Посвящение в радиоэлектронику - Страница 90

Интегральная схема оптического диапазона.

Оптический гетеродинный приемник отличается принципиально. В нем на нелинейный элемент — фотоприемник, фотодиод — подаются два сигнала: принимаемый и сигнал лазерного гетеродина. Частота гетеродина выбирается несколько отличной от частоты принимаемого сигнала, и в фотодиоде выделяется сигнал биений, который и поступает в усилитель. Полоса частот сигналов, на которые реагирует оптический гетеродинный приемник, намного уже полосы частот обычного приемника с любыми оптическими фильтрами на входе. Это дает определенные преимущества. Приемник практически полностью перестает реагировать на посторонние сигналы. Дневной свет теперь ему не мешает. Лазерный локатор, например, будет реагировать только на отражение «своего» сигнала, не страшась никаких помех.

Оптический гетеродинный приемник делали и не используя интегральную оптику. Можно на фотокатод диода или фотоумножителя сфокусировать два сигнала: принимаемый и местного лазера — гетеродина. Но юстировка такой системы очень сложна, ведь фазы оптических сигналов должны быть одинаковыми на всей поверхности фотокатода. В интегральном исполнении подобные приемники получаются и проще и гораздо миниатюрнее. Да и возможностей больше — в световоде можно выгравировать и фильтры, и другие необходимые детали.

Интегральная оптика прекрасно сочетается с микроэлектроникой, и это открывает новые широчайшие возможности. Мы уже говорили о телевизионном экране, составленном из тысяч светодиодов. Управлять светодиодами должна электроника. Давно уже поговаривают об использовании оптическою диапазона в вычислительной технике. Ведь объемы перерабатываемой информации и быстродействие непрерывно растут, а по обоим этим параметрам интегральные оптические системы стоят на одном из первых мест. Вот пример. Чтобы выполнить преобразование Фурье обычным способом, надо взять многие тысячи отсчетов сигнала и произвести миллионы операций умножения, сложения и усреднения. Оптический процессор позволяет выполнять преобразование Фурье практически мгновенно. Информация записывается на оптическом носителе (пленке, жидком кристалле или жгуте оптических волокон) в виде светового изображения, перед которым помещена линза. Фокусируя изображение, линза осуществляет двумерное Фурье-преобразование информации.

Новое чаще всего появляется на стыке наук и технологий, поэтому синтез оптики и электроники в интегральной оптоэлектронике сулит еще немало нового и интересного.

Какое оно? Если попытаться охарактеризовать его одним словом, то это слово наверняка будет: «электронное». Вообще, выход в космос человечеству обеспечили два направления науки и техники: ракетостроение и радиоэлектроника. Отними первое, и окажется, что нечем вывести космический корабль на орбиту, отними второе, и окажется, что незачем! Любой космический аппарат будет мертв без электроники. Вспомним, что было на первом советском искусственном спутнике Земли (ИСЗ), открывшем космическую эру 4 октября 1957 года. Всего лишь два радиопередатчика на частотах 20 и 40 МГц. Они излучали непрерывно периодические сигналы: «бип…бип…бип». Весь мир слушал, затаив дыхание, эти сигналы. Ну а какова была практическая польза? Оказывается, огромная. Впервые коротковолновый излучатель был поднят на высоту слоя F ионосферы. Представилась уникальная возможность экспериментально изучить процессы распространения и преломления радиоволн в ионосфере. На первом спутнике не было систем ориентации, терморегулирования, телеметрии (кстати, все эти системы тоже электронные), тем не менее он жил, посылал радиосигналы и приносил полезную научную информацию.

Неотъемлемую часть радиоэлектронной аппаратуры каждого космического летательного аппарата (КЛА), будь то ИСЗ или исследовательский межпланетный корабль, составляют средства связи, управления, навигации и ориентации. К средствам связи прежде всего относятся телеметрическая и командная радиолинии. Они действуют обычно в дециметровом диапазоне радиоволн, беспрепятственно проходящих сквозь ионосферу Земли. По командной радиолинии с наземных станций управляют работой аппарата. Команды передаются, как правило, цифровым двоичным кодом с использованием фазовой манипуляции. Такой вид связи наиболее помехоустойчив. На КЛА имеется приемник, постоянно настроенный на волну командного передатчика, установленного на Земле. Выходные сигналы приемника передаются в блок управления КЛЛ.

Телеметрическая информация поступает с КЛЛ в наземные пункты слежения и позволяет узнавать состояние аппарата: напряжение бортовой сети, температуру внутри корпуса, а также отдельных деталей и механизмов, выявлять неполадки в работе различных систем и т. д. Датчиков в системе телеметрии много, а передатчик один, поэтому телеметрическая информация преобразуется в цифровую и «уплотняется», т. е. объединяется для передачи по одному каналу. Например, первый байт (слово) цифровой передачи несет информацию об одном параметре, второй — о другом, и т. д.

Но нет смысла заставлять работать телеметрический передатчик КЛА постоянно. Это привело бы к большому расходу электроэнергии. Чаще всего телеметрическую информацию записывают на цифровой бортовой магнитофон (запоминающее устройство) и «сбрасывают» на Землю лишь по команде из Центра управления полетом. Этот же магнитофон может накапливать и другую информацию от различных датчиков-магнитометров, счетчиков частиц и микрометеоритов, спектрометров и др. Особо возрастает роль радиоэлектронных устройств при выполнении точных и ответственных операций в космосе, например, таких, как стыковка космических кораблей на орбите. Взаимное расположение кораблей определяют с помощью специальных бортовых радиолокаторов. ЭВМ обрабатывает полученные данные и выдаст управляющие сигналы для систем коррекции орбиты.

Если космический корабль обитаемый, то на нем обязательно есть линия телефонной связи с Землей, а на больших обитаемых орбитальных станциях — еще и система космического телевидения. Эти системы оснащаются, как правило, несколькими передатчиками и приемниками, работающими в различных диапазонах волн. Для связи в любое время с ИСЗ, находящимся на низкой орбите, необходима коротковолновая линия связи. А для высококачественной связи без помех или для передачи телевидения лучше всего подходят сантиметровые и дециметровые волны, но работать эта линия будет только в пределах «радиовидимости» ИСЗ с наземного пункта связи. По этой причине пункты космической связи в нашей стране располагают но всей ее огромной территории. Их даже не хватает, и часто используют корабли с соответствующей аппаратурой, выходящие в Тихий, Атлантический и Индийский океаны.

Принцип работы дифференциального датчика Солнца:

_{1 — светочувствительные пластины; 2 — область тени; 3 — экран; 4 — поток солнечных лучей; 5 — Солнце}