人造卫星和无线电电子学 [复制链接]

第7版()
专栏：

人造卫星和无线电电子学
中国科学院电子学研究所筹委会副主任 陈芳允
正当我们热烈庆祝十月社会主义革命四十周年纪念日的时候，世界上第一个社会主义国家苏联，以一系列科学技术上的最新成就，强有力地一再证明了共产党领导的正确性和社会主义制度的无比优越性。这些成就使全世界劳动人民欢欣鼓舞，使一小撮帝国主义统治者为之惊惶失措！
人造卫星的发射成功，是苏联许多新成就中最突出的成就，它显示了苏联的科学研究和工业已经解决了一系列的重要问题，如火箭的燃料、特殊合金、精密的自动控制和遥远测量等等。人造卫星的发射，使人类有条件对未知的高空进行一系列的试验工作，从而得以掌握很多新的地球物理学、天文学和生物物理学的知识。人造卫星是人类克服地心引力，飞向月球和其他星球的踏脚石，是给我们子孙开辟新世界的第一步。
人造卫星是多种科学技术的一个综合性成就，它也将推动很多种科学技术进一步发展。我是一个无线电电子学工作者，现在来谈谈人造卫星的无线电电子学问题。从无线电电子学方面来看，人造卫星也显示了苏联在这一方面的精良技术。它也指出了这一学科未来的更大发展和更多地为人类服务的可能。
人造卫星高悬在空中，它和地球间的信号联络除了利用无线电外没有其他办法。卫星上的仪器在测得高空各种情况的数据以后，要用无线电把它们传递下来。这就是我们所说的无线电遥远测量技术。现在所知道的苏联人造卫星的两种信号（波长约为十五米和七点五米），可以有两个变数，一个是频率，一个是持续与休止时间的对比（在第一颗人造卫星内，每种波长的电波都是断续地发出的，它们的持续和休止时间各为零点三秒；但在第二颗卫星内，七点五米波长的信号却是连续的）。我们在地面上接收这两种无线电信号时，首先可以注意到它们的频率〔注1〕是随着卫星的运动而改变着的。这是由于卫星以高速度接近和离开收听地点上空所产生的都卜勒效应〔注2〕的结果。由于这种效应，如以每秒八千米作为卫星的切线速度来计算，对于十五米的电波共可改变约一千赫，而对于七点五米的电波则共可改变约二千赫。测出由都卜勒效应所产生的频率变化，便可以帮助校正卫星的飞行速度。同时，卫星体内温度的改变也可以影响信号的频率。如果卫星的飞行速度已用其他方法准确得知，则除去都卜勒效应对频率的影响后所剩余的频率变化，就可能代表温度的变化。卫星体内的仪器所测得的数据还可以分别使这两种信号的持续和休止时间的对比发生变化。人们接收到以后，精确测出这个比数，加以分析，便可以获悉那些数据。因此利用这两种无线电信号，可以同时传递几种数据。苏联放射的第二个卫星，重达五零八点三公斤，体内安装了很多科学仪器，所测得的数据种类很多。因此我们估计卫星体内可能还装有能够传递更多种信号的遥远测量系统。
从卫星发出无线电信号到地球所需要的功率不必很大，数百毫瓦或至多数瓦就够了。利用新的电子管或半导体管和新的零件材料，这样的无线电发射机不过一两公斤。我们相信利用太阳光的热量来发电的半导体电池将很快地被应用上去，使卫星中的无线电机的电源得以维持久远，卫星便可以长期地发出信号！
从地面上观察和跟踪人造卫星，除了利用天文望远镜以外，还可以用无线电测量的方法。用无线电方法的好处是云、雾、雨、雪都不能阻隔，随时可以观测和定位。利用无线电波反射方法的雷达〔注3〕，可以在较远距离以外较快地找到卫星并测得它的方位（从月球反射的雷达波早已经得到过）。在无线电测量技术中，一般说来，更准确的位置测量是利用相位比较的方法。这种办法是在地面上用三根或更多的隔开一定距离的天线，测出人造卫星所发出的电波到达这些天线的相位差，然后计算出卫星的距离和离开天顶的角度。但是用这种方法来定位要考虑到卫星中发出的电波经过电离层〔注4〕时会有弯曲的现象，会引起误差。苏联是最早利用无线电波相位测量法的国家，早已有丰富的经验。从报纸上我们已经看到苏联观察卫星是极有组织的，而且利用光学和无线电测量互相参证得到极其准确的结果。
大气中电离密度较大的层存在于高度近一百公里到五百公里之间，叫做D、E、F1、F2等层。过去我们只知道从地面发出无线电波，在一定的季节、时间和发射角度下，如波长不短于一定数值便可以被反射回来。我们利用这种现象作短波〔注5〕长距离通信已经很久，但是在电离程度最大的部分以上的大气电离情况则还没有人知道。现在人造卫星达到九百公里和一千五百公里的高空，远在前所估计的最高的F2层（约四百公里）之上。地面上对人造卫星的两种无线电信号进行测量所得到的结果，和由光学所测得的卫星方向比较，可以告诉我们这两种无线电波经过整个电离层时是怎样被折射的。对这两种电波信号强度的测量可以告诉我们，它们经过整个电离层时是怎样衰减的。由这些数据可以进一步肯定大气上层的电离情况。苏联科学家挑选十五米和七点五米两个波长是很有道理的。前者属于短波范围，在一般情况下，电离层对它的传播影响比较大，而后者则在超短波〔注6〕范围，电离层的影响较小，这两种电波传播量测结果的比较将是很有意义的。这种结果非但会使我们多一种地球物理的知识，更重要的是这种知识将给我们奠定利用无线电从地球上准确控制大气层以外的物体和从高空向地球通信和准确测位的基础。从苏联已有的成就和科学进展的速度来看，放射可以回到地球的卫星、月球的卫星和载人的卫星很快就可能成为事实。这些人造卫星和地球间的联络，以及有效和准确地控制它们，都需要电波出入大气层的全面的资料，而今天的人造卫星便可以提供这些资料。将来人们必然会做到“出入自如”，就是留在高空的时候，有了无线电，也决不会是孤独的。
谈到怎样使人造卫星回到地面来，当然有许多动力学的问题要解决（苏联可能已经解决得很好），但无线电远程控制也将是主要的问题之一。只要人造卫星有足够的体积，能够容纳多信号的控制系统，我们相信在今天世界无线电电子学发展的基础上，人造卫星内部的回程控制设备是有条件很快解决的。
利用人造卫星，很明显地还可以达到向全球各地广播语音和电视信号的目的。我们可以设想，如果有几个卫星，每一个卫星有接收和转播信号的装置，则从地面把所要广播的信号发射到经过上空的卫星，便可以由它传递给另一个，再接力到另一个，……而每一个都可以向它经过的地面广播，使地球上大部分地区都能够接收到信号。我们希望在不远的将来全世界人民都可以通过人造卫星极迅速地听到社会主义的声音，看到社会主义建设的面貌。我们看帝国主义统治集团还能欺骗和哄瞒他们的人民到几时！
从上面看来，无线电好像是人造卫星的五官和手足。我们相信无线电电子学将随着人造卫星的发展而发展，在更广大的范围上为人类服务！我们从人造卫星的放射感到各门科学的密切联系，也感到惟有在共产党的领导下，好好地组织起来，有重点地进行工作，才能够而且也一定能够像苏联似地达到世界科学发展的最高峰！
最后，苏联科学家的创举还说明了社会主义科学发展道路的无可比拟的优越性，这种优越性是由党的领导、科学工作的计划性以及每个科学家的工作适当安排等原则所保证的。我们要坚决地全面地向苏联学习！
注1：频率是无线电波每秒钟振动的次数以“赫”为单位。因为无线电波在空中传播的速度和光速一样，是每秒三十万公里，所以用无线电波的波长去除这个速度，就可以得到它的频率。
注2：都卜勒效应原系声学中的名词，当发声的物体以一定的速度接近听者，听者所听到的声音频率将较物体所发出的原来的频率为高，而当发声物体向听者离去时，听者所听到的声音频率将减低，此一种由相对速度所引起的频率变化称为都卜勒效应。这一效应也适用于有更高频率的无线电波，当发出无线电波的物体以一定的速度接近和离开收听地点时，收听到的频率也会发生变化。
注3：雷达是一种利用无线电波探测目的物的设备。雷达发出强力的短促的无线电波，当遇到目的物时，部分地被反射回来，被接收机所收到。电波往返的时间和反回的方向都可以被精确地测量出来，因此便可以算出目的物的位置。在国防上雷达是探测敌人飞机的利器，探测月亮和地球卫星的雷达和一般的雷达有些不同，须要经过一些改进。
注4：电离层是大气中被太阳辐射引起电离的一层，因为层中有游离电子和离子，所以会引起无线电波的折射。
注5：波长在200米和10米之间，频率在1．5兆赫和30兆赫之间的无线电波称为短波。
注6：波长短于10米，频率高于30兆赫的无线电波称为超短波。其中波长特短的，即在10厘米以下的称为微波。