. Поиск осущест¬
вляется поворотами самого спутника, на котором визир
закреплен неподвижно. Когда Солнце попадет в объек¬
тив и займет положение на оптической оси визира, одна
из осей спутника окажется зафиксированной в абсо¬
лютном пространстве.
Вслед за тем спутник приводится во вращение во¬
круг оси, направленной на Солнце. Когда второй ориен¬
тир— звезда, расположенная под углом к первому ори¬
ентиру, попадет в объектив другого оптико-электрон¬
ного визира и окажется точно на его оптической оси,
ориентация спутника станет однозначной.
Исходную ориентацию фиксируют с помощью гиро¬
скопа. Это массивный маховик-ротор, который вращает¬
ся с высокой угловой скоростью (рис. 58). Ось враще¬
ния ротора укреплена в рамке, а рамка в свою очередь
может поворачиваться в подшипниках (на рисунке ус¬
ловно показаны штриховкой) относительно спутника.
Основное свойство гироскопа известно: ось враще¬
ния ротора сохраняет неизменное положение в абсолют¬
ном пространстве. Пусть исходное положение гироскопа
на спутнике (его рамки) таково, что ползунки потенцио¬
метра установились точно по линии а — а. Выходное на¬
пряжение прибора и при этом равно нулю.
Допустим далее, что спутник повернулся на угол а,
как показано на рисунке стрелкой. Рамка гироскопа
сохранит в абсолютном пространстве прежнее положе¬
ние и, значит, повернется относительно спутника на тот
же угол а. Ползунки потенциометров сойдут с нейтраль¬
ных точек а — а, и на выходных зажимах прибора по-
84*

Рис. 58. Гироскоп в аппара¬
туре ориентации спутника в
пространстве.
Рис. 59. Управление спутни¬
ком с помощью реактивных
микродвигателей.
ярится напряжение и, величина и полярность которого
дадут полные сведения о том, в какую сторону и на ка¬
кой угол отклонился спутник от исходного положения.
Сигнал гироскопа позволит восстановить ориента¬
цию, и спутник при каждом отклонении из-за каких-
либо внешних причин будет снова и снова возвращаться
в первоначальное положение, зафиксированное гироско¬
пом.
На спутнике устанавливают гироскопические прибо¬
ры, которые измеряют отклонения по трем взаимно пер¬
пендикулярным осям.
Исполнительными устройствами, которые ориенти¬
руют спутник по сигналам гироскопов^ могут быть ре¬
активные микродвигатели (двигатели малой тяги). Не¬
сколько таких двигателей размещают попарно, как по¬
казано на рис. 59. При включении двигателей 1 и 3
спутник разворачивается по часовой стрелке. Для тор¬
можения и поворота спутника против часовой стрелки
служат двигатели 2 и 4. Шесть пар таких двигателей
ориентируют спутник по всем трем осям.
Для той же цели служат реактивные сопла, питае¬
мые сжатым газом. Схема их установки на спутнике та
же, что и на рис. 59.
. Читателю должно быть ясно, как осуществляется
первый этап ориентации: спутник занял исходное поло¬
жение относительно астрономических ориентиров. В даль¬
нейшем оптико-электронные визиры становятся ненуж¬
ными, исходное положение спутника запомнили гиро¬
скопические приборы.
85.

Наступает второй этап ориентации: по командам
бортового программно-временного устройства спутник
разворачивается на углы, заданные уставками. В опе¬
рации участвуют гироскопические приборы и реактив¬
ные двигатели малой тяги. Теперь ориентация закон¬
чена, можно включать ракетную двигательную установ¬
ку, чтобы получить импульс скорости Ду.
Прежде чем продолжить рассказ об управлении ор¬
битами, посмотрим, какие еще есть пути для ориента¬
ции спутников. Часто применяют маховики: если рас¬
кручивать маховик, установленный на спутнике (увели¬
чивать скорость вращения маховика), возникает реак¬
тивный момент, который стремится повернуть спутник
в противоположную сторону. То же происходит при тор¬
можении маховика (но реактивный момент меняет на¬
правление). Для ориентации спутника потребуются три
маховика, оси вращения которых взаимно перпендику¬
лярны.
Ориентация такого рода имеет ограничение: если
возмущение, которое нарушает ориентацию, существует
долго и не меняет знака, то маховик, чтобы длитель¬
ное время создавать противодействующий момент, дол¬
жен вращаться со все нарастающей скоростью. Рано
или поздно скорость достигнет максимально возмож¬
ного значения, и дальнейшая ориентация станет невоз¬
можной. Придется затормозить маховик, чтобы начать
новый цикл его разгона, а на это время ориентацию
возложить на реактивные двигатели или сопла.
Достоинство маховиков — расход электроэнергии для
их вращения восполняется на орбите проще, чем расход
ракетного топлива или сжатого газа, необходимый для
ориентации с помощью реактивных двигателей или со¬
пел.
Ориентировать спутник можно и другим путем, во¬
обще без затраты электроэнергии или топлива. Сущест¬
вует, например,
гравитационная ориентация. Спутник
удлиненной формы само¬
стоятельно стремится занять
на орбите такое положение,
при котором его ось распо¬
лагается отвесно (рис. 60).
Рис. 60. Удлиненное тело стре¬
мится занять положение, при ко¬
тором его ось направлена к цен*
тру Земли.
86

Представим, что спутник слегка повернулся (на
рис. 60 угол преувеличен). Два элемента конструк¬
ции 1 и 2 одинаковой массы, расположенные симмет¬
рично относительно центра масс, испытывают неравные
силы тяготения, так как у них различны расстояния до
Земли. Ускорение gi больше, чем g2y и потому возни¬
кает вращающий момент, который стремится восстано¬
вить первоначальное положение спутника. Можно взять
и другие пары элементов. Рассуждая так, придем к вы¬
воду, что вращающий момент отсутствует лишь тогда,
когда спутник ориентирован по отвесной линии.
Гравитационный момент невелик, но он вполне до¬
статочен для ориентации спутников. Подобную ориен¬
тацию применяют, например, на орбитальном комплек¬
се «Салют» —■ «Союз» — «Прогресс».
Для ориентации можно использовать и некоторые
другие силы, возникающие в космическом полете. Мы
ограничимся приведенными примерами.
ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСА
Продолжим рассказ о коррекции орбиты.
Когда заданная ориентация достигнута и включен кор¬
ректирующий двигатель, остается последняя операция—
выключить двигатель в тот момент, когда созданное им
приращение скорости достигнет необходимой величины
Ди. Чтобы уловить этот момент, измеряют ускорение и
интегрируют его по времени.
Прибор для измерения ускорений называют акселе¬
рометром. Он может быть устроен, например, гак, как
показано на рис. 61.
На оси аа укреплен маятник длиной I с массой т на
конце. На ту же ось насажены роторы двух приборов:
датчика угла 1 и датчика момента 3. Статоры приборов
закреплены в корпусе спутника.
Маятник может качать¬
ся в плоскости хОуу причем
по оси Ох действует сила
тяги ракетного двигателя
(ускорение w).
Рис. 61. Угол отклонения маят¬
ника и выходное напряжение ак¬
селерометра пропорциональны ус¬
корению.
Усилитель
87

Под влиянием ускорения, которое испытывает спут¬
ник при включении двигателя, масса ш, стремясь со¬
хранить скорость предшествующего' свободного движе¬
ния, отклонится от нейтрального положения — появится
угол а. При этом датчик угла 1 выдаст сигнал иг-=к^
пропорциональный углу а. Сигнал пройдет через уси¬
литель 2, а выходное напряжение усилителя и2=-к2щ
поступит на датчик момента 3.
Роль датчика момента состоит в том, что он создает
механический момент, пропорциональный сигналу ц2.
Значит, на оси датчиков действуют два момента, на¬
правленные в противоположные стороны: из-за ускоре¬
ния w (по закону Ньютона) M{ = mlw и от датчика
момента M2 = k3u2.
При каком-то отклонении маятника оба момента
уравновесят друг друга: mlw~-=k\k2k^. Отсюда видно,
что угол отклонения маятника .а и, значит, выходное
напряжение прибора и2 пропорциональны ускорению w,
то есть задача измерения решена. Заметим, что пропор¬
циональная зависимость сохраняется лишь при малых
углах а. Это условие обеспечивается, если в схеме
использован усилитель с большим коэффициентом уси¬
ления k2.
Следующий этап — интегрирование ускорения w по
времени:	wdt. Для современной вычислительной
техники это несложная операция. Тем более что суще¬
ствуют приборы, основанные на свойствах гироскопа,
которые одновременно и измеряют, и интегрируют уско¬
рения. Такие приборы называют гироинтеграторами.

Глава 6
ИНФОРМАЦИЯ
С ОРБИТЫ
Какая информация приходит с орбиты? Во-
первых, это телеметрическая информация — о том, кай
работают бортовые системы. Во-вторых, траекторная
информация — она характеризует движение спутника
Относительно измерительного пункта.
Далее, с орбиты поступает прикладная и научная
информация. Прикладная используется в народном хо¬
зяйстве. Это, например, сведения о погоде, доставляе¬
мые с орбиты спутниками «Метеор». Научную инфор¬
мацию собирают различные приборы, установленные на
исследовательских спутниках (данные о концентрации
ионов в верхних слоях атмосферы или о магнитном поле
Земли и так далее).
Для пилотируемых космических кораблей и орби¬
тальных станций характерны еще три вида информа¬
ции с орбиты: телефонная, телеграфная и телевизион¬
ная. Такая информация с измерительных пунктов сразу
же направляется в Центр управления полетом. В от¬
личие от перечисленных выше, телеграфно-телефонные
и телевизионные сигналы передаются в обоих направле¬
ниях— с орбиты на измерительные пункты и обратно:
связь космонавтов с Центром управления должна быть
двусторонней.
Чтобы список был полным, назовем еще сигналы-
квитанции, приходящие со спутника для подтверждения
того, что очередная команда принята.
Траекторная информация стоит несколько особня¬
ком, пути ее поступления на Землю своеобразны (об
этом мы расскажем позже). Передача с орбиты других
видов информации имеет много общего, вплоть до того,
что при этом используются подчас одни и те же радио¬
технические станции. Прикладная и научная информа¬
ция часто поступает с орбиты на отдельные приемные
пункты, которые не относятся к командно-измеритель¬
ному комплексу.
89

Рис. 62. Сквозь ионизированные
слои земной атмосферы в косми¬
ческое пространство могут про¬
биться только радиоволны уль¬
тракоротковолнового диапазона;
длинные, средние и короткие вол¬
ны непригодны для связи со спут¬
никами и космическими кораб¬
лями.
Для передачи информации нужен переносчик. В кос¬
мической технике для этого используют электромагнит¬
ные колебания — радиоволны. Но не всякие радиоволны
годятся для обмена сигналами со спутником, ибо не Есе
они проникают через атмосферу.
Ионизированные слои воздуха, которые располага¬
ются на высотах от 50 до 280 километров, — непреодо¬
лимое препятствие для коротких волн: они отражаются
от ионосферы, как от зеркала (рис. 62). Это — полезное
явление: многократно отражаясь от ионосферы и от
земной поверхности, короткие волны преодолевают зна¬
чительные расстояния при относительно небольшой
мощности передатчика.
Не могут быть использованы для связи со спутни¬
ками средние и длинные волны: они распространяются,
постепенно затухая, вдоль поверхности Земли. Пробить
ионосферу в состоянии лишь ультракороткие волны
(УКВ)—сантиметровые, дециметровые и метровые. Но
сантиметровые волны сильно поглощаются в приземных
слоях атмосферы. Поэтому для передачи сигналов на
орбиту и с орбиты на Землю остается сравнительно не¬
большой участок полного спектра радиоволн — от не¬
скольких сантиметров до нескольких метров.
На этом участке спектра радиосвязь со спутниками
лучше осуществлять на более коротких волнах — сан¬
тиметровых и дециметровых. Они меньше подвержены
вредным влияниям ионосферы, состояние которой очень
переменчиво в зависимости от времени года, времени
суток и уровня солнечной активности. На сантиметро¬
вых и дециметровых волнах выше точность траекторных
измерений, на их основе проще построить остронаправ¬
ленные антенны и, значит, увеличить дальность радио¬
связи при той же излучаемой мощности. В этих диапа¬
зонах меньше уровень помех.
Играет роль и другое обстоятельство. Только на УКВ
можно передать быстропеременные и многоканальные
90

сигналы с широким спектром — именно такого рода сиг¬
налы характерны для космических радиолиний. Оказы¬
вается, это полезное свойство ультракоротких волн про¬
является тем заметнее, чем короче волна, и потому ра¬
диосигналы на орбиту предпочтительнее передавать не
на метровых, а на сантиметровых и дециметровых вол¬
нах.
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
На спутниках в зависимости от сложности их
бортовых систем контролируются десятки и сотни раз¬
личных параметров. Например, на спутниках связи—•
около 500, на пилотируемых космических кораблях и
орбитальных станциях — по 2—3 тысячи. Возникает во¬
прос: как же передать на Землю всю информацию от
множества измерителей-датчиков по одной радиолинии?
Такая задача называется уплотнением каналов:
сигналы от всех измерителей сводятся воедино и посту¬
пают на общий передатчик. На приемной стороне ра¬
диолинии решается обратная задача: каналы разделя¬
ются, чтобы сигнал от каждого из датчиков мог быть
получен отдельно.
Рассмотрим, например, как осуществляют контроль
температуры. Заранее известно, в каких крайних пре¬
делах изменяется температура в том отсеке на спут¬
нике, где стоит датчик. Но в этих пределах значения
температуры могут быть любыми. Как же передать на
Землю численное значение температуры, не мешая од¬
новременной передаче сигналов от всех других датчи¬
ков?
Нам ни к чему описывать все возможные способы
многоканальной передачи, остановимся лишь на одном
из них.
Датчик преобразует зна¬
чение температуры в про¬
порциональное напряжение
электрического сигнала и.
Заметим прежде всего, что
совсем необязательно пере¬
давать сигнал и, то есть
температуру, непрерывно во
а) Iй
Рис. 63. Квантование по време¬
ни. Значения сигнала передают¬
ся не непрерывно, а в фиксиро
ванные моменты времени.
91

	 Спутник
life
□—Иг
□—
Датчики
Передатчик
.ГТ*—f
тг Передающий
J1 кмшцтатм
коммутатор
НИЛ-
Приемный *—</И
коммутатор \_
Лотредители
Рис. 64. Телеметрическая система циклического типа. Сиг¬
налы от всех датчиков передаются последовательно во
времени.
времени (рис. 63,а). Достаточно, если на Земле будут
знать последовательность отсчетов температуры, разде-
ленных небольшими интервалами времени Д£ (рис. 63, б).
Выгода очевидна: паузу между соседними отсчетами
можно заполнить сигналами от других датчиков.
Выбор интервала между отсчетами А/ — его назы¬
вают квантом времени — зависит от двух противоречи¬
вых требований. Очевидно, увеличение \t позволит раз¬
местить большее число каналов в общем сигнале радио¬
линий. Но тогда снизится точность воспроизведения
исходных сигналов, так как при больших промежутках
времени между соседними отсчетами окажутся незаме¬
ченными быстрые изменения сигналов (как, например,
оказалось бы незамеченным резкое кратковременное
уменьшение сигнала, показанное на рис. 63 пунктиром
между точками 3 и 4).
Многоканальную передачу, о которой мы сейчас рас¬
сказываем, осуществляют с помощью коммутаторов
(рис. 64). Ползунки передающего и приемного комму¬
таторов вращаются согласованно, они последовательно
замыкают ламели с одинаковыми номерами. В резуль¬
тате за один оборот коммутаторов по телеметрической
радиолинии передаются отсчеты всех датчиков. В ре¬
альных телеметрических системах коммутаторы, конеч¬
но, не механические, а электронные.
Частота опроса каждого датчика определяется ско¬
ростью вращения коммутатора: интервал Д/ на рис.
63,6 как раз и равен продолжительности одного обо¬
рота. Потребители телеметрической информации — уст¬
ройства для записи или анализа телеметрических сиг¬
налов (рис. 64)—получают показанную на рис. 63,6
последовательность импульсов, амплитуды которыхото-
92

ступает сигнал, смешанный с помехой. Помеха прохо¬
дит вместе с сигналом по цепям станции и на выходе
коммутатора искажает уровни полезного сигнала. При
этом неизвестно — и нет никакого способа установить;—
какая именно часть выходного уровня обусловлена по¬
лезным сигналом, а какая — помехой.
Отделить сигнал от помехи позволяет квантование
по уровню. Пояснить это нам поможет рис. 65. На
верхней части русунка (а) показана последовательность
отсчетов сигнала после квантования по времени: ампли¬
туды импульсов в границах между максимальным и ми¬
нимальным значениями могут быть любыми. Но по ра¬
диолинии передают не любые значения сигнала, а толь¬
ко определенные, наперед обусловленные, например 0;
1; 2 и 3 (рис. 65,6). Расстояние между уровнями Ди
называют квантом уровня. Если, скажем, Ди равно
1 вольту, то цифры по оси ординат на рис. 65,6 отобра¬
зят передаваемые уровни тоже в вольтах. Если ампли¬
туда очередного импульса составляет 2,7 вольта, ее
округляют до ближайшего квантованного значения
(3 вольта) и передают на Землю.
Очевидно, при таком квантовании из-за округления
заведомо допускается несоответствие между реальным
сигналом и сигналом, который передается по радиотеле-
метрической линии. Чем больше квант уровня Д«, тем
больше может быть это несоответствие. Но ошибка не
превосходит половины кванта уровня ’/2 Д^.
Набор квантованных значений, который установлен
при передаче телеметрических сигналов, известен и на
приемном конце радиолинии. И если со спутника при¬
шел сигнал 1,3 вольта, мы вправе отнести лишние
0;3 вольта на счет помех и предположить, что в дей¬
93

ствительности по телеметрической линии был передан
сигнал 1 вольт. Конечно, чтобы такое предположение
было правильным, помеха заведомо не должна превьь
шать половины кванта V2 Au.
Таков путь к полному избавлению от помех, если,
конечно, помехи не слишком велики. И снова вырисо-
вывается противоречие: повышая квант уровня, мы бо¬
лее-надежно отсеиваем помехи, но тогда увеличивается
возможность другой ошибки — из-за несоответствия ме¬
жду реальным телеметрическим сигналом и его кванто¬
ванной величиной, переданной по радиолинии. Квант
уровня Au приходится устанавливать (так же, как и
квант времени А/) исходя из двух противоречивых тре¬
бований.
Усложним задачу: станем передавать квантованные
по уровню и по времени сигналы не ступенчатыми из¬
менениями амплитуды,как показано на рис. 65, а дво¬
ичным кодом, подобно тому, как передают уровни чис¬
ловой команды. Процесс кодирования осуществляют до
того, как сигнал попадет в радиоканал, значит, помехи
сигналу не страшны — их еще нет. Стало быть, помехо¬
устойчивость будет определяться не выбором кванта;
уровня Au, а выбором кода, хорошо защищенного от
помех (об этом мы рассказали в предыдущей главе).
Можно уменьшить квант уровня и повысить точность
передачи исходного сигнала без прямого ущерба для
помехоустойчивости. Именно так построены современ¬
ные телеметрические радиолинии.
Аппаратура, конечно, усложняется по сравнению
с той, которая изображена на рис. 64: на борту появ¬
ляются устройства для квантования и кодирования, на
земной станции — приборы для обратных преобразова¬
ний. Впрочем, обратного преобразования часто не тре¬
буется,— цифровой код может быть сразу же введен
в электронную вычислительную машину для анализа
телеметрических данных и последующего отображения
результатов анализа.
Информация в цифровых телеметрических системах
передается кодовыми словами, каждое из которых соот¬
ветствует одному циклу опроса датчиков (рис. 66).
Слово содержит синхропосылку для согласования работы
передающего и приемного коммутаторов. Далее идут
группы (по числу каналов) двоичных разрядов, отобра¬
жающие сигналы отдельных датчиков.
Теперь, казалось бы, все предусмотрено. Известно,
как создать многоканальную телеметрическую линию,
94

рис. 66‘ Кодовое слово телеметри¬
ческой информации.
Синхро¬
посылка
Каналы
t
I
7/
Ш
К о
д о
б
о е
с
л
О б
0
позволяющую передать на
Землю информацию сразу от
многих датчиков, как защи¬
тить эту линию от радиопомех, чтобы ни не могли при¬
водить к ошибкам при передаче сигналов. Но усовер¬
шенствования можно продолжить.
Обратим внимание на исходные сигналы, которые
поступают от бортовых датчиков: одни из них прихо¬
дят часто, другие — реже. Например, температура в от¬
секах космического корабля изменяется медленно, и
данные о ней можно передавать относительно редко.
Другие параметры могут изменяться значительно быст¬
рее, их значения должны передаваться часто. Как вид¬
но, речь идет о выборе кванта времени Л/, или, иначе,
частоты опроса датчиков. Очевидно, ее приходится уста¬
навливать, приноравливаясь к наиболее быстро изме¬
няющемуся телеметрическому сигналу. Но тогда на Зем¬
лю пойдут избыточные отсчеты других, медленно изме¬
няющихся параметров.
Еще пример: контроль за работой тормозной двига¬
тельной установки (ТДУ). На протяжении почти всего
полета телеметрические каналы, выделенные для конт¬
роля ТДУ, бездействуют (двигатель не работает), и
только в конце, при включении тормозного двигателя,
по этим каналам начинает поступать полезная инфор¬
мация.
Ясно, что в телеметрических системах описанного
выше типа (их называют циклическими) использование
каналов не всегда удачно. Дальнейшее развитие теле¬
метрических систем позволило сгладить этот недостаток.
Первоначальный анализ телеметрической информации
перенесен на борт спутника, введены изменяемые про¬
граммы опроса датчиков, но разбор всего этого не вхо¬
дит в нашу задачу.
А сейчас мы расскажем о траекторном контроле за
космическим полетом, о том, как радисты измеряют
координаты видимого движения.
ИЗМЕРЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ
Начнем с измерения дальности — кратчай¬
шего расстояния между спутником и антенной измери¬
тельного пункта. Именно по прямой линии между спут-
95

ником и антенной (ио линии визирования) приходят
радиосигналы. Если известны скорость радиоволн с ц
время которое требуется радиосигналу, чтобы пре,
одолеть расстояние «спутник — антенна», то дальность
s легко рассчитать (рис. 67,а).
Пусть сигнал излучен со спутника в момент времени
tit а пришел на Землю в момент t2. Тогда величина г
равна разности t2— Л. Предполагается, что время t{ и
t2 отсчитывается на спутнике и на измерительном пункте
по часам, которые идут абсолютно точно', то есть пока-
зывают строго одинаковое время. Разумеется, абсолют-
но согласованного хода у обоих часов достичь не уда¬
ется, поэтому рассчитаем допустимую погрешность.
Скорость радиоволн округленно равна 3-105 кило¬
метров в секунду. Значит, ошибка в отсчете времени,
равная одной микросекунде, даст погрешность в изме¬
рении дальности 300 метров. Чтобы получить дальность
с ошибкой не более нескольких метров, ход бортовых
и земных часов должен быть согласован до сотых и
даже тысячных долей микросекунд. И это в продолже¬
ние всего космического полета, даже если он длится
много месяцев. Для современной техники подобная точ¬
ность недоступна, и значит, этот путь измерения даль¬
ности не может быть реализован.
Поступают иначе (рис. 67,6). Радиосигнал излу¬
чают с Земли, принимают на спутнике и переизлучают
обратно на Землю. Теперь за время т сигнал проходит
удвоенное расстояние 2s, и дальность по-прежнему
легко рассчитать. Преимущество нового пути очевидно:
моменты ухода и прихода сигнала определяются по од¬
ним и тем же (земным) часам, и не надо заботиться
о согласованности двух шкал времени. Тем самым уст¬
раняется ошибка, свойственная первому способу изме¬
рения дальности.
То, о чем мы сейчас рассказали, справедливо для
измерения не только дальности. Вообще существуют два
метода измерения. При первом из них — беззапросном—
радиосигнал, несущий информацию о движении спут¬
ника, излучается со спутника. На Земле находится при¬
емник с измерительными приборами, извлекающими
траекторную информацию из радиосигнала. Второй —
запросный метод предполагает излучение сигнала
с Земли и переизлучение его со спутника. В этом
случае на Земле должны быть передатчик, прием¬
ник, измерительные приборы, а на спутнике — ретранс¬
лятор, :
.96

а)
НИП
S=CT
flj iLli Г
Рис. 68. Измерение дальности
до спутника с помощью пе¬
риодической последовательно¬
сти радиоимпульсов.
Спутник
s=ct/2
Рис. 67. Два способа измере¬
ния дальности до спутника.
Измерительный сигнал излу¬
чается со спутника или с
Земли.
Беззапросные системы выгодны своей автономно¬
стью: по радиосигналам, переданным со спутника, мо¬
гут проводить траекторные измерения одновременно и
независимо несколько земных станций. Системы запрос¬
ного типа такой автономностью не обладают. Но без-
запросный метод часто накладывает очень жесткие
ограничения на стабильность сигналов — как мы только
что убедились на примере измерения дальности.
Попутное замечание: в космической технике в отли¬
чие от радиолокации используют переизлученные со
спутника (а не отраженные) сигналы. Это делается для
увеличения дальности действия наземных станций (от¬
ветный радиосигнал приходит более мощным, чем при
отражении) и для повышения точности измерения коор¬
динат.
Продолжим рассказ об измерении дальности. В ка¬
честве сигнала, посылаемого на спутник, иногда исполь¬
зуют периодическую последовательность радиоимпуль¬
сов (рис. 68). Интервал т измеряют между излученным
(а) и ретранслированным (б) импульсами, как пока¬
зано на рисунке.
При увеличении расстояния до спутника интервал т
растет. Он может превзойти период повторения Т и да¬
же несколько периодов. Появится опасность ошибки
при отсчете т на величину, кратную Т, то есть неодно¬
значность отсчета. Например, при периоде повторения,
равном 5 миллисекундам, неоднозначность возникает
Уже на дальностях, превышающих 750 километров. Во
избежание такой ошибки необходимо точно знать, ко¬
торому из излученных импульсов соответствует каждый
из импульсов, пришедших со спутника. Но особых тех¬
нических трудностей здесь не возникает.
4
А, М. Жаков
97

Рис. 69. Дальность до спутни¬
ка можно определить, изме¬
рив разность фаз между пря¬
мым и ответным синусоидаль¬
ными сигналами.
Рис. 70. Разность фаз между
сигналами и дальность до
спутника связаны пропорцио¬
нальной зависимостью.
Импульсный измерительный сигнал — не единственно
возможный и даже не самый распространенный. Но во
всех случаях измерение дальности сводится к отсчету
времени, которое требуется радиоволнам, чтобы дойти
до спутника и вернуться обратно.
Часто интервал т определяют с помощью гармониче¬
ского колебания. В этом случае земная станция (рис.
69) включает в себя передатчик, приемник и прибор
для измерения разности фаз (фазометр), а на спутнике
устанавливается ретранслятор. На Земле сопоставляют¬
ся два радиосигнала (рис. 70): непрерывно излучаемый
местным передатчиком и ретранслированный со спутни¬
ка. Второй из них запаздывает на время т, пропорцио¬
нальное дальности.
Если сигнал с орбиты запаздывает ровно на период
колебания Т, фазовый сдвиг между сигналами состав¬
ляет 2л (рис. 70). Показания фазометра при запаз¬
дывании т, меньшем периода колебания, легко найти,
составляя пропорцию. Если вспомнить зависимость ме¬
жду временем т и дальностью s (рис. 67) и между пе¬
риодом синусоидального колебания Т и его частотой F,
можно записать окончательный результат: неизвестная
дальность s окажется пропорциональной фазовому сдви¬
гу <рг Коэффициент пропорциональности зависит от
скорости распространения радиоволн с и частоты сиг¬
нала F.
Таков несложный принцип измерения. Но когда дело
доходит до практической реализации, появляются, как
обычно, трудности.
98

рис. 71. Измерение разности фаз
с использованием радиосигнала,
модулированного по амплитуде.
Прежде всего, мы снова
сталкиваемся с неоднознач¬
ностью отсчета. Прибор, по¬
казанный на рис. 69, изме¬
ряет сдвиг фаз в пределах
от 0 до 2л, затем показания
прибора повторяются. Ка¬
кую надо взять частоту F,
чтобы измерить дальность однозначно в пределах, на¬
пример, до 750 километров? Для такой дальности за¬
паздывание сигнала равно 5 миллисекундам. Это и бу¬
дет минимальным значением периода колебания для из¬
мерительного сигнала, если дальность до спутника не
превышает 750 километров. Частота сигнала равна об¬
ратной величине — 200 герц.
Излучить в эфир электромагнитные колебани51 столь
низкой частоты практически невозможно. Например,
в радиовещании в самом длинноволновом диапазоне
используются сигналы в десятки килогерц, то есть го¬
раздо более высокочастотные. Поэтому для траекторных
измерений берут модулированные сигналы, и разность
фаз определяют не на радиочастотном — несущем коле¬
бании, а на низкочастотном — модулирующем (рис. 71).
Несущее колебание выбирают, разумеется, в области
УКВ — на сантиметровых или дециметровых волнах
(сотни — тысячи мегагерц). На рисунке представлен
наиболее простой вид модуляции — амплитудный. Для
прямого сигнала (а) и сигнала, ретранслированного
со спутника (б), берут различные несущие частоты,
чтобы приемник земной станции (рис. 69) мог улавли¬
вать приходящие сигналы независимо от работы пере¬
датчика.
Несколько слов о точности измерения. Используя
соотношение s = cr/2, мы, по существу, заменяем прямое
измерение дальности s определением интервала вре¬
мени т, пропорционального дальности. Но такая замена
возможна лишь при условии, что совершенно точно из¬
вестна скорость радиоволн с, которая входит в коэффи¬
циент пропорциональности.
Между тем это условие не выполняется. Скорость
Распространения радиоволн в пустоте известна с высо¬
кой точностью: относительная ошибка Лс/с составляет
99

всего 10-8 (одну миллионную долю процента). Но это
в пустоте, а в действительности на пути радиосигналов
между Землей и спутником лежат слои ионизированного
газа — ионосфера. Здесь скорость радиоволн отличается
от ее значения в пустоте, причем она меняется в зави¬
симости от состояния ионосферы, го есть перестает быть
строго постоянной величиной. Это обстоятельство во
много раз снижает точность измерения дальности.
Другой источник ошибок обусловлен способом изме¬
рения интервала т. Сказываются прежде всего предель¬
ные возможности измерительной схемы — инструмен¬
тальные ошибки, но главное не в них.
Чтобы вычислить дальность на основе зависимости
s = ct/2, нужно знать т—чистое время, потраченное ра¬
диосигналом на путь между антеннами НИПа и спут¬
ника. В действительности же сигнал проходит еще через
многочисленные схемные элементы как земной станции,
так и бортового ответчика. На это затрачивается до¬
полнительное время, и оно входит в величину т, которая
реально измеряется на Земле. Для того чтобы выяснить
чистое время, из измеренной величины г требуется вы¬
честь дополнительную задержку. Но оказывается, эта
задержка непостоянна, она зависит от многих трудно
учитываемых факторов, например от рабочей темпера¬
туры, влажности. Эта неопределенность переносится на
достижимую точность измерения дальности.
В итоге, в результате действия всех причин, наибо¬
лее совершенные из радиотехнических систем измеряют
дальность НИП — спутник с точностью до 10 метров.
Этого вполне достаточно для траекторных расчетов.
Но точность, как мы помним, не исчерпывающий по¬
казатель. Отсчет дальности должен быть не только воз¬
можно более точным, но и однозначным. В примере,
который был рассмотрен на предшествующих страни¬
цах, измерительный сигнал частотой 200 герц позволил
измерить дальность однозначно в пределах от 0 до
750 километров. В космической технике измеряют рас¬
стояния, во много раз превосходящие этот диапазон.
Значит, приходится понижать частоту измерительного
сигнала: уменьшив частоту, например, вдвое, мы во
столько же раз расширим диапазон однозначно изме¬
ряемых дальностей. Но, оказывается, при этом падает
точность измерения.
Пусть прибор, показанный на рис. 69, измеряет фа¬
зовый сдвиг с ошибкой в 1 градус. Легко подсчитать,
что на шкале «0 — 750 км» эквивалентная ошибка по
100

дальности составит 2 километра. А для шкалы «О —
1500 км» ошибка по дальности увеличится вдвое и бу¬
дет продолжать расти, если мы захотим, понижая ча¬
стоту сигнала, измерять дальность однозначно во все
больших интервалах.
Должно быть, читателю уже понятно, как поступить.
Следует использовать несколько измерительных частот:
сначала определить дальность на самой низкой часто¬
те— это даст грубый, но однозначный отсчет, затем
постепенно уточнять результат, используя измеритель¬
ные сигналы на все более высоких частотах.
Такой отсчет измеряемой величины называют много¬
шкальным. Когда мы определяем время по часам, то
сначала обращаем внимание на положение часовой
стрелки: она дает грубый, но однозначный отсчет вре¬
мени в пределах полусуток. Зная эту — приблизитель¬
ную— величину, мы уточняем время по минутной, а если
нужно, то и по секундной стрелке. При этом однознач¬
ность сохраняется. Точно так же поступают и при изме¬
рении дальности.
КОСМИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ
Положение спутника на небосводе относи¬
тельно земного наблюдателя характеризуют азимутом
и высотой над горизонтом (об этом было рассказано
в третьей главе). Оба угла можно определить разными
радиотехническими средствами, но сначала мы расска¬
жем, как их измеряют с помощью направленных антенн.
Направленными называют антенны, которые излу¬
чают радиоволны (или принимают их) не равномерно
во все стороны, а избирательно, преимущественно в ка¬
ком-либо одном направлении. Пример — параболическая
зеркальная антенна, которая собирает радиоволны в уз¬
кий пучок, точно так же как зеркало в обычном про¬
жекторе собирает луч света.
Если источник электромагнитных волн (облучатель)
поместить в фокус параболического зеркала (рис. 72,а),
то после отражения от поверхности зеркала лучи пой¬
дут дальше параллельным пучком. Графически это
представлено на рис. 72, б: линия О А показывает то
единственное направление, в котором распространяют¬
ся радиоволны от идеальной параболической антенны.
Реальные конструкции антенн дают не строго па¬
раллельный, а слегка расходящийся луч (рис. 73, а).
В пределах угла @i мощность сигнала, излучаемого
101

Рис. 72. Отражение радио¬
волн идеальным параболичес¬
ким зеркалом и диаграмма
направленности.
Рис. 73. Отражение радиоволн
реальным параболическим зер¬
калом и диаграмма направлен¬
ности.
в
антенной, постепенно падает от максимального значения
до нуля. Этот закон — как изменяется мощность излу¬
чения в зависимости от направления, то есть от угла 0,
обычно изображают в виде графика и называют диа¬
граммой направленности антенны (рис. 73,6).
Как видно из рисунка, параболическая антенна из¬
лучает максимальную мощность вдоль геометрической
оси зеркала ОА. В направлении ОВ никакого излуче¬
ния нет, а на промежуточных углах 0 мощность про¬
порциональна отрезкам ОС между началом координат
О и точкой, где радиус-вектор, расположенный под
углом 0 к фокальной оси, пересекается с диаграммой
направленности.
Угол 201 ограничивает зону излучения — главный
лепесток диаграммы направленности. Чем меньше рас¬
твор главного лепестка, тем плотнее концентрируется
в пространстве излучаемая мощность. Ширину диа¬
граммы принято характеризовать не главным лепест¬
ком, а углом 2 0о (рис. 73,6), на границах которого
Рис. 74. Пространственная ди¬
аграмма направленности пара¬
болической антенны. Ширина
диаграммы зависит от соотно¬
шения между длиной волны и
диаметром зеркала.
102

Рис. 75. Параболическая антенна.
Рис. 76. Спиральная ан¬
тенна.
7Г
Рис. 77. Директорная ан¬
тенна.
мощность излучения равна половине максимальной
oc=v2oa
Ширина диаграммы направленности 2в0 зависит от
соотношения между длиной волны X и диаметром зер¬
кала в: чем меньше отношение х/д, тем уже диаграмма.
Если, скажем, длина волны составляет 5 сантиметров,
а диаметр параболоида 25 метров (такие антенны
установлены, например, на научно-исследовательском
судне «Космонавт Юрий Гагарин»), то угол 290 равен
всего 8 угловым минутам — настолько острый луч ра¬
диоволн создают большие параболические антенны!
Диаграмма направленности параболического зерка¬
ла— пространственная поверхность, напоминающая ве¬
ретено (рис. 74).
103

Одна и та же антенна часто используется и как
передающая, и как приемная — на различных рабочих
частотах передатчика и приемника или же поочередно
для передачи и приема радиосигнала. В режиме приема
диаграмму направленности определяют как зависи¬
мость мощности на выходе антенны от направления 0,
с которого пришел радиосигнал. При неизменной длине
волны диаграммы направленности одной и той же ан¬
тенны в режимах передачи и приема совпадают.
В аппаратуре космических станций (на стационар¬
ных и корабельных измерительных пунктах) параболи¬
ческие антенны представлены очень широко (рис. 75).
Подобные антенны работают в диапазонах сантиметро¬
вых, дециметровых и метровых волн.
На дециметровых и метровых волнах часто исполь¬
зуют спиральные (рис. 76) и директорные (рис. 77) ан¬
тенны. Их диаграммы направленности близки к той,
что изображена на рис. 74. Конструкции спиральных
и директорных антенн очень разнообразны, с примерами
их мы встретимся в следующей главе.
ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВ
Рассмотрим, как с помощью направленных
антенн можно измерить азимут и угловую высоту.
Берут приемную антенную систему из двух конст¬
руктивно объединенных антенн с частично перекрыва¬
ющими друг друга диаграммами направленности
(рис. 78). Когда источник радиоволн (спутник) нахо¬
дится на линии О А, совпадающей с геометрической осью
антенной системы, сила приема на обе антенны одина¬
кова. Смещение источника излучения, например, вверх
(на рис. 78 показано смещение на угол а) ведет к уси¬
лению приема для первой антенны и ослаблению для
второй. Этот признак позволяет определить, куда и на¬
сколько отклонился источник излучения. Далее, можно
повернуть антенную систему так, чтобы уровни радио¬
сигналов в антеннах снова выравнялись, и тогда новое
положение оси ОА покажет направление на спутник.
Опорно-поворотное устройство, на котором установ¬
лена антенная система, снабжено шкалой, позволяющей
отсчитать угол а — азимут спутника. Поворот антенны
при рассогласовании сигналов осуществляется авто¬
матически. Точно так же, как азимут, измеряют
второй угол р — высоту спутника над горизонтом.
Чтобы получить пересекающиеся диаграммы направ-
104

Рис. 79. Способы получения
диаграмм направленности, час*
тично перекрывающих друг
друга.
Рис. 78. Измерение углов с
помощью двух антенн, диа¬
граммы направленности кото¬
рых частично перекрывают
друг друга.
ленности, слегка смещают облучатели параболической
антенны от фокальной оси зеркала (рис. 79, а) или бе¬
рут раздельные зеркала (рис. 79,6). Аналогично по¬
строены антенные системы для измерения углов, состо¬
ящие из четырех спиральных или директорных антенн.
Точность измерения углов определяется главным
образом стабильностью диаграммы направленности (от¬
сутствием деформаций зеркала от порывов ветра или
от собственной тяжести) и механическими характери¬
стиками опорно-поворотного устройства. Точность изме¬
рения обычно составляет несколько угловых минут, а
при особо тщательном изготовлении элементов антенной
системы может достигать долей угловой минуты. Ан¬
тенны получаются сложными, больших размеров, но
зато бортовое оборудование на спутнике — предельно
простое. Это радиопередатчик, который используется
попутно: во время измерения углов он может переда¬
вать телеметрическую, телеграфно-телефонную и лю¬
бую другую информацию.
Есть еще один метод измерения углов, основанный
на фазовых соотношениях. В этом случае измеритель¬
ная система состоит из двух приемных, не обязательно
направленных, антенн 1 и 2 (рис. 80). Расстояние ме¬
жду антеннами называют базой. Расстояние до спут¬
Рис. 80. Измерение углов на
основе фазовых соотношений.
I = ft-cosw
Рис. 81. Разность фаз между
двумя радиосигналами.
5
А. И. Жаков
105

ника во много раз больше, чем база, поэтому лучи ра~
диоволн, приходящие от спутника к обеим антеннам,
можно вполне считать параллельными.
Из рис. 80 видно, что электромагнитные колебания
придут к антенне 1 позже, чем к антенне 2. Степень
запаздывания определяется разностью расстояний от
спутника до каждой из антенн, то есть отрезком /, или,
иначе, углом а, показанным на рисунке.
Если расстояние I в точности равно длине волны X,
то разность фаз между высокочастотными сигналами
в антеннах составит 2л. Если же I меньше X, то про¬
порционально уменьшается и фазовый сдвиг ср.
Сдвиг по фазе между высокочастотными сигналами
в антеннах / и 2 можно измерить прибором, как пока¬
зано на рис. 81 (в действительности этот прибор —
сложное электронное устройство). Результат измерения
позволит судить о том, с какого направления пришел
радиосигнал, и измерить угол а (вернее, его косинус).
Для определения не только азимута а, но и угловой
высоты р нужны еще две антенны, образующие вторую
базу. Обе базовые линии размещают перпендикулярно
одна к другой.
При попытке реализовать на практике фазовый
принцип измерения углов проявляется знакомое нам об¬
стоятельство— неоднозначность отсчета. Показания фа¬
зометра повторяются через каждые 2л радиан, и, зна¬
чит, изменение разности расстояний I на целое число
длин волн не будет замечено. Иначе говоря, измерен¬
ный сдвиг по фазе соответствует не одному, а несколь¬
ким различным углам а.
Как определить величину сектора, в котором угол
а может быть измерен однозначно? Это зависит от дли¬
ны базы. В самом деле, пусть длина базы b равна Х/2,
тогда однозначно измеряется любой угол в пределах от
0 до 180 градусов (рис. 82). Действительно, когда а = 0
(спутник находится справа на продолжении базы),сиг¬
нал в антенне 1 запаздывает по сравнению с антенной
Рис. 82. Зависимость разности фаз вы¬
сокочастотных сигналов в двух антеннах
фазовой измерительной системы от по¬
ложения спутника, если база равна по¬
ловине длины волны: неоднозначность
отсутствует в пределах от 0 до 180 гра¬
дусов.
106

2 на л радиан (то есть ср = л)', при а = 90 градусов оба
сигнала приходят в одинаковой фазе (ср = О), а когда
источник радиосигнала расположен слева (а=180 гра¬
дусов), сдвиг по фазе равен —л.
Мы видим, что при Ь=\!с2 азимут а в пределах от
О до 180 градусов измеряется однозначно. Но при столь
короткой базе измерение углов было бы недопустимо
грубым — по тем же причинам, что и при измерении
дальности. В реальных системах длина базы составляет
десятки и сотни длин волн, и значит, неизбежна неод¬
нозначность отсчета.
Выход из. положения нам знаком: многошкальный
отсчет. Следует взять несколько баз разной длины и
первый грубый, но однозначный отсчет угла а вести по
самой короткой из баз, затем последовательно переклю¬
чаться на все более длинные базы и постепенно уточ¬
нять результаты измерения, не теряя однозначности.
Использование фазовых соотношений позволяет до¬
вести точность измерения углов до нескольких секунд.
Главная причина, которая ограничивает точность, — это
нестабильность фазовых сдвигов, возникающих при пе¬
редаче радиочастотных колебаний по кабелю от обеих
антенн к измерительному прибору (рис. 81). Мы уже
встречались с аналогичным явлением. Непостоянство
фазовых сдвигов, вызываемое изменением внешних ус¬
ловий, делает невозможным их строгий учет. Кроме
того, надо точно знать длину базы, подчас может быть
допущена погрешность лишь в несколько миллиметров.
Точные фазовые системы требуют тщательной калиб¬
ровки, они характеризуются высокой сложностью назем¬
ного оборудования. Вместе с тем бортовое оборудование
на спутнике чрезвычайно простое — лишь передатчик
высокочастотного сигнала.
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ
Радиотехнические станции измеряют не саму
скорость спутника, а ее составляющую вдоль линии ви¬
зирования. Эта составляющая, как, вероятно, помнит
читатель, называется лучевой скоростью спутника.
В основе измерения лежит эффект Доплера (рис. 83).
Он проявляется так. Пусть передатчик излучает элек¬
тромагнитные колебания на частоте f0, а приемник
улавливает эти колебания. Если расстояние между пе¬
редатчиком и приемником s не изменяется, то частота
принятого сигнала тоже будет /о.
107

Передатчик Приемник
Рис. 8.3. Эффект Доплера: ес¬
ли приемник удаляется или
сближается с передатчиком,
частота принятого сигнала не
равна частоте передатчика.
Транспортер
~,	.	.	.	. j
. Наблюдатель ~
Рис. 84. Если подсчитывать
детали, двигаясь вдоль ленты
транспортера, возникают явле¬
ния, аналогичные эффекту
Доплера.
Но вот приемник начал движение — например, он
удаляется от передатчика со скоростью s. Тогда и ча¬
стота принимаемого высокочастотного сигнала f станет
меньше, чем при неподвижном приемнике (/</о). При
сближении приемника с передатчиком частота, наобо¬
рот, возрастет (f>/o).
Разность частот и f называют частотным сдвигом
Доплера или, короче, частотой Доплера. Эта разность
пропорциональна лучевой скорости. Измерив частоту
Доплера мы тем самым определим лучевую ско¬
рость s, если, конечно, точно известен коэффициент про¬
порциональности между ними, который зависит от ис¬
ходной частоты /о и скорости распространения радио¬
волн с.
Почему возникает эффект Доплера? Вспоминается
наш учитель физики — любитель наглядных аналогий.
Эти аналогии, быть может, не всегда отличались абсо¬
лютной точностью, но зато хорошо проясняли самые
запутанные явления.
— Представьте, — говорил учитель, — что мы нахо¬
димся в цехе большого завода, у ленты транспортера,
и мимо нас друг за другом движутся только что изго¬
товленные детали. Скорость транспортера — с, расстоя¬
ние между деталями на ленте — К (рис. 84). Число де¬
талей, проходящих мимо нас за единицу времени (се¬
кунду), составит с/Х. Это отношение можно назвать ча¬
стотой наблюдения деталей (размерность — деталей
в секунду). Обозначим частоту наблюдения f0.
Подсчитав частоту наблюдения деталей /0, — продол¬
жал учитель, — мы пошли вслед за лентой транспортера
со скоростью s. Теперь детали движутся относительно
нас со скоростью (с — s). Число деталей, которые мы
можем увидеть, равно (с — s)/X. Это новая частота на-
108

Спутник
Рис. 85. Измерение лучевой скорости на основе эффекта Доплера.
блюдения для движущегося наблюдателя. Обозначим
ее буквой f без индекса.
Дальше поступим так: представим себе вместо дви¬
жения транспортера с деталями распространение элек¬
тромагнитных (или звуковых) колебаний, вместо наблю¬
дателя, идущего вдоль ленты транспортера, радиопри¬
емник на спутнике — суть явлений не изменится.
Следовали простейшие выкладки — и на доске возни¬
кала формула для частоты Доплера.
Для траекторных измерений эффект Доплера исполь¬
зуется так (рис. 85). На спутнике размещают радио¬
передатчик и эталонный генератор частоты f0 с высокой
степенью стабильности колебаний. Земная измеритель¬
ная станция состоит из приемника, эталонного генера¬
тора той же частоты f0 и схемы сравнения частот. Эта
схема измеряет разность fQ— f, то есть частоту Доплера
Ед, или (в ином масштабе) лучевую скорость $. В ос¬
тальном работа схемы пояснений не требует.
Теперь о точности измерения. Она определяется дву¬
мя обстоятельствами: тем, во-первых, насколько точно
измерена частота Доплера, и, во-вторых, тем, насколько
величина коэффициента с//о, принятая для пересчета
частоты Fz в лучевую скорость $, соответствует реаль¬
ности.
Есть еще одна причина снижения точности, которая
прямо не вытекает из соотношения s=(c/fQ)F^ но тем
не менее играет определяющую роль.
До сих пор мы молчаливо предполагали, что эта¬
лонные частоты fo бортового (на спутнике) и земного
(на НИПе) генераторов в точности совпадают. В дей¬
ствительности это недостижимо. Два независимых гене¬
ратора в продолжение всего космического полета (мно¬
гие недели, месяцы, а то и годы) не могут давать коле¬
бания строго совпадающих частот. Как же проявится их
нестабильность? Оказывается, нестабильность частоты
любого из двух эталонных генераторов (бортового или
109

земного) проявляется точно так же, как эффект Доп¬
лера.
Пусть расстояние «передатчик — приемник» не изме¬
няется (s = 0), а частоты эталонных генераторов на
спутнике и НИПе различаются на Д/. Тогда схема сра¬
внения (рис. 85) покажет разность частот Д/, и нет ни¬
какого способа отделить этот ложный выходной сигнал
от полезного сигнала, вызванного эффектом Доплера.
Мнимая «лучевая скорость» будет равна s= (с//с)ДД
она и составит ошибку измерения.
В реальных условиях, когда радиоволны приходят
со спутника, летящего по орбите, выходной сигнал со¬
держит обе составляющие — истинную и ложную. Необ¬
ходимо, чтобы вторая из них (то есть ошибка измере¬
ния) была существенно меньше первой. Если.допустима
ошибка 0,1 метра в секунду, то можно рассчитать необ¬
ходимую степень стабильности эталонных генераторов.
Окажется, что она должна быть не ниже Д///о = 10"10.
Это весьма жесткое требование особенно трудно осуще¬
ствимо в бортовой аппаратуре, конструкция которой
должна быть малогабаритной и легкой. Именно такую
точность (порядка 0,1 метра в секунду) имеют измери¬
тели лучевой скорости, широко применяемые в космиче¬
ской радиотехнике.

Глава 7
КОСМИЧЕСКИЙ
ФЛОТ
На моем письменном столе лежит значок.
Маленький металлический прямоугольник, слегка под¬
цвеченный белой и голубой эмалью. На фоне волн и
облаков — изображение корабля. Но как необычен этот
корабль! Вместо труб у него как будто четыре перевер¬
нутых зонтика. Внизу по длинному краю прямоуголь¬
ника— надпись: «Космонавт Юрий Гагарин».
Этот значок — большая редкость, память о теперь
уже давних событиях. Значки вручали тем, кто участ¬
вовал в проектировании, строительстве или испытаниях
прославленного корабля науки. Свой значок я получил
от руководителя океанской космической экспедиции в
тот памятный день, когда корабль навсегда покидал
судостроительный завод.
Утро 16 июля 1971 года выдалось ненастным. Было
холодно, дул порывистый ветер с мелкими брызгами
дождя. Мы пришли на Балтийский завод незадолго до
назначенного часа отплытия. Вот мы идем по лабирин¬
ту переулков между цехами огромного завода, и вдруг
впереди открылась Нева и новый корабль, ошварто¬
ванный у достроечного причала.
Два паренька, которые пришли со мной на завод,
невольно замедлили шаг, с удивлением разглядывая
странный корабль. Перевернутые зонтики — это, конеч¬
но, антенны для приема радиосигналов из космоса. Их
размеры огромны. Те две из четырех, что побольше,
имеют диаметр 25 метров. Если поставить такой «зон¬
тик» на ребро и прислонить к фасаду многоэтажного
дома, то край зеркала достигнет девятого этажа.
Сегодня корабль уходит с завода. Позади долгие ме¬
сяцы проектирования и строительства, швартовые и хо¬
довые испытания. За два дня до этого в присутствии
многочисленных гостей на судне поднят Государствен¬
ный флаг СССР. Прозвучало напутствие Ивана Дмит¬
риевича Папанина — начальника всего научного флота.
Подписан акт: корабль готов к выполнению экспедици-
111

онных задач. Но сейчас «Космонавт Юрий Гагарин»
идет еще не в научный рейс: путь предстоит вокруг Ев-
ропы, на Черное море, в порт приписки Одессу. А на
Балтике, на переходе Ленинград — Таллин, пройдут
последние проверки, чтобы поставить заключительную
точку во взаимоотношениях моряков и судостроителей.
На причале оживленно. По трапу вверх и вниз снуют
люди, торопясь закончить какие-то срочные дела, кото¬
рых всегда набирается неожиданно много именно в
последние минуты. Провожающие что-то кричат тем, кто
стоит на палубе, но слов не разобрать. По крыше со¬
седнего цеха бегает оператор кинохроники и никак не
может отыскать самую удачную точку для эффектного
кадра.
С мостика звучит команда — и трап поднят. Четыре
портовых буксира должны вывести корабль из устья
Невы в Финский залив. Они яростно вспенивают вин¬
тами воду. Куда там! Все равно как если бы муравьи
пытались сдвинуть с места слона. Но буксиры настой¬
чивы и трудолюбивы, и скоро мы замечаем, что щель
между причалом и кораблем начинает понемногу рас¬
ширяться.
Вот мы идем по Морскому каналу мимо причалов
Ленинградского торгового порта. Буксиры туго натя¬
нули тросы толщиной с руку и непочтительно тянут
корабль кормой вперед.
На берегу сотни ленинградцев, моряки советских и
иностранных судов — все машут руками, желают счаст¬
ливого плавания. На выходе из Морского канала буксиры
развернули корабль носом к заливу — дальше корабль
пойдет своим ходом.
„КОСМОНАВТ ЮРИЙ ГАГ АРИ Н“
«Космонавт Юрий Гагарин» — самое крупное
и наиболее мощное по исследовательским возможно¬
стям экспедиционное судно. По размерам и оснащению
корабль не имеет себе равных в мировом научном фло¬
те (рис. 86).
Водоизмещение судна — 45 000 тонн. На нем уста¬
новлены четыре параболические антенны и комплекс
радиотехнического, информационно-вычислительного и
связного оборудования, которое позволяет экспедиции
Академии наук СССР выполнять в океане все функ¬
ции, свойственные стационарным (наземным) измери¬
тельным пунктам. Научно-исследовательское судно
112

Рис. 86. Научно-исследовательское судно «Космонавт Юрий Га¬
гарин».
контролирует и управляет полетом спутников и межпла¬
нетных станций на тех участках их орбит, которые не¬
досягаемы для наземных пунктов.
Корабль имеет большую дальность непрерывного
плавания — 20 000 морских миль (1 морская миля равна
1,852 километра). Он может направиться в любой от¬
даленный район океана и, не пополняя в пути запасы
топлива, переходить во все новые и новые точки, задан¬
ные баллистиками. Мореходные качества корабля допу¬
скают проведение сеансов связи даже при значительном
волнении океана — до 7 баллов по шкале Бофорта.
От днища до верхнего мостика корабль разделен па¬
лубами и платформами на 11 ярусов. Они сообщаются
между собой наружными и внутренними трапами, пас¬
сажирскими и грузовыми лифтами. Поперечные водо¬
непроницаемые переборки делят корпус по длине на 8
отсеков.
Чтобы познакомиться с научно-исследовательским
судном, поднимемся сначала на верхний мостик. Это
небольшая площадка на самом верху носовой надстрой¬
ки, на 25-метровой высоте над морем. Здесь располо¬
жены две спиральные антенны для радиотелефонной и
телеграфной связи с экипажами космических кораблей
пз

и орбитальных станций (рис. 87) и две директорные ан-
тенны для приема с орбиты телеметрических сигна-
лов (рис. 88). Посередине верхнего мостика установлен
барбет (основание) 12-метровой параболической антен¬
ны, предназначенной для спутниковой связи судна с
Центром управления полетом (рис. 89). В барбете
смонтированы опорно-поворотное устройство и мощные
приводные механизмы, которые, повинуясь сигналам из
лаборатории космической связи, нацеливают антенну
в расчетную точку, где находится ретранслятор «Мол¬
ния». Сигналы для управления антенной выдает ЭВМ.
Как и на стационарных измерительных пунктах,
преобладающий архитектурный элемент на судне — кос¬
мические антенны. Всего на судне 75 антенн различного
назначения и самых разнообразных конструкций.
Следующий ярус носовой надстройки — навигацион¬
ный мостик, где находятся рулевая и штурманская руб¬
ки. Судно оснащено самым совершенным навигацион¬
ным оборудованием, которое обеспечивает безопасное
плавание при любом состоянии моря. А во время сеан¬
сов связи со спутниками, когда точность местоопреде-
л'ения должна быть особенно высокой, используются на;-
вигационные системы, ,размещенные в лабораториях
судна.
Если спуститься на один ярус, попадем на средний
мостик. Здесь расположена радиорубка. Средства ра¬
диосвязи позволяют научно-исследовательскому судну
обмениваться телеграммами или радиотелефонными со¬
общениями с Москвой из любого района Мирового
океана. На судне установлено два связных комплекса.
Один из них, находящийся в распоряжении капитана,
служит для целей судовождения и работает в диапазо¬
нах коротких и средних радиоволн. Второй комплекс
предназначен для передачи различной информации в
Центр управления полетом. Аппаратура этого комплек¬
са находится в ведении начальника экспедиции.
Спустимся по трапу еще на один ярус — на нижний
мостик. По табличкам, укрепленным на дверях помеще¬
ний, обнаруживаем первые лаборатории. Это — основ¬
ные «производственные помещения» судна, они опреде¬
ляют его назначение.
Пройдя по всем 86 лабораториям, разбросанным по
нескольким ярусам судна, мы отметили бы прежде все¬
го заботу судостроителей о моряках — исследователях
космоса: светлая, приятная для глаз окраска аппарату¬
ры и переборок, освещение люминесцентными лампами,
114

Рис. 87. Антенна для приема
телеграфно-телефонной инфор-
мации.
Рис. 88.. Антенна для приема
телеметрической информации.
Рис. 89. Антенна для спутни¬
ковой связи научно-исследова¬
тельского судна с ЦентрОхМ
управления полетом.
Рис. 90. Космические антенны
с 25-метровыми параболичес¬
кими зеркалами, установлен¬
ные на открытой палубе.

удобные кресла на рабочих местах (специальными рас¬
чалками их можно прочно прикрепить к палубе, если
приходится работать при сильной качке), свежий, про¬
хладный воздух (система кондиционирования создает
благоприятные условия для работы лабораторного пер¬
сонала, где бы ни плавало судно, — от приполярных
широт до экватора).
Мы идем мимо плотных рядов стоек с приборами,
пультов управления с многочисленными -кнопками, тум¬
блерами, шкалами, экранами электронно-лучевых инди¬
каторов. Но сидящие за пультами операторы ничуть не
смущаются этим обилием кнопок и шкал, а спокойно в
нем ориентируются — сказывается опыт многих океан¬
ских походов.
Проектировщики лабораторий на научных судах
всегда стремятся к экономии каждого метра площади,
но в то же время они должны создать удобные условия
для работы на аппаратуре. На судне «Космонавт Юрий
Гагарин» эта экономия менее заметна, чем на других
судах космической службы, имеющих значительно мень¬
шие размерения, но когда представляешь всю массу
научной аппаратуры, размещенную в лабораториях, ко¬
рабль начинает казаться не таким уж большим и про¬
сторным.
На палубе нижнего мостика установлен барбет вто¬
рой 12-метровой параболической антенны. Она служит
для приема радиосигналов со спутников и межпланетных
станций.
Открытая палуба. Она действительно открытая, от
правого борта до левого, от носа до кормы. Здесь мож¬
но почувствовать, насколько велик корабль: его длина
почти четверть километра (231,6 метра), ширина — 31
метр. На открытой палубе, между носовой и кормовой
надстройками, возвышаются еще две космические 25-
метровые зеркальные антенны (рис. 90).
По трапам переходим на первый ярус надстройки и
потом еще ниже — на верхнюю палубу. Палуба называ¬
ется верхней потому, что она разграничивает корабель¬
ный корпус (для которого она действительно верхняя)
и надстройки над корпусом. На этих двух ярусах нахо¬
дится большая часть кают моряков экипажа и научных
сотрудников экспедиции. Каюты очень удобны. Они одно¬
местные и двухместные. В каждой каюте — душ, бес¬
ценное удобство, особенно когда экспедиция работает в
тропиках. Комсостав экипажа и руководители экспеди¬
16

ции размещены в блок-каютах, где есть кабинет и спаль¬
ня. Всего на судне 210 кают, 355 мест.
Иллюминаторы кают первого яруса выходят на от¬
крытую галерею, которая опоясывает судно по всему
периметру. Вдоль верхней палубы открытые галереи
устроены только в средней части корпуса, по правому и
левому борту.
Внутри корабельного корпуса — три платформы:
верхняя, средняя и нижняя. Между верхней и средней
платформами проходит граница надводной части суд¬
на— плоскость ватерлинии. Судно имеет двойное дно,
оно находится на 8 метров ниже уровня океана. Отсюда
до верхнего мостика — 34 метра (высота 10-этажного
дома).
На платформах и двойном дне размещаются кладо¬
вые, танки для котельного и дизельного топлива, для
пресной воды, балластные цистерны.
Корабельные запасы определяют автономность суд¬
на— его способность длительное время находиться в
океане без захода в порты для приема пресной воды,
провизии и топлива. Это очень существенная характе¬
ристика научно-исследовательских судов космического
флота: они часто работают в отдаленных районах океа¬
на. При малой автономности им слишком много времени
приходилось бы тратить на посещение портов для попол¬
нения корабельных запасов. У «Космонавта Юрия Га¬
гарина» первоначальный (при уходе в рейс) запас про¬
визии рассчитан на 130 суток, воды — на 60 суток. Прес¬
ную воду можно получать и во время плавания — от
судовых опреснительных установок. Принятого в танки
запаса топлива достаточно для океанского рейса протя¬
женностью лишь немного меньше, чем окружность зем¬
ного шара по экватору.
Судно приводит в движение паротурбинная энергети¬
ческая установка мощностью 19 000 лошадиных сил.
Скорость хода — 18 узлов (морских миль в час), она
вполне достаточна для экспедиционного судна.
Мощность электростанции, питающей радиопередат¬
чики, приемники, приводы антенн, электронные вычи¬
слительные машины и другое экспедиционное оборудо¬
вание,— 6000 киловатт. Кроме того, отдельная судовая
электростанция вырабатывает еще 1800 киловатт. Об¬
щей мощности обеих станций было бы достаточно для
города с населением в несколько тысяч человек.
Во втором отсеке (в трюме) расположен спортзал с
плавательным бассейном — он занимает два яруса, а
117

точно над ним, на верхней платформе, находится кино-
лекционный зал. Это превосходный зрительный зал на
250 человек с рядами кресел, которые амфитеатром
спускаются к обширной сцене. Другие общественные
помещения — два салона отдыха, библиотека-читальня,
кают-компания на 60 мест, две столовые, каждая на
100 мест.
Медицинский блок — это амбулатория, операцион¬
ная, лазарет, рентгеновский, зубоврачебный и физиоте¬
рапевтический кабинеты. Здесь работают опытные вра¬
чи.
Проектировщики и судостроители хорошо позаботи¬
лись об условиях работы и отдыха участников научных
рейсов. А это многолюдный коллектив — экипаж судна
состоит из 130 человек, научный и инженерно-техниче¬
ский персонал экспедиции включает более 200 человек.
КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Научно-исследовательское судно «Космонавт
Юрий Гагарин» оснащено станциями тех же типов, что
и наземные измерительные пункты. Основа его научно-
технического оборудования — многофункциональная
командно-измерительная система, с помощью которой
можно измерять дальность до спутника и его лучевую
скорость, принимать с орбиты телеметрическую и науч¬
ную информацию, передавать команды и программы уп¬
равления.
Отдельные станции, установленные на судне, пред¬
назначены для двусторонней радиотелефонной и теле¬
графной связи с экипажами космических кораблей и
орбитальных станций.
Для обработки космической информации и решения
других задач служат две универсальные и несколько
специализированных электронных вычислительных ма¬
шин.
Все это оборудование — в общем-то обычное, о нем
мы рассказывали, когда шел разговор о наземных из¬
мерительных пунктах. Но размещение радиотехни¬
ческих станций на судне связано со значительными
трудностями, которые несвойственны наземным пунк¬
там.
На судне «Космонавт Юрий Гагарин» четыре пара¬
болические антенны: две диаметром по 12 метров и две —
по 25 метров. В походном положении все они направле¬
ны в зенит и застопорены, как перевернутые зонтики,
118

Перед началом сеанса связи антенны, участвующие в
работе, наводят по целеуказаниям на расчетную точку
небосвода вблизи горизонта.
Антенны, если их направить на горизонт, то есть
поставить «на ребро», становятся огромными паруса¬
ми, которые при сильном ветре могут даже опрокинуть
судно. Поэтому сеансы связи нельзя проводить при
скорости ветра более 20 метров в секунду.
В том переходе до Таллина при сильном ветре мне
случилось подняться на самую верхушку 25-метровой
антенны. Ветер свирепо норовил оторвать меня от по¬
ручней трапа, в ушах стоял свист. Круглая площадка
над зеркалом антенны раскачивалась на волнах вмес¬
те с судном, а внизу, на 40-метровой глубине, в водо¬
воротах серой пены бушевало Балтийское море. Это
была страшная картина. Но скорость ветра, оказыва¬
ется, тогда не достигала критической, и сеанс связи
еще можно было бы проводить. Представляете, каково
при такой качке работать в лабораториях, не разре¬
шая себе ни на секунду отвлечься от кнопок и клави¬
шей на пульте управления, от стрелок приборов и мель¬
кающих цифр на электронно-лучевых экранах!
Парусность антенн создавала ощутимые трудности
для проектировщиков, но не только она. Каждая из
25-метровых антенн вместе с опорно-поворотным уст¬
ройством весит 240 тонн, каждая из 12-метровых —
180 тонн. Это значит, что почти 1000 тонн (с учетом
подкреплений корпуса) необходимо было поднять над
плоскостью ватерлинии на 15—25-метровую высоту.
Такой груз смещал вверх положение центра тяжести,
что резко ухудшало остойчивость судна и потре¬
бовало от проектировщиков принять контрмеры.
И еще: всем корабельным антеннам требуется обзор,
то есть не заслоненное ничем (мачтами, надстройками)
пространство для сопровождения спутника во время
сеанса связи. При этом антенны на палубах и мачтах
должны быть размещены подальше друг от друга, с
тем чтобы радиопередатчики не мешали приему сиг¬
налов. Лаборатории же должны располагаться так,
чтобы длина волноводов и высокочастотных кабелей,
соединяющих антенны с лабораториями, была мини¬
мальной.
Итак, мы видим, что размещение огромных антенн
на океанском судне нелегко далось проектировщикам-
судостроителям. Но чем больше диаметр зеркала, тем
уже диаграмма направленности и тем дальше в кос-
119

Рис. 92. Путь радиоволн в
двухзеркальной параболиче¬
ской антенне.
Рис. 91. Приемная 25-метро¬
вая параболическая антенна.
мое можно послать радиокоманду, тем с большего рас¬
стояния можно принять космическую информацию.
На рис. 91 показана 25-метровая параболическая
антенна. По конструкции она отличается от тех одно¬
зеркальных антенн, о которых мы рассказали в преды¬
дущей главе. У этой антенны не одно, а два зеркала:
большое (главное) и над ним выпуклое зеркало не¬
большого диаметра, укрепленное на четырех фермах,
оно называется переизлучателем. Путь радиоволн в
такой двухзеркальной антенне поясняет рис. 92. Этот
путь проходит от облучателя к малому зеркалу — пе-
реизлучателю, далее — к главному зеркалу и после от¬
ражения от него — параллельным пучком в космичес¬
кое пространство.
В приемной двухзеркальной антенне путь радио¬
волн обратный: от главного зеркала к переизлучателю
и далее к облучателю, который теперь служит прием¬
ником высокочастотной энергии, собранной большим
зеркалом. Достоинство двухзеркальной антенны: ее
проще сочленить с передатчиком или приемником, так
как не надо тянуть волновод по фермам к фокусу па¬
раболического зеркала. За счет этого вся конструкция
получается более компактной.
120

На рис. 91 хорошо видны четыре конструктивно
объединенных облучателя антенны, которые образуют
пересекающиеся диаграммы направленности, необходи¬
мые для измерения углов. Азимут и угловую высоту
определяют для автоматического сопровождения спут¬
ника по приходящим от него радиосигналам. На ко¬
раблях космической службы возможны два способа на¬
целивания антенн на летящий спутник: по предваритель¬
но рассчитанной программе или по приходящим со
спутника сигналам.
РАДИОСВЯЗЬ С ЦЕНТРОМ
Чем отличаются условия работы научно-ис¬
следовательских судов космической службы — плаву¬
чих измерительных пунктов от условий работы назем¬
ных пунктов? Прежде всего значительно большей уда¬
ленностью от Центра управления полетом, с которым
судно должно обмениваться информацией. Информация
для обмена — это главным образом командные, траек¬
торные, телеметрические и телеграфно-телефонные сиг¬
налы, приходящие на судно с орбиты или посылаемые
на орбиту. Такая информация проходит через судно
транзитом. Кроме того, научному судну нужна связь
с Центром и для того, чтобы получать распоряжения
о сеансах связи, данные для баллистических расчетов,
указания о режимах работы и параметрах настройки
корабельных радиотехнических систем.
Традиционный диапазон для дальней морской ра¬
диосвязи— короткие волны. Но для решения экспеди¬
ционных задач они малопригодны. Коротковолновая
радиосвязь сильно зависит от состояния ионосферы и
при неблагоприятных условиях может нарушаться на
многие часы и даже сутки. А главное, в этом диапазо¬
не радиоволн нельзя передавать широкополосные
(то есть быстропеременные и многоканальные) сиг¬
налы, столь характерные для космической радиотех¬
ники.
Основные каналы связи между судном и Центром
управления полетом проходят через спутники-ретранс¬
ляторы «Молния». Для этой связи предназначена одна
из 12-метровых параболических антенн (рис. 89). Но
связь через спутники типа «Молния» возможна не из
всех районов Мирового океана. Спутник-ретранслятор
должен быть одновременно виден обоим корреспонден¬
там. Орбита «Молнии» с апогеем в северном полуша¬
121

рии позволяет выполнить это условие в районах плава¬
ния севернее экватора.
Более удобны для связи из океана стационарные
спутники. Зона их видимости простирается на 9000 ки¬
лометров по обе стороны от экватора и захватывает
все районы плавания научно-исследовательских судов.
ПРИВЯЗКА В ОКЕАНЕ
Другое отличие условий работы корабельно¬
го измерительного пункта от условий работы наземно¬
го (стационарного) пункта состоит в том, что судно
изменяет свое положение в океане от сеанса к сеансу.
Мы знаем: чтобы траекторная информация была при¬
годна для баллистических расчетов, должны быть точ¬
но известны координаты измерительной станции. Они
необходимы также для расчета целеуказаний и про¬
грамм управления антеннами.
Для наземных пунктов задача местоопределения
решается сравнительно просто: будучи однажды изме¬
рены, координаты пункта в дальнейшем не меняются.
Судно же движется, и это сильно усложняет дело.
Наиболее точно определить неизвестные координаты
на суше или на поверхности океана позволяют спут¬
ники— об этом мы рассказали в первой главе. Поэто¬
му все суда космической службы, в том числе «Космо¬
навт Юрий Гагарин», оснащены спутниковой системой
местоопределения.
Но задача привязки не исчерпывается только изме¬
рением координат. Палуба судна, на которой установ¬
лены антенны, — не столь незыблемое основание, как
суша на стационарном измерительном пункте. .
Для чего нужно «незыблемое основание»? Во-пер¬
вых, для измерения углов. Углы отсчитываются от се¬
верного направления меридиана (азимут) и от плоско¬
сти горизонта (угловая высота). Поэтому перед изме¬
рениями надо точно зафиксировать положение двух
плоскостей — плоскости горизонта и плоскости мериди¬
ана. Во-вторых, это необходимо для расчета целеука¬
заний и управления антеннами, так как заранее рас¬
считанные целеуказания и программы управления ан¬
теннами опираются на те же величины — азимут и уг¬
ловую высоту. Точность здесь требуется высокая: для
остронаправленных антенн ошибка даже в несколько
угловых минут может оказаться роковой — сигнал со
спутника будет потерян.
122

Антенна
Рис. 93. Система стабилизации корабельных антенн позволяет при¬
нимать радиосигналы со спутников даже при сильном волнении
океана.
Итак, привязка научно-исследовательского судна
перед сеансом связи включает измерение координат и
начальное ориентирование судна относительно плоско¬
сти горизонта и плоскости меридиана.
Положение судна во время сеанса связи изменяет¬
ся и относительно горизонта, и относительно мериди¬
ана независимо от того, проводится ли работа на ходу,
в дрейфе или на якоре. Под влиянием ветра и волн
судно испытывает качку — бортовую (с борта на борт)
и килевую (с носа на корму). По тем же причинам
судно рыскает по курсу — совершает непреднамерен¬
ные малые колебания вокруг среднего значения курса.
Для противодействия волнению моря на судах уста¬
навливают специальные успокоители качки, но и тогда
отклонения палубы от горизонта остаются недопусти¬
мо большими. Единственный выход — измерять углы
качки и рыскания и вносить поправки в программу уп¬
равления антеннами. Углы измеряют с помощью гиро¬
скопов, принцип измерения тот же, что и на спутни¬
ках. Решение всей задачи возлагают на систему ста¬
билизации антенн (рис. 93).
До начала сеанса связи антенну наводят на точку
небосвода, в которой спутник должен войти в зону ви¬
димости. Вычислительная машина через аппаратуру
электропривода управляет антенной. На вход машины
сначала подаются только сигналы от гироскопических
измерителей углов качки и рыскания, поэтому антен¬
на колеблется относительно палубы в такт волнам, но
так, что остается неподвижной относительно плоскос¬
тей меридиана и горизонта.
Начинается сеанс связи. Вычислительная машина
ведет антенну по заранее рассчитанной программе —
123

Источник п
света № Фмюэлемен.
Рис. 94. Измерение деформации ко¬
рабельного корпуса с помощью све¬
тового луча или луча лазера.
так, чтобы она все время была нацелена точно на спут¬
ник. Поправки на качку и рыскание по-прежнему учи¬
тываются и вводятся в программу движения антенны.
В результате антенна следит за спутником так, как ес¬
ли бы она стояла не на зыбкой палубе, а на твердой
земле.
Однако, попадая на гребень морской волны или на
впадину между волнами, судно изгибается. Это тоже
небезразлично для работы корабельных антенн. Дело
в том, что деформация судового корпуса влияет на по¬
ложение осей опорно-поворотных устройств, на которых
укреплены зеркала антенн.
Пусть со спутником работают обе 25-метровые ан¬
тенны, установленные на судне: одна из них (та, что
ближе к корме) передает радиосигналы на орбиту, вто¬
рая принимает космические сигналы. Оси обеих антенн
параллельны, и управление ими для нацеливания на
спутник может идти по общей программе.
Но вот корабельный корпус изогнулся на волне.
Оси антенн перестали быть параллельными — они ра¬
зошлись веером (или, наоборот, сошлись). Если угол
изгиба сопоставим с шириной диаграммы направлен¬
ности, прием радиосигналов и их передача на спутник
могут нарушиться.
Приходится измерять деформации судового корпу¬
са и вводить новые поправки в движение антенн. Из¬
мерение выполняют так, как показано на рис. 94.
Под верхней палубой и антеннами по оси судна
проложена труба — световой канал, по которому про¬
пускают луч света (лазера). В конце трубы луч попа¬
дает на фотоэлемент. В норме луч должен быть точно
в центре фотоэлемента, но при деформациях корпуса
он смещается. Направление и величина смещения луча
от центра свидетельствуют о том, что необходима кор¬
рекция антенн. Сигналы для коррекции вырабатывает
вычислительная машина.
Качка сказывается на траекторных измерениях.
Она может привести к ошибкам при определении не
только азимута и угловой высоты спутника (об этом
мы сказали выше), но и лучевой скорости. Если изме¬
124

рительная станция расположена на судне, то эффект
Доплера вызывается как движением спутника (полез¬
ный эффект), так и колебательным движением на вол¬
нах судна и, значит, приемной антенны. Это тоже при¬
ходится учитывать.
Можно отметить, что условия работы радиотехни¬
ческих систем на судах сложнее, чем на стационарных
пунктах. Разработчики оборудования научно-исследо¬
вательских судов космического флота часто должны
были идти непроторенными инженерными путями.
О КОРАБЛЯХ И ПАРОХОДАХ
Корабли следует называть их полными име¬
нами, не допуская сокращений. Это было бы невежли¬
во по отношению к кораблям, а иногда — небезопасно.
Как-то раз я приехал в Одессу поздним вечером.
Сразу же направился к диспетчеру порта.
— Где ошвартован «Юрий Гагарин»?
Диспетчер посмотрел в свои бумаги:
— «Юрий Гагарин» стоит на рейде в Ильичевске.
Опечаленный вышел я на улицу: последний автобус
в Ильичевск, вероятно, уже ушел, да и на рейд на
портовом катере раньше чем утром не добраться. Раз¬
мышляя о предстоящей неустроенной бессонной ночи,
я незаметно добрел до Морского вокзала.
И тут увидел корабль! Освещенный десятками па¬
лубных огней, он ярким пятном отражался в холодной
черной воде.
Это же был мой корабль! Корабль, где мне приго¬
товлена каюта и ждет поздний ужин. Но почему же
так небрежно отнесся к моему вопросу диспетчер?
Но диспетчер был не виноват: у причала Морского
вокзала было ошвартовано научно-исследовательское
судно «Космонавт Юрий Гагарин», а грузовое судно
«Юрий Гагарин» действительно стояло на якоре в пор¬
ту Ильичевска. В этом я смог убедиться на следующий
день, когда наше судно перешвартовывалось на Ильи-
чевский судоремонтный завод.
Как правильно: научно-исследовательское судно или
корабль? Существует мнение, что кораблями можно
называть только военные и парусные, остальные (гру¬
зовые, научно-исследовательские, рыболовецкие и про¬
чие)— судами. Но это мнение не имеет сколько-ни¬
125

будь серьезного обоснования. Более того, оно не под¬
тверждается реальной языковой практикой. Не разли¬
чает по значению слова «судно» и «корабль» автори¬
тетнейший из лингвистов В. И. Даль. Есть и другие
доводы. Так что называть научно-исследовательское
судно кораблем вполне возможно.
Есть еще одно слово из того же ряда — «пароход».
Суда с паровыми двигателями отошли в область ис¬
тории— их давно уже не строят, а те, которые кое-
где сохранились, доживают свой век. Но слово «паро¬
ход» нет-нет да и прозвучит среди профессионалов в
значении «судно, корабль». Пока только в устной ре¬
чи. Но, вероятно, оно закрепится в языке в этом об¬
щем значении. (Хотя бы затем, чтобы не искать новых
названий для Балтийского морского пароходства и
других многочисленных пароходств.)
ПЕРВЫЕ НИС
Летом 1960 года в океан ушли первые науч¬
но-исследовательские суда (НИС), чтобы принять уча¬
стие в изучении космического пространства. Это были
«Долинек» из Ленинграда, «Ильичевск» и «Краснодар»
из Одессы. Тогда, конечно, не было еще судов, специ¬
ально построенных как плавучие измерительные пунк¬
ты. Радиотехнические станции для приема сигналов со
спутников разместили на обычных грузовых судах тор¬
гового флота.
Подобное решение было единственно возможным:
для строительства специальных судов тогда не было
времени. Но это решение сыграло полезную роль, так
как океанские рейсы тех первых судов помогли уточ¬
нить требования, на основе которых несколько лет
спустя были спроектированы специальные НИС кос¬
мической службы.
12 февраля 1961 года «Долинек», «Краснодар» и
«Ильичевск» принимали в океане телеметрическую ин¬
формацию с межпланетной станции «Венера-1», а спу¬
стя два месяца, 12 апреля 1961 года, контролировали
орбитальный полет первого космонавта Ю. А. Гага¬
рина.
В 1962—1966 годах к этой группе судов присоеди¬
нились «Аксай», «Бежица» и «Ристна». Все они были
экспериментальными: их переоборудование не затраги¬
вало основы конструкции. Впоследствии, после появле-
126

ния специальных судов, они вернулись к перевозке
грузов по океанским путям.
1967 год ознаменовался важными событиями в исто¬
рии космического флота. В июне ушли в первые рей¬
сы сразу четыре однотипных судна, предназначенных
для контроля за космическими полетами. В том же
году все экспедиционные суда космического назначения
были переданы в ведение Отдела морских экспедици¬
онных работ Академии наук СССР.
Новые научно-исследовательские суда — «Кегост-
ров», «Моржовец», «Боровичи», «Невель» — тоже были
первыми, ио уже не приспособленными, а специально
построенными для обмена радиосигналами со спутни¬
ками и с Центром управления полетом. Они предназ¬
начались для приема с орбит телеметрической и науч¬
ной информации, ее анализа и передачи результатов
анализа в Центр, а также для поддержания связи с
космонавтами, когда они пролетают над океаном. Ко¬
нечно, на сегодняшний взгляд, по сравнению с други¬
ми НИС более поздней постройки, они выглядят скром¬
но. Но для своего времени это был важный шаг в раз¬
витии космической техники.
В первые экспедиционные рейсы эти научно-иссле¬
довательские суда ушли из Ленинграда. Уход был от¬
мечен в печати и расценивался как значительное со¬
бытие. Все четыре судна плавают в океанах и поныне,
каждое из них сделало уже более двух десятков экс¬
педиционных рейсов.
„КОСМОНАВТ ВЛАДИМИР КОМАРОВ"
В 1967 году в Ленинграде было построено
научно-исследовательское судно «Космонавт Владимир
Комаров». В отличие от своих предшественников оно
было универсальным, то есть могло осуществлять в
океане не только прием телеметрической и телеграфно¬
телефонной информации, но и другие, свойственные
стационарным пунктам функции по контролю и управ¬
лению космическими полетами.
Фотография этого корабля обошла все газеты мира.
Привлекали особое внимание белоснежные шары на
верхней палубе—18-метровые радиопрозрачные укры¬
тия-колпаки для космических антенн (рис. 95). Укры¬
тия помогают избежать ветровых нагрузок на конст¬
рукции антенн и повысить точность их наведения.
127

Рис. 95. Научно-исследовательское судно «Космонавт Владимир
Комаров».
Вместе с тем они защищают антенны от дождя, снега,
брызг морской воды.
Между укрытиями для главных 8-метровых антенн
установлена еще одна антенна диаметром 2 метра (под
шаром диаметром 7,5 метра), которая выполняет вспомо¬
гательные функции. Все три антенны имеют гироскопи¬
ческую стабилизацию.
Водоизмещение корабля — около 18 000 тонн. На
нем размещен такой же комплекс космических систем,
какой впоследствии в усовершенствованном виде был
установлен на других универсальных судах космическо¬
го флота. Научно-техническое оборудование смонтиро¬
вано в 43 лабораторях. Экспедиция АН СССР насчиты¬
вает 120 человек, почти столько же входит в экипаж
судна.
В первый научный рейс корабль ушел из Ленингра¬
да в августе 1967 года. Это было первое универсаль¬
ное научно-исследовательское судно.
Опыт его проектирования и эксплуатации оказался
очень ценным для дальнейшего развития космического
флота,
128

АКАДЕМИК СЕРГЕЙ КОРОЛЕВ
Это научно-исследовательское судно косми¬
ческой службы (рис. 96) было построено в 1970 году
на Черном море, в Николаеве. Водоизмещение его —
21 000 тонн. Судно имеет более мощное научное осна¬
щение по сравнению с «Космонавтом Владимиром Ко¬
маровым». 12-метровые зеркальные антенны также го¬
ворят об увеличении его исследовательских возможно¬
стей. На судне 79 лабораторий, экспедиция состоит из
180 научных сотрудников, инженеров и техников, экй-
паж судна — из 120 моряков.
Командно-измерительная система, размещенная на
корабле, осуществляет траекторный и телеметрический
контроль за. полетом, передает на орбиту команды и
программы управления. Через судно Центр управления
полетом ведет переговоры с космонавтами. Космиче¬
ская информация анализируется с помощью двух элек¬
тронных вычислительных машин. Космические антен¬
ны снабжены гироскопической стабилизацией.
Рис. 96. Научно-исследовательское судно «Академик Сергей Ко¬
ролев».
129

„КОСМОНАВТ ВЛАДИСЛАВ ВОЛКОВ"
За шесть лет, прошедших после создания
судна «Космонавт Юрий Гагарин», повысились воз¬
можности автоматизации траекторных и телеметричес¬
ких измерений, обработки космической информации, по¬
явились новые конструкции космических систем с бо¬
лее высокими техническими характеристиками и вместе
с тем более компактные. Это позволило разработать
новую серию научно-исследовательских судов. «Космо¬
навт Владислав Волков» стало головным в этой се¬
рии (рис. 97).
Главная задача НИС новой серии — прием с ор¬
биты телеметрической и научной информации, ее ана¬
лиз с использованием ЭВМ и передача результатов
анализа в Центр управления полетом по спутниково¬
му каналу связи. Кроме того, через судно и спутник-
ретранслятор космонавты ведут с Центром управления
телеграфно-телефонные’ переговоры.
Для приема информации с орбиты служит парабо¬
лическая антенна, установленная на палубе надстройки
(рис. 98). Она состоит из четырех зеркал диаметром по.
6 метров, объединенных в общую конструкцию. Такая'
Рис. 97. Научно-исследовательское судно «Космонавт Владислав
Волков».

Рис. 98. Антенна для приема
радиотелеметрических сигна¬
лов.
антенна позволяет опре¬
делять направление на
спутник — измерять его
азимут и угловую высо¬
ту. Антенна снабжена
аппаратурой гироскопи¬
ческой стабилизации.
Телеграфно - телефон¬
ная связь с пилотируе¬
мыми космическими ко¬
раблями и орбитальными
станциями осуществляет¬
ся через две приемные
и одну передающую ан¬
тенны того же типа, что
рошо видны на рис. 97).
Центром управления полеп
ленные антенны. Всего на
и на рис. 87 (антенны хо-
Для спутниковой связи о
ом служат еще две направ-
судне 50 различных антенн.
Рис. 99. Лаборатория, в которой осуществляется декодирование
и регистрация телеметрических сигналов.

С приемной антенны радиосигналы поступают в су¬
довые лаборатории (рис. 99), где они декодируются,
распределяются по каналам и записываются на * маг¬
нитную ленту. Далее сигналы передаются на электрон¬
ную вычислительную машину для анализа. Результаты
анализа снова кодируются и по спутниковому каналу
связи направляются в Центр управления полетом.
Таким образом, во время сеанса связи в Центр посту¬
пает непрерывный поток телеметрических данных. Его
путь проходит от спутника, полет которого контроли¬
руется, к НИС и через спутник-ретранслятор в Центр.
Параллельно с передачей в Центр результаты те¬
леметрического контроля отображаются на электрон¬
ных экранах в одной из лабораторий судна, где их
оценивают специалисты из состава экспедиции.
Водоизмещение судна — 9000 тонн. В его 25 лабо¬
раториях работают около 80 научных сотрудников, ин¬
женеров и техников. Экипаж судна — 60 человек.
«Космонавт Владислав Волков» ушел в первый экс¬
педиционный рейс из Ленинграда 18 октября 1977 года.
Вслед за ним начали свои экспедиционные рейсы «Кос¬
монавт Павел Беляев» (в марте 1978 года), «Космо¬
навт Георгий Добровольский» (в октябре 1978 года)
и «Космонавт Виктор Пацаев» (в июне 1979 года).
РАБОТА В ОКЕАНЕ
Корабли космического флота приписаны к двум мор¬
ским торговым портам — Ленинградскому и Одесскому.
Сменяя друг друга, суда уходят в океан для контроля
и управления космическими полетами. Ни один ответ¬
ственный полет не обходится без их участия.
Район плавания кораблей космического флота про¬
стирается от Исландии на севере до Огненной Земли
на юге и охватывает Атлантический, Индийский и Ти¬
хий океаны, а также ряд внутренних морей.
Нелегок труд участников океанских космических
экспедиций: продолжительные рейсы (6—7 месяцев и
более), работа в отдаленных районах океана, часто
при сильной качке. За рейс суда проходят 30—40 ты¬
сяч миль — намного больше, чем окружность Земли
по экватору. И лежат эти мили в различных климати¬
ческих поясах. Иной раз судно начинает свой путь,
следуя за ледоколом в Финском заливе, недели через
две — температура воздуха поднимается до 30—40 гра¬
дусов Цельсия, а еще две недели спустя — снова холод.
132

Но сеансы связи не могут зависеть от погоды. Ра¬
диограмма из Москвы задает кораблю «точку» в оке¬
ане— широту, долготу, и капитан должен прийти в эту
«точку» строго к указанному времени. Там экспедиции
и предстоит провести сеансы связи — может быть,
один-единсгвенный, а может быть, 5—6 сеансов еже¬
дневно в течение многих недель.
Во время сеанса связи, когда спутник движется по
небосводу от горизонта до горизонта, корабельные аи:
тенны должны быть непрерывно нацелены на спутник,
чтобы следить за его полетом. Ничто не должно пре¬
пятствовать радиоволнам на линии антенна — спутник:
ни мачты, ни надстройки, ни другие антенны. Иначе
нарушится прямая видимость. Для этого специально
выбирают и поддерживают заданный курс судна.
Очень многое зависит от капитана и вахтенного со¬
става моряков. И не меньше — от взаимопонимания
между экипажем судна и членами экспедиции. Сеанс
связи — минуты наивысшего напряжения.
Весь океан знаний, накопленных человечеством за
многовековую историю, можно разделить на две части.
Во-первых, то, что сегодня совершенно необходимо
знать каждому из нас. Сюда относятся, в частности,
сведения из традиционных естественных наук — физи¬
ки, математики, химии, биологии, географии, астроно¬
мии. Нельзя, к примеру, не знать, что вода — это хи¬
мическое соединение водорода и кислорода или что
камень падает вниз, повинуясь закону всемирного тя¬
готения. Это меньшая и наиболее устойчивая часть об¬
щечеловеческих знаний, мы получаем их в школе.
Во-вторых, более значительная по объему и постоян¬
но пополняемая часть человеческих знаний, которые ис¬
пользуются относительно небольшим кругом людей —
специалистами в той или иной области. Например,
большинству из нас совсем необязательно разбирать¬
ся в океанологии или кристаллографии. Космонавтика
еще совсем недавно относилась к этой части знаний.
Но теперь это изменилось. В наши дни космонав¬
тика переходит, если уже не перешла, из второй в пер¬
вую часть общечеловеческих знаний. Прежде всего на¬
помним, что многие, когда-то чисто земные профессии
распространили сферу своего приложения на космиче¬
ское пространство или нуждаются для решения своих
задач в информации, получаемой из космоса. Список
133

таких профессий мы почерпнули из сообщений печати
(специально перелистав годовой комплект одной из ве¬
дущих газет): геологи, метеорологи, связисты, картогра¬
фы, геодезисты, географы, штурманы, энергетики, ме¬
дики, фармакологи, гидрологи, астрономы, лесоводы,
'журналисты, агрономы, экологи, археологи, рыбаки и
даже чабаны.
Печать, радио, телевидение ежедневно обрушивают
на читателей, слушателей и зрителей поток информа¬
ции о космических полетах, планах научного и народ¬
нохозяйственного освоения космического пространства,
о напряженной борьбе против зловещих устремлений к
военному использованию космоса. Во всех этих публи¬
кациях читатели, слушатели и зрители должны хоро¬
шо разбираться, а для этого нужно, чтобы, сообщения
прессы ложились на заранее подготовленную почву.
Иными словами, у широкой публики должен быть ка¬
кой-то минимальный уровень знаний по теории и прак¬
тике космических полетов. Иначе невозможно оценить
дерзновенность наших замыслов по освоению космоса,
понять инженерную красоту их воплощения в будни
советской космонавтики, сознательно участвовать в
борьбе за мирный космос.
Следует ли из этого, что космонавтика должна пре¬
подаваться в школе? Но ведь она уже вошла в школь¬
ное преподавание. Например, на уроках физики широ¬
ко используют примеры из области космических поле¬
тов, когда хотят показать, как физические законы и
явления применяются в практической деятельности лю¬
дей. Так же поступают преподаватели химии, биоло¬
гии, астрономии. И правильно: никакая другая сфера
практической деятельности человека не может предо¬
ставить учителю примеров, столь ценных в познаватель¬
ном и воспитательном отношении, как космонавтика.
Но плохо то, что каждый школьный учитель делает
это независимо от других, в интересах только своего
предмета — без учета других дисциплин, и это не поз¬
воляет создать у учащихся цельной картины современ¬
ной космонавтики.
Нужен еще один небольшой шаг — взять примеры
из космонавтики, используемые в процессе преподава¬
ния отдельных предметов, несколько их пополнить, при¬
вести весь этот материал в систему и распределить на
все школьные годы и предметы. А заключительную
шлифовку знаний по космонавтике можно возложить
на школьный курс астрономии. Таким путем, не вво¬
134

дя новых предметов (что и не нужно, и нереально) и
не тратя дополнительного учебного времени (такого
дефицитного в сегодняшней школе), можно достигнуть
полезного результата — систематических познаний по
современной космонавтике у всех граждан страны.
Эта книга посвящена одному из главных разделов
современной космонавтики.
На пути человечества в космос лежали два барье¬
ра. Первый из них — достижение невиданных до той
поры скоростей, необходимых для запуска искусствен¬
ных спутников Земли. Следовало построить ракету-но¬
ситель, легкую и в то же время прочную, разработать
ракетный двигатель неслыханной мощности, создать
наземные сооружения для пуска ракет-носителей, ре¬
шить десятки других технических задач, каждая из ко¬
торых до той поры не имела решения. Это была сверх¬
трудная работа, которая потребовала соединенных уси¬
лий многих тысяч людей. Но вместе с тем вся эта ги¬
гантская работа предоставляет благодарный материал
для научной популяризации: поражающие размеры ра¬
кет-носителей, небывалые скорости, лавина грома и
море огня, сопровождающие запуск спутника, позволя¬
ют легко привлечь и удержать внимание читателей. О
преодолении первого барьера написано много содержа¬
тельных и интересных научно-популярных книг.
Второй барьер — управление космическим полетом
на всех этапах, от старта ракеты-носителя до возвра¬
щения космического корабля на Землю.
Создание систем управления было не менее слож¬
ной задачей, чем преодоление первого барьера, но труд¬
ности здесь не столь очевидны, о них непосвященные
люди обычно даже не подозревают, а рассказ об этом
уводит в такие области математики и техники, которые
с трудом поддаются популяризации. По этой причине
(а может быть, и не только по этой) научно-популяр¬
ных книг об управлении космическим полетом написа¬
но очень мало. На пути в космос были и другие барь¬
еры, но эти два всегда останутся главными — с них
начиналась практическая космонавтика.
В этой небольшой книжке мы попытались расска¬
зать о втором барьере. Вероятно (а как же иначе?),
не все одинаково удалось. Но мы надеемся, что и в та¬
ком виде книга принесет пользу в распространении на¬
учных знаний о современной космонавтике.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 		7
Глава 1.	КОСМОНАВТИКА СЕГОДНЯ	10
Глава 2.	КОСМИЧЕСКИЕ ТРАЕКТОРИИ	24
Глава 3.	СПУТНИК ЛЕТИТ ПО НЕБУ	45
Глава 4. У КОСМИЧЕСКИХ РАДИСТОВ . 		58
Глава 5.	УПРАВЛЕНИЕ ПОЛЕТОМ .	  70
Глава 6. ИНФОРМАЦИЯ С ОРБИТЫ .	.	.'	89
Глава 7.	КОСМИЧЕСКИЙ ФЛОТ	111
Александр Михайлович Жаков
КАК УПРАВЛЯЮТ
СПУТНИКАМИ
Заведующий редакцией Л. Н. Делюкин
Редактор Р. А. Кострюкова
Младший редактор Л. М. Позина
Художник Н. Н. Гульковский
Художественный редактор В. А. Баканов
Технические редакторы И. Г. Сидорова, И. В. Буздалева
Корректор 3. А. Ривкина
ИБ № 4100
Сдано в набор 11.02.80. Подписано к печати 25.07.86. М-29664. Формат
84ХЮ8'/з2. Бумага тип. № 2. Гарн. литерат. Печать высокая. Усл. печ. л. 7,14.
Усл. кр.-отт. 7,67. Уч.-изд. л. 7,46. Тираж 40 000 экз. Заказ № 355. Цена
30 коп.
Ордена Трудового Красного Знамени Лениздат, 191023, Ленинград, Фонтан¬
ка, 59. Ордена Трудового Красного Знамени типография им. Володарского
Лениздата, 191023, Ленинград, Фонтанка, 57.

30 коп.
А М. Жаков
КАК
УПРАВЛЯЮТ
СПУТНИКАМИ
Выход человека
в космическое
пространство относится
к наиболее
значительным
свершениям
второй половины
XX века.
Запуском первых
спутников и орбитальным
полетом Ю. А. Гагарина
наша страна открыла
космическую эру
в истории человечества.
С первых дней
освоения космоса
Советский Союз
ведет практическую
работу по мирному
использованию
космического
пространства
для решения научных
и народнохозяйственных
задач.
ЛЕНИЗДАТ