Предисловие

СССР первым начал применять спутники для повседневных нужд, запустив на орбиты с 12-часовым периодом обращения спутники «Молния». Они обеспечивали трансляцию теле- и радиопередач на всей протяженности его территории, а также телефонную, телексную и факсимильную связь.

Спутник связи «Молния-1»

В 1961 году начались первичные проектные проработки, но только 23 апреля 1965 года состоялся третий по счету и первый успешный запуск первого советского спутника связи «Молния-1». Уже на следующий день был проведен первый в Советском Союзе сеанс связи через космос между Москвой и Владивостоком. Это событие не сопровождалось обычной для тех лет пропагандистской шумихой. Оно редко упоминается и в юбилейной космической историографии. Один из создателей первого советского спутника связи Б.Е. Черток в своих воспоминаниях пишет, что "... истинное значение этого события по достоинству не было оценено современниками!"

Период создания «Молнии»

Своим рождением «Молния-1» обязана прежде всего неукротимой инициативе С.П. Королева. Дело в том, что в период создания «Молнии» (1961-1965 годы) в ОКБ-1 Королева велись очень важные и трудоёмкие разработки космической техники, вот только некоторые из них: пилотируемые полеты шести "Востоков" и двух "Восходов", серия пусков для отработки мягкой посадки на Луну, около двух десятков запусков автоматических аппаратов к Венере и Марсу, четыре запуска спутников "Электрон" для исследования радиационных поясов Земли. На этот же период приходится начало разработки новых пилотируемых кораблей - прототипов будущих "Союзов", огромного носителя и кораблей для лунной экспедиции Н1-Л3. Одновременно с этой сложнейшей космической техникой продолжалось совершенствование боевой межконтинентальной ракеты Р-7А (8К74), трёх- и четырёхступенчатых носителей на её базе, разработка боевых ракет Р-9 (8К75), ГР (8К713) и ракет на твёрдом топливе. В этих условиях Сергей Павлович всё же нашел возможным взяться за работу по спутникам связи. Этим и объясняется, казалось бы, относительно большой срок разработки спутника «Молния».

Система спутников «Молния» разворачивалась на сильно вытянутой эллиптической орбите (с характеристикой приблизительно 40000 на 500 км) с наклонением около 65° относительно плоскости экватора. Спутники располагались примерно на равных расстояниях друг от друга. Для обеспечения круглосуточного обслуживания в Северном полушарии на такой орбите должно одновременно функционировать три или более активных спутника. Первый запуск «Молнии-1» состоялся 23 апреля 1965 года, а официальное открытие телевизионной сети "Орбита" с использованием спутников связи «Молния-1» произошло 2 ноября 1967 года.

Устройство и конструктивные особенности спутника связи «Молния-1»

Конструкция спутника связи «Молния-1»

Конструктивно спутник «Молния-1» состоял из герметического корпуса с установленной в нём аппаратурой. Снаружи корпуса располагались корректирующая двигательная установка, солнечные батареи, антенны, внешние радиаторы системы терморегулирования, исполнительные органы и шаровые баллоны с запасами азота для системы ориентации. На борту спутника имелись три ретранслятора (один рабочий и два резервных) мощностью по 40 ватт для ретрансляции широкополосных передач либо двусторонней многоканальной телефонии с возможностью вторичного уплотнения телефонных каналов тональным телеграфом, либо телевидения с одновременной передачей звукового сопровождения. На случай нехватки электроэнергии ретранслятор имел ещё два передатчика с пониженной мощностью по 20 ватт каждый. Другими словами, бортовой ретранслятор фактически состоял из пяти приемопередающих блоков.

Функционирование спутника контролировалось радиотелеметрической системой, системой терморегулирования, системой электропитания, оснащенной солнечными и буферными аккумуляторными химическими батареями для работы во время нахождения в тени и системой управления ориентацией, о которой следует сказать подробнее. На спутнике впервые была применено управление движением объекта вокруг центра масс по трем осям с помощью одного гироскопа. При этом силовой гироскоп в некоторых режимах служил и датчиком.

Учитывая большую длительность сеансов связи и значительную энергоемкость аппаратуры, солнечные батареи должны быть постоянно ориентированы на Солнце. Поэтому одной из основных задач системы стало поддержание батарей в постоянном положении в пространстве, а следовательно, и корпуса, к которому они жестко прикреплены. Для этого, после того как спутник отделялся от последней ступени ракеты-носителя и возникающие при этом возмущения гасились, его продольная ось с помощью оптических датчиков и микродвигателей направлялась на Солнце, а гироскоп раскручивался до больших оборотов.

На ракетах-носителях эти приборы применяются только как датчики. В простейших системах управления различных космических аппаратов, где гироскопы могут быть и силовыми элементами, и датчиками, их корпуса крепятся к основной конструкции жесткими связями. На "Молнии-1" эта традиция была нарушена - массивный гироскоп помещался внутри корпуса спутника, связанный с ним лишь слабыми пружинками с демпферами (для уменьшения колебаний). Фактически космический аппарат как бы "висел", привязанный к гироскопу. Эта "нарушенная" механика системы управления ориентацией с использованием силовых гироскопов потребовала разработки очень сложной теории. Теория была разработана Евгением Токарем. Но сложность её за счет специально подобранных свойств системы "волчок-объект", компенсировалась тем, что электронная управляющая часть системы оказалась очень простой и, как следствие, очень надежной. Дополняется эта гироскопическая система традиционными микродвигателями, работающими на сжатом азоте, с их помощью "выбираются" незначительные отклонения объекта от заданного положения за счет возмущений или временных изменений траектории или "подправляется" ориентация для проведения коррекций орбиты. Сочетание силового гироскопа и микродвигателей позволило создать очень экономичную систему ориентации с минимальными расходами рабочего тела (т.е. газа).

Динамика ИСЗ, управляемого одним электродвигателем-маховиком, и все режимы релейного управления были разработаны Владимиром Бранцем, Владимиром Семячкиным и Юрием Захаровым. Средний возраст динамиков-теоретиков и разработчиков аппаратуры системы управления спутником составлял 30 лет. Они на "целых" четыре года были старше и опытнее проектантов остальных систем.

Инженеры, проектировавшие «Молнию-1» в начале шестидесятых, стали уважаемыми учёными, имеющими многочисленных учеников. Но ни они сами, ни их ученики теперь не решили бы подобной задачи без десятков персональных компьютеров или парка мощных машин вычислительного центра, без отработки системы на аналого-цифровых моделях! В то время никто не помышлял о таких возможностях. Гироскопический стабилизатор «Молнии-1» стимулировал во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромеханики новое научно-техническое направление — силовую гироскопическую стабилизацию для космических аппаратов.

Идею создания бортовой электростанции — системы электропитания (СЭП), тоже изобретали заново. Для питания основного потребителя — ретранслятора и расходов на все прочие служебные системы за время сеанса связи, а это 8-9 часов, требовалось получать от солнечных батарей непрерывно до 1500 ватт. В 1961 году такая мощность для космического аппарата казалась фантастической.

Самым критическим элементом передатчика по надежности считалась лампа бегущей волны (ЛБВ). Именно в ней энергия бортовой электростанции преобразовывалась в энергию токов высокой частоты. Такие радиолампы имели очень низкий КПД преобразования. Основная часть энергии уходила на нагрев. Поэтому наши инженеры-тепловики Олег Сургучев и Евгений Белявский предложили выделить все ЛБВ в отдельный агрегат и придумали для него жидкостное охлаждение. Температурный режим всего аппарата поддерживался с учетом постоянной ориентации продольной оси спутника на Солнце. В плоскости солнечных батарей на герметичном отсеке корпуса был установлен радиатор-нагреватель, постоянно освещаемый Солнцем. Его поверхность дополнительно оклеили фотоэлектрическими преобразователями, увеличив таким образом общую площадь солнечных батарей. За радиатором-нагревателем вокруг цилиндрической обечайки герметического отсека был установлен радиатор-холодильник. Автоматическое переключение потока циркулирующей в радиаторах жидкости позволяло охлаждать блок ЛБВ и поддерживать тепловой режим всего аппарата.

Спутники следующего поколения

Как уже было сказано, орбита спутника «Молния» — высокоэллиптическая, с высотой апогея (в северном полушарии) около 40 тыс. км и перигея около 500 км. Относительно высокая мощность бортового ретранслятора в сочетании с антенной позволили разработать сравнительно простые земные станции, принимающие телевизионные сигналы, сократить стоимость всего комплекса земной аппаратуры и в короткий срок создать широко разветвленную сеть приемопередающих станций «Орбита».

Кроме ретрансляции телевизионных передач, в том числе и цветных, спутники серии «Молния» предназначались для многоканальной телефонно-телеграфной и других видов связи между Москвой и Владивостоком. Следующим поколением спутников связи стали спутники на геостационарных орбитах — «Радуга» и «Горизонт». 26 октября 1976 года на такую же орбиту был выведен первый спутник серии «Экран» с мощностью бортового ретранслятора 200 Вт. Через этот спутник телепередачи принимаются уже непосредственно простыми наземными антеннами коллективного пользования, устанавливаемыми на крыши домов.