6637-1 (От радиорелейных линий - к спутниковой связи)

От радиорелейных линий - к спутниковой связи

А. В. Соколов, В. М. Шифрина

Радиорелейная связь - это особый вид радиосвязи на ультракоротких волнах с многократной ретрансляцией сигнала.

Спутниковая связь - это особый вид радиосвязи с одновременной ретрансляцией сигнала через спутник в разных направлениях.

НИИР - это особый научно-исследовательский институт, в стенах которого родилась первая отечественная радиорелейная аппаратура, из стен которого вышло много ученых, известных не только на родине, но и во всем мире, много талантливых организаторов и руководителей отрасли, много академиков и лауреатов Государственных премий.

Можно сказать, что история развития радиорелейной и спутниковой связи в России неразрывна с историей и судьбой НИИР.

Еще в 1932-1934 гг. в СССР была создана приемно-передающая аппаратура, работавшая на метровых волнах, и на ее базе построены опытные линии связи Москва - Кашира и Москва - Ногинск. Первое отечественное оборудование "Краб", разработанное в НИИР и изготовленное в его экспериментальных мастерских для решения конкретной задачи - создания линии связи через Каспийское море между Красноводском и Баку в 1953-1954 гг., также работало в метровом диапазоне, а вот аппаратура "Стрела-П", изготовленная в 1954 г. на Опытном заводе НИИР и предназначенная для связи между Москвой и подмосковным г. Фрязино, работала уже на частотах 1600...2000 МГц.

Эти линии обеспечивали 12 телефонных каналов с возможностью их вторичного уплотнения. Но назвать их радиорелейными в полном смысле этого слова было нельзя, так как связь между двумя пунктами осуществлялась без ретрансляции.

Поначалу наиболее целесообразным для радиорелейных линий (РРЛ) считалось применение импульсной модуляции, хорошо освоенной в радиолокации, с временным уплотнением. И казалось, что при тогдашнем уровне технологии это сулит большие преимущества. Однако целый цикл теоретических исследований и экспериментальных проработок, проведенных в том числе и в институте, подтвердил складывавшееся в ту пору мнение, что сочетание частотной модуляции с частотным уплотнением позволит создать радиорелейные линии, не уступающие наиболее совершенным коаксиальным кабельным системам. Подчеркнем, что сказанное относилось к концу 40-х и началу 50-х годов. А поскольку развитие идет по спирали, то современные новейшие технологии позволили вернуться к цифровым методам передачи на более высоком уровне - передача данных, цифровая телефония и даже цифровое телевидение.

В этот начальный период в институте собрались ученые, имена которых стали известны во всем мире.

Вопросы теории систем связи были развиты профессором В. А. Котельниковым - будущим президентом Академии наук СССР, в его теории потенциальной помехоустойчивости. Очень интересным был коллоквиум, проведенный им в институте, на котором была представлена некоторая таблица, наподобие таблицы Менделеева, содержащая все возможные сочетания систем передачи сигналов с импульсной, частотной и фазовой модуляцией с временным и частотным уплотнением. В ней были выделены сочетания, обладающие наибольшей помехоустойчивостью, и исключены неперспективные варианты.

Разработкой антенн руководил доктор технических наук Г. З. Айзенберг, написавший широко известную книгу "Антенны ультракоротких волн" (1957 г.).

Передатчики СВЧ создавались под руководством заведующего кафедрой передающих устройств МЭИС профессора Б. П. Терентьева, а приемными устройствами занимался доктор технических наук B. C. Мельников.

Возглавлял лабораторию УКВ в то время доктор технических наук В. А. Смирнов. Коллектив этой лаборатории в тесном содружестве с сотрудниками других лабораторий института и создал первые отечественные радиорелейные линии.

В электровакуумной лаборатории института, начальником которой был П. А. Остряков, а немного позднее Н. В. Зарянов, был разработан и изготовлен триод для генерации и усиления высокочастотных колебаний. Эти лампы были использованы в экспериментальном передатчике (работавшем на волне 75 см, с импульсной и частотной модуляцией), созданном в лаборатории УКВ С. В. Бородичем, Е. П. Корчагиной, Л. А. Корнеевым и Н. Н. Федюшиным.

Результатом совместного творчества инженеров И. И. Теумина и В. В. Слуцкой стал оригинальный электронный коммутатор для импульсно-фазовой модуляции.

Группа сотрудников лаборатории УКВ (А. В. Соколов, Н. Н. Зубов, З. Ф. Гурова) под руководством B. C. Мельникова совместно со специалистами ЦНИИС СА и предприятия НИИ-20 разработала приемное устройство для подвижной РРЛ с импульсно-фазовой модуляцией, работающее на волне 20 см.

В то далекое послевоенное время в институте были прекрасные экспериментальные мастерские, возглавляемые А. П. Жаровым, а в них - механики-"золотые руки", и замечательное конструкторское бюро под началом Б. П. Михайлова с инициативными конструкторами-энтузиастами освоения техники СВЧ. Такое сочетание творческих коллективов ученых и экспериментальной производственной базы позволило успешно отработать все принципиальные устройства и элементы будущей аппаратуры РРЛ. Были исследованы узлы приемно-передающей аппаратуры, объемные СВЧ-контуры, входные цепи и кристаллические смесители, усилители промежуточной частоты, частотные и импульсные детекторы, генераторы и усилители СВЧ, импульсные и частотные модуляторы, а также антенны различных типов, из которых два выбраны для использования на первых РРЛ относительно небольшой емкости. Изучались вопросы распространения ультракоротких волн, распределения частот, что позволило определить основные характеристики РРЛ и методы расчета.

Все это было подкреплено многочисленными испытаниями самого различного оборудования на специально созданном опытном участке между Москвой и поселком Голицыно.

В Москве на телефонной станции на ул. Мархлевского находился оконечный пункт этой линии, аппаратная которого размещалась на верхнем этаже, а площадка с параболической антенной - на крыше здания.

В Голицыно, рядом с прекрасным пионерским лагерем "Волна", была построена небольшая башня из трубчатых конструкций для установки антенны и небольшой домик для высокочастотной приемно-передающей аппаратуры - это была промежуточная станция. На этом опытном участке можно было сымитировать двух- и более пролетную РРЛ, что позволило экспериментально подтвердить теоретически полученные законы накопления тепловых шумов и сложения продуктов нелинейных переходов, возникающих в различных трактах линии.

Работы на опытном участке проводились С. В. Бородичем, В. П. Минашиным, А. В. Соколовым, В. М. Шифриной, Л. А. Коробковым, В. В. Петровым и многими другими.

На полигоне в Голицыне испытывались антенны, измерительное оборудование и устройства электропитания. В специальном бункере проверялся двухмашинный агрегат с механическим аккумулятором энергии - массивным маховиком и автоматически запускаемым дизелем. Это был прообраз широко распространенного дизель-генераторного агрегата ДГА-20М мощностью 20 кВА.

Естественно, все эти работы требовали метрологического обеспечения, и в институте было создано бюро измерительной аппаратуры под руководством кандидата технических наук А. Ф. Пионтковской, которое осуществляло подбор необходимой серийно выпускаемой отечественной и импортной аппаратуры и ее аттестацию.

Для разработки нестандартного измерительного оборудования была организована специальная лаборатория под руководством А. С. Владимирова, а несколько позднее - отдел, который возглавил А. И. Зудакин.

Технологическая цепочка проведения НИР и ОКР в институте в то время выглядела следующим образом. Часть сотрудников лаборатории объединялась в группу для исследования отдельных вопросов или разработки оборудования конкретного назначения. В каждой лаборатории была своя макетная группа, свой механик, а в некоторых - и свой конструктор. Сложные макеты конструировались в КО-1 и изготавливались в мастерских, расположенных в Москве и имевших все необходимые цеха, в том числе и кварцевый. Начальником КО-1 был А. К. Эйхман, начальником мастерских - Л. П. Турин. Конструирование образцов, как правило, осуществлялось в КО-2, начальником которого сначала был Е. И. Хайтов, а позднее - А. И. Бобров, а их выпуск в малых сериях - на Опытном заводе НИИР в поселке Лесное (ст. Зеленоградская). Директором завода долгое время был С. С. Шлюгер, а затем - Б. М. Рафтопуло. Работа возглавлялась руководителем, позднее - главным конструктором и заместителями по основным направлениям.

В лаборатории № 14, в которой в 40-50-х годах разрабатывались первые РРЛ, сначала под руководством В. А. Смирнова, а позднее С. В. Бородича - неизменного главного конструктора, существовало несколько групп: передающих устройств - В. П. Минашин, Г. В. Иванов, Н. А. Ананьев, С. Н. Смирнова, Н. Н. Федюшин, Г. Д. Ефимова; приемных устройств -А. В. Соколов, Н. Н. Зубов, В. И. Малиновская, З. Ф. Гурова; низкой частоты и служебной связи - В. М. Шифрина, Н. И. Тилюшкина, Л. А. Кащеева, Г. К. Конькова, Н. В. Таратута; видеочастоты - Д. Ф. Булле, Ю. Н. Марголин, Ю. В. Грачев.

Устройствами электропитания и автоматики занимались сотрудники других лабораторий: В. В. Петров, И. П. Шилова, Р. Н. Сидоров, М. В. Бродский, В. Д. Шошенков, Н. П. Филипчук.

Антенны на первоначальном этапе разрабатывали В. Д. Кузнецов, А. А. Кукаев, A. M. Модель. Вопросами распространения и проектирования трасс занимались А. И. Калинин, В. Н. Троицкий, А. А. Шур, Л. В. Надененко.

Группой конструкторов в КО-2 руководил И. В. Казистов со своим постоянным помощником Я. М. Мадорским.

Таким коллективом было разработано семейство радиорелейной аппаратуры "Стрела" в диапазоне 1600... 2000 МГц: "Стрела-П" - для пригородных линий на 12 телефонных каналов, "Стрела-Т" - для передачи одной ТВ программы на расстояние 300-400 км и "Стрела-M" - для оборудования магистральных линий на 24 канала протяженностью 2500 км.

В передатчиках с выходной мощностью 2 Вт использовались мощные смесители и генераторы на металлокерамических триодах типа ГС-90Б. Основным типом лампы был металлический пентод 6Ж4 (6 ACT) с высокой крутизной. Промежуточная частота в передатчике - 75 МГц, в приемнике - 31 МГц. Модуляция - частотная. Девиация частоты на канале - 140 кГц, девиация при передаче видеосигнала - 4 МГц. Ширина полосы пропускания телефонного ствола - 6 МГц, ТВ ствола - 20 МГц. В приемнике использовался кристаллический смеситель и гетеродин на отражательном клистроне для оконечной станции, а на промежуточных станциях колебания гетеродина образовывались общим с передатчиком генератором и дополнительным смесителем. Звуковое сопровождение ТВ программы передавалось в групповом тракте телефонного ствола на отдельной поднесущей с фазоразностной модуляцией.

Основным типом антенны была перископическая система из двух зеркал (верхнего - плоского, нижнего - эллиптического) и рупорного облучателя. Применялась и параболическая антенна диаметром 3,2 м.

Первые РРЛ были оборудованы аппаратурой, изготовленной на опытном заводе института, где были организованы монтажный цех, напоминающий небольшой конвейер, настроечный цех во главе с А. И. Бунаковым. Для комплексной проверки была создана однопролетная линия. Серийное производство аппаратуры осуществлялось на заводе в Ростове-на-Дону.

Аппаратура "Стрела" использовалась при строительстве довольно многих линий, например, Москва - Рязань, Москва -Ярославль - Нерехта - Кострома - Иваново, Фрунзе - Джалалабад, Москва - Воронеж, Москва - Калуга, Москва - Тула.

В 1956 г. аппаратура "Стрела-M" была продемонстрирована на Выставке достижений народного хозяйства (ВДНХ), а ее разработчики награждены медалями и дипломами ВДНХ.

Следующее оборудование для РРЛ, созданное примерно тем же коллективом, - аппаратура Р-60/120. Она позволяла создавать 3-6-ствольные магистральные линии длиной до 2500 км для организации 60-120 телефонных каналов и длиной до 1000 км - для передачи ТВ программ при выполнении Рекомендаций МККТТ и МККР на качественные показатели.

Принципиальные решения отдельных узлов и общее построение оборудование во многом напоминало "Стрелу", но при разработке учитывались все Рекомендации МККР. В соответствии с ними промежуточные частоты передатчика и приемника были одинаковы и равны 70 МГц. Большое внимание уделялось вопросам внутрисистемной ЭМС, учитывались все возможные паразитные продукты преобразования частот в мощном смесителе передатчика и каналы помех в смесителе приемника. Аппаратура работала в том же диапазоне 1600...2000 МГц. Мощность передатчика была увеличена до 3 Вт. Была предусмотрена система телеобслуживания промежуточных станций, совершенно изменена конструкция стоек.

Для установки перископической антенной системы использовалась либо свободно стоящая башня из трубчатых конструкций, либо мачта из стальной трубы относительно большого диаметра с несколькими ярусами оттяжек. Аппаратуру размещали в кабине, встроенной в башне, или в небольшом здании около мачты. В отдельном домике была установлена система электропитания с автоматической дизельной установкой.