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各国第一颗卫星上,无线电设备带了啥?

axht110 2019-6-15 09:50

宇宙,宽广无垠的宇宙。在人类探索宇宙的第一步——人造地球卫星上,为了与地面取得联系,都安装有各式各样的无线电设备。从另一个角度来说,星上的设备也就反映了卫星发射时那个时代的无线电技术和思路,堪称是一种另类的“无线电化石”。

各国第一颗卫星上,无线电设备带了啥?


1957年10月4日。苏联发射了第一颗人造卫星“Sputnik 1”号。科学家们为了证明卫星已经进入轨道,在卫星上规划了一台无线电发射机。实际上该发射机由两个独立的发射单元组成,分别在20.005MHz和40.002MHz上工作,以CW的形式发送连续的“点“。这样的频率选择不光可以让无线电爱好者们的CW接收机接收到信号,同时还可以在多普勒效应的影响下,使得普通AM收音机也在20MHz或40MHz上收到信号。在卫星成功进入轨道后,全世界的人们都可以通过手中的设备接收到这个信号。


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Sputnik 上的发射机

卫星内部的温度和气压(卫星内部填充了氮气)值可以通过点的占空比来传回地面,而科学家们也可以通过这两个信号的不一样接收情况来研究卫星下方电离层的情况。这个发射机的输出功率为1W,以电子管作为其主要元件。它的电路图纸一直是绝密文件,直到2013年的一份俄罗斯杂志刊登了电路图之后,我们才能够一睹发射机的庐山真面目。


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如果你能够找到早已停产的苏联电子管,那么你就有可能重制一台卫星上的发射机


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这是HB9TWS仿制的Sputnik发射机

Sputnik 1拉开了太空竞赛的序幕,而1958年2月1日,在匆忙中发射的美国第一颗卫星Explorer 1上则携带了更复杂一点的无线电设备:一台工作在108.03MHz上的60mW发射机和一台工作在108MHz上的10mW发射机。它们可以将星上携带的各种实验设备所获得的科学数据下传到地面站,并同样可以提供定位信标的功能。星上的天线是玻璃钢纤维包裹着DP天线和交叉天线,进入轨道后,卫星将旋转并释放出交叉天线。


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注意那四根非常纤细的玻璃钢纤维

发射机的规划思路体现出了两国电子工业中比较有趣的一个现象:苏联的无线电发射机采用了电子管技术,而美国的发射机则采用了锗管和硅管混合的晶体管技术。两国的卫星同样采用了电池供电,适合卫星上运用的太阳能电池板技术要在几年后才能成熟并实用化。


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Astérix卫星模型

第三个自力发射卫星的国家是法国。在1965年11月26日,法国运用自己的火箭将Astérix卫星送入轨道。这颗卫星发射的目的主要是为了测验运载火箭的性能,因此星上并未携带科研设备。星上唯一的科研载荷就是一台信标发射机,但它的天线在星箭分离的时候破坏了,法国人是在美国的追踪雷达上才获得了发射成功的消息。因此它的规划工作频率是多少?信号是什么样子的?这些都成了一个谜。


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“大隅号”卫星

时间来到了1970年,在这一年中,两个国家完成了运用本国火箭发射人造卫星的成就。2月11日,日本将“大隅号”卫星送入轨道。星上携带了三台无线电发射机:295.6MHz的遥测发射机、136MHz频段的信标发射机和296.7MHz的导航发射机。采用不可充电的银锌电池提供电力。卫星发射成功但在一天后即失去联系。


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而4月24日,我国的第一颗人造卫星“东方红一号”发射并成功的进入轨道。我们最为熟悉的《东方红》乐曲的播放也是通过无线电波实现的。除了《东方红》乐曲外,该机还可以下传遥测数据。这可能和很多朋友的想象并不一样,该机的发射时序是40秒的《东方红》、5秒钟的停顿,10秒钟的遥测下传、然后再停顿5秒钟。后期我国的第二颗卫星“实践一号”上,也采用了相似的遥测数据信号结构。


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研制星上的“乐音盒”

能传输音乐和遥测数据,星上的短波发射机功不可没。据东方红一号卫星乐音及遥测分系统研制组成员史建中讲述,星上所携带的短波发射机输出功率为3.5W(实际运用中为2.5W)、采用集电极调制模式,发射AM模式的电波。然而在那个时代,个人很难架设大型的短波接收天线,卫星信号又不合适当时的短波收音机正常接收,因此《东方红》乐曲是在地面上的短波电台接收,并转发给广大的群众们收听的。


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雷达应答机和雷达信标机的天线位置

另一个你可能不知道的事实是:东方红一号上的无线电设备其实不止这一台!在卫星上,科研人员们还安装了100mW 202MHz的信标台、2752MHz的雷达应答机和5600MHz的雷达信标机!202MHz的单极天线安装在卫星的顶部,而雷达的DP天线则安装在卫星中部。这些天线是为了地面的雷达跟踪设备对卫星进行跟踪。如果你去参观东方红一号的模型的话,你一定能够注意到它们。


各国第一颗卫星上,无线电设备带了啥?


东方红一号上的银锌电池在超额工作了28天之后耗尽电力。由于其轨道较稳定,现在这颗卫星依旧绕着地球旋转。如果你擅长天文观测的话,依旧能够用自己的双眼看到它。

现代通信

本文转载自《现代通信》杂志公众号【CQ现代通信】
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