elektronik sigara Космическое телевидение: скромно в авангарде

jornal

A+ A A-

Космическое телевидение: скромно в авангарде

Оцените материал
(1 Голосовать)

А. А. Умбиталиев, док. техн. наук

А. К. Цыцулин, док. техн. наук
Введение
Космическое телевидение - уникальное явление в длинной истории человеческого познания. Энциклопедические словари отождествляют его с космовидением, утверждая, что «Космовидение (космическое телевидение) — непосредственная передача и приём сетью телевизионного вещания изображений с борта космического аппарата, находящегося в космическом пространстве или на поверхности другой планеты». Но, как всякое крупное научно-техническое направление, космическое телевидение
породило несколько ветвей развития техники, получивших относительную самостоятельность. Это космические телевизионные ретрансляторы,астродатчики, системы дистанционного зондирования Земли из космоса.31
Конечно, последние используют методы не только космического телеви-дения, но и активной локации, и не только видимую часть спектра, а широкий диапазон волн. Вместе с тем, именно космическое телевидение является ядром дистанционного зондирования.
         История космического телевидения — неотъемлемая часть истории нашей страны и человеческой цивилизации в целом.
     История — это политика, обращённая вспять, и в ней существует множество противоборствующих сил. Например,энциклопедия «Ракетная и космическая техника» 2003 г. не упоминает об эпохальном событии рождения космического телевидения. И даже в российских средствах массовой информации встречаются ложные утверждения, например, о том,что во время полёта Ю.А. Гагарина космического телевидения ещё не было. Будь то
невежество или злой умысел — ему необходимо противопоставить широкую пропаганду достижений отечественной науки и техники. Сразу заметим, что смысл запуска большинства космических аппаратов состоит именно в получении видеоинформации.
               Отец космонавтики С.П. Королёв утверждал, что спутник, запущенный в космос без радиотелевизионной аппаратуры, похож на камень, брошенный из средневековой пращи.То, что космическое телевидение находится во многом в тени, долгое время было обусловлено режимом секретности.Так, до выхода книги, обобщившей опыт ВНИИ телевидения в проектировании и эксплуатации космических телевизионных систем, было крайне мало научно-технических публикаций на эту тему.
Исторический экскурс
Этап становления космического телевидения охватывает период 1956 — 1966 годов. Этот период активный участник освоения космоса академик Б.В. Раушенбах назвал спортивно-романтическим, когда получение практической пользы от космических полётов являлось второстепенной задачей, а главным было — проникновение в неизведанное, стремление увидеть то, что никто не видел.Понятия «космос» и «телевидение» первым объединил создатель электронного телевидения В.К. Зворыкин. В 1954 г.(за три года до запуска С. П. Королёвым первого искусственного спутника Земли) он заканчивает второе издание книги «Телевидение» словами: «Наконец, предположим, что главные трудности проблемы межпланетных путешествий уже решены, и специальный корабль, который сможет благополучно достичь поверхности Луны, уже сконструирован. Несомненно, что такой корабль будет послан в первый полёт без человека-наблюдателя на борту. Также несомненно, что в числе многих приборов, установленных на нём, для того, чтобы передавать информацию о ходе этого путешествия, важнейшую роль будут играть телевизионные камеры. Увидеть впервые Луну и другие планеты с близкого расстояния мы, несомненно,сможем глазами телевидения, которое откроет нам виды новых миров».
Мысли о космосе среди побудительных мотивов Зворыкина были изначально. О периоде работы в Петербургском технологическом институте в 1910-х годах он вспоминал: «Особого интереса электронное телевидение в институте не вызывало. Мне говорили, что я пытаюсь заменить человеческий глаз. Я же спросил, в свою очередь: а вы можете увидеть своими глазами обратную сторону Луны?».Символично, что Зворыкин изобрёл передающую электронно-лучевую трубку — иконоскоп и продемонстрировал первую полностью электронную систему телевидения в том же 1933 году, когда С.П. Королёв запустил свою первую ракету в ГИРДе. Именно с этой даты ведётся отсчёт практических работ по телевидению и ракетной технике, которые впоследствии объединились. Любопытно,что в том же 1933 г. советский фантаст А. Беляев написал роман «Прыжок в ничто», посвящённый К.Э. Циолковскому и пропаганде пилотируемой космонавтики. В романе выдвигается идея телевизионной связи Земля–космический аппарат и утверждается необходимость для космического корабля: «организовать не только двустороннюю радио-телефонную связь Земля — «ковчег», но и установить на «ковчеге» супертелевизор,дающий возможность пассажирам видеть всё происходящее в любом уголке Земли.Предполагалось, что центральные телевизионные радиоустановки, имеющиеся в столицах и крупнейших городах, будут шифром передавать радиоизображения на станцию, транслирующую их «ковчегу»».В. К. Зворыкину повезло — он дожил до времени, когда его электронно-лучевые трубки стали использоваться не только на Земле, но и в космосе.
            Впервые в прессе Королёв заявил о Луне как близкой цели в декабре 1957 г.,и для реализации этой идеи он инициировал выход Постановления СМ СССР от 20.03.58 № 343-166, изложив технические подробности в работе «О программе исследования Луны».
  «Мне выпало великое человеческое счастье трудиться в этом большом увлекательном деле — редкое для человека счастье! Вот и лирики немного, вероятно,русский человек без этого не может…» — писал Сергей Павлович жене. Эти строки показательны датой их написания — 1 октября 1959 г., во время непосредственной подготовки на Байконуре запуска КА «Луна-3» с телевизионной аппаратурой «Енисей» для наблюдения обратной стороны Луны. Запуск прошел успешно и навсегда вошел в историю человечества. В память об этом событии (октябрь 1959 г.) на фасаде здания НИИ телевидения установлена мемориальная доска. «Спортивно-романтический» этап становления космического телевидения («королёвское» десятилетие) отмечен выдающимися достижениями:
1. Первой в мире системой космического телевидения «Енисей» (бортовая и наземная аппаратура ВНИИТ), установленной на 32
космической станции «Луна-3» 
и передавшей человечеству первые телевизионные сигналы из космоса. «Енисей»— первый экземпляр космической информационной машины, выполняющей функции телескопа. И не просто телескопа, а вынесенного туда, где ещё нельзя было оказаться человеку. Октябрь 1959 г.— дата рождения нового класса информационных машин.
2. Первыми в мире системами передачи с обитаемых спутников и пилотируемых космических кораблей. Музей ВНИИ телевидения хранит телекамеру,которая передавала из космоса изображение Ю. А. Гагарина.
3. Системами космовидения с вещательной кадровой частотой. Важно, что до «Востока-3» (1962 г.) сигналы космического телевидения, имевшие весьма скромное качество, принимались лишь специалистами. 11 августа 1962 г. были проведены первые в мире непосредственные передачи телевизионного изображения с космического летательного аппарата «Восток-3» в сеть телевещания европейских стран и СССР.
4. Метеорологической телевизионной системой для среднеорбитальных спутников I поколения. Период разработки и изготовления 1958-1964 гг. Первый аппарат типа «Метеор» запущен в августе 1964 г на космическом аппарате «Космос-44». Это первая отечественная система,которая реализовала замысел С. П.Королёва, изложенный в первом ТЗ от 1956 г. о наблюдении Земли из Космоса с орбит высотой около 500 км.
5. Телевизионной системой КА «Зонд-3», реализовавшей замысел С.П. Королёва о создании лунного глобуса, для чего потребовалось устранить «белые пятна», оставшиеся после эпохальной операции 1959 г. «Зонд-3» впервые в мире (до полётов американских КА «Лунар орбитер») завершил подробный осмотр обратной стороны Луны.
6. Телевизионной передачей первого в мире выхода человека в открытый космос (1965 г.) 7. Телевизионной системой КА «Луна-9», осуществившей передачу панорамы лунной поверхности после мягкой посадки на Луну.
8. Телевизионной системой КА «Молния-1» (1966 г.). Телекамеры на высокоорбитальном связном спутнике устанавливались по прямому указанию С.П. Королёва (при сопротивлении ответственных за космическую связь). Именно телекамеры с КА «Молния» впервые в мире реализовали замысел С.П. Королёва о «телевизионном взгляде сразу на всю Землю». Позже качество изображений возросло, но эти первые изображения Земли с высокой орбиты вошли в ряд первых выдающихся достижений космического телевидения наряду с первыми изображениями обратной стороны Луны и с изображением Ю. Гагарина, полученным во время первого полёта человека в космос. Историческая значимость телевизионной аппаратуры, встроенной в королёвскую «великолепную семёрку» (ракету Р-7), связана не только с прагматическим аспектом получения первых изображений из космоса и не только с идеологическим пафосом космического полёта,ставшего нашей национальной гордостью.Это достижение советской космической техники, опередившей американскую,имеет важное значение и с точки зрения познания мира, и с точки зрения методологии приборостроения.
32.2    Дальнейшие отечественные достижения в области космического телевидения для исследования планет связаны с исследованиями Луны, Венеры, Марса,кометы Галлея. В 1970 г. по Луне путешествовал «Луноход-1», управляемый с Земли по сигналам с установленных на нём телекамер. Первые телевизионные изображения поверхности Венеры получены с помощью КА «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 г.; цветные панорамы Венеры переданы на Землю КА «Венера-13» и «Венера-14» в 1982 г. Наблюдение Марса с низкой орбиты осуществлено КА «Марс-4» и «Марс-5» в 1973 г., спутника Марса Фобос в 1988 г. Пролёт мимо кометы Галлея и передача её телевизионных изображений осуществлёны в 1986 г. Идея фантаста А.Беляева о передаче телевизионного сигнала на борт КА, названная «телевизионным мостом» «Земля-орбита» впервые в истории космонавтики была реализована в 1979 г. на космической станции «Салют-6».
Метеорологический геостационарный спутник «Электро» (ВНИИЭМ) с телевизионной аппаратурой «Метеорит-Планета» (ВНИИТ) передавал изображения полного диска Земли в видимом и инфракрасном диапазонах (1995 г.).Завершая исторический экскурс, стоит отметить, что первый искусственный спутник Земли был запущен в нашей стране в год 100-летия со дня рождения К.Э. Циолковского, а первый космический аппарат с телевизионной системой на борту запущен, опять же в нашей стране, в год 100-летия со дня рождения А.С. Попова.
 Современное космическое телевидение
     Естественно, что космическое телевидение стало не только мощным научным инструментом, но вошло в арсенал оборонных средств. Космическая разведка стала самым оперативным средством получения важнейшей для обороны информации. На начальном этапе развития космических разведывательных средств телевидение сосуществовало с фотографическими методами разведки, но постепенно стало главным средством контроля Земли в реальном времени.Самым оперативным звеном оборонного космического телевидения стали системы обнаружения стартов ракет. Их первое поколение было практически одновременно создано в США и в СССР (опытные образцы в конце 1960-х, штатные — в начале 1970-х гг.). Системы базировались на высокоорбитальных космических аппаратах с различными способами стабилизации.
      Каждое из современных направлений космического телевидения имеет большое количество реализаций. Спутниковое телевещание сейчас обеспечивается сотней геостационарных КА. Эти системы создают многие отечественные предприятия: НПО космического приборостроения, ВНИИ телевидения, Институт космических исследований (ИКИ РАН), ОКБ МЭИ, ГОИ им. С. И. Вавилова, ВНИИЭМ, и многими другие. Число компаний, принимающих участие в создании, запуске и эксплуатации систем космического телевидения – как соисполнителей целевой аппаратуры (ЛОМО, КМЗ, ЦНИИ «Электрон», «Пульсар» и др.), так и космических аппаратов и средств их вывода в космос, а также космодромов и др. объектов исчисляется десятками. Можно сказать, что хотя в СССР на космические разработки тратилось чуть более одного процента государственного бюджета, но к общей работе «на
космос» была причастна бόльшая часть промышленности страны. Сейчас выделяемые средства из госбюджета России значительно скромнее. Это факт, имеющий очевидные последствия.
       В настоящее время весь мир пользуется космическими изображениями,которые транслируют американские спутники «Геосат», Метеосат», «Иконос». Принимать «картинку» можно не только через Интернет, но и с помощью собственных приёмных станций. Отечественное космическое телевидение представлено на МКС, на космических аппаратах «Ресурс ДК», «Монитор-Э», «Метеор-М» и ряде оборонных КА. Сегодня космические аппараты дистанционного зондирования Земли (самое массовое явление космического телевидения) имеют многие страны,хотя и не многие из них имеют собственную ракетную технику для доставки КА на орбиту.
        Усовершенствованы телесистемы контроля стыковки космических аппаратов,удовлетворяющие потребности ФКА,НАСА и ЕКА.Технические возможности космического телевидения в отношении передач в реальном времени (так называемый «телемост») были наглядно показаны,в частности, при организации прямого приветствия космонавтов с борта МКС участникам торжественного заседания в Санкт-Петербурге 4 октября 2007 г.,посвящённого 50-летию запуска первого искусственного спутника Земли.
         В космическом телевидении, также как и в наземном, произошла так называемая твердотельная революция. Электронно-лучевые приборы ушли в прошлое. Сегодня примененяются два типа фотоприёмников: матричные в системах реального времени и линейные в системах исследования Земли.
        Космическое телевидение, так же как и наземное, становится цифровым. В силу того, что космические системы часто не связаны с необходимостью технического сопряжения с парком телевизионных приёмников, методы цифровой передачи и обработки сигналов в нём были освоены на тридцать лет раньше, чем в телевизионном вещании.
Общие перспективы
Как и сейчас, в будущем космическое телевидение будет ответственно за сбор и передачу информации. Гражданские и оборонные системы, благодаря применению адаптивной оптики с большой апертурой, позволят увеличить разрешение в 10-20 раз.При этом будут созданы гиперспектральные системы с потенциально большим количеством спектральных каналов (до тысячи) и охватывающие практически весь диапазон электромагнитного излучения — от ультрафиолетового до инфракрасного. Эти тенденции вызовут необходимость резкого увеличения не только пропускной способности каналов связи, но и производительности бортовых компьютеров, которые будут обеспечивать предварительную обработку изображений и передачу на Землю лишь целевой компоненты полученной видеоинформации.
      Космическое телевидение вещательного направления будет не только цифровым, но и перейдёт к форматам высокой и сверхвысокой чёткости, а затем станет и объёмным. При этом будут развиваться и методы кодирования сигналов, доминирующий сейчас стандарт MPEG в задачах кодирования многомерных телевизионных сигналов уступит место более универсальным и скоростным алгоритмам.
          Наряду с прагматическими аспектами использования космического телевидения,будет проявляться и познавательная черта человеческой цивилизации. Возникнут постоянно действующие научные станции на Луне, в том числе на её обратной стороне, продолжится подготовка пилотируемого полёта на Марс, будут созданы новые крупные системы внеатмосферной астрономии.Так же, как и гиперспектральные системы исследования Земли, астрономические системы характеризуются огромной информационной производительностью. Например, планируются варианты с числом элементов в кадре из набора фотоприёмных матриц до 1 Гигапикселя. Большинство крупных космических проектов будут реализованы как международные.Усиливаться будут не только вещательные или землепользовательские сегменты космического телевидения, но и оборонные. Не случайно «США и НАТО предусматривают активные меры по недопущению использования противником его средств дистанционного зондирования земной поверхности из космоса, спутников связи, телекоммуникации, разведки,навигационного обеспечения, метеоразведки — систем критически значимых для организации эффективного противодействия». В отличие от метеорологических и землепользовательских, строящихся исключительно с использованием линейных фотоприёмников и развёртки изображения за счёт полёта спутника по орбите, оборонные системы космического телевидения, как и системы внеатмосферной астрономии, будут строиться и с использованием матричных фотоприёмников.
Федеральная космическая программа на 2006–2015 гг. предусматривает значительные бюджетные вложения во все отрасли космонавтики, включая космическое телевидение — это и космические телевизионные ретрансляторы, и системы беспилотной космонавтики для исследования Земли из Космоса и внеатмосферной астрономии, и системы пилотируемой космонавтики, включающие наблюдение внутри космических кораблей и вне их, передачу телевизионных сигналов между космическими аппаратами,
с них на Землю и с Земли на них; предусматривается создание ряда СБИС класса системы на кристалле, в том числе и для космического телевидения, призванные в несколько раз увеличить срок эксплуатации аппаратуры на орбите. Согласно этой программе обеспечивается наращивание и поддержание орбитальных группировок, в том числе:
- системы фиксированной космической связи и телевещания в составе 26 космических аппаратов;
- многофункциональной системы ретрансляции в составе 2 космических аппаратов;
- системы космического метеорологического мониторинга в составе 3 космических аппаратов четвертого поколения и 2 космических аппаратов третьего поколения;
- системы космического мониторинга окружающей среды в составе 5 космических аппаратов;
- космических комплексов для проведения фундаментальных космических исследований в составе 3 обсерваторий для астрофизических исследований;
- 3 космических аппаратов для исследования Солнца и солнечно-земных связей; 1 космического аппарата для исследования Луны;
- российского сегмента международной космической системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ в составе 2 космических аппаратов;
- российского сегмента международной космической станции.
Долгосрочные прогнозы сделать труднее, но мы приведём развёрнутую цитату из программного доклада, с которым можно во многом согласиться:
«С начала космической эры на геостационарную орбиту выведено более 800 космических аппаратов, принадлежащих различным государствам или международным корпорациям связи. Теснота на геостационарной орбите приведет к борьбе за стратегически выгодные точки размещения будущих мощных многоцелевых станций.Перефразируя высказывание одного из американских сенаторов, я бы сказал — «кто будет хозяином на геостационарной орбите и на Луне, тот будет править и на Земле». В начале XX века многое из того, чему мы уже не удивляемся, было уделом писателей-фантастов. Назову некоторые из отечественных достижений:Автоматическое сближение и стыковка космических аппаратов. Надежность этого процесса подтверждена статистикой сотен реальных стыковок.Российские стыковочные агрегаты до сих пор не имеют конкурентов. Эта российская техника будет в полной мере использована в различных программах XXI века… 
    Темпы развития современных глобальных информационных и навигационных технологий, использующих космические системы, позволяют утверждать,что в ближайшие 10-15 лет видеосвязь по принципу «каждый с каждым» во всем мире будет так же доступна, как современные карманные мобильные телефоны».
Для реализации перспектив космического телевидения предстоит решить ряд проблем, среди которых:
1. Восстановление орбитальной группировки космических аппаратов, обеспечивающей землепользовательские,оборонные, метеорологические, картографические, и др. потребности страны с помощью систем космического телевидения.
2. Создание отечественной микроэлектронной базы, существенно отставшей от мирового уровня. Космическое телевидение нуждается в широкой номенклатуре отечественных КМОП СБИС,построенных как системы на кристалле и видеосистемы на кристалле (для различных спектральных диапазонов), обеспечивающие эффективное кодирование световых и электрических сигналов и длительную эксплуатацию на орбите в условиях космической радиации.
3. Создание космических адаптивных оптических систем, обеспечивающих потенциально высокую разрешающую способность, в которых телевизионные методы применяются как в информационном канале высокой пространственной чёткости, так и в измерительном канале оценки искажений волнового фронта, отличающемся сверхвысокой кадровой частотой.
4. Создание гиперспектральных систем с потенциально большим количеством спектральных каналов, число которых определяется интенсивностью отражённого Землёй солнечного излучения и пропускной способностью каналов связи ботовых систем с наземными пунктами.
Ближний «горизонт»
Научно-исследовательский институт телевидения (НИИТ) сегодня — это многопрофильное специальзированное предприятие оборонно-промышленного комплекса, разрабатывающее уникальную аппаратуру по наиболее значимым направлениям телевизионной и оптико-электронной техники. Предприятие оборудовало телевизионной техникой около 150 телецентров, 200 кораблей ВМФ и более 300 космических аппаратов. Приведем здесь лишь некоторые из наиболее перспективных разработок института, которые могут получить свою «космическую прописку» уже в ближайшем будущем.
1. Стереоскопическая телевизионная система контроля и управления стыковкой космических кораблей и станций.
Решаемая задача: создание нового класса пассивных (неизлучающих) систем контроля стыковки, обеспечивающих существенное увеличение дальности измерения пространственных координат космических аппаратов (КА).Применение нового класса телевизи-
онных систем позволит отказаться от активных (лазерных) методов контроля и на порядок увеличить дальность измерения пространственных координат,ориентации и скорости КА.В плане системных усовершенствований, существующие телевизионные системы, размещаемые внутри и вне гермоотсека КА, целесообразно дополнить двумя комплексами:
а) Стереоскопической системой измерения дальности до объектов в интересах контроля стыковки КА, которая, благодаря повышению четкости телекамер и большой базе между ними (порядка 2 метров) обеспечит измерение дальности до КА на дистанциях, начиная от 15 км.
б) Системой контроля расстыковки ступеней ракеты-носителя в ходе выведения КА на орбиту.Главным представляется внедрение стандарта телевидения высокой четкости (ТВЧ) с 1920х1080 элементами разложения (формат 16:9) при прогрессивной развертке. Необходимой мерой при внедрении нового поколения ТВ-систем станет обеспечение сопряжения таких телекамер с временно сохраняемыми устройствами отображения телевизионных сигналов, ориентированных на ГОСТ с числом элементов 720х576 (формат
4:3) при чересстрочной развертке. Предусмотрен и дополнительный режим работы телекамеры, что увеличит ее чувствительность в четыре раза.
2. Пакет усовершенствований,дающих качественно новый уровень работы радиоканала.34
Предлагается несколько направлений работы, главное из которых — модернизация бортовой ТВ-системы «Клест-М» с переводом ее на телевизионную цифровую радиолинию. Внедрение предлагаемых инноваций обеспечит:
- решение проблемы электромагнитной совместимости между каналом связи «Клест-Орион» и операторами сотовой связи;
- повышение энергетического потенциала канала связи «Клест-Орион» на 16-18 дБ, следствием чего станет возможным построение мобильного варианта приемного телевизионного комплекса (ПТК) и снижение излучаемой мощности, тепловыделения и энергопотребления орбитального бортового передающего устройства «Клест»;
- повышение качества передаваемого видеоизображения,
- увеличение количества одновременно работающих бортовых телекамер (камеры внутреннего наблюдения, камеры внешнего наблюдения за конструкцией РКН и др.).
Описанное здесь компактное оборудование цифровой радиолинии для системы телевизионной связи с КА стало примером быстрого прохождения всех этапов — от замысла до внедрения — за два года. Помимо качественных технических преимуществ, новая приемо-передающая аппаратура стала легче в сотни раз.К примеру, наземная антенна прошлого поколения имера размеры 15х15 метров,новая («цифровая») — 3х3 м. Ядро коллектива разработчиков составили опытные практики офицеры запаса — начальник научно-производственного комплекса НИИ Телевидения Вадим Александрович Иванов, начальник сектора Юрий Германович Богданов, ведущий конструктор Валентин Борисович Авдеев.
3. Создан необходимый задел для разработки аппаратуры цифровой линии передачи видеоинформации и служебных данных с международной космической станции к космическому кораблю.
Проведение этой работы обеспечит повышение достоверности передаваемой командной информации с борта МКС к транспортному кораблю и существенное повышение качества передаваемого видеоизображения в тракте ПТК — ПК «Орион» — ЦУП, СОТК и ЦИП Роскосмоса.
4. Следующим этапом видится создание перспективного комплекса для приема цифрового ТВ-сигнала с борта КА в «S» или Ku» — диапазоне и его передачи в ЦУП, СОТК и ЦИП Роскосмоса. В условиях исчерпания ресурса и завершения эксплуатации ПТК «Орион» проведение данной работы позволит создать ему на смену малогабаритный, недорогой, автономный, дистанционно-управляемый комплекс для приема цифрового ТВ-сигнала с борта КА. Комплекс обеспечит передачу цифрового сигнала и данных через распространенные IP-каналы связи в ЦУП, СОТК и ЦИП Роскосмоса. Группировка указанных комплексов может быть развернута на территории РФ, морских судах и территориях представительств РФ за рубежом.При дистанционном управлении новые комплексы обеспечат надежный прием данных с борта космических аппаратов практически в любой точке планеты.
     На наш взгляд, космическое телевидение находится все еще несколько в стороне от внимания широкой общественности, от молодежи, интересующейся космическими программами. При этом оно остается значительным явлением эпохи глобальной информатизации.Это мощный инструмент человеческого познания и предмет нашей национальной гордости, это — слава России.
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Войти or Регистрация

Войти

Регистрация

User Registration
Отмена