Zaloguj się
Wszystkie
25 czerwca 2025
13
Sputnik-1 był w 1957 roku imponującym osiągnięciem w dziedzinie eksploracji kosmosu i świadectwem umiejętności radzieckich inżynierów, którzy go zaprojektowali.
Satelita potwierdził nie tylko, że rakietą można wysłać obiekt w przestrzeń kosmiczną i umieścić go na stabilnej orbicie, ale również, że obiekt ten może zawierać działający nadajnik radiowy. Nadawany sygnał mógł być łatwo odbierany na Ziemi przez radioodbiorniki krótkofalowe, o ile znajdowały się one „w zasięgu wzroku” satelity. Eksperyment wykazał, że satelity w kosmosie mogą być wykorzystywane jako radiowe stacje przekaźnikowe, ponieważ kierunek rozchodzenia się fal radiowych i świetlnych jest z zasady odwracalny.
Pomysł umieszczenia satelity na orbicie geostacjonarnej został wysunięty przez Arthura C. Clarke’a w 1948 roku. Jednak w tamtym czasie niewiele osób traktowało ten pomysł poważnie, jako że Clarke był pisarzem science fiction.
Sputnik-1 zainspirował świat, a ponadto przyczynił się do powstania agencji NASA. Wpływ Sputnika nie tylko na naukę, ale i na kulturę popularną był bardzo znaczący. Jego wizerunek trafił nawet na znaczki pocztowe (zdjęcia 3 i 4).
Po raz pierwszy zobaczyłem zdjęcia Sputnika-1 jako chłopiec na początku lat 60. Pobudzał on moją wyobraźnię w obszarze elektroniki, nauk ścisłych i podróży kosmicznych. Nie przypuszczałem wtedy, że w przyszłości pewnego dnia postaram się zrekonstruować nadajnik radiowy i „Manipulator” tego satelity.
Nadajnik radiowy D-200
Satelita był zbudowany tak prosto, jak to tylko możliwe. Wewnątrz nadajnika D-200 znajdowały się dwa niezależne moduły nadające na częstotliwościach 20,005 MHz i 40,002 MHz. Jeden moduł widzimy na zdjęciach 5 i 6. Drugi znajduje się z innej strony urządzenia. D-200 był otoczony przez baterie i zespół wentylatora chłodzącego.
Wewnątrz statku kosmicznego system baterii tworzył dużą ośmiokątną strukturę, a nadajnik znajdował się w otworze pośrodku (zdjęcie 2). Wnętrze polerowanego kulistego korpusu o średnicy 0,58 m wypełniono suchym azotem pod ciśnieniem 1,3 atmosfery (1,3 bar = 1300 hPa). W każdym module fala nośna pochodziła z oddzielnego generatora kwarcowego.
Anteny były w przybliżeniu dipolami o długości ¼ fali, ułożonymi w kształt litery V po obu stronach korpusu satelity. Były fizycznie krótsze niż dokładne ćwierć długości fali częstotliwości nośnych. Kątowy układ anten na korpusie satelity ułatwił wpasowanie go do stożka nosowego rakiety nośnej. Wygięty dipol dawał bardziej równomierny rozkład sygnału niż typowy kształt „w ósemkę” prostej anteny dipolowej.
Moc wyjściowa każdego modułu nadajnika wynosiła 1 W. Obydwa moduły były naprzemiennie załączane i wyłączane przez przerzutnikowy układ przekaźników zwany „Manipulatorem” (Mанипулятор). Te niezwykłe przekaźniki to dwa cylindryczne obiekty widoczne na zdjęciach w górnej części modułu D-200. Nie było żadnej zaawansowanej modulacji, lecz tylko zwykła, przerywana transmisja fali nośnej.
Oba nadajniki były przez Manipulator naprzemiennie załączane i wyłączane, więc w żadnym momencie w pasmie radiowym nie było transmitowane więcej niż 1 W mocy.
W każdym module nadajnika znajdowały się trzy miniaturowe lampy elektronowe, pentody 2P19B – jedna w obwodzie oscylatora i dwie w układzie przeciwsobnym w wyjściowym stopniu mocy.
Propagacja fal radiowych
Projektanci satelity użyli dwóch częstotliwości transmisji i dwóch modułów nadajników w celu redundancji, ale także dla zapewnienia, że w najgorszych spodziewanych warunkach w jonosferze – w zimowe popołudnia – przynajmniej jeden z sygnałów przedostanie się przez warstwy F jonosfery.
Warstwy F1 i F2 to obszary jonosfery bombardowane ultrafioletem ze Słońca. Ciśnienie w nich jest niskie, a wolne elektrony i jony mogą się poruszać przez długi czas, zanim ponownie połączą się w neutralne atomy. Te zjonizowane warstwy wpływają na fale elektromagnetyczne – mogą pochłaniać część ich energii, odbijać je lub przepuszczać, w zależności od kąta padania i częstotliwości.
Stopień jonizacji warstw F zależy od pory roku, pory dnia i zmienia się z roku na rok. Ma na nie również wpływ 11-letni cykl plam słonecznych, ponieważ wpływa on na poziom promieniowania ultrafioletowego.
Obliczenia twórców Sputnika opierały się na założeniu, że satelita znajduje się nad horyzontem, 700 km nad powierzchnią Ziemi i 3000 km od odbiornika. Projektanci doszli do wniosku, że na to, aby sygnał przeszedł przez warstwy F1 i F2 między satelitą a odbiornikiem, potrzeba mocy 1 W. W dokumencie projektowym wspomnieli oni, że przy zastosowaniu superczułego profesjonalnego odbiornika może być wystarczająca moc 10 mW. Szkopuł w tym, że zwykły obywatel nie ma takiego sprzętu.
Projektanci wyraźnie chcieli, aby transmisje satelitarne byli w stanie odebrać przeciętni obywatele, zwłaszcza w USA. Genialnym posunięciem był wybór częstotliwości 20,005 MHz, ponieważ leżała ona o 5 kHz od amerykańskiego kanału czasowo-częstotliwościowego WWV o częstotliwości 20,000 MHz. Częstotliwość ta rzecz jasna ulegałaby zdudnieniu z falą nośną Sputnika-1, tworząc sygnał dźwiękowy o częstotliwości 5 kHz, który mógłby być słyszany na zwykłym radioodbiorniku z zakresem fal krótkich, nastrojonym na częstotliwość 20 MHz, niewyposażonym w specjalny generator zdudnieniowy (BFO). Wielu amerykańskich obywateli mogło wziąć swoje radyjka, dostroić się do WWV i usłyszeć Sputnika-1, o ile satelita ten znajdował się wtedy w zasięgu odbioru radiowego.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
