С помощью радиолокации планет была уточнена Астрономическая единица. Локацией Венеры в 1961 г. установлено, что Астрономическая единица равна 149 599 300 км. Возможность ошибки не превышала ±2000 км. Повторная радиолокация Венеры в 1962 г. позволила уменьшить эту неопределенность и уточнить значение Астрономической единицы: оно оказалось 149 598 100±750 км. Выяснилось, что до локации 1961 г. величина АЕ была известна с точностью .0,1%. Мы уже говорили, что такая точность недостаточна для вождения космических кораблей.
При локации Венеры был определен коэффициент отражения от поверхности этой планеты. Он оказался 12 — 18%. Это означает, что на поверхности Венеры есть твердые породы, близкие по свойствам к скальным породам Земли.
В июне 1962 г. была проведена радиолокация Меркурия. Она подтвердила значение АЕ, полученное при локации Венеры. Коэффициент отражения Меркурия равен 3—7%. Годом позже такая же локация была проведена из США. В феврале 1963 г. установлена из СССР радиолокационная связь с Марсом. В это время Марс находился от Земли в 100 млн. км. Коэффициент отражения оказался меньше, чем у Венеры,
но временами достигал 15%. Радиолокационные данные показывают, что на Марсе есть ровные горизонтальные участки размером более километра.
Дальнейшее усовершенствование планетного локатора позволило в сентябре — октябре 1963 г. провести локацию планеты Юпитер — самой большой планеты солнечной системы. Юпитер в этот период находился в 600 млн. км от Земли. Радиоволны, посланные к Юпитеру, возвращались на Землю через 1 час 6 минут, пройдя 1 млрд. 200 млн. км. Коэффициент отражения поверхности Юпитера более 10%. Эксперимент показал, что радиосвязь возможна и на расстоянии в несколько сот миллионов километров.
Все эти исследования имеют большое значение в освоении космического пространства. Недалек тот день, когда космический корабль, покинув Землю, устремится по точно рассчитанному маршруту к одной из планет солнечной системы. Космонавты будут вооружены всем необходимым, чтобы поддерживать связь с Землей.
Так как сигнал, улавливаемый планетным локатором, чрезвычайно слаб, его регистрация в сильной степени зависит от уровня шумов. У каждого приемника есть свои, так сказать, внутренние шумы. Они возникают во всех элементах его схемы: в контурах и сопротивлениях, в линиях передачи из антенны, в электронных лампах и полупроводниковых приборах.Эти шумы возникают от многих причин: от теплового движения электронов в проводниках, от того, что в лампах ток эмиссии катодов непостоянен, от тепловых беспорядочных колебаний токов в полупроводниковых приборах.
Наибольшую часть внутренних шумов дают в приемнике первые каскады усиления: их шумы усиливаются всеми последующими каскадами. Поэтому в планетном локаторе перед входом в приемник установлен малошумящий парамагнитный усилитель, охлаждаемый жидким гелием до температуры 4°К. Парамагнитные усилители значительно повышают уровень сигнала и практически не добавляют шумов, при этом большую роль играют внешние шумы, принимаемые антенной от внеземных (космических) источников и из атмосферы.
Атмосферные шумы обусловлены тепловым движением зарядов и заряженных частиц в атмосфере: любое движение зарядов порождает электромагнитное поле, и это поле воспринимается приемником как радиопомеха.
Колебания высокостабильного кварцевого генератора с помощью системы преобразования и умножения частот доводятся до частоты порядка. 700 млн. гц, проходят через мощные усилители, а затем уже излучаются антенной. Мощность этого радиолуча чрезвычайно велика, достаточно сказать, что на единицу телесного угла (на один стерадиан) приходится энергии около 250 млн. вт.
Небесные тела находятся в беспрерывном движении. Расстояние между Землей и исследуемой планетой либо сокращается, либо увеличивается; из-за эффекта Доплера (см. стр.189) частота отраженного от планеты сигнала может отличаться от частоты излученного сигнала на несколько десятков герц; кроме того, в течение сеанса связи может несколько изменяться и частота излучаемого сигнала. Поэтому в планетном радиолокаторе есть специальное устройство, вводящее поправку на доплеровское смещение частоты. Без этого устройства невозможно было бы выделить отраженный сигнал; оно действует автоматически с очень высокой точностью по заранее составленной программе.
Отраженный от планеты сигнал улавливается антенной и, усиленный парамагнитным и параметрическим усилителями, поступает в супергетеродинный приемник. Там сигнал преобразуется до звуковой частоты, а затем записывается магнитофоном. Анализ записанного сигнала проводится на специальном анализаторе спектра, который позволяет выделить полезный сигнал из различных шумов.
Приведем расчет, который позволит понять, как сложно «разговаривать» с планетами. Диаметр Венеры — 12 400 км. Наименьшее расстояние, на которое она сближается с Землей,— 39 млн. км. В это время Венера видна с Земли в телесном угле 8•10-8 стерадианов. Если радиолокатор излучает до 250 млн. вт на стерадиан, то на всю видимую поверхность Венеры приходится лишь около 20 вт, из них большая часть энергии поглотится поверхностью планеты. Примем для нашего расчета, что отразится 15% энергии, т. е. около 3 вт. Но, конечно, не вся отраженная от Венеры энергия дойдет до Земли. На всю поверхность Земли приходится лишь около 4•10-8 вт энергии, а на 1 м2 земной поверхности — l,6•10-22 вт. Чтобы «услышать» такой чрезвычайно слабый сигнал, планетный локатор должен обладать поистине фантастически чутким слухом.
Высокочувствительные приемники локатора позволяют регистрировать и более слабые сигналы, в которых на 1 м2 приходится энергии около 1,6•10-24 вт.
Этот расчет показывает, как велики успехи в технике передачи и обнаружения радиосигналов. Стало возможным проводить радиосвязь с планетами, удаленными на миллионы километров! А ведь всего лишь 60 лет назад была впервые осуществлена радиосвязь. 24 марта 1896 г. А. С. Попов продемонстрировал передачу и прием по радио телеграфного текста на расстояние около 250 ж.
Наверное, каждый слышал о радиолокаторах, которые позволяют отыскивать самолет в густых облаках, обеспечивают безопасное вождение гигантских морских судов даже в плотном тумане, помогают летчику управлять самолетом в облаках и ночью. Радиолокацию применяют и метеорологи: с ее помощью они следят за движением гроз и штормов. Можно было бы назвать и много других применений радиолокации. В последние годы радиолокация получила и космическую специальность: она применяется для исследования Вселенной.
Космическая радиолокация совсем еще молодая наука. Ее основной прибор — планетный локатор: это гигантское сооружение. О его величине и сложности можно судить хотя бы по тому, что во всех его узлах количество электронных ламп и полупроводниковых приборов выражается... пятизначным числом.
От своих собратьев, применяемых для наземных целей, планетный локатор отличается сильным голосом (мощностью луча) и удивительно тонким слухом (высокой чувствительностью).
Это сооружение включает в себя мощные передатчики, сложнейшие антенные устройства, высокочувствительные приемники и тончайшую регистрирующую и управляющую аппаратуру.
Радиолокационный метод исследований космического пространства позволяет решить многие научные проблемы, недоступные другим методам. Оптический и радиоастрономический методы пассивны. Они позволяют наблюдать и регистрировать лишь отраженный от планеты солнечный свет и лишь собственное радиоизлучение планеты.
Космическая радиолокация — метод активный. Его сущность в том, что в сторону планеты посылают радиоволны, которые, отразившись от ее поверхности, возвращаются на Землю и улавливаются локатором. По этим отраженным сигналам можно определить расстояние до планеты, скорость ее движения, период вращения, физические свойства поверхности и т. д.
Эпоха космических полетов выдвигает перед наукой все новые и новые задачи, не решив их, немыслимо дальше развивать исследования солнечной системы.
Космический корабль, отправляясь к какой-либо планете, должен быть обеспечен надежной радиосвязью с Землей: ведь с него нужно передавать информацию о полете, результаты научных исследований, сведения о самочувствии экипажа корабля. Космонавтам, высадившимся на планету, также будет необходима радиосвязь с Землей.
Чтобы правильно рассчитать траекторию, по которой полетит космический корабль, надо очень точно знать расстояния до планет. Эти расстояния измеряются особой мерой длины — Астрономической единицей (АЕ). Она равна среднему расстоянию от Солнца до Земли. Орбиты планет, выраженные в АЕ, определены очень точно, но точность самой АЕ была недостаточна, чтобы рассчитать маршрут космического корабля к планете, удаленной от Земли на многие миллионы километров. Действительно, если величина АЕ определена с ошибкой всего лишь в 0,1%, то корабль, пройдя 100 млн. км, может оказаться в 100 тыс. км от намеченной цели и посадка на эту планету станет невозможной.