«Знание - сила» №7 1961 год
В КОСМОСЕ
Ф. ЧЕСТНОВ
ВСЕОБЩАЯ СВЯЗЬ
Вот уже три десятилетия астрономы всего мира пристально слушают радиоволны Вселенной. То слабым, то сильным всплеском радиоизлучения заявлял о себе далекий голос космоса, доносившийся до Земли, И вдруг 12 апреля 1961 года в этом радиошуме внеземного происхождения операторы уверенно различили русскую речь: «Наблюдаю Землю. Видимость хорошая. Слышу вас отлично». Космос впервые заговорил человеческим голосом! То наш первый космонавт Юрий Гагарин докладывал Родине по радио о первом в истории полете человека в межпланетном пространстве.
Вместе с советскими спутниками и ракетами уверенно прокладывает путь в космические дали и радиотехника. Не за горами день, когда невидимые линии радиосвязи протянутся через мировое пространство к кораблям, устремившимся к другим планетам. А со временем даже мы, земные жители, будем разговаривать между собой через космос.
Наши современники, в отличие от людей прошлых веков, очень подвижны. Они пользуются услугами самых разнообразных видов транспорта — сухопутного, водного, воздушного. Много времени мы проводим в пути, часто вдали от дома, от места работы. Круг людей, которых знает человек, с которыми поддерживает те или иные отношения, становится все шире и шире. Темп жизни ускоряется. И все это требует весьма совершенной и гибкой связи.
Связисты напряженно работают над тем, чтобы обеспечить быстрое соединение по телефону не только людей, находящихся в пределах одного населенного пункта или района, но и абонентов, живущих в разных уголках страны, в разных государствах, в разных концах планеты. Для этой цели изобретается и внедряется много новой техники.
Для быстрой связи применяют передвижные радиостанции. Если такая станция имеет большую мощность, ее размещают в автомобиле, а маломощную может носить человек. Довольно широко в современной аппаратуре используются полупроводниковые усилители, которые обладают ничтожными размерами и требуют совсем небольшого расхода электроэнергии.
Карманные радиотелефоны на полупроводниках и микромодулях, со временем будут доступны всем и тогда станет возможным осуществить старую и заветную мечту связистов — так называемую всеобщую связь, призванную соединить постоянно действующим карманным телефоном всех людей.
Идею всеобщей связи уже сегодня обсуждают глубоко и всесторонне. Считают, что наподобие телефонного номера за абонентом будет закреплена радиоволна, на которой он сможет разговаривать со всеми, кто имеет такие же аппараты.
Конечно, радио не вытеснит заслуживший добрую славу обыкновенный телефон, а дополнит его, значительно расширит возможности электрической проводной связи.
Трудности предстоят огромные. Ведь карманных радиостанций окажется очень много — миллионы, миллиарды. Работать они поэтому будут на ультракоротких волнах — в самом обширном радиодиапазоне. Но, как известно, наземная связь на этих волнах, как правило, ограничена небольшими расстояниями, которые зависят от того, насколько высоко подняты антенны передатчика и приемника. Карманные же радиостанции не могут обладать значительной мощностью и иметь высоких антенн. Как быть?
По-видимому, придется объединить принцип ведения обычной связи между двумя абонентами с принципом радиовещания, когда передача ведется для всех и ее может слушать каждый.
Предположим вам нужно переговорить со знакомым, который живет в одном городе с вами, но неизвестно, где сейчас находится. Ваш вызов, переданный на ультракоротких волнах, достигнет ближайшей стационарной приемной радиостанции, собирающей все радиозапросы в ее районе. Без малейшей задержки запрос направляется на центральную станцию, с которой связаны все районные. Здесь сигналы усиливаются и с высокой антенны, возвышающейся над городом, снова посылаются в эфир на той же волне, которую вы выбрали.
Ваш знакомый услышит этот вызывной сигнал, как он услышал бы, пользуясь радиоприемником, обыкновенную радиовещательную передачу. Он включит свой передатчик и на волне вашего приемника ответит на вызов. Следовательно, приемник любого карманного радиотелефона всегда настроен на одну и ту же, закрепленную за ним волну, и только передатчик приходится переключать на волну вызываемого абонента.
Труднее обеспечить связь между двумя удаленными пунктами или районами. Сейчас мы прибегаем к услугам междугородной станции и ждем, пока нас соединят. Порой задержка тянется долго. Это, конечно, недостаток связи. Мириться с ним становится все труднее.
Однако радио имеет все возможности, чтобы обеспечить такую связь, при которой можно забыть о расстояниях. В решении этой сложной задачи большую роль должны сыграть искусственные спутники Земли, которые уже широко используются для всевозможных научных наблюдений. Эти разведчики космоса отлично помогут в организации наземной связи между удаленными пунктами.
Вот один из широко известных проектов.
Представим себе большой спутник, оснащенный оборудованием, похожим на то, которое устанавливают на современных АТС, но не проводным, а радиотехническим. Запущенный в плоскости экватора в сторону вращения земного шара на высоту 35 800 километров, такой спутник будет неподвижен относительно земного наблюдателя. И с него будет обозримо почти все полушарие. Три подобных спутника, размещенных на той же орбите на одинаковых расстояниях друг от друга, смогут обслуживать радиосвязью всю планету. Каждый из спутников будет выполнять роль промежуточного пункта (ретранслятора), через который и станет осуществляться связь на ультракоротких волнах на больших расстояниях по земной поверхности. Это позволит вызывать абонентов из любого населенного пункта столь же быстро, как если бы они жили все в одном городе.
Любопытно отметить, что при такой «космической» организации связи карманный передатчик должен будет посылать радиосигналы, отличающиеся от тех, которые используются для разговора внутри своего города. Тогда районная приемная станция сможет отделить их от местных переговоров и направит на междугородную станцию, где сигналы попадают на местный ретранслятор, связанный со спутником. Ваш разговор вольется, как невидимый ручеек, вместе с тысячами других разговоров в общий поток сигналов, который в виде тонкого радиолуча направится к спутнику. А со спутника радиосигналы устремляются в обратный путь — к междугородной станции вызываемого города, оттуда к центральной городской радиостанции связи и, наконец, попадут к вашему абоненту.
Таким образом, радиоцентр, созданный на спутнике, сможет выполнить роль мировой автоматической телефонной станции. Разговаривать по телефону можно будет в любое время с каким угодно пунктом земного шара!
Связь будущего станет не только быстрой и гибкой, но и неизмеримо более совершенной, чем современная. Радиоконструкторы, бесспорно, создадут индивидуальный видеофон — радиотелефоннотелевизионный приемопередатчик на микромодулях. Маленький, величиной с портсигар, но прочный и надежный, он станет такой же привычной принадлежностью человека, как сегодня — ручные часы. Нажав одну из кнопок и выбрав соответствующую волну, вы услышите концерт. Сделав переключение на другую волну — увидите на экране кинофильм или спортивное состязание, а набрав номер своего знакомого, вы увидите и его и сможете вести с ним беседу.
Создание такой системы очень заманчиво. Но и на этом пути необходимо решить много трудных задач. Некоторые из проблем придется разрешать конструкторам, другие — инженерам-технологам, третьи — экспериментаторам, четвертые — ученым-теоретикам.
Потребуются портативные и удобные источники электропитания. Уже сейчас для этого готовятся системы крошечных, но емких батарей и аккумуляторов. Первые образцы их созданы. В них используется энергия излучения радиоактивных материалов. Подобные источники тока будут долгие годы работать без замены и подзарядки.
А вот другая важнейшая забота радиоспециалистов — проблема строжайшей экономии в использовании радиодиапазона. С каждым годом в эфире становится теснее. Свободных участков диапазона почти не остается. А что будет во времена всеобщей связи? Ведь если каждый человек заведет собственный карманный радиотелефон, то число работающих радиостанций умножится в миллионы раз. Эфир наполнится сотнями миллионов всевозможных передач, вызовов, разговоров. Хватит ли для всех того резерва радиоволн, который не очень щедро отпустила нам природа?
Ответить сейчас на такой вопрос нелегко, ибо нельзя предугадать все пути, по которым пойдет развитие радиотехники. Но борьба за разумное ограничение ширины потока электромагнитных колебаний, посылаемых работающими станциями в эфир, ведется непрерывно. Есть все основания надеяться, что в недалеком будущем практическая радиотехника одержит здесь новые победы.
Исследования показывают, что поток электромагнитных колебаний буквально во всех областях связи можно значительно сократить без ущерба для качества передачи. Это касается и телефона, и радиосвязи, и телевидения. При телевизионной передаче, например, полосу частот допустимо снизить в сотни раз. И вот почему. Сейчас в эфир посылается абсолютно все, что попадает в поле зрения передающей телевизионной камеры, в том числе и огромное количество совершенно ненужных деталей. Со временем, очевидно, удастся создать телевизионный передатчик, посылающий в эфир не все, что он «видит», а только некоторые, самые необходимые сигналы — сигналы, воспроизводящие не само изображение, а указания о том, как оно меняется. Этот «думающий» передатчик будет действовать как человеческий глаз и мозг, воспринимающие лишь то, что им интересно. Конечно, передача при этом станет несколько менее точной, но этого не заметит даже самый внимательный зритель, как мы не замечаем ненужных, второстепенных подробностей того, на что смотрим.
Кроме того, большую экономию сулит кодирование информации при радио— и телевизионных передачах. Подобно тому, как передает буквы телеграфист, отстукивая ключом точки и тире, удастся с помощью простых условных сигналов передавать сложнейшие изображения. А кибернетический телевизионный приемник, получая эти сигналы-команды, будет расшифровывать их и составлять изображения из «известных» ему фигурных элементов. Код может быть составлен так экономно и целесообразно, что полоса передаваемых частот (сигналов) уменьшится еще в несколько раз.
Словом, при такой системе связи вся сложность работы ляжет на передающий и приемный аппараты, а канал передачи будет менее загружен. Значит, в том же диапазоне радиоволн можно будет разместить значительно больше работающих радио— и телевизионных передатчиков, чем размещается сейчас.
Наконец — еще одна проблема, решить которую необходимо перед внедрением всеобщей связи.
Одновременная работа огромного количества радиостанций требует того, чтобы каждая из них строго держала заданную ей длину радиоволны. При большой тесноте в эфире даже незначительный «уход» волны в сторону, когда радиочастота становится чуть-чуть меньше или больше установленной, грозит вторжением в работу тех радиостанций, радиочастоты которых близки к вашей. Мало того, если волна вашего передатчика не будет строго постоянной по длине, вы рискуете потерять своего корреспондента: он вас не услышит.
Вообразите большое поле и широкий ряд гоночных автомобилей на старте, причем каждому из них отведена для езды узкая прямолинейная дорожка. Вот автомобили срываются с места и на громадной скорости устремляются к финишу. Каждый гонщик должен крепко держать руль, чтобы вести машину строго прямо и не сойти со своей дорожки. Малейшая оплошность — и он рискует попасть на дорожку соседа, что повлечет за собой катастрофу. Что-то похожее может случиться и в эфире во времена всеобщей связи. Правда, «столкновение» радиоволн не вызывает подобных бедствий, но сорвать связь своего «соседа по эфиру» не трудно, если «заехать на его волну».
Точность настройки не должна, конечно, зависеть от владельца карманной радиостанции. Его дело выбрать нужную волну. А следить за тем, чтобы она не менялась при разговоре, обязан сам передатчик. И это дело непростое. Существует множество факторов, стремящихся сбить настройку станции. Радиоконструкторам придется еще много повозиться, решая задачу стабильности частоты передачи. Надо сказать, что в решении этой проблемы достигнуты уже немаловажные успехи. По сообщениям зарубежной печати, удалось разработать генератор, создающий радиоволны длиной 31 сантиметр, который обладает стабильностью около 1 : 100 000 000 000 000. Это значит, что только после того, как генератор выработает миллион миллиардов колебаний, частота, на которую он настроен, может отклониться на одно колебание в секунду. Для передатчика с длиной волны 21 сантиметр такое отклонение наступит лишь после беспрерывной работы его в течение недели. Срок солидный.
Радиотехника успешно осваивает сейчас радиоволны длиной в несколько миллиметров. Перед радистами открывается небывалый простор, какого они не знали никогда. Это еще «целинные земли» радио. Но, несомненно, со временем и этот участок эфира будет заселен. В диапазоне миллиметровых волн разместятся миллионы радиостанций. А в дальнейшем, когда количество передатчиков станет исчисляться сотнями миллионов, придет пора широко использовать для связи и радиоволны длиной меньше миллиметра.
Углубляясь все дальше и дальше в диапазон наиболее коротких радиоволн, мы попадаем в область электромагнитных колебаний, которые представляют собой не что иное, как инфракрасные лучи, граничащие с лучами видимого света. Так радиотехника смыкается с оптикой. И нужно сказать, что очень короткие радиоволны ведут себя во многих отношениях подобно световым.
Свет, как известно, поглощается земной атмосферой. Особенно это заметно во время тумана и в пасмурную погоду. Теряет часть своей энергии и радиоволна при прохождении через атмосферу. Молекулы водяного пара, кислорода и других газов состоят из электрически заряженных частиц и обладают магнитным полем. Значит на них может действовать бегущее со скоростью света электромагнитное поле волны. Если проходит волна, с которой эти частицы «настроены в резонанс», они начинают сильно колебаться. В результате часть энергии волны отдается молекулам водяного пара, молекулам газов, то есть расходуется совершенно бесполезно. Это и есть потери в атмосфере — то, что называют поглощением.
Наиболее сильно поглощаются самые короткие волны: сантиметровые, миллиметровые и те, что измеряются долями миллиметра. Для некоторых из них наша атмосфера почти непрозрачна, поддерживать на этих волнах связь со спутниками будет или очень затруднительно, или даже невозможно. В то же время исследования последних лет показали, что многие волны тех же диапазонов проходят через воздушную оболочку Земли вполне успешно. Видимо, атмосфера имеет многочисленные «окна прозрачности» для радиоволн вполне определенных длин. И через эти «окна» можно будет посылать радиосообщения на спутники, слушать ретранслируемые оттуда передачи.
Вы видите, проблем, связанных с созданием системы всеобщей связи, больше чем достаточно, и все они весьма сложны. Но препятствия эти, безусловно, преодолимы.
Человек уже шагнул за пределы своей планеты. Запуски спутников и автоматических станций, полет отважного советского космонавта Юрия Гагарина вокруг Земли предвещают новые технические завоевания не только в освоении межпланетного пространства, но и в радиотехнике. Всемирное телевидение, высококачественное радиовещание на ультракоротких волнах для всей нашей страны, всеобщую связь по радиотелефону — вот что может дать в недалеком будущем новая наука, получившая название космической радиоэлектроники.