Спутник — это очень просто

в 11:36, , рубрики: RTL2832, SDR, космонавтика

Мы быстро привыкаем к прогрессу. Вещи, которые нам несколько лет назад казались фантастикой, сегодня не замечаются и воспринимаются как всегда существовавшие. Достаточно покопаться в старых вещах, как вдруг найдется монохромный мобильный телефон, дискета, магнитофонная кассета или даже катушка. Не так давно это было. Не так давно и интернет был «по талонам» под скрип модема. А кто-то помнит 5,25" жесткие диски или даже магнитофонные кассеты с компьютерными играми. И обязательно найдется тот, кто скажет, что в его время были 8" дискеты и бобины для ЕС ЭВМ. И в тот момент ничего не было современнее, чем это.

В эти недели можно наблюдать традиционные мероприятия, посвященные запуску первого Спутника — началу Космической эры. Силой случая спутник, который должен быть первым, стал третьим. А первым полетел совсем другой аппарат.
Этот текст о том, как просто сейчас услышать спутники на околоземных орбитах и как это было в начале космической эры. Перефразируя известные когда-то книги Е. Айсберга: Спутник — это очень просто!

image

За последние 5-10 лет космос стал ближе к неспециалистам, как никогда. Появление технологии SDR, а затем донглов RTL-SDR открыло легкий путь в мир радио людям, которые к этому никогда не стремились.

Зачем это надо?

Ремарка о радиолюбителях и первых спутниках

Если для Запада Спутник был большим сюрпризом, то, по крайней мере, советские радиолюбители были предупреждены за несколько месяцев до события.
Взглянув на страницы журнала «Радио» , можно с лета 1957 года найти статьи, как об искусственном спутнике, запуск которого ожидается в ближайшее время, так и схемы аппаратуры для приема сигналов спутника.
Ажиотаж вызванный Спутником был неожиданным, и оказал сильное влияние на такие «не научные» сферы жизни общества, как например, мода, дизайн автомобилей и пр.
The Kettering Group of amateur satellites trackers прославилась в 1966 году обнаружив советский космодром в Плесецке. Группа наблюдателей возникла в гимназии города Кеттеринг (Великобритания) и первоначально преподаватель с помощью радиосигналов спутников демонстрировал эффект Доплера на уроках физики. В последующие годы группа объединила любителей, специалистов из разных стран. Один из её активных участников — Свен Гран, проработавший всю жизнь в шведской космонавтике (Swedish Space Corporation).
image
На своем сайте он опубликовал статьи об истории ранней космонавтики, аудиозаписи сделанные в 1960-1980-е. Интересно послушать голоса советских космонавтов во время будничных сеансов связи. Сайт рекомендуется к изучению любителям истории космонавтики.

Любопытство. Хотя «всё можно найти в интернете», немногие задумываются, что с начала это «всё» кто-то помещает в интернет. Кто-то пишет истории, кто-то делает интересные фото, а потом уже это расходится по сети ретвитами и репостами.

Можно по-прежнему слушать переговоры космонавтов, которые особо активны в момент прибытия/убытия экипажа с МКС. Кое-кому удавалось ловить переговоры во время выхода в открытый космос. Не всё показывает НАСА ТВ, особенно потому, что над Россией для НАСА — это слепые зоны полета, а TDRS еще летают не в достаточном количестве. Из любопытства можно принимать погодные спутники NOAA (пример методики) и Meteor (снимки имеют лучшее разрешение пример ) и узнавать несколько больше информации, чем это публикуется в СМИ.

image

Можно узнать из первых рук, как «поживают» множество cubesat.

У некоторых есть программы для приема и расшифровки телеметрии, другие телеграфируют в явном виде. Примеры можно посмотреть здесь.

Можно наблюдать работу ракет-носителей и разгонных блоков при выводе груза на заданную орбиту. Это же оборудование можно использовать для отслеживания стратосферных зондов. Вот, например, удивительный случай для меня — шар вылетел из Британии 12 июля и на высоте 12 километров уже сделал пару кругосветных путешествий, пролетел на Северным полюсом. Недавно был замечен над Сибирью. Очень мало приемных станций участвующих в проекте.

Собственно, что нужно для приёма?

1. Приемник, работающий в необходимом диапазоне. В большинстве случаев RTL-SDR соответствует достаточным требованиям. Рекомендуются предусилитель, режекторный фильтр. Рекомендуется использовать USB удлинитель с ферритовыми фильтрами — это уменьшит шумы от компьютера и позволит разместить приемник ближе к антенне. Хороший результат дает экранирование приемника.
2. Антенна на выбранный диапазон. «Лучший усилитель — это антенна». Какой бы предусилитель не был бы установлен после антенны, но при плохой антенне будет усиливать только шум, а не полезный сигнал.
3. В случае приема сигнала спутников нужно знать что летает, где и когда. Для этого нужны программы слежения за спутниками, указывающие и предсказывающие положение спутника в определенный момент.
4. Программы для приема и расшифровки телеметрии cubesat или метеорологических спутников.

Особенностью приема сигнала со спутников является расстояние и эффект Доплера.
По теории приема хорошо написано в этом документе со страницы 49 —
Satellite communication Construction of a remotely operated satellite ground station for low earth orbit communication.

image

Выведенная формула [Eq. 4.10] показывает, что мощность, принятая приемником, напрямую зависит от характеристик излучающей и принимающей антенн и обратно пропорциональна квадрату расстояния между приемником и передатчиком при одинаковой длине волны. Чем больше длина волны, тем меньше излучение рассеивается («Почему небо голубое?»).

Пролетающий над головой спутник находится на расстоянии нескольких сотен километров, а пролетающий на вашем горизонте обзора может находиться на расстоянии пары тысяч километров. Что естественно на порядки уменьшит уровень принимаемого сигнала.

А мощность передатчика не велика, то шансы успешного приема не велики. Например, у FunCube-1 мощность передатчика на освещенной стороне 300 mW, а в тени всего 30 mW.

отчет ЦРУ

Какая нужна антенна, и на какой диапазон?

Прежде всего, это зависит от места приема и объектов приема. Если это спутник с полярной орбитой, то рано или поздно он пролетит над приемной станцией. Это метеоспутники, многие cubesat. Если же это, например, МКС, а приемная станция находится в Москве, то МКС будет пролетать только на горизонте. И чтобы провести связь или долго слышать спутник необходимо иметь высокоэффективные антенны. Поэтому необходимо определиться — что доступное летает в досягаемости от места приема.

Какие программы существуют для слежения за спутниками, указывающие и предсказывающие положение спутника в определенный момент?

Online инструменты:
www.satview.org
www.n2yo.com/

Из программ для Windows: классический Orbitron (обзор программы) и, например, Gpredict.

Последний показывает информацию по частотам спутников. Существуют программы и для других платформ, например, для Android.

Мы же будем использовать Orbitron и информацию о частотах из сторонних источников.

Как программы вычисляют орбиты спутников?

К счастью необходимые данные для расчета орбит (TLE набор элементов орбиты для спутника Земли ) свободно распространяются в интернет и доступны здесь. Вам даже не нужно думать об этом — программы автоматически загружают свежие данные об орбитах космических объектов.

Но так было не всегда

Командование воздушно-космической обороны Северной Америки (NORAD) ведет каталог космических объектов и на самом деле публично доступный каталог не полный — в ней нет военных спутников США. Ловлей таких объектов занимаются группы энтузиастов-любителей. Иногда им удается найти отсутствующий в открытой базе объект.

Вопрос определения и предсказания орбиты возник еще до запуска спутников. В СССР к решению этой проблемы был привлечен широкий круг наблюдателей и инструментов. В наблюдении и измерении орбиты Спутника, кроме штатных станций траекторных измерений, были привлечены обсерватории и кафедры высших учебных заведений, а выбранный легкодоступный радиолюбительский диапазон позволил привлечь к наблюдениям первых спутников армию радиолюбителей — в журнале Радио 1957 года можно найти схему радиопеленгационной установки, магнитофонную запись с которой радиолюбителю необходимо было выслать в адрес Академии наук СССР. К необычной работе на первом этапе были привлечены пеленгаторы системы «Круг», принадлежащие совсем другому ведомству.

Фото пеленгатора системы Круг возле аэропорта Симферополь.

Вскоре больших успехов добились баллистики НИИ-4. Разработанная ими программа для ЭВМ «Стрела-2» впервые позволила определять параметры орбиты не по сведениям от пеленгаторов, а по результатам траекторных измерений, получаемых станциями «Бинокль-Д» на НИПах. Появилась возможность прогнозировать движение спутников по орбите.
Станции траекторных измерений первого поколения «Иртыш» были постепенно заменены новыми станциями «Кама» и «Висла» со значительно более высокими техническими показателями по дальности, точности и надёжности. В 1980-х появились лазерные дальнометры. Почитать подробнее можно здесь.

Висла

Станции измеряли орбиты не только «своих», но и спутников любимого вероятного противника. Очень быстро на орбите появились спутники оптической и затем радиоразведки. О том, что они могли разглядеть в далеком 1965 году будет ниже. А пока вспомню анекдотическую историю, о солдатах далекой северной части, вероятно единственным развлечением, которых было соблюдение правил радио- и «оптической» маскировки в момент пролета соответствующих спутников. Однажды перед пролетом американского спутника оптической разведки они, естественно ради забавы, использовали шлак из котельной для написания огромного слова на снегу.

А как же любители поохотиться за спутниками? Им приходилось выслушивать эфир, всматриваться в небо после получения новостей о запуске ракеты с космодрома. Обычно несколько витков после запуска были предсказуемы.

image

На фото 2000 карт содержащие наборы элементов орбиты для спутников Земли полученные Свеном Граном от NASA в период 1977-1990. Затем их можно было получить по коммутируемому доступу и затем, через несколько лет, в интернет. Свен отсканировал эти карты для тематической группы на Facebook т.к. они содержат наборы элементов, которые отсутствуют в базе Spacetrack.org.

Эти данные использовались для предсказания витков, на которых возможно наблюдение космических объектов.
Естественно никаких компьютеров — только вот эти два трафарета использовались еще 25 лет назад. И к моменту получения TLE данные были не свежими.

трафарет

Позже для расчета орбит Свен использовал собственноручно написанные программы для ПК.

При полете Спутника КИК еще не имел собственного вычислительного центра, а выделенного машинного времени на ЭВМ других организаций не хватало для всех вычислений, и орбиту Спутника достаточно точно предсказывали специально изготовленными трафаретами.

Orbitron из под Африки

Итак, мы можем в окне программы Orbitron видеть спутники из открытой базы, они разбиты на категории геостационарные, радиолюбительские, погодные, МКС и т.д. Не все из них представляют интерес для приема, некоторые не работают и представляют интерес только для фотографов ночного неба.

Частоты рабочих спутников можно посмотреть здесь:

Как видно из таблицы, эти спутники в большинстве работают в диапазонах 2 метра и 70 сантиметров.
А здесь их набор элементов орбит (TLE), там же инструкция, как настроить автоматическое обновление этих TLE в Orbitron.

В одних случаях нужна всенаправленная антенна, в других остронаправленная, а в третьих — удобнее воспользоваться двудиапазонной. Узконаправленные, требуют ручного ведения за произвольным спутником, либо позиционер.
Посмотрим, что «используют профессионалы».
Спиральная антенна 922 МГц — для приема сигналов кораблей Прогресс, Союз ТМА, и на 1020 МГц — разгонных блоков Бриз-М. Антенна зафиксирована в одном направлении на юг т.к. в Швеции корабли видны низко над горизонтом и крутить её нет необходимости. Выше — discone-антенна 100-480 МГц — универсальное применение. Диаграмма направленности горизонтальная. Но при приеме метеорологических, полярных спутников, пролетающих в зените, будут проблемы. Поэтому для таких случаев лучше использовать квадрифилярную антенну на необходимый диапазон.

image

Антенна «волновой канал» — бывшие телевизионные антенны, также направлены и зафиксированы в одном направлении.

image
image

Антенна «волновой канал» 920 МГц предназначалась для мобильных телефонов. Свен Гран.

image

Если нет подходящей заводской/телевизионной антенны, то можно изготовить что-то простое.

Простая двухдиапазонная ( 70 см и 2 м) антенна:

image

Простейший вариант квадрифилярной антенны для погодных спутников.

image

Более капитальный вариант:

Инструкция по изготовлению антенны на 137 МГц для приёма сигналов погодных спутников. Квадрофилярная антенна ( Quadrifilar Helix ).

image

Какая бы антенна не была общее условие — подальше от препятствий и повыше от земли. Чем более открытый горизонт, тем более продлится сеанс. И не забывайте, что в случае направленной антенны её нужно «направлять» в сторону спутника.

Очень большая ремарка о советских антеннах дальней космической связи

Разработка ракет семейства Р-7 шла быстрее, чем спутников, отчасти потому, что «добро» спутникам дали, когда Р-7 уже перешла в стадию летных испытаний. Скорейшее создание третьей, четвертой ступеней позволили достичь второй космической скорости и осуществить полет ракеты к планетам, Луне, облет Луны с возвращением к Земле и попадание в Луну. Времени на проектирование чего либо с нуля не было, использовались готовые устройства и узлы. Например антенная установка станции «Заря» для связи с первыми пилотируемыми кораблями представляла собой четыре спирали, смонтированные на основании от прожекторной установки, оставшейся после войны.

image

В условиях цейтнота для дальней космической связи были использованы те антенны, что уже были в нужном месте и нужных характеристик. Подробнее о временном центре космической связи можно почитать здесь.

image

Одновременно с запусками в сторону Луны «рядом» же строились два капитальных центра дальней космической связи с крупнейшими в мире, на тот момент, антеннами космической связи (к слову Центрами дальней космической связи их называли журналисты, реальные же названия другие — НИП-10 и НИП-16, но и это, по некоторым причинам, не совсем корректные названия.).

image

Построен комплекс тоже из «готовых узлов» и потому возведен в рекордно короткие сроки. Использование орудийных поворотных устройств как основание антенн вызвало у ЦРУ легкое замешательство и некоторое время они считали, что это возводится береговая батарея. Через два года произошел курьез связанный с советским экспериментом на комплексе «Плутон» по уточнению значения астрономической единицы путем радиолокации Венеры. Вероятно чиновники в СССР решили, что значительно уточненное значение астрономической единицы является государственной тайной и исказили опубликованный результат эксперимента. Над неуклюжей попыткой скрыть значение посмеялись астрономы:

we should congratulate our Russian colleagues on the discovery of a new planet. It surely wasn't Venus!

Антенна, сыгравшая важнейшую роль в изучении соседних планет в 1960-1970х, была порезана на металл Украиной в ноябре 2013-го.
Подробнее почитать о НИП-16
Процитирую Бориса Чертока:

Скрытый текст

По предварительным расчетам для надежной связи с космическими аппаратами, находящимися внутри Солнечной системы, на Земле надо построить параболическую антенну диаметром около 100 метров. Цикл создания таких уникальных сооружений оценивался оптимистами в пять-шесть лет. А до первых пусков по Марсу в распоряжении антенщиков было меньше года! К тому времени уже строилась параболическая антенна симферопольского НИП-10. Эта антенна диаметром 32 метра возводилась для будущих лунных программ. Была надежда, что ее эксплуатация начнется в 1962 году.

Главный конструктор СКБ-567 Евгений Губенко принял смелое предложение инженера Ефрема Коренберга: вместо одного большого параболоида соединить в единую конструкцию восемь шестнадцатиметровых «чашек» на общем опорно-поворотном устройстве. Производство таких средних параболических антенн уже было хорошо освоено. Предстояло научиться синхронизировать и складьшать в нужных фазах киловатты, излучаемые каждой из восьми антенн при передаче. При приеме предстояло складывать тысячные доли ватта сигналов, доходящих до Земли с расстояний в сотни миллионов километров.

Разработка металлоконструкций механизмов и приводов для опорно-поворотных устройств была другой проблемой, которая могла потребовать нескольких лет. Не лишенный чувства юмора Агаджанов объяснил, что существенную помощь космонавтике оказал запрет Хрущевым строительства новейших тяжелых кораблей Военно-Морского Флота. Готовые опорно-поворотные устройства орудийных башен главного калибра строившегося линкора были быстро переадресованы, доставлены в Евпаторию и установлены на бетонных основаниях, сооруженных для двух антенных систем — приемной и передающей.

Шестнадцатиметровые параболические антенны изготавливал Горьковский машиностроительный завод оборонной промышленности, металлоконструкцию для их объединения монтировало НИИ тяжелого машиностроения, приводную технику отлаживал ЦНИИ-173 оборонной техники, электронику системы наведения и управления антеннами, используя корабельный опыт, разрабатывал МНИИ-1 судостроительной промышленности, линии связи внутри НИП-16 и выход его во внешний мир обеспечивало Министерство связи, Крымэнерго подводило линию электропередач, военные строители прокладывали бетонированные автодороги, строили служебные помещения, гостиницы и военный городок со всеми службами.

Масштабы работ впечатляли. Но фронт был столь широк, что с трудом верилось в реальность сроков, которые называл Агаджанов.

Во время разговоров подъехал Геннадий Гуськов. Он был заместителем Губенко, здесь руководил всей радиотехнической частью, но по необходимости вмешивался и в строительные проблемы.

— Обе АДУ-1000, приемная и передающая, будут сданы в срок! Мы не подведем, — бодро доложил он.
— Почему тысяча? — спросил Келдыш.
— Потому что общая эффективная площадь антенной системы -тысяча квадратных метров.
— Не надо хвалиться, — вмешался Рязанский, — общая площадь у вас будет не более девятисот!

Это был спор приверженцев разных идей, но в это время было не до какой-то сотни квадратных метров.

image

Подробнее о НИП-10.

После очередного посещения временного центра связи в Симеизе Королев и Келдыш по дороге к самолету посещали быстровозводившиеся центры связи. В 1960-м году на НИП-16 вступил в строй радиотехнический комплекс Плутон, через 7 месяцев(!) после начала строительства, став самым мощным в истории человечества на то время.

Через два года на НИП-10 была построена станция дальней космической связи «Катунь» с антенной диаметром 25 метров, вскоре увеличенной до 32.

Члены Государственной комиссии Г.А. Тюлин, С.П. Королёв (с 1966 года Г.Н. Бабакин), М.В. Келдыш придавали особое значение полёту лунных и межпланетных аппаратов. Как правило, после запуска этих КА прибывали на НИП-10 или НИП-16, заслушивали доклады руководства ГОГУ или её групп, а в случае нештатных ситуаций и разработчиков бортовых и наземных технических средств.

Вероятный противник активно интересовался происходящим в советской космонавтике, благодаря чему сейчас можно узнать много интересного из рассекреченных отчетов и спутниковых фото. Тема спутникового шпионажа очень интересна и объемна, желающие могут прочитать, например, The US Deep Space Collection Program.

Вот пример фрагмента спутникового фото и фрагмента схемы из отчета ЦРУ о крупнейшем советском центре космической связи.

image

Без отчета ЦРУ я бы не догадался, что это антенное поле КВ узла связи, также выполнившее наблюдение первых Спутников.

image

Осведомленность ЦРУ в некоторых вопросах поражает, причем видно, что это аналитика, а не агентурные сведения и высокий класс инженеров верно интерпретирующих назначение сооружений на фото.

image

На американском фото площадка станции дальней космической связи «Катунь» с зданиями управления и антенной ТНА-400.
Антенна ТНА-400 склонилась к горизонту и ведет сеанс связи… В центре на верхней границе прямоугольник антенны в виде «антенной решётки» с синфазными спиральными излучателями, это станция передатчика мощностью 10 кВт для связи с лунными кораблями. Выглядела она так:

image

Дата съемки 5 октября 1965 года. Судя по теням — время до полудня. А днем ранее, утром 4 октября была запущена «Луна-7».

Послушаем Бориса Чертока:

Он оказался прав. Все четыре ступени носителя сработали без замечаний, и пятая отправилась к Луне. ТАСС сообщил о запуске в сторону Луны автоматической станции «Луна-7».
Через сутки все руководители программы и необходимые специалисты снова слетелись в Крым.
В расчетное время была без замечаний выполнена коррекция. После обработки получены данные о движении пятой ступени в расчетный район посадки. Королев, Келдыш, Тюлин поселились в центральной гостинице Симферополя. Рано утром они приезжали на НИП-10, выслушивали мой общий доклад о ночных событиях, затем замечания главных конструкторов по системам и принимали предложения о порядке дальнейших работ по управлению полетом. Последнее обычно делал Богуславский, подробно разъясняя, когда и куда радиокоманда будет выдаваться и как будет обеспечен контроль ее прохождения.

Разрешение сравнимо с тем, что можно увидеть в программе Google Earth, которой пользуемся всего 9 лет и к которой уже привыкли, как существовавшей вечно. Но пленка имеет более широкий динамический диапазон, а фотоснимок распространяется в формате TIFF, поэтому по-моему скромному мнению я вижу на оригинале у U-образного здания два припаркованных автобуса типа ГЗА-651, севернее антенны одиноко припаркованную Волгу, возможно это дежурный авто, и у дорожки ведущей от площадки антенны к «подгорному зданию», в правом нижнем углу снимка, припаркован более крупный легковой автомобиль, возможно ЗИМ Крымского обкома на котором ездили в Крыму Королев и Келдыш. В подгорном здании размещались «управленцы» — группа управления с Б.Чертоком. В любом случае в момент съемки американским спутником Королев, Богуславский, Черток находились в каком-то из зданий на этом снимке. Т.е. любимый противник отлично знал, что нужно фотографировать в Крыму после сообщения ТАСС о запуске лунной ракеты. Именно здесь прошли последние рабочие дни Королева перед трагической гибелью.

Не все фото имеют такое высокое разрешение, на некоторых фото американских спутников-шпионов помещается весь Крым, и разрешение изображения отдельных объектов низкое. Тем не менее фото позволяют установить состояние объектов. Пример 22 июня 1975 года — фрагмент, на котором видно возведение на Второй площадке НИП-16 новой антенны П-400П.

image

Чуть позже началось строительство крупнейшей в мире полноповоротной антенны П-2500 с диаметром главного зеркала 70 метров. В 1982 году американский спутник KH-9 Hexagon сфотографировал вступивший в строй комплекс.

image

К сожалению мне не удалось найти не обрезанный оригинал фото — в нижней части снимка, как я предполагаю, видно тень крана строившего эту антенну. По крайней мере, на снимке видно его рельсовый путь, может он также есть на этом фото. При выборе места для строительства нового комплекса дальней космической связи рассматривалось три варианта — Ай-Петринская яйла, Симферополь и Евпатория. По очевидным причинам антенна возведена в самом удачном месте.

Итак, у вас есть антенна необходимого диапазона, она установлена на открытом пространстве и подключена к тюнеру. В идеале с предусилителем. По возможности лучше использовать 2 метра USB удлинителя, чем 2 метра кабеля к антенне.
Рекомендуется провести калибровку RTL-SDR, отклонения по частоте могут быть значительные.

Запускаем любимую программу для работы с RTL-SDR. На экране ниже SDRSharp с FUNCube Dongle Pro.

image

Ведется прием Cubesat FunCube-1 на квадрифилярную антенну при прохождении спутника у зенита в наиболее выгодный для приема виток.

image.

Сигнал не очень хорош, малошумящий усилитель необходим. На спектрограмме видно, что BPSK сигнал прерывается тоном каждые 5 секунд.

Если Вам удалось принять сигнал, то можно переходить к следующему этапу — дешифровке сигнала. В случае FUNCube, необходимо скачать программу Funcube telemetry dashboard

Следуя инструкции настраиваем программу:

image

И принимаем телеметрию:

image

Как расшифровывалась телеметрия советских космических аппаратов в первое космическое десятилетие

Процитирую Бориса Чертока и Олега Ивановского.

8 октября 1967 г., преодолев расстояние свыше 300 млн км, «Венера-4» вошла в зону притяжения планеты. Начался заключительный сеанс связи. По темпу нарастания частоты принимаемого с ОО сигнала ощущалось стремительное увеличение – под действием поля тяготения Венеры – скорости встречи с планетой. Но вот сигнал пропал – набегающий атмосферный поток нарушил ориентацию параболической антенны станции на Землю. В тот же момент бортовая автоматика выдала команду на отделение СА. В небольшом зале Евпаторийского центра управления полетом наступила тишина: все замерли в ожидании сигнала. Томительно медленно электронные часы отсчитывали секунды. Наконец по громкой связи услышали радостный крик: «Есть сигнал с СА!» Через несколько минут начала поступать информация: «Давление 0.05 атм, температура минус 33°С, содержание СО2 в атмосфере около 90%» – и после небольшой паузы: «Информация с радиовысотомера в сбое».
Это наш специалист Ревмира Прядченко, глядя на пролетающую по столу бесконечную ленту с двоичными символами, визуально – не только «персоналок», но и простых электронных калькуляторов тогда еще не существовало – выделяла нужный канал, превращала двоичные символы в число и по заполненным тарировочными характеристиками точно сообщала значение параметра.

***

Одна из помощниц Сергея Леонидовича, чуть наклонилась к экрану индикатора:
— Есть телеметрия. Должен идти первый коммутатор.
— Мирочка на месте? — спросил Бабакин.
— Конечно. Сейчас запросим, что она видит.
…Мирочка. Или, если полностью, — Ревмира Прядченко.
Такое имя ей придумали родители, соединив в нем два слова: «революция» и «мир». Была в минувшие годы такая мода. В группе управленцев Мира была человеком исключительным, обладавшим феноменальной способностью держать в памяти десятки операций, которые надлежало выполнять приборам и системам станции по подаваемым с Земли радиокомандам или от бортовых ПВУ. Пожалуй, как никто иной, она с ходу умела понимать и расшифровывать телеметрические сигналы, порой весьма перепутанные космической разноголосицей радиопомех.
Ей-богу, этот ее дар мог с успехом соперничать с любым автоматическим способом обработки информации. Не раз наши управленцы приводили в недоумение искушенных коллег, заявляя, что де у нас информация с «ВЕНЕР» обрабатывается специальной системой «Мира-1».
— Как это — «Мира-1»?! Нет таких машин. ЭВМ «Мир-1» есть, а «Мира-1»…
— Вот то-то и оно, что у вас «Мир», а у нас «Мира»!
А какие прекрасные стихи писала Мирочка…
Бабакин взял микрофон.
— Мирочка! Добрый день. Ну, что у вас?
— Здравствуйте, Георгий Николаевич! — Она по голосу узнала Главного. — Пока сказать ничего не могу. По телеметрии сплошные сбои. Параметры выделить нельзя.
— Ну, хотя бы что-нибудь…
— Сейчас… минутку… пока только одно могу сказать, но не гарантирую… вот… ДПР не в норме…
Главный опустил руку с микрофоном.
— ДПР… ДПР… Это давление после редуктора?
За столом задвигались. Одновременно некоторая растерянность с озабоченностью появилась на лицах управленцев.
Большой смотрел то на Главного, то на Азарха. Техническое руководство для того и существует, чтобы принимать решения, что дальше делать в сложной обстановке, продолжать ли сеанс или дать выключающую команду?
Сложность была в том, что на борту станции работало программно-временное устройство, беспристрастно выдававшее в нужной последовательности команды-сигналы для ориентации станции и включения корректирующего двигателя. Работало это устройство, и ему невдомек, что какой-то там ДПР не в норме…
— К чему это может привести… к чему… к чему? — задумался на секунду Главный, — к повышенному расходу газа, к избыточной тяге на соплах ориентации, так? Станция может не сориентироваться?
— Георгий Николаич, надо разобраться, — не скрывая волнения, проговорил кто-то из управленцев.
Главный взял микрофон:
— Мирочка, ну что?
А неоновые цифры секундомера отщелкивали секунды и минуты, ставшие какими-то уж очень короткими.
— Разбираюсь, сбои сплошные, пока ничего нового не скажу…
— Выключим станцию, дадим отбой? — Большой вопросительно посмотрел на Главного.
— Отставить отбой. Не волноваться. Пусть сеанс идет.
На индикаторе бился шершавый, лохматый бугорок дальнего голоса станции. Ну почему так, словно по закону «пакости», именно тогда, когда информация была нужнее, чем когда-либо, ее никак нельзя было «выудить» из мутности сбоев и помех?
— А повторить мы можем? Газа в системе ориентации хватит? — Продолжал допрос технический руководитель. — Нет, надо собрать рабочую группу и все тщательно разложить по полочкам, по порядку…
— Да какие «полочки!» В крайнем случае, сеанс коррекции придется повторить…
— А это реально? Газа хватит? Тут требуется все тщательно обдумать. Георгий Николаевич…
Щелкнул репродуктор циркуляра и радостный голос Мирочки, непривычно наполненный звенящими нотками и прерывающийся от волнения:
— Георгий Николаич! Расшифровала! Все в порядке! ДПР — в норме! В норме!
И сразу снялось напряжение. А на часах — 11 часов 03 минуты. И всего-то прошло каких-то 5 минут. Всего пять минут...

По воспоминаниям именно с этим связана гибель «Союз-11», падение давления в котором было сразу зафиксировано на лентах самописцев, но возле них не было такого таланта, чтобы расшифровать налету, поднять тревогу и предупредить экипаж ранее, чем они сами почувствовали фатальное падение давления. К сожалению разработка автоматической системы приема и дешифрования телеметрии еще не была завершена.

При приеме сигнала спутника неизбежно такое явление как эффект Доплера. На спектрограмме это будет выглядеть так:

image

При приближении спутника к точке приема частота растет и при удалении уменьшается. Такие «рисунки» на спектрограмме позволяют точно определить, что сигнал принадлежит именно движущемуся спутнику, а не наземному источнику помехи. При приеме телеметрии необходимо вручную подстраивать частоту сигнала. Существует возможность автоматически подстраивать частоту и опять в этом поможет программа Orbitron, вычисляющая необходимую частоту и управляя программой SDRSharp или HDSDR.

Настройка SDRSharp и Orbitron.

Настройка HDSDR намного проще. В Orbitron аналогично статье устанавливаем драйвер MyDDE:

image

В HDSDR — OptionsDDE client.

image

Перед использованием синхронизируем часы по интернету. Удачной охоты.

Эффект Доплера 50 лет назад

Процитирую еще одни мемуары:

Пульт светится разноцветными огнями—пробегают синие и зеленые импульсы на экранах осциллографов.
— Тик-так, тик-так,—как метроном, щелкает какой-то прибор. Медленно идет время. Ожидание. Озабоченные лица.
Тик-так, тик-так. Долго, долго идет сигнал. Ему ведь предстоит пробежать 78 миллионов километров. 4 минуты 20 секунд уйдет на это… Есть! Есть!
***
На помощь приходит физический эффект Доплера. Как известно, чем больше скорость аппарата, излучающего радиосигналы, тем сильнее смещение частоты этого сигнала. По величине смещения можно определить скорость и устойчивость полета.
Уже семь утра. За окном светает. Счетчики системы настройки частоты, которая все время перестраивает параметры приемной антенны так, чтобы следить за изменением сигнала, возникающим из-за увеличения скорости, начинают частить: значит, все сильнее сказывается притяжение Венеры. Скорость нарастает. До планеты остается всего 15 тысяч километров.
Зуммер почти захлебывается. Быстро растет скорость. Венера все ближе и ближе. В 7 часов 25 минут ушла последняя команда Земли — включить программно-временное устройство. Станция теперь полностью независима.

Что же это за система настройки частоты? Можете представить себе эту систему и её сложность и размеры, если известно что она состояла из множества кварцевых резонаторов отличавшихся друг от друга частотой в ОДИН ГЕРЦ.

Автор: Rumlin

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля