77 электрических чувств - Глава 3

РАДИОМОСТ К ЗВЕЗДАМ

РУКОПОЖАТИЕ ЧЕРЕЗ 78 059 050 КИЛОМЕТРОВ
               
                ...Сегодня перед рассветом
                я взошел на вершину холма
                и увидел усыпанное звездами небо,
                и сказал моей душе:
                Когда мы овладеем всеми этими
                шарами вселенной, и всеми их усладами,
                и всеми их знаниями, будет ли с нас довольно?
                И моя душа сказала:
                Нет, этого мало для нас,
                мы пойдем мимо — и дальше.
                Уолт Уитмен «Песнь о себе».

Уже первый в мире советский спутник, можно сказать, нес радиотелеметрическую систему. Она сообщала о температуре на борту, о герметичности оболочки. Знаменитое «бип-бип» и было теми телеметрическими сиг-налами, которых с нетерпением ждали на Земле.

На втором спутнике стояла еще более сложная телеметрическая алпаратура. Она передавала на Землю сведения о самочувствии первого в мире «космонавта» Лайки, рисовала графики электрокардиограммы,измеряла частоту пульса и дыхания.

А телеметрия третьего спутника,этой до отказа насыщенной измерительными приборами лаборатории, со всей очевидностью показала, что для радио нет невозможных задач.

Трудно, да, пожалуй, и нет нужды перечислять научную аппаратуру более чем двухсот советских спутников, космических кораблей и межпланетных станций. Об этом много написано и книг, и газетных статей.

Ограничимся лишь одним замечанием: если вы увидели в сообщении об очередном запуске слова «...установлена научная аппаратура...» — можете быть твердо уверены, что для нее создана и соответствующая телеметрия. А уж какой тип датчика стоит для такого-то измерения, каким способом производится перевод с его языка на язык радиоволны, — право, уже технические детали, более уместные в научной работе, чем в популярной книжке.

И поэтому давайте поговорим о несколько ином пред-мете, тем не менее имеющем самое прямое отношение к радиотелеметрии: о наведении радиомоста «Спутник — Земля».

Если с чем и сравнивать исследование космоса, так это с непрерывной разведкой боем. Мощные ракеты прорывают его первую линию обороны — земное притяжение, — и бесшумные автоматы-разведчики, выражаясь торжественным языком воинских уставов, отправляются «выполнять поставленную задачу». Они должны проникнуть в тайны «противника». Но ценность этого проникновения, в конечном итоге, зависит от того, удастся ли им доставить добытые сведения своему «командованию».

Среди космических автоматов пока еще лишь немногим дано вернуться и рассказать своими магнитными лентами о том, что удалось обнаружить нового. Обреченные же на вечное блуждание в межпланетных просторах зонды, достигшие других небесных тел исследовательские станции — все они мертвы без надежной радиосвязи.

В архивах сохранились документы, рассказывающие о первых, еще очень робких шагах будущей всемогущей космической телеметрии.

Р-05 И ДТУ-1
7 апреля 1939 года в НИИ-3, как тогда стал называться РНИИ (Реактивный научно-исследовательский институт),— состоялось совещание. Обсуждались технические требования к новой жидкостной ракете Р-05.

Доклад о технических требованиях делал А. И. Полярный, старший инженер группы № 6, отвечавшей за разработку «объекта 602», как официально именовалась будущая ракета в официальных документах.

Ракете ставилась задача: быть «пригодной для подъема на большие высоты порядка 50 и более километров, а также для полета под углом на дистанцию 50 и более километров с полезным грузом до 10% от начального веса...»

Это означало, что Р-05 была бы для тех лет самой высотной и самой дальнодействующей ракетой. Результат работы был сформулирован четко: «...возможность практического использова-ния... для целей обороны страны». В октябре 1939 года на-мечалось произвести летные испытания на одном из подмос-ковных  полигонов.

Но самое главное, чем отличалась она от всех предыду-щих,— это измерительная аппаратура.

До тех пор во всем мире испытания ракет проходили в известной мере вслепую. Ракету запускали, она взлетала — как правило, невысоко, — и падала. О причинах неудачи судили, осмотрев останки изделия.

Конечно, опытный патологоанатом, вскрыв труп умершего, назовет причину смерти. Но, наверно, лучше было бы выслушать жалобы этого человека при жизни и вылечить его. Или, на худой конец, сопоставить эти жалобы с тем, что показало вскрытие, — и решить, насколько правильным было лечение.

Так и ракетчикам хотелось бы слышать «жалобы» своего детища, прежде чем они увидят гго бездыханный «труп». Они хотели бы знать, как начинался и развивался отказ, какая была при этом тяга двигателя, скорость, высота,— но все эти вопросы оставались без ответа. Грузоподъемность ракет была слишком мала, чтобы размещать на них громоздкие са-мописцы.

Р-05 должна была стать первой в мире ракетой, оснащенной радиотелеметрической установкой. Именно об этом и говорил второй докладчик, инженер В. В. Каза-кевич.

В архивам Академии наук сохранились тезисы его выступления:

«1. Для получения данных, характеризующих работу ракеты, необходимы приборы, замеряющие характерные для нее параметры и определяющие условия полета в высших слоях атмосферы (плотность, температуру) и, кроме того, что важно с чисто научной точки зрения, определяющие значение давления воздуха и его температуру.

2. Для решения этих вопросов разрабатывается комплекс приборов, замеряющих следующие величины:
а) высоту подъема ракеты;
б) вид траектории полета;
в) величину атмосферного давления на всем интервале высот, проходимых ракетой;
г) величину температуры воздуха;
д) ускорение движения объекта;
е) давление в камере сгорания...»

У ракетчиков уже сложилось представление о размерах телеметрического отсека и о том, какие приборы должны были в нем обосноваться. Однако всевозможные специфические тонкости, детали, — их необходимо было согласовать со специалистами.

А такими специалистами были инженеры, рабо-тавшие под руководством профессора Молчанова в ленинград-ском НИИ Гражданского воздушного флота. В общих чер-тах прорисовалась блок-схема и бортовой и наземной частей радиотелеметрического комплекса.

Бортовую часть назвали ДТУ-1: давление, температура, ускорение.

Представьте консервную банку диаметром с крупное чайное блюдце — 180 миллиметров — и высотой с поставленную «на попа» коробку папирос. Таким должно было быть обиталище бортовой телеметрии.

Размеры диктовала ракета: приборный отсек должен точно вписываться в предназначен-ное для него место. Она же определила и вес: полтора килограмма.

А на земле? В техническом задании говорилось:
«...Сигналы, подаваемые приборами ДТУ-1, принимаются на земле приемно-дешифровочной установкой, состоящей из следующих агрегатов:
1. Приемника типа КУБ-4.
2. Шоринофона и дешифровочного устройства, включенных параллельно...»

За этими немногими строчками — чуть ли не вся история нашего коротковолнового любительства и звукозаписи.

Приемник КУБ-4 был так назван в честь своего создателя, радиолюбителя Л. В. Кубаркина, известного коротковолновика. Схема аппарата была простой и надежной, и это выгодно отличало его от других приемников, даже тех, которые в те годы выпускались радиопромышленностью. На одном из заводов даже организовали мелкосерийное производство КУБ-4.

А шоринофон — тоже память о создателе прибора, записывающего звук, — профессоре А. Ф. Шорине, выдающемся изобретателе.

Была, к счастью, в свое время полезная традиция: называть приборы и машины именами их авторов. Чтобы помнили люди о человеке — конструкторе трактора, радиоприемника, автомобиля, самолета. Но сохранился этот обычай лишь в авиапромышленности.

А ведь имя главного конструктора на изделии — это не только почет, это еще и ответственность. За качество работы, за удобство, за надежность, за красивый внешний вид. И пожалуй, было бы не менее приятно, чем лететь в самолете конструкции Туполева, носить часы известного, зарекомендовавшего себя профессора часовых дел такого-то...

Однако вернемся к аппарату Шорина. Мы привыкли к магнитофонам, а в тридцатые годы даже радиола была жгучей новинкой. Записывать звук умели только на фабриках грампластинок, сложным и дорогим путем, никак не годящимся для оперативной, повседневной работы.

Шорин в 1932 году предложил записывать звук на кинопленке. Специальный резец, повинуясь приказам радиоусилителя, вырезал на склеенной в кольцо пленке дорожку записи — точь-в-точь такую же, как на грампластинке.

Первый советский звуковой фильм воспроизводил звук по системе Шорина: рядом с кадрами бежала вырезанная на пленке канавка звука. За это изобретение Шорин получил в 1941 году Государственную премию [тогда она называлась Сталинской].

Описание же «дешифровочного устройства» в техническом задании приведено, к сожалению, очень неясно. Судя по всему, имелся в виду один из ранних вариантов магнитофона, в котором запись шла на вращающийся магнитный барабан (магнитной пленки в те годы еще не было).

Техническое задание на первую в мире радиотелеметрическую систему для испытаний ракет было подписано в мае 1939 года. В сентябре первый ее экземпляр должен был вместе с ракетой подняться к подмосковному небу...

Но случилось то, чего никто не мог предвидеть. Работы по Р-05 были прекращены.[Когда писалась эта книга, по цензурным условиям нельзя было рассказать, что причиной прекращения работ был арест главного конструктора Сергея Павловича Королева 27 июня 1938 года, обвиненного в троцкизме. В заключении он подвергался пыткам, потерял от цинги  половину зубов, а после пересмотра дела в 1940 году получил 8 лат лагерей как "вредитель с области военной техники",- суд проходил под председательством сталинского палача Лаврентия Берии.]

Но усилия когда в 40-х годах в СССР вновь развернулись работы над жидкостными ракетами, телеметрия заняла на них достойное место.

Телеметрия помогла нашим ученым и конструкторам соз-дать падежные и мощные носители автоматических исследо-вателей космоса. Она была одной из тех «волшебниц», которые стояли у колыбели «младенца», чей писк «бип-бип» прорезал »фир 4 октября 1957 года.
ВДОЛЬ ИЛИ  ПОПЕРЕК!
Рассказывают, что в каком-то лесу звери решили строить мост. Созвали совещание, стали вносить предложения. Осел, который был председателем, долго слушал, никого не пере-бивал, а потом сказал: «Значит, так: из каких материалов будем строить и когда — это мы обговорим в рабочем порядке. А нам с вами сейчас нужно решить главный вопрос: как мы будем строить мост? Вдоль реки или поперек?»

Так вот, самое смешное, что будь этот Осел председателем на совещании радистов, он был бы не такой уж и осел.
Потому что одно дело — наводить радиомост вдоль, а дру-гое — поперек.   
«Вдоль  или   поперек   чего?» — спросите   вы.

Ионосферы.
Она, словно река, отделила нас от космоса. И те приемы, которые годятся для создания радиомоста «вдоль», от Москвы до Владивостока, совершенно непригодны для того, чтобы перебросить его «поперек», скажем, между Землей и Венерой.

Вы, наверно, замечали, что радиостанции слышны по-разному. На длинных волнах что днем, что ночью — одни и те жеу по преимуществу местные. На средних — ночью «прорезаются» далекие города, отстоящие на тысячи километров, а днем почти ничего нет.

А вот короткие, те совсем капризны: на одних диапазонах станции слышны только днем, на других — только ночью, и в иное время нет ничего, кроме тресков дале-ких гроз, бушующих где-нибудь в другом полушарии.

Все это проделки ионосферы, слоя заряженных частиц, висящего в десятках километров над Землей.

Ионосфера обходится с радиоволнами по-разному. Одни застревают в ней и дальше уже никуда не идут, другие отра-жаются, словно от зеркала, третьи проходят насквозь, чтобы никогда уже больше не вернуться назад.

Каковы будут взаимоотношения радиоволны и ионосферы, какую из черт своего многообразного характера проявит не-видимая «река»,— зависит от длины волны, от ее частоты.

Неудачники, «проглоченные» ионосферой, — это в первую очередь длинные волны. Со средними волнами дело обстоит сложнее. Днем они, на-подобие длинных, бесследно исчезают в «пасти» ионосферы, а ночью она сменяет гнев на милость и позволяет им отразиться. Именно поэтому и начинают появляться дальние станции.

Взаимоотношения ионосферы с короткими волнами иные. Она ведет себя уже не как удав, а как швейцар: то отворяет дверь в космос (для более коротких это происходит ночью, для более длинных — днем), то наглухо замыкает.

Ни о каком «пожирании» нет и речи. Когда дверь закрыта, короткие вол-ны отражаются от нее, подобно средним, потом отражаются от Земли, потом снова от зеркала-ионосферы и так далее. Бы-вает, что волна  обегает весь земной шар, и не один раз!

Конечно, свойства ионосферы не так просты, как об этом здесь сказано — но эта книжка и не трактат о распространении радиоволн.

Природа ограничила возможности радистов-«мостостроителей» в выборе строительных материалов — волн. Не каждая волна годится для космических переправ, как не каждая при-годна для устройства мостиков между материками.

Для межпланетных мостов наиболее пригодны волны частотой от 15—100 мегагерц и выше. Почему граница так неопре-деленна? Потому, что свойства ионосферы меняются в зависи-мости от того, день сейчас или ночь, зима или лето, возбужде-но  Солнце  или   спокойно.

Отразится ли волна от зеркала или пройдет в открытую дверь — это зависит, помимо всего прочего, еще и от угла, под которым брошен в ионосферу радиолуч. Очень часто бы-вает, что пущенная вертикально радиоволна пробивает ионосферу, а достаточно лучу отклониться от вертикали — и наступает отражение.

Но может быть, лучше и не приближаться к нижней грани-це частот, если она так зыбка? Может быть, уйти в высокочастотную область? Действительно, довольно долго все будет хорошо.

Но едва, скользя по шкале частот, мы приблизимся к 10 000 мегагерц, как радиосигналы опять не смогут выр-ваться в космическое плавание. Но ионосфера здесь ни при чем.

Радиоволну остановила... атмосфера! Рассеянный в ней водяной пар и молекулы кислорода сделали свое черное дело, поглотили радиосигнал. Поэтому радисты считают бессмыслен-ным заходить в область выше 10000 мегагерц. Так список материалов для радиомоста оказывается урезанным и сверху.

ДАЙТЕ НАМ ИДЕАЛ!
Идеала хотят все. Театральные критики и домоуправы. Начальники и подчиненные. Агрономы и седые морские волки. Все знают, что идеала нет и быть не может, и все-таки иной раз мечтают слегка в манере гоголевской Агафьи Тихоновны: «Пели бы губы Никанора Ивановича да приставить к носу Ивана Кузьмича, да взять сколько-нибудь развязности, какая у Балтазара Балтазарыча, да, пожалуй, прибавить к этому еще дородности Ивана Павловича...»
И радисты — ах, как им хотелось бы найти идеальную частоту для связи!

Может быть, высокие частоты «космического» диапазона? Антенны получаются маленькими и легкими, шумов в эфире мало, а волны проходят без особой зависимости от капризов ионосферы.

Но — бортовые передатчики на этих частотах пока еще ламповые, неэкономичные, вчерашний день техники по сравнению с противоположным, «низким» краем диапазо-на, где уже по-хозяйски утвердились транзисторы.

Итак, команда «Кругом!» — все на низкочастотный конец? Но там — свои сложности. Журналисты с восхищением пишут о гигантских, высотой с многоэтажный дом, антеннах прием-ных центров космической связи. А ведь эти мастодонты — дань, которую приходится платить за низкие частоты: для того чтобы антенна хорошо усиливала, ее размеры должны быть много больше длины волны. Да и шумов здесь куда боль-ше, чем «наверху». Зато несколько проще выглядят приемники...

И вот — мечты остаются мечтами. Нет идеальной частоты для космической связи! Но строить радиомост надо...

Проектировщик настоящего моста всегда спросит, соби-раетесь ли вы перекинуть его через Волгу или через ручей возле дачного поселка, где отдыхаете летом, и собираются ли гулять по нему исключительно пешеходы или, в случае чего, не мешает рассчитывать и на проход танковой части?

Столь же заинтересованно радист осведомится, свяжет ли ваш радио-мост Землю с Луной — или с Венерой, ограничитесь ли вы телефонным разговором — или будете передавать изображение с помощью телевизионной камеры? В зависимости от ваших ответов по-разному будут выглядеть «устои», непохожим окажется «настил».

Радисты изучают требования тех, кому предстоит переда-вать и получать по радиомосту информацию, изучают плюсы и минусы разных частот. А потом говорят: для такого-то вида информации при заданной дальности и той технике передачи и приема, которая есть в нашем распоряжении, — наиболее удобны частоты в таком-то диапазоне.

И не забудут добавить, что лежат они в разрешенном международными соглашениями районе. Потому что это последнее обстоятельство весьма важно. В эфире тесно. Не будешь уважать соседей — самому будет плохо.

Вчитайтесь внимательнее в скучные строчки сообщений, повествующие о частотах, посмотрите, с какой скрупулезностью подходят связисты к выбору частот! Например, на советских станциях типа «Луна» для передачи одного вида научной информации использовалась частота 19,99 мегагерц> для другой информации— 39,986 мегагерц, а телевизионная передача шла на частоте 183,6 мегагерц. Телеметрическая система американской станции «Пионер-5» работала на ча-стоте 378 мегагерц.
Для каждого круга задач — своя частота.
ХОЧЕШЬ  ПОНЯТЬ — СДЕЛАЙ  ПОСЛОЖНЕЕ
Когда в первой главе этой книжки мы говорили об интерполяции и зачеркивали в газетной заметке каждое четвертое слово, мы, воебще  говоря, были не совсем корректны.
Мы молчаливо предполагали, что все слова равнозначны, и по-этому, где ни зачеркивай слово, потеря смысла будет одинако-вой. Но в действительности это не так.

Академик А. Н. Колмогоров в 1961 году провел такой эксперимент. Он читал буква за буквой незнакомый слушателю текст. Слушатель должен был угадывать каждую следующую букву. Когда слушатель не мог угадать, считалось, что буква несет информацию, когда угадывал — буква, по-видимому, информации не несла.

Оказалось, что больше  всего  информации содержится в  начале слов и фраз, а окончания информации не несут, и с       этой точки зрения — вещь совершенно лишняя.

Лишними часто оказывались предлоги,  союзы и тому подобные части речи, справедливо называемые в грамматике служебными.

Должно быть, вспомнив об этой особенности нашей речи, и дал Васисуалий Лоханкин в черноморскую вечернюю газету экономичное объявление: «Сд. пр. ком. в. уд. в. н. м. од. ин. хол.», которое Остап мигом расшифровал как «Сдается прекрасная комната со всеми удобствами и видом на море одинокому интеллигентному холостяку».

А в одной редакции мне рассказали, как их заведующий отделом писем, представлявший в одном лице триедино, словно господь-бог, и заведующего и весь коллектив своего отдела, придя в отчаяние от потока графоманских статей, стал отвечать на них в таком стиле: «Ув. то в! К сож., В. стат. не под.»

И ничего: машинистка понимала и печатала на ре-дакционном бланке всё так, как нужно.

Но, пожалуй, все рекорды по «прессовке» информации побил Комитет по делам изобретений и открытий. Письма, приятные авторам, пишут там на бланках с красным уголком, а отказы — на бланках, у которых уголок черный. Можно даже не читать.

Однако избыточный информацией бросаться не следует. Не говоря уже о письме из Комитета по делам изобретений, которое полезно все-таки прочитать, поскольку отказ часто имеет смысл оспорить, избыточность нужна нам для того, чтобы гарантировать надежность передачи информации.

У телефона, например, есть одно свойство — сущий клад для сочинителей веселых историй. Где только не обыгрыва-лось что-нибудь вроде:
— К вам выезжает Парамонов с комиссией!
— Что? Фараонов? Какой Фараонов?
 . — Да не Фараонов, а Парамонов! Па-ра, два!!!
 ¦— Два Фараонова? Зачем так много?! — Один!!! Один П-а-р-а-м-о-н-о-в!!!...
 
 И так далее до бесконечности, в которой виноваты помехи и всяческие искажения. Неисправен телефон или полез откуда-то в линию шум, треск — и вот уже не разговор, а мученье. Невдомек незадачливому собеседнику, что вместо крика в трубку (повышения мощности передачи) можно обойтись •спокойным увеличением избыточности. Скажем, передать фа-милию по буквам, как это делают дикторы «Последних изве-стий» для районных газет, читая особо важные слова, в ко-торых ошибиться решительно недопустимо.
 
 Фамилия «Пара-монов» превратилась бы в цепочку имен: «Петр, Анна, Роман, Анна, Михаил, Ольга, Николай, Ольга, Валентин». Имена, как видите, подобраны специально такие, чтобы их нельзя было перепутать.
 
 Вот теперь уже Парамонов в Фараонова не превратится. Правда, мы добились этого дорогой ценой. Мы уменьшили скорость передачи информации впятеро — вместо девяти букв пришлось передать сорок девять. Но когда стоишь перед выбором: получить неискаженное сообщение или не полу-чить ничего — выбираешь первый вариант, сколько бы мед-ленно ни шла передача.
 
 В технике такой метод называют введением избыточности. Сообщение с избыточностью исказить весьма и весьма трудно. И стало быть, если искусственно ввести избыточность в телеметрическую информацию космической станции, надежность линии связи существенно возрастает. Вопрос только, как это сделать.
 
 Можно, конечно, попытаться передавать каждый сигнал дважды. Есть такой способ увеличить избыточность. Но вы, надеюсь, помните печальный опыт с Парамоновым — Фараоновым, Так что лучше прибегнуть к специальным избыточным кодам — методу, немного напоминающему передачу «по бук-вам».
 
 У математиков, кроме привычной нам десятичной системы счисления, существует множество других, и среди них —двоичкая, в которой любые числа выражаются лишь комбинациями единиц и нулей. Двоичную систему очень любят радисты, потому что в ней весьма удобно передавать сооб-щения импульсным методом: есть импульс — единица, нет — нуль.
 
 И вот, вместо того чтебы просто переводить напряжение датчика в радиоволну, радисты добавляют ко множеству «переводчиков» еще одного, на этот раз переводящего с языка напряжения на язык двоичного кода. Впрочем, одним преобразованием больше, одним меньше...
 
 Словом, после блока кодирования на передатчик поступает уже не «гладкое» напряжение, плавно изменявшее частоту, а рваная последовательность импульсов и пауз — комбинации единиц  и нулей.
 
 Как происходит это превращение — вопрос достаточно узкотехничный. Заметим только, что времени оно занимает чрезвычайно мало. Коммутатор не успевает перейти от одного датчика к другому, — а преобразование уже совершилось, код готов.
 
 Однако отдавать его в этом виде передатчику еще рано. Код лишен избыточности. Его легко исказят помехи. Достаточно где-то по дороге на место паузы влезть импульсу помехи — и сообщение станет ложным. Поэтому следующая операция — это введение избыточности.
 
 Методов много. Например, простейший: пересчитайте, сколько единиц в получившемся коде. А потом, если число единиц нечетное, прибавьте к нему еще единицу, а если четное— нуль. Таким образом, в сообщении всегда будет четное число единиц.
 
 Когда приемная станция получит сообщение, она первым делом проверит, сколько в нем, прошедшем сотни тысяч километров, единиц. Четное число — значит, информация достоверна, нечетное — ее надо отбросить как ложную. Это так и называется: проверка на четность.
 
 Вы скажете: а если помехи исказят избыточный импульс кода, тогда станет ложным подлинное сообщение? Выгодно ли так жертвовать информацией? Наука отвечает: да.
 
 Ведь если в коде без избыточности, например, пять разрядов, пять единиц и нулей (между прочим, таким кодом можно передать 32 различных сообщения, например, 32 буквы алфавита), а вместе с дополнительным, контрольным разрядом — шесть, то вероятность искажения именно контрольного разряда — всего 1/6, а вероятность искажения любого из пяти «значащих» разрядов — 5/6.
 
 Значит, в пяти случаях из шести про-верок на четность мы отбросим ложное сообщение, и только один раз — истинное. Выгодно ли это — судите сами.
 
 Впрочем, как вы уже, наверное, заметили, проверка на четность спасает только от одной-единственной ошибки. Если помехи сумеют переиначить какую-то единицу на нуль и одновременно в другом разряде нуль на единицу — проверка на четность подвоха не обнаружит. Правда, такое хитрое искажение произойдет лишь в одном сообщении из тридцати ше-сти — но если вам оно мешает, если вы не можете пренебречь такими сравнительно редкими ошибками — у вас есть выход.
 
 Никто не мешает добавить к этим пяти разрядам не один, а три контрольных. После этого в коде можно обнаружить даже две ошибки, А если ошибок не две, а только одна, эту ошибку удастся найти и исправить!
 
 Однако это приятное обстоятельство стоит недешево: длина «слова» кода увеличивается больше чем на пятьдесят процентов. А если бы потребовалось исправлять в пятиразрядном слове три ошибки, пришлось бы добавить к нему целых девять контрольных разрядов!
 
 И поскольку избыточное сообщение требует для передачи большего времени и, в конечном итоге, большего расхода энергии — обычно останавли-ваются на каком-то разумном пределе. Очень часто ограничиваются одним контрольным разрядом.

 В БОРЬБЕ ЗА БЛАГОПОЛУЧНОЕ СУЩЕСТВОВАНИЕ
 Два критика были на премьере. Один, пессимист, написал, что театр был наполовину пуст. Другой, оптимист, — что наполовину полон.
 
 По зарубежным данным [так приходилось оговариваться, чтобы цензура не придиралась к цифрам...- ВД], надежность «благополучного существования», то есть вероятность того, что в течение года вы не попадете под машину, не полакомитесь плохо отваренными сморчками и не сделаете рокового шага, отделяющего вас от двухсотметрового обрыва, — повторяю, вероятность того, что с вами не случится на одно из перечисленных и мно-жества иных, не перечисленных несчастий, равна 0,997.
 
 То есть, что в 997 случаях из тысячи вы не сделаете роковой оплошности и останетесь живы. Это оптимистический взгляд на вещи.
 
 С другэй стороны, пессимист скажет, что статистика неумолимо свидетельствует о наличии трех гибельных шансов из тысячи.
 
 Кому верить, оптимисту иля пессимисту? В каком настрое-нии пребывать?
 
 Впрочем, и тот и другой согласятся, что всех на земле такая вероятность устраивает. Во всяком случае, везучим людям удавалось с ее помощью дожить до ста лет и больше.
 
 Надо полагать, что электронная аппаратура с такой надежностью работы нас также вполне бы удовлетворила. Ка-кие же требования в этом случае должно предъявить к телеметрической системе, скажем, лунного исследовательского корабля?
 
 Пусть программа полета занимает пять суток: полтора до Луны, столько же назад, двое суток — экспедиционные работы среди гор и кратеров, итого: 120 часов. Эта невинная цифра означает, что «человеческая» надежность будет обеспечена только в случае, если на 30 тысяч часов работы бортовой электроники (приблизительно три с половиной года!) придется не больше одного отказа.
 
 Когда именно случится отказ — предсказать невозможно, в этом смысле никакая аппаратура абсолютной надежностью не обладает, но чисто житейски мы ею вполне будем удовлетворены.
 
 Единственно, кто не будет удовлетворен, — это контролер ОТК. «Чем докажете, что вы добились такой надежности?» — спросит он, и будет прав.
 
 Радист, конечно, мог бы стать в обиженную позу и включить свое детище на «прогон» — на три с половиной года непрерывной работы, — но останавливает соображение, что к тому времени, когда аппаратуру снимут с испытательного стенда, она уже никому не будет нужна.
 
 Три с лишним года! Да за это время все переменится, и на Луну уж сколько раз слетают! Нет, нужно доказывать свою правоту как-то иначе.
 
 Например, математически.


 ДВЕ НЕНАДЕЖНОСТИ = ОДНА НАДЕЖНОСТЬ
 И тут радиста вначале подстерегает рассуждение, которое на первый взгляд кажется безупречным.

 В современной электронной аппаратуре сотни тысяч и миллионы деталей. Любая деталь способна выйти из строя — вероятность этого может быть сколь угодно мала, но она никогда не равна нулю. Значит, при достаточно большом числе деталей они то и дело будут сдавать, и аппаратуру придется беспрерывно чинить.

 Таким образом, чем больше деталей в аппаратуре, чем она сложнее, — тем больше вероятность, что она окажется совершенно неработоспособной.

 И однако математические машины с сотнями тысяч транзисторов, сопротивлений и других деталей работают!

 Что же, логика посрамлена?
 
 Нет.  Просто, рассуждая, мы не учитывали реальности. А она порой может и скорректировать формальную логику.
 
 Возьмите легковую машину. Прокололось одно из колес, и она бессильно останавливается. А вот грузовик. У него на заднем мосту сдвоенные колеса. Казалось бы, от этого только хуже: больше колес, больше вероятность прокола. Но прокол одного из задних баллонов не остановит машину. Второе колесо возьмет на себя всю нагрузку. Вот что такое — резерв!
 
 Резервирование, включение «коллег» параллельно рабо-тающим л  схеме деталям, — чрезвычайно эффективная мера.
 
 Идя по такому пути, радисты ухитряются создавать блоки, надежность которых выше, чем надежность деталей — то есть идут совершенно вразрез рассуждению, с которого мы начали разговор о надежности.
 
 Например, если в блоке стоят десять деталей с надежностью 0,8 каждая (для наглядности берем заведомо низкую надежность), то в целом надежность будет 0,11. Если же удастся к каждой детали подключить «помощника» — надежность блока достигнет 0,92 и превзойдет надежность отдель-ной детали!
 
 Итак, большое число деталей прибора — это не слабость, а, наоборот, его сила! Сумейте только это большое число разумно кспользовать. А чтобы еще надежнее стали блоки, пойдите на увеличение резерва, ставьте параллельно не одну дополнительную деталь, а две, три, пять, наконец!
 
 Тут математика ставит предел нашему увлечению. Оказывается, больше двух помощников в резерв брать невыгодно: надежность увеличивается после этого значительно медленнее, нежели растут вес, габариты и цена.
 
 Однако из десятка гнилых прядей не свяжешь крепкой веревки. Поэтому радисты в первую очередь заботятся о том, чтобы «пряди»-детали у них были возможно надежнее.
 
 В одной восточной притче рассказывается, как скупой хозяин все грузил и грузил на своего единственного верблюда тюк за тюком, а тот хотя и покачивался, но стоял. Скупой навьючил уже все свое имущество, как вдруг заметил валявшуюся на песке соломинку. «Грех оставлять соломинку: глядишь, и пригодится»,— пробормотал он, бросил ее на один из тюков и — переломил хребет терпеливой скотине.
 
 У любой детали, которую радист ставит в свой электронный блок, есть «визитная карточка» — инструкция, в которой написано, какие режимы работы считаются допустимыми к какая в этих режимах у детали надежность.
 
 Переходить границы категорически запрещается: за ними начинается область, в которой верблюду можно сломать спину даже соломинкой. Зато если отдаляться от допустимых границ в другую сторону, если облегчать деталям жизнь — надежность сразу же и очень резко возрастает. Уменьшите вдвое напряжение, при котором работает конденсатор, — и она подпрыгнет в десять раз, снизьте вдвое мощность, рассеивающуюся на сопротивление,— получите пятикратное увеличение надежности!
 
 Есть и другие, еще более эффективные методы.
 
 А достигнуть «абсолютной» надежности, о которой иногда любят поговорить люди, с надежностью мало соприкасаю-щиеся, все равно не удастся ни при какой степени резервирования.
 
 Вот даже на Змеев Горынычей, уж какие были высоконадежные драконы, — о трех и даже о девяти головах! — и то находился какой-нибудь Иванушка-дурачок, который смахивал мечом им все головы сразу...
 
 Сколько ни ставь параллельно деталей, ничтожная вероятность отказа сохранится, будет все время напоминать: «Смотри!..»
 
 Но разве реальная, проверенная опытом жизни человечества цифра надежности — не гарантия успеха? Разве критерий «благополучного существования» не свидетельствует об этом?
 

 ИЗБЫТОЧНОСТЬ ХОРОШАЯ И ИЗБЫТОЧНОСТЬ ПЛОХАЯ
 Вот строим мы радиомост в космос, тщательно отбираем балки, проверяем на прочность, где нужно — кладем для крепости вместо одной две, воздвигаем прочные устои — надежные приемники и передатчики.

 А тут какой-то прохожий спрашивает: «Зачем это вы такой широченный мост наводите? Не разорительно ли? Не трудно?» — «Трудно, — отвечаем мы ему, — да что поделаешь. Много приходится передавать ин-формации, широкая должна быть для нее дорога —полоса пропускания».

 А он опять за свое: «Так ли уж она (вся нужна, эта информация? Может, среди нее лишняя есть?» — «Да что вы,— машем руками,— научная информация — ей цены нету, а вы: лишняя! Не мешайте, идите своим путем...»

 Не обиделся прохожий, только промолвил на прощанье: «А вы бы подумали все-таки, посмотрели внимательнее...» И с тем ушел.

 Ушел, а слова остались. Давайте и в самом деле посмотрим, весь ли груз, что пройдет по нашему мосту, так уж ценен? Не болтают ли ораторы-датчики кое-где попусту?
 
 А для этого вспомним, что информативное сообщение отличается от пустого своей неожиданностью, своей новизной.
 
 Конечно, когда телеметрическая система только-только включилась, любое сообщение интересно: до того момента все было подернуто мраком неизвестности, как выражались в старинных романах, и вот мрак рассеялся. А дальше?
 
 Положим, стало известно, что температура в герметическом отсеке спутника +18°С. Мы удовлетворены: это норма. Но спустя секунду телеметрия опять услужливо сообщает нам об этом, а через секунду — опять, и опять, и опять... Час, два, три, сутки, неделю — все время, пока летает спутник, твердит телеметрия об этих восемнадцаги градусах.
 
 Мы встрепенемся, как только заметим, что температура начала изменяться, но как только она стабилизируется, не выходя из нормы, мы опять потеряем к ней интерес.
 
 Таких «якобы информативных» датчиков наберется в телеметрии немало: это и датчик давления в гермоотсеке, и датчик напряжения солнечных батарей, и вообще любой датчик, когда он сообщает не об изменениях, а твердит одно и то же.
 
 Да и не всякое изменение к тому же следует считать информацией. Ведь заранее известие, что температура или давление могут изменяться в расчетных, допустимых пределах,— и это не свидетельствует об аварии. У других величин, измеряемых телеметрией, тоже есть свои «поля допуска», в которых им разрешается «гулять».
 
 Прав, выходит, был наш непрошеный советчик. Много лишнего груза повезут по мосту. Значит, если умело поставить заслон на пути порожняка, удастся уменьшить ширину моста — сократить полосу частот. А превратить автостраду в узенькую тропку — в радиотехнике великое дело.
 
 Широкая полоса, словно широкозахватные грабли, тащит в приемник мусор помех. В узкой полосе избавиться от помех гораздо легче, а значит — легче сделать связь надежнее.
            
            Корф читает уйму книг.
            Как растянут их язык!
            Трескотня и повторенья,
            И пустые рассужденья.
            Он бы это в десять слов
            Уложил — и текст готов!
            Сократил бы этим враз
            Десять книжных «мудрых» фраз.
            Чтоб изжить словесный хлам,
            Изобрел очки он сам.
            Текст очки ему сжимают,
            Четко суть в нем выделяют... —
 приводит К. Штейнбух в своей книге «Человек и автомат» стихотворение Моргенштерна.

 Подобный патруль поставим мы и у входа на линию космической связи.
 
 Как действует обычный патруль? Заставляет предъявить пропуск. И если пропуск отличается от утвержденного — задерживает подозрительную личность.
 
 Электронный патруль действует вначале точно так же: требует документы — измеряет напряжение датчика. Но затем... затем поступает прямо противоположно комендантскому патрулю.
 
 Если пропуск — величина напряжения датчика — похож на тот, что хранится в памяти патруля, если со времени предыдущей проверки документов в напряжении датчика ничего не изменилось, — патруль закрывает дорогу к передатчику, так как информативность сообщения будет равна нулю.
 
 Зато когда пропуск не похож на «образец» — дорога открыта. «В нем есть что-то информативное», — одобрительно думает патруль.
 
 Легко понять, насколько сложна задача, поставленная патрулю: он должен держать в памяти напряжения, полученные коммутатором с датчиков во время опроса, а при следующем опросе — сравнивать старое и новое  напряжения и решать, кого «казнить», кого «миловать».
 
 Главное же — всё делать очень быстро, чтобы не тормозить передачу. Поэтому весьма сложными получаются схемы блоков, которые к тому же обязаны быть и более надежными, чем телеметрия.


 НА ГРЕШНОЙ ЗЕМЛЕ
 Вот мы и прошли по космическому мосту — с далекой планеты, через пустоту межпланетного пространства, к нашей Земле. Каков-то он, другой берег этой гигантской переправы? Её по совсем другому поводу описал поэт Леонид Мартынов:
             
               ...И левый берег, крут,
               Вдруг встал из мглы.
               И веет с этой суши
               Горячим ветром... 

 Словно триумфальные арки, встречают радиоволну огромные антенны. «Восемь плотно сдвинутых параболических чаш... образуют площадь около полутора тысяч квадратных метров. Сюда, в эти чаши, льется из космоса невидимый поток радиоволн... Гигантские алюминиевые зеркала отражают их суженным потоком на маленькое зеркало, а то в свою очередь — в приемное устройство, откуда волновод — посеребрен-ная внутри труба — бережно понесет этот, еще такой слабый сигнал, к усилителям»,— пишет журналист Я. Голованов.
 
 Помните, злая мачеха, чтобы погубить падчерицу, мешала золу с маковыми зернами и приказывала, чтобы к утру бедная девочка выбрала из золы весь мак? Девочка горько плакала, и тут приходила добрая волшебница, скликала лесных птиц, те выбирали зерна, и падчерица посрамляла коварную мачеху.
 
 Эта сказка приходит на ум, когда видишь, с какой адской смесью маковых зернышек полезного сигнала и золы паразитных шумов приходится иметь дело космическим связистам. Невольно думаешь: какие же волшебные силы помогают им отделить «чистых» от «нечистых»? Где те птицы, где та волшебница?
 
 Но оказывается, что к потусторонним силам прибегать нет нужды, когда вы хорошо знаете природу шумов.
 
 А природа эта такова, что в отличие от сигнала, несущего информацию, шумы страшно хаотичны, беспорядочны в своих взлетах и падениях.
 
 Два приемника могут совершенно одинаково усиливать полезный сигнал, но шумы, смешавшиеся с сигналом в каждом приемнике, окажутся разными. Поэтому и сигналы на выходе этих приемников будут разными. Этим обстоятельством и пользуются.
 
 Если получившиеся «выходные» сигналы сложить, то в результате получим удвоенный полезный сигнал и... вам хочется сказать: удвоенный шум, — но на самом деле это не так.
 
 Шумы приемников, как мы только что говорили, не равны друг другу. Следовательно, и сумма их — не удвоенный шум. Значит, отношение мощностей сигнала и шума после сложения улучшилось! Сигнал стал заметнее!
 
 Но это еще не всё. Выходные сигналы вычитают. Получают ноль полезного сигнала и немного шума, потому что, как вы помните, шумы не равны друг другу (прошу прощения за назойливость, но это очень важное обстоятельство).
 
 Наконец, эту сумму и эту разность вычитают друг из друга еще раз! Но теперь уже, как легко догадаться, вычитаются только шумы. В результате после второго вычитания шум уменьшается еще больше, а удвоенный полезный сигнал, не претерпевший никакого изменения, еще более гордо высится над поблекшими и сникшими шумами!
 
 Может быть, вам показалось длинным и сложным это объяснение? В утешенье могу только сказать, что другие способы усмирения шума еще более сложны. Что поделаешь — сложные проблемы и решать приходится не очень простым путем....
 
 Но вот сигнал очищен от шелухи помех, они уже не висят на нем узорчатой бахромой. Что с ним теперь делать? Очевидно, записывать на самописец.

 И сразу воображение рисует столько раз уже упомянутое перо, бегающее по бумаге. Но современные самописцы обхо-дятся без подобных перьев — оно не успевает за стремительным полетом спутников. Космическим скоростям под стать лишь скорость электрического тока.
 
 Помните, как М. И. Гольцман изобретал самописец для магнитного компаса? Эта же идея воплотилась и в современных записывающих устройствах. Искровая «ручка» пишет не одним пером, а сразу несколькими десятками, если не сотнями. Перья высунулись из пластмассовой «ручки» наподобие тонких зубьев странной гребенки. Они нависли над бумажной лентой призрачною крышей.
 
 Щелк! - Крошечная искорка сорвалась с одного из зубьев, пробила бумагу, и на ней остался след: темная точка. Снова щелчок! Новая искра оставила по себе память.
 
 Искра за искрой пробивает тянущуюся под гребенкой бумагу, и на ней остается цепочка следов, словно лиса пробежала пунктиром по свежей пороше, — график телеметрической информации.
 
 Электронная схема теперь уже управляет не движением пера с чернилами, а во мгновенье ока опреде-ляет, с какого  зубца  должно  сорваться  искре.
 
 И вот уже длинные ленты графиков растянулись на сто-лах: ученые, конструкторы, телеметристы рассматривают одну лепту, другую, сопоставляют, спорят... Идет экспресс-анализ.
 
 Окончательный результат скажут через несколько часов вычислительные машины. Они учтут все искажения, которые претерпел голос датчика, продираясь через цепь многочислен-ных переводчиков, они сопоставят графики и выведут зависи-мости.
 
 И хотя все знают, что за эти несколько часов все равно ничего сверхъестественного не произойдет, каждому хочется хотя бы вчерне полюбоваться тем, что сделал он и его товарищи, услышать одобрительный или восхищенный возглас, высказать гипотезу, поделиться сомнениями.
 
 Кто хотя бы раз побывал на таких летучих «научных конференциях», никогда не забудет их живой, сердечной гтмосферы. Не забудет тех за-мечательных людей, фамилии которых широкой публике до поры до времени остаются не известными.
 
 Мне повезло. Рядом с не-которыми из них мне довелось работать...
 

 СПАСИТЕЛЬНЫЙ  УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ
 До сих пор теория предоставляла одно и то же количество «стройматериалов», независимо от того, какой длины мост предполагалось строить: до спутника, летающего в нескольких сотнях километров, до Луны, отстоящей на полмиллиона километров, или до Марса, мерцающего кровавокрасным светом в ста миллионах километров.
 
 Поэтому ширина моста, его полоса пропускания, или, что то же самое, скорость передачи информации, для каждого строительства оказывалась разной, уменьшаясь по мере того, как концы моста отдалялись друг от друга.

 В какой-то степени можно расширить мост, подняв мощность передатчика. Но как только радисты берутся за расчеты, цифры получаются весьма неутешительными и даже пугающими.
 
 Оказывается, передать телевизионную передачу с Марса можно, только поставив там передатчик мощностью 2 миллиона ватт. Это в сто тысяч раз больше того, что могут радисты иметь на современных космических станциях.
 
 Поэтому скорость передачи на больших расстояниях получается очень маленькой. Американская космическая станция «Маринер», передавшая [первое в истории! - ВД] телеизображение Марса, вела не телевизионную передачу в обычном понимании этого слова, а скорее фототелеграфную: изображение ведь было неподвижным. Один кадр этой фотографии передавался несколько часов, а не 1/50 секунды, как в «земном» телевизоре.
 
 Правда, появившиеся несколько лет назад лазеры вселили было надежду в сердца опечаленных радистов. Уж где-где, а в диапазоне световых волн, казалось, не будет препятствий для передачи самых широкополосных сообщений не только с Луны или Марса, но даже и с ближайших звезд!
 
 Журналисты писали восторженные статьи, ученые, не имевшие непосредственного отношения к лазерной технике, выступали с оптимистическими прогнозами, но те, кому по долгу службы, что ли, следовало восторгаться больше всех, — специалисты по космической связи — хранили угрюмое молчание.
 
 Сверхмощные рубиновые лазеры действительно умеют и сваривать самые тугоплавкие металлы, и прошивать в алмазах дырки так, словно это не благородный камень, а газетная бумага. Но мощность эта выплескивается в течение лишь сотых или тысячных долей секунды, а потом — потом приходится ждать, пока рубиновый кристалл остынет. И скорость передачи опять оказывается ничтожной.
 
 Попытки  уменьшить промежутки между импульсами приводит к печальному, но закономерному результату: кристалл перегревается и выходит из строя навсегда.
 
 Впрочем, с этой неприятностью, возможно, как-нибудь и сумели бы справиться привыкшие к всевозможным хитростям радисты. Хуже было другое: чувствительность оптических приемников оказалась низкой, ни в какое сравнение не идущей с обычными приемниками.
 
 Наконец, фотоумножители — эта существеннейшая деталь приемников светового диапазона,— оказались шумливыми.
 
 Все это, вместе взятое, свело на нет преимущество в направленности, свойственное лазерному лучу и казавшееся залогом успехов лазера сравнительно с системами радиосвязи. Рубиновый лазер оказался тем самым чудо-ребенком, из которого с годами ничего, кроме «подающего надежды» субъекта, так и не вышло. Правда, кое в чем ином он преуспевал, но это уже тема для другого разговора.
 
 И как ни странно, бальзам на раны космических связистов пролили... опять лазеры. Но не рубиновые, а газовые. Оказалось, что излучать узкие пучки инфракрасного света могут и смеси различных газов: гелия, неона, аргона, даже обыкновенный углекислый газ.
 
 Прежде всего стало ясно, что углекислый газ способен излучать не импульсами, как рубиновый стержень, а непрерывно, подобно передатчику обычной радиостанции. Впрочем, это умели и неоновый, и гелиевый лазеры.
 
 Второе, гораздо более важное обстоятельство, заключается в том, что шумы оптического приемника в диапазоне, где работает «углекислый» лазер, уже сравнимы с шумами обычного приемника.
 
 Наконец, чрезвычайно большой оказалась мощность лазера, зависящая от длины трубки, в которой находится газ.

И последний удар, которым газовый лазер расправился со своим рубиновым собратом, — был чуть ли не в двадцать раз больший коэффициент полезного действия.
 
 Теоретические расчеты говорят: с Марса газовый лазер весьма скромных размеров, длиной всего в один метр, сможет передать телевизионную передачу четкостью раз в пять выше, чем современное телевидение.
 
 В том же луче, на широком настиле сверкающего космического моста, найдется дорожка и для телеметрической системы, и для нескольких сотен линий телефона.