wpthemepostegraund

История создания советского спутникового телевещания

космос  

Феномен «голубого экрана». Предыстория спутникового телевидения

История развития спутникового телевидения, как и вообще вся история космонавтики – это повесть о гениальных и иррационально упорных энтузиастах. Прежде всего, разумеется, о Циолковском и Королёве – теоретике и практике, на вере которых, как на ракетном топливе, двигались вперёд проекты освоения безвоздушного пространства. Константин Циолковский до начала космической эры не дожил, зато Королёв после знакомства с ним неизлечимо «заболел» реактивным движением и полётами к звёздам. В 1954-м году, спустя почти десять лет после окончания Второй мировой войны и за восемь – до Карибского кризиса, кульминации войны холодной – он, наконец, стал активно продвигать идею создания искусственного спутника Земли. Для этих целей Королёв привлёк своих коллег и друзей – будущего президента Академии наук Мстислава Келдыша и ракетчика Михаила Тихонравова. Вместе они предложили министерству обороны использовать послевоенные и полученные в результате победы над Германией ракетные разработки для вывода на околоземную орбиту искусственного спутника.

Изначально Королёв собирался запустить в космос полноценную научную лабораторию. Ракеты-носители проектировались в военных целях и в перспективе должны были поднимать в воздух многотонные бомбы. Поэтому выведение тяжёлого комплексного устройства на орбиту инженеров-ракетостроителей не пугало. Но создание космической научной аппаратуры застопорилось; к 1957-му году Королёв принял компромиссное решение – отправлять за пределы атмосферы ПС-1, «простейший спутник».

На базе советских межконтинентальных Р-7, созданных, в свою очередь, на основе трофейных немецких Фау-2, была разработана ракета-носитель «Спутник». Точнее, Р-7 8К71 – имя этот класс ракет получил лишь после успешного запуска ИСЗ «Спутник-1».

Первое творение рук человеческих в космосе представляло собой 84-киллограммовый шар с оболочкой из дюралюминия. Внутри находились температурные и барометрические датчики, система охлаждения и радиопередатчик. Снаружи – четыре антенны. Траектория полёта ИСЗ позволяла следить за ним радиолюбителям всего мира.

На втором «Спутнике» полетела Лайка, а вот третий полностью соответствовал давнему замыслу Королёва – вывести на орбиту побольше датчиков и приёмников, с возможностью двусторонней передачи данных и питанием от солнечных батарей. Запуск «Спутника-3» состоялся через год после триумфа ПС-1. Этот ИСЗ также называли «объектом Д» – так его следовало классифицировать по правилам ракетостроения, исходя из массы полезного груза (аппарат весил больше 1,3 тонн, научные приборы – около 300 кг).

Параллельно с ракетостроением развивалось телевизионное вещание. Русский изобретатель Зворыкин, иммигрировавший в США, и русский изобретатель Семён Катаев, оставшийся в СССР, в 1931-м году почти одновременно запатентовали передающую телевизионную трубку. На момент запуска «Спутника-1» на территории советов работало более миллиона фабричных телевизоров и немало самодельных, созданных радиолюбителями. Для передачи сигнала использовались наземные излучатели и ретрансляторы.

Сразу после вывода первого ИСЗ на орбиту Катаев обратился напрямик к Хрущёву с предложением использовать космические аппараты для теле- и радиовещания. То, что поднятые в атмосферу телепередатчики работать будут, доказал эксперимент, проведенный в рамках VI Всемирного фестиваля молодежи и студентов в Москве. Самолёты ЛИ-2 с высоты 4 км транслировали передачу с этого фестиваля чуть ли не на половину СССР. Королёв, верный своему энтузиазму, идею поддержал, хотя у ОКБ-1, которым он руководил, программа работ была крайне насыщенной. Проектирование спутников связи всерьёз началось только после полёта Гагарина.

Как ни парадоксально, первые эксперименты по использованию ИСЗ для передачи радиоволн проводились американскими и советскими инженерами совместно. Это были работы по приёму волн, отражённых от пассивного радиотрансляционного спутника «Эхо-2» (представлявшего собой, по сути, большое сферическое зеркало). «Эхо» разработали и вывели в космос Соединённые Штаты, зато детектированием сигнала занимались как в Московском научно-исследовательском институте радиосвязи (МНИИР), так и в Америке.

Эхо-2

Опыты по использованию космических объектов для ретрансляции предпринимались и раньше. Военные и любители давно освоили «пересылку» сообщений через отражение сигнала от лунной поверхности. Исследование передачи при помощи «Эхо-2» показало, что создавать пассивные спутники связи неразумно. Для телевидения использовались дециметровые и сантиметровые части электромагнитного диапазона – меньшие длины волн слишком быстро затухали в атмосфере. Но чем больше длина волны, тем больше должен быть размер отражателя (и приёмника). Запускать в небо большие аппараты, да ещё и без возможности полноценно управлять сигналом и ориентировкой ретранслятора, было совершенно нерентабельно. Поэтому обе космические державы взялись за создание активных ретрансляторов, имеющих собственные усилители и раздельные антенны для приёма и для отправки информации.

Сегодня принято считать, что «космическая гонка» значительно повлияла на развитие холодной войны, обостряя давние конфликты и пробуждая не вполне здоровый дух соперничества в политиках. Отчасти так и было – после полёта «Эхо-2» пути спутникового телевидения двух континентов на долгое время разошлись. Однако первоначальные межконтинентальные эксперименты однозначно свидетельствуют о том, что на уровне конструкторских бюро, обсерваторий и научных лабораторий мировые государства сотрудничали без проблем.

А теперь о погоде: «Молнии» и «Радуга»

спутник «Молния-1″

Серия «Спутников» продолжала пополняться аппаратами на орбите, но все они использовались в исследовательских целях – для уточнения положений радиационных поясов, подготовок к пилотируемым полётам, усовершенствований систем ориентации. Спутники связи проектировались с нуля.

Первый из них – «Молния 1» – был запущен в 1965-м году. До этого два запуска сорвались. В июне 1964-го подвела топливная система ракеты-носителя; в августе того же года спутник вышел на орбиту, но антенны связи не раскрылись из-за халатности персонала. Третья «Молния» сработала, как надо – с её помощью была проведена первая телевизионная передача из Владивостока в Москву. Из эксперимента спутниковое телевизионное вещание быстро стало повседневностью.

Непосредственно запусками спутников связи занимался специальный отдел ОКБ-1. Созданием приёмо-передающей аппаратуры заведовал отдел спутниковой связи и вещания МНИИР, сформированный на базе одной из лабораторий как раз в 1965-м году, когда хорошие перспективы ИСЗ стали очевидны. Вскоре запуски новых космических аппаратов стали происходить по нескольку раз в месяц.

В 1967-м году была образована первая телевизионная сеть. Она состояла из одного ИСЗ «Молния-1» и двух модифицированных орбитальных ретрансляторов, называемых «Молниями-1+». В «Молниях с плюсом» были исправлены два главных конструктивных недочёта первых спутников связи – уязвимость к воздействию радиационных поясов Земли, приводившая к быстрому износу электроники, и жёсткая привязка ко времени запуска. После работ, направленных на защиту радиооборудования спутника от излучений, срок службы ИСЗ увеличился с полугода до 3-4 лет. А привязка изначально была вызвана тем, что «Молнии-1», работавшие на солнечных батареях, должны были выходить на строго определённые промежуточные орбиты, чтобы впоследствии успешно достичь необходимой высокоэллиптической конечной орбиты. «Молнии-1+» работали «в связке» друг с другом, поэтому могли обеспечивать связь, даже если несколько спутников находятся в тени. Это позволило расширить диапазон используемых орбит.

В итоге за всю историю космонавтики работать на благо телевидения отправилось 5 «Молний-1» и больше полусотни «Молний-1+». Конструкция последних оказалась столь удачной, что на их базе, несмотря на появление других серий ИСЗ связи, продолжали создаваться всё новые и новые версии космических аппаратов: «Молнии-1Т» (использовавшиеся преимущественно в военных целях), «Молнии-2» (оказавшиеся не слишком долговечными), «Молнии-3» (которые эксплуатировались дольше всего – 29 лет).

Для приёма сигналов с «Молний» в 1967-м параллельно с появлением первой спутниковой сети в эксплуатацию ввели ещё одну сеть – наземную. Двадцать 12-метровых тарелок, разбросанных по территории СССР, объединили в телевизионную систему «Орбита». Принцип работы «Орбиты» заключался в следующем: сигнал с центрального передатчика, которым на тот момент была «Общесоюзная радиотелевизионная передающая станция им. 50-летия Октября», отправлялся на спутник, а оттуда, пройдя усилители, «рассылался» по региональным тарелкам «Орбиты». С этих радиопередатчиков сигнал уже шёл к конечным пользователям – зрителям с традиционными маломощными приёмными антеннами. Такая система позволила транслировать программы Центрального телевидения по всему Союзу – к концу 1968-го их смотрели миллионы людей. Позднее число приёмников «Орбиты» довели до 69-ти, а центральный передатчик – грандиозная башня – получила новое имя: Останкинская телебашня.

В 1965-м году США и 17 других капиталистических стран образовали собственную спутниковую телевизионную сеть – Intelsat. Хотя аппаратная часть у Советов по-прежнему была куда лучшей, Intelsat являлась международной организацией, а это выглядело перспективно. В 1971-м советские политики «дозрели» до организованного ответа и создали систему Интерспутник – тоже нацеленную на международное вещание, обмен информацией и взаимопомощь в деле технологического развития. Только к Интерспутнику относились социалистические, а не капиталистические страны; после развала СССР Интерспутник продолжил своё существование и даже стал предоставлять коммерческие услуги спутниковой связи через 17 геостационарных космических аппаратов.

Довольно долго противостояние организаций было неявным. Тем более что для СССР более значимой была другая организация, внутренняя – ЕССС, Единая система спутниковой связи. Эта сеть образовалась, когда было принято решение использовать одни и те же ИСЗ в военных и гражданских целях. В рамках программы ЕССС были разработаны космические аппараты «Радуга», они же «Грань», они же «Стационар» – первые массово выпускавшиеся спутники для геостационарных орбит.

Исторически идея выводить спутники связи на геостационарные орбиты появилась раньше, чем мысль о движении аппаратов по орбите с периодом, отличным от 24 часов. Ещё в 1945-м году Артур Кларк, инженер и будущий всемирно известный фантаст, написал популярную статью о геостационарных орбитах и их преимуществах. В этой же статье он рассчитал из энергетических соображений большинство параметров таких орбит; в англоязычной литературе их так и называют – орбиты Кларка.

Однако выведение спутников на геостационарную орбиту требовало лучшей точности расчётов, чем было возможно провести на момент проектирования «Молний-1». А главное – для доставки космического аппарата на геостационарную орбиту требовалась ракета-носитель более совершенная, чем Р-7 «Спутник» или «Молния».

В 1975-м году завершилось создание первых «Протонов», которым было суждено на долгие десятилетия стать одними из лучших ракет-носителей в мире. Тогда же доработали «Радуги». Немалую часть затрат, денежных и человеческих, взяли на себя военные – им не хватало ресурсов «Молний». Два трёхствольных передатчика «Радуг» позволяли параллельно ретранслировать сигнал на приёмники «Орбиты» и отправлять информацию, необходимую министерству обороны.

«Радуги» стали основой ЕССС; всего был запущен 31 спутник этого класса, и эксплуатировались они без малого двадцать лет. В 1978-м к «Радугам» присоединились другие «неподвижные» ИСЗ, имеющие кодовое имя «Горизонт».

Не заходя за горизонт

К середине 70-х отделы, занимающиеся созданием спутников связи, озадачили снова. Причём сразу по двум направлениям.

Во-первых, появилась насущная необходимость придумать какой-то новый тип передатчиков. Система «Орбита» была прекрасна всем, кроме своей распространённости. Невозможно было поставить металлическую тарелку с диаметром 12 метров в каждом малонаселённом регионе – просторы СССР не позволяли так роскошествовать. Это означало, что огромные территории всё ещё оставались без программ Центрального ТВ.

Во-вторых, в 1974-м организационный комитет Олимпийских игр постановил: в 80-м Олимпиада пройдёт в Москве. И принимающая сторона оказалась перед фактом, что обеспечить достаточно масштабную круглосуточную трансляцию при нынешнем положении дел на орбите нереально.

Учёные и инженеры снова взялись за логарифмические линейки, ЭВМ и чертежи. Буквально за год – как раз к вводу в эксплуатацию «Радуг» и, главное, «Протонов» – был собран первый макет будущего геостационарного космического аппарата «Горизонт». Эти ИСЗ должны были реализовывать технологию НТВ – непосредственного телевизионного вещания. Суть этой технологии заключалась в передаче сигнала напрямую на маломощные пользовательские антенны. Чем слабее антенна – тем более мощным должен быть передатчик; раньше установка таких трансляторов на внеземные объекты казалась нерациональной, теперь выбора не осталось. Тем более что «Протоны» позволяли брать на борт аппараты с тяжёлыми транспондерами: «Горизонты» весили порядка 2300 кг, а «Радуги» – 2000 кг. В то время как масса «Молний-3» ограничивалась 1750 кг.

Спутник «Горизонт»

В 1978-м был запущен первый «Горизонт»; всего за историю серии успешно функционировали 33 аппарата. Для нужд расширяющейся ЕССС решили строить новый наземный Центр космической связи, на тот момент просто «объект «Азимут М-2». Для постройки выбрали участок земли на берегу речки Дубна; поскольку «Горизонты» интересовали и ненасытное министерство обороны тоже, то строительство происходило в основном их силами. Особенно это пригодилось, когда выяснилось, что средств на жильё для будущих сотрудников Центра не выделено. Профинансировать стоквартирный дом чиновников всё-таки уговорили, а военные, учитывая, что Олимпиада пройдёт, а ЦКС останется практически в их распоряжении, строили быстро и на совесть. Сегодня Центр космической связи «Дубна» – один из ключевых координирующих объектов на территории СНГ.

В список оборудования, установленного на «Азимуте М-2», входили приёмники, изготовленные на территории Японии. Отношения СССР и «Страны восходящего солнца» на тот момент слегка потеплели, и учёные, как обычно, этим воспользовались. Также было намечено перемирие между Интерспутником и Intelsat – на крыше комплекса красовались тарелки и одной, и второй организации.

Увеличение числа мощных геостационарных телевизионных передатчиков делало целесообразным увеличение количества принимающих антенн. Пока «Протоны» трудолюбиво доставляли на орбиту «Радуги» и «Горизонты», «наземные» радиотехники дорабатывали приёмные станции «Москва». Диаметр их принимающей тарелки составлял всего 2,5 метра – немыслимо по современным меркам, но чрезвычайно прогрессивно для уровня технологий 80-х. Стандартный приёмник «Орбиты» имел диаметр больше десяти метров, а Intelsat и вовсе пользовался 32-метровыми «блюдцами». Развернуть «Москву» можно было за пару часов и без какого-либо специального оборудования – это сделало доступной ТВ-трансляцию в удалённых малонаселённых районах Союза. Наравне с «Москвой» продолжали использоваться малые ретрансляционные станции «Марс» с диаметром тарелки 7 м.

Последней крупной разработкой СССР в области спутникового телевидения были космические аппараты «Экран» – тоже геостационарные, тоже подготовленные аккурат к Олимпиаде 80-го года и тоже предназначенные для увеличения покрытия в удалённых уголках Союза. Транспондеры «Экранов» отличались повышенной мощностью – 2000 Вт против 1200 Вт у «Горизонтов», 1250 Вт у «Радуг» и 1000 Вт у «Молний-3». Это позволяло принимать сигнал через качественные индивидуальные антенны даже на Дальнем Востоке, в Сибири и за полярным кругом. Всего было выпущено 30 «Экранов», из них 6 являлись модернизированными в 1987-м году версиями – аппаратами «Экран-М».

Выше, массивней, быстрее

История создания спутникового телевидения – это история великолепного начала космической эры человечества. За считанные месяцы разрабатывались принципиально новые устройства и методики. А гениальные научно-технические решения порой находились за считанные часы, в процессе «мозгоштурмов» сотрудников конструкторских бюро, которых внезапно ставили перед фактом: «нужно уменьшить массу на 200 кг», или «запуск должен произойти в следующем году»…

До сих пор успешно используются наработки тех времён, когда процессоры компьютеров занимали сотни кубометров. Ракеты-носители «Протон», спутниковые платформы «КАУР», аппараты «Молния» – всё это по сей день является основой большинства отечественных космических разработок.

Если проанализировать технические параметры спутников связи, то окажется, что они со временем становились мощнее и тяжелее. Эта тенденция продолжается и сегодня, будто бы в противовес миниатюризации пользовательской электроники: телефонов, ПК, телевизоров. Громоздкие конструкции и высокие напряжения отправляются на орбиту, чтобы на Земле становилось просторнее. Во многом этому способствует развитие цифровых технологий, которые позволили повысить плотность потоков данных во много раз.

Но «нагружать» космические аппараты до бесконечности невозможно. Рано или поздно конструкторам придётся отказаться от опыта своих гениальных и бесконечно упорных предшественников, чтобы вернуться к их методам работы. К мозговым штурмам и поискам кардинально новых решений.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.